Прогресс

Расстояние между транспортными средствами в транспортной системе, измеренное во времени или пространстве.

Интервал — это расстояние или продолжительность движения между транспортными средствами в транзитной системе, измеренная в пространстве или времени. Минимальный интервал – это наименьшее расстояние или время, которое может достичь система без снижения скорости транспортных средств. Точное определение варьируется в зависимости от применения, но чаще всего оно измеряется как расстояние от кончика (переднего конца) одного транспортного средства до кончика следующего позади него. Его можно выразить как расстояние между транспортными средствами или как время, необходимое идущему за ним транспортному средству, чтобы преодолеть это расстояние. «Более короткий» интервал означает более близкое расстояние между транспортными средствами. Интервалы движения самолетов измеряются часами или днями, интервалы грузовых поездов и пригородных железных дорог могут измеряться частями часа, системы метро и легкорельсового транспорта работают с интервалами порядка от 90 секунд до 20 минут, а транспортные средства на автостраде могут между ними должно быть всего 2 секунды.

Интервал является ключевым фактором при расчете общей пропускной способности любой транзитной системы. Система, требующая больших интервалов, имеет больше пустого пространства, чем пассажировместимость, что снижает общее количество пассажиров или количество груза, перевозимого на заданной длине линии (например, по железной дороге или шоссе). В этом случае пропускную способность необходимо повысить за счет использования более крупных транспортных средств. На другом конце шкалы система с короткими интервалами движения, как автомобили на автостраде, может предложить относительно большую пропускную способность, даже если транспортные средства перевозят мало пассажиров.

Этот термин чаще всего применяется к железнодорожному транспорту и автобусному транспорту , где для перемещения большого количества людей часто необходимы небольшие интервалы движения по железным дорогам общественного транспорта и системам скоростного автобусного транспорта . Более низкий темп требует большей инфраструктуры, поэтому достижение более низкого темпа становится дорогостоящим. Современные крупные города требуют пассажирских железнодорожных систем с огромной пропускной способностью, а низкие интервалы движения позволяют удовлетворить спрос на пассажиров во всех городах, кроме самых загруженных. Новые системы сигнализации и средства управления движущимися блоками значительно сократили темпы работы современных систем по сравнению с теми же линиями всего несколько лет назад. В принципе, автоматизированные персональные системы скоростного транспорта и автомобильные взводы могли бы сократить расстояние до долей секунды.

Описание

Различные меры

Существует множество различных способов измерения и выражения одного и того же понятия — расстояния между транспортными средствами. Различия во многом обусловлены историческим развитием в разных странах или областях.

Этот термин возник из использования железных дорог, где расстояние между поездами было очень большим по сравнению с длиной самого поезда. Измерение расстояния от начала одного поезда до начала следующего было простым и соответствовало расписанию движения поездов, но ограничение интервала между концами не всегда обеспечивает безопасность. В случае системы метро длина поездов одинаково мала, а интервал, разрешенный для остановки, намного больше, поэтому интервал между концами и концами можно использовать с небольшим коэффициентом безопасности. Там, где размеры транспортных средств различаются и могут быть длиннее, чем их тормозной путь или расстояние, как в случае с грузовыми поездами и автомагистралями, более распространены измерения от кончика к хвосту.

Единицы измерения также различаются. Наиболее распространенной терминологией является использование времени перехода от одного транспортного средства к другому, что близко отражает способ измерения пробега в прошлом. Таймер запускается, когда один поезд проезжает точку, а затем измеряет время до прохождения следующего, определяя время от начала до конца. Эту же меру можно также выразить в единицах количества машин в час, что используется, например, в Московском метрополитене . ^[1] Измерения расстояний довольно распространены в приложениях, не связанных с поездами, например, в транспортных средствах на дороге, но измерения времени также распространены и здесь.

Примеры железных дорог

Пример движения по железнодорожной системе с несколькими блок-участками. Поезд B может въезжать только на участок с зеленым или желтым «видом» (светом) и должен снижать скорость при прохождении желтого сигнала до точки, где он может остановиться на расстоянии видимости.

Движение поездов в большинстве железнодорожных систем жестко контролируется системами железнодорожной сигнализации . На многих железных дорогах водителям даются инструкции по скорости и маршрутам движения по железнодорожной сети. Поезда могут ускоряться и замедляться лишь относительно медленно, поэтому для остановки на любой скорости, кроме низкой, требуется несколько сотен метров или даже больше. Расстояние, необходимое для остановки, часто намного превышает дальность обзора водителя. Если путь впереди заблокирован, например, там стоит поезд, то поезд, следующий за ним, вероятно, заметит его слишком поздно, чтобы избежать столкновения.

Системы сигнализации служат для предоставления водителям информации о состоянии пути впереди, чтобы можно было избежать столкновения. Побочным эффектом этой важной функции безопасности является то, что движение любой железнодорожной системы фактически определяется структурой системы сигнализации и, в частности, расстоянием между сигналами и объемом информации, которая может быть предоставлена ​​в сигнале. Интервалы железнодорожной системы можно рассчитать по системе сигнализации. На практике существует множество различных методов разделения поездов, некоторые из которых являются ручными, например, управление движением поездов или системы с использованием телеграфа, а другие полностью полагаются на сигнальную инфраструктуру для регулирования движения поездов. Ручные системы работающих поездов распространены в районах с небольшим количеством движений поездов, а интервалы движения чаще обсуждаются в контексте неручных систем.

Для автоматической блокировки сигнализации (ABS) расстояние измеряется в минутах и ​​рассчитывается от времени от прохождения поезда до момента, когда система сигнализации вернется в состояние полной свободы (продолжение). Обычно его не измеряют от кончика к кончику. Система ABS делит путь на блок-участки, на которые одновременно может заезжать только один поезд. Обычно поезда располагаются на расстоянии двух-трех блок-секций друг от друга, в зависимости от конструкции системы сигнализации, поэтому длина блок-секции часто определяет расстояние.

Визуальный контакт как способ избежать столкновения (например, при маневровой работе ) осуществляется только на низких скоростях, например 40 км/ч. Ключевым фактором безопасности движения поездов является расстояние между поездами как минимум на это расстояние, критерий «остановка кирпичной стены». ^{[2] [3]} Чтобы вовремя подать сигнал поездам и позволить им остановиться, железные дороги размещали на линиях рабочих, которые рассчитывали время прохождения поезда, а затем сигнализировали всем следующим поездам, если определенное время не прошло. Вот почему ход поездов обычно измеряется как время от начала до конца, потому что часы были сброшены, когда паровоз проезжал мимо рабочего.

Когда были изобретены системы удаленной сигнализации, рабочих заменили сигнальными вышками в определенных местах вдоль пути. Это разбило путь на несколько блоков между башнями. Поездам не разрешалось заходить на секцию до тех пор, пока сигнал не сообщил, что она свободна. Побочным эффектом этого было ограничение максимальной скорости поездов до скорости, при которой они могли остановиться на расстоянии одного квартала. Это было важным фактором для усовершенствованного пассажирского поезда в Соединенном Королевстве , где длина блок-секций ограничивала скорость и требовала разработки новой тормозной системы. ^[4]

Для блочного подхода не существует идеального размера блочной секции. Более длинные участки, на которых используется как можно меньше сигналов, выгодны, поскольку сигналы дороги и являются точками отказа, а также позволяют развивать более высокие скорости, поскольку у поездов больше места для остановки. С другой стороны, они также увеличивают расстояние и тем самым снижают общую пропускную способность линии. Эти потребности должны быть сбалансированы в каждом конкретном случае. ^[5]

Другие примеры

В случае автомобильного движения ключевым фактором эффективности торможения является время реакции пользователя. ^[6] В отличие от поезда, тормозной путь обычно намного короче, чем тормозной путь. Это означает, что водитель будет согласовывать свою скорость со скоростью впереди идущего автомобиля, прежде чем он доберется до него, устраняя эффект «кирпичной стены».

Широко используются цифры, согласно которым автомобилю, движущемуся со скоростью 60 миль в час, потребуется около 225 футов, чтобы остановиться, и это расстояние он преодолеет чуть менее 6 секунд. Тем не менее, движение по шоссе часто происходит со значительной безопасностью, поскольку интервал движения от кончика к хвосту составляет порядка 2 секунд. Это связано с тем, что время реакции пользователя составляет около 1,5 секунды, поэтому 2 секунды допускают небольшое перекрытие, которое компенсирует любую разницу в эффективности торможения между двумя автомобилями.

Различные системы индивидуального скоростного транспорта в 1970-х годах значительно сократили интервалы движения по сравнению с более ранними железнодорожными системами. Под управлением компьютера время реакции может быть сокращено до долей секунды. Вопрос о том, следует ли применять традиционные правила регулирования интервала движения к технологии PRT и вагонных поездов, остается спорным. В случае с системой Cabinentaxi , разработанной в Германии , интервал был установлен на уровне 1,9 секунды, поскольку разработчики были вынуждены придерживаться критерия кирпичной стены. В экспериментах они продемонстрировали прогресс порядка полсекунды. ^[7]

В 2017 году в Великобритании 66% легковых и легких коммерческих автомобилей, а также 60% мотоциклов преодолели рекомендованный двухсекундный разрыв между собой и другими транспортными средствами. ^[8]

Системы с малым шагом

Расстояние между полосами движения выбирается с учетом различных критериев безопасности, но основная концепция остается прежней – оставьте достаточно времени, чтобы транспортное средство могло безопасно остановиться позади идущего впереди автомобиля. Однако критерий «безопасной остановки» имеет неочевидное решение; Если транспортное средство следует сразу за идущим впереди, оно просто не сможет остановиться достаточно быстро, чтобы повредить транспортное средство, идущее за ним. Примером может служить обычный поезд, в котором вагоны скреплены вместе, а люфт в муфтах составляет всего несколько миллиметров. Даже когда локомотив применяет экстренное торможение, следующие за ним вагоны не получают никаких повреждений, поскольку они быстро закрывают зазор в муфтах до того, как разница скоростей увеличится.

Было проведено множество экспериментов с автоматизированными системами вождения, которые следуют этой логике и значительно уменьшают интервал движения до десятых или сотых долей секунды, чтобы повысить безопасность. Сегодня современные системы железнодорожной сигнализации CBTC способны существенно сократить расстояние между поездами в движении. Используя автоматизированные системы круиз-контроля «сопровождающий вагон» , транспортные средства можно формировать в взводы (или группы), вместимость которых примерно равна вместимости обычных поездов. Эти системы сначала использовались в рамках исследований по личному скоростному транспорту, а затем с использованием обычных автомобилей с системами, подобными автопилоту.

14-я линия парижского метрополитена работает с интервалом всего 85 секунд, ^[9] в то время как на некоторых линиях московского метро интервал в часы пик составляет 90 секунд. ^[10]

Пропускная способность и пропускная способность маршрута

Пропускная способность маршрута определяется тремя цифрами; количество пассажиров (или вес груза) на транспортное средство, максимальная безопасная скорость транспортных средств и количество транспортных средств в единицу времени . Поскольку прогресс учитывается в двух из трех входных данных, он является основным фактором при расчете мощности. ^[11] Интервал, в свою очередь, определяется эффективностью торможения или каким-либо внешним фактором, основанным на ней, например размером блока. Следуя методам Андерсона: ^[12]

Минимальный безопасный интервал

Минимальный безопасный интервал, измеренный от носка до хвоста, определяется эффективностью торможения:

${\displaystyle T_{min}=t_{r}+{\frac {kV}{2}}\left({\frac {1}{a_{f}}}-{\frac {1}{a_{l}}}\right)}$

где:

• ${\displaystyle T_{min}}$минимальный безопасный интервал в секундах
• ${\displaystyle V}$это скорость транспортных средств
• ${\displaystyle t_{r}}$— время реакции, максимальное время, необходимое следующему за ним транспортному средству, чтобы обнаружить неисправность в ведущем и полностью задействовать экстренное торможение.
• ${\displaystyle a_{f}}$— минимальное тормозное замедление ведомого устройства.
• ${\displaystyle a_{l}}$– максимальное тормозное замедление лидера. Для соображений кирпичной стены бесконечно, и это соображение исключается. ${\displaystyle a_{l}}$
• ${\displaystyle k}$— произвольный коэффициент безопасности, больший или равный 1.

Расстояние между носками и хвостами – это просто расстояние между носками и хвостами плюс длина транспортного средства, выраженная во времени:

${\displaystyle T_{tot}={\frac {L}{V}}+t_{r}+{\frac {kV}{2}}\left({\frac {1}{a_{f}}}-{\frac {1}{a_{l}}}\right)}$

где:

• ${\displaystyle T_{tot}}$время для транспортного средства и его пути для прохождения точки
• ${\displaystyle L}$длина автомобиля

Емкость

Пропускная способность одной полосы транспортных средств просто обратна величине интервала движения от кончика до кончика. Чаще всего это выражается в машино-часах:

${\displaystyle n_{veh}={\frac {3600}{T_{min}}}}$

где:

• ${\displaystyle n_{veh}}$количество автомобилей в час
• ${\displaystyle T_{min}}$минимальный безопасный интервал в секундах

Пассажировместимость полосы представляет собой просто произведение вместимости транспортных средств и пассажировместимости транспортных средств:

${\displaystyle n_{pas}=P{\frac {3600}{T_{min}}}}$

где:

• ${\displaystyle n_{pas}}$количество пассажиров в час
• ${\displaystyle P}$максимальная пассажировместимость одного автомобиля
• ${\displaystyle T_{min}}$минимальный безопасный интервал в секундах

Примеры

Рассмотрим эти примеры:

1) движение по автостраде, на полосу: скорость 100 км/ч (~28 м/с), 4 пассажира на транспортное средство, длина транспортного средства 4 метра, торможение 2,5 м/с^2 (1/4 g ), время реакции 2 секунды, упор кирпичный, 1,5; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {4}{28}}+2+{\frac {1.5\times 28}{2}}\left({\frac {1}{2.5}}\right)}$

${\displaystyle n_{pas}={P}\times {\frac {3600}{T_{tot}}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 10,5 секунд; = 7200 пассажиров в час, если предполагается 4 человека в автомобиле и интервал 2 секунды, или 342 пассажира в час, если предполагается 1 человек в автомобиле и интервал 10,5 секунды. ${\displaystyle n_{pas}}$

Реальный интервал движения составляет гораздо меньше 10,5 секунд, поскольку на автострадах принцип «кирпичная стена» не применяется. В действительности можно предположить, что на каждую машину приходится 1,5 человека и интервал движения составляет 2 секунды, что дает 1800 автомобилей или 2700 пассажиров на полосу в час.

Для сравнения, в округе Марин, штат Калифорния (недалеко от Сан-Франциско ), утверждается, что пиковый поток на трехполосном шоссе 101 составляет около 7200 автомобилей в час. ^[13] Это примерно одинаковое количество пассажиров на полосу движения.

Несмотря на эти формулы, широко известно, что уменьшение интервала движения увеличивает риск столкновения в стандартных условиях частного автомобиля и это часто называют «задним ходом» .

2) система метро, ​​на линию: скорость 40 км/ч (~11 м/с), 1000 пассажиров, длина транспортного средства 100 метров, торможение 0,5 м/с^2, время реакции 2 секунды, остановка у кирпичной стены, 1,5 ; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {100}{11}}+2+{\frac {1.5\times 11}{2}}\left({\frac {1}{0.5}}\right)}$

${\displaystyle n_{pas}={1000}\times {\frac {3600}{T_{tot}}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 28 секунд; = 130 000 пассажиров в час ${\displaystyle n_{pas}}$

Обратите внимание, что большинство систем сигнализации, используемых в метрополитене, устанавливают искусственное ограничение скорости движения, которое не зависит от эффективности торможения. Кроме того, время, необходимое для остановок на станциях, ограничивает расстояние. Используя типичное значение 2 минуты (120 секунд):

${\displaystyle n_{pas}={1000}\times {\frac {3600}{120}}}$

${\displaystyle n_{pas}}$= 30 000 пассажиров в час

Поскольку скорость движения метрополитена ограничивается соображениями сигнализации, а не характеристиками транспортных средств, сокращение скорости движения за счет улучшения сигнализации оказывает прямое влияние на пассажировместимость. По этой причине система лондонского метрополитена потратила значительную сумму денег на модернизацию сети SSR, ^[14] Джубили и Центральной линий с новой сигнализацией CBTC , чтобы сократить интервал движения примерно с 3 минут до 1 во время подготовки к Олимпийским играм 2012 года . ^[15]

3) автоматизированная персональная система скоростного транспорта , скорость 30 км/ч (~8 м/с), 3 пассажира, длина транспортного средства 3 метра, скорость торможения 2,5 м/с^2 (1/4 g ), время реакции 0,01 секунды, тормоз- провал на головной машине при замедлении на 1 м/с, бот 2.5, м/с при поломке ведущей машины. 1,1; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {3}{8}}+0.01+{\frac {1.1\times 8}{2}}\left({\frac {1}{2.5}}-{\frac {1}{2.5}}\right)}$

${\displaystyle n_{pas}={3}\times {\frac {3600}{0.385}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 3 секунды; = 28 000 пассажиров в час ${\displaystyle n_{pas}}$

Это число похоже на число, предложенное системой Cabinentaxi , хотя они прогнозировали, что фактическое использование будет намного ниже. ^[16] Хотя у PRT меньше пассажирских мест и меньше скорости, их более короткие интервалы значительно улучшают пассажировместимость. Однако по юридическим причинам эти системы часто ограничены физическими соображениями, что ограничивает их производительность двумя секундами, как у автомобиля. В этом случае:

${\displaystyle n_{pas}={3}\times {\frac {3600}{2}}}$

${\displaystyle n_{pas}}$= 5400 пассажиров в час

Проезд и пассажиропоток

Интервалы движения оказывают огромное влияние на уровень пассажиропотока сверх определенного критического времени ожидания. Согласно Бойлю, эффект изменения интервала движения прямо пропорционален изменениям пассажиропотока с помощью простого коэффициента пересчета 1,5. То есть, если интервал сократить с 12 до 10 минут, среднее время ожидания пассажира уменьшится на 1 минуту, общее время в пути - на ту же минуту, то есть прирост пассажиропотока составит порядка 1 х 1,5 + 1. или около 2,5%. ^[17] Подробное обсуждение также см. в Ceder. ^[18]

Рекомендации

Примечания

1. Метро обычно указывает, что их лучшая скорость составляет 142 поезда в час, но на их английской странице, архивировано 21 августа 2009 года в Wayback Machine, используются более знакомые единицы измерения.
2. Паркинсон и Фишер, стр. 17.
3. Ссылки на различные источники об остановке с кирпичной стеной при планировании общественного транспорта см. Ричард Гроннинг, «Остановки с кирпичной стеной и PRT», июнь 2009 г.
4. Леонард Хью Уильямс, «Усовершенствованный пассажирский поезд: невыполненное обещание», Ян Аллан, 1985, ISBN  0-7110-1474-4
5. Паркинсон и Фишер, стр. 18–19.
6. Ван Винсум, В.; Брауэр, В. (1997). «Время движения автомобиля за автомобилем и эксплуатационные характеристики при неожиданном торможении». Перцептивные и моторные навыки . 84 (3 приложения): 1247–1257. дои : 10.2466/pms.1997.84.3c.1247. PMID  9229443. S2CID  6944186.
7. Карнеги, Приложение 1.
8. «Статистика соблюдения скорости транспортных средств, Великобритания: 2017» (PDF) . gov.uk. _ Проверено 14 сентября 2023 г.
9. «Линия 14 парижского метро расширена, превратив ее в самую длинную, быструю и эффективную линию» . 23 декабря 2020 г.
10. «Московский метрополитен выиграл от модернизации».
11. «Набор инструментов для анализа трафика», Министерство транспорта США, FHWA-HRT-04-040.
12. Андерсон, стр. 47–48
13. «Как ломается автострада», Общественные работы округа Марин
14. Bombardier обеспечит сигнализацию основного лондонского метрополитена.[1] Пресс-релиз, Bombardier Transportation Media Center, 2011 г. По состоянию на июнь 2011 г.
15. Railway-technology.com, «Модернизация транспорта Олимпийских игр в Лондоне»
16. «Сообщения об исследованиях, направленных на улучшение транспортных условий в городах, поселках и других населенных пунктах», Forschung Stadtverkehr , выпуск 25 (1979).
17. Бойл, стр. 13
18. Седер, стр. 537–542

Библиография

• Джон Эдвард Андерсон, «Теория транзитных систем», Lexington Books, 1978 г.
• Джон Эдвард Андерсон, «Пропускная способность персональной системы скоростного транспорта», 13 мая 1997 г.
• Дэниел Бойл, «Методы прогнозирования транзитного пассажиропотока по фиксированному маршруту и ​​планирования обслуживания», Обобщение транзитной практики , том 66 (2006 г.), Совет транспортных исследований, ISBN 0-309-09772-X 
• Джон Карнеги, Алан Вурхис и Пол Хоффман, «Жизнеспособность личного скоростного транспорта в Нью-Джерси», февраль 2007 г.
• Авишай Седер, «Планирование и работа общественного транспорта: теория, моделирование и практика», Butterworth-Heinemann, 2007, ISBN 0-7506-6166-6 
• Том Паркинсон и Ян Фишер, «Пропускная способность железнодорожного транспорта», Совет транспортных исследований, 1996, ISBN 0-309-05718-3