多功能、快速、连续、智能轨道交通系统的设想--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

多功能、快速、连续、智能轨道交通系统的设想

发表时间：2020/7/13 来源：《新纪实》2020年第4期作者：王峨1 王潇2

[导读] 全程服务旅客三平行变轨模块中途不停车，上下旅客在车站建造轨道电车专用通道，客货兼容18小时每2分钟连续发一趟，客（货）动车组直通式轨道车站“验票、安检”闸口。

        1.上海交通大学上海 200000
        2.西安公路学院陕西西安 710000

        【摘要】全程服务旅客三平行变轨模块中途不停车，上下旅客在车站建造轨道电车专用通道，客货兼容18小时每2分钟连续发一趟，客（货）动车组直通式轨道车站“验票、安检”闸口。
        【关键词】（智能电車）新型货运动车；（动力动车底盘+集装箱）；新型货运组装流水线

        一、名词定义
        （一）全程服务
        是指对出行者的服务将从出行者“家”开始，一直服务到出行者到达目的地为止。
        （二）智能
        采用云计算、互联网、物联网、大数据計算、北斗卫星定位、下一代移动通信、人工智能等先进技术、通过新一代信息技术与高速铁路技术的集成融合。
        （三）中途不停车上下旅客
        在轨道交通中间站区域将单轨（本文仅研究双道铁路中的单轨）改制为一组三平行轨道（一主两副〉+多处智能道岔口的变轨专区。并开发一组四变量自动协调的智能模块（动车组变速、下轨（或上轨）’动车变速、选定变轨区域、动车变轨定位〉。可实现整个动车组在经过中间站的几十秒中，依递减速产生三个动车行驶段，出现两个安全轨道距离。可使动车组的“下车”动车出轨（出主进副），同时使中间站上的另一“上车”动车进轨（出副进主），然后三段动车又自动加速组合成新的动车组。也就是说此车次动车组在没有停车的情况下，某动车可下轨进入中间站，中间站另一动车可上主轨道进入动车组。从而实现了不停车上下旅客的目的。（同理，货运动车也是这样运作。）
        （四）客货兼容
        由于设想将做到每120秒左右发一趟车（我们想通过本文设想的技术、装备可行性，申请将铁道部34号令规定最短180秒钟再缩短到120秒钟）。因而在解决了相关设备和技术问题后，可使轨道运输量提髙数倍。比如，经对广深高铁动车组时刻表的发车次数（单轨）的统計得出，单轨道占线净理论利用率为10%，实时利用率为30%。計算公式如下：
        每辆动车组長度25mx8（节）=200m
        每辆动车组前后安全距离系数2×3（前后三显信号自动闭塞）
        每天单轨通车量（广深线）300
        合計全天（18小时）通过测试点时间200x2x3×300/200÷3600=6475秒=1.79小时
        占全天（18小时）百分比1.79/18x100%=10%（理论计算）
        全系统影响因子系数3
        实时百分比3×10%=30%
        最后可锁定在30%。
        因此，轨道线还可以增加近2倍的货运量。（注：当连续120秒钟发一趟可增加180%，即540趟）。其客货兼容原则是以客为主，货为付（货仅限于邮件，快递中小物件）。指揮中心将根据每天各时段客运流量不同，在保证满足客运前提下，调整客货动车组发车比例。
        （五）货运站
        是在客运始发站，终点站和中间站的侧面，再增加与客运站相对应的货运智慧儲存仑库、空集装箱场地、货运动车底盘车库、底盘与集装箱组合区域、多股支线轨道、多个道岔口及全套硬、软件集成系统。
        （六）快速
        按中国铁路之规定，动车组速度属于快速类，即2O0公里左右/小时。（这里应当更确切地说是平均200㎞/h，应允许有+10%的浮动）
        （七）连续
        是指轨道线的客货运动车组全天在一定的安全间隔距离下（区间信号闭塞系统）有序地连续不断地鱼贯行驶。（做到单向120秒左右发一客或货动车组）。
         二、全程服务、智能、中途不停车上下旅客、客货兼容、快速、连续轨道交通系统的功能
        （一）全程服务功能
        让出行者行程由两慢一快变为三快。两慢一快是指出行者从家（家是泛指，或家或单位或街边）到火车站的站台候车厅所需要的时间慢；乘快速动车组的时间快；到站后从站台去目的地的时间慢。三快，显然指出行者从“家”开始，由区域电瓶车接送到轨道电车上，再直接送到站台候车厅；乘快速轨道动车组；在异城站台乘轨道电车到异地轨道电车站，再乘电瓶车到家，实现三快。
        长沙中株研究所发明了智能轨道快运列车，较好的解决了这个问题（估计可提高行程时间30%一50%）。这里就借用这一发明，但因用途不完全同，要特制一种“智能电车”。
        该智能电车受轨道交通系统指挥中心的管制和指揮。该电车与城市轨道列车同用一虚拟轨道线，同用一汽车站台（应布满全市）。不同的是，智能用电车只准有乘轨道动车电子票的乘客乘坐，这些乘客必须事先在手机或其他铁路售票端机上购票（要输入身份证号或其他身份证件，被售票系统认可出“票”）。在规定乘车时间，由区域专用电瓶车到家门口接乘客前往就近的轨道公共交通站乘车，上车时要经二维码或脸检和安检（包括携带物品等）。本文称之为便携式检票与安检智能闸口，这是一次性终端入口。从此，乘客己进入安全区或叫监控区，乘客巳不能再与外界有身体和物体接触。然后，智能电车将众乘客送到站台候车厅。
        为了让旅客更能迅速进入站台候车室，我们建议在站台内建造一垂直轨道的高而大的平台。就像现在高铁站的站台候车厅一样：再从火车站外的轨道列车道靠近火车站处修建一条专用道，直接通到站台候车厅平台上。这样，轨道专用电车就可以直接进入站台候车厅平台。平台分两部分，一部分就是轨道电车停靠的部分，另一部分是乘客即将上车的站台候车厅。
        （二）智能快速轨道交通系统和智能动车组
        现时代已进入智能化时代，就轨道交通已有多种类型智能化：如顶端智能化（京张高铁及京张动车）；高端智能化（高铁及高铁动车）；中端智能化〈快速轨道及动车、轻轨及轻轨动车、地铁及地铁动车）；低端智能化（普铁及k，T字头列车一一现在普铁均行驶在快速轨道上，自然也能享受快轨上基本的智慧设施）。
        我们的设想是：采用中端智能化的轨道线路（如铁路路基，轨道，道床，坡度，转弯半径等均按快速轨道技术要求建造），但部分技术采用高端智能化轨道技术（如采用高铁CTCS3级列控系统、信号自动闭塞，AⅠ图像识别技术，ATP，ATS，AT0控制系统等）；采用高瑞智能化动力动车（每个动力动车具有自感知，自诊断，自决策，自适应的能力等〉。这样，既降低了昂贵的高铁轨道交通建造成本，又保证了核心技术的先进性，安全性。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        （三）中途不停车上下旅客的轨道交通系统的关键功能和关键设施
        我们设想的智能轨道交通系统基本上是按照快速轨道交通系统+部分高铁智能技术，采用巳成熟的现代化硬软件系统和管理来设计的。因此，动车的外观，内部结构，大计算机的运用（如采用计算机联锁、闭塞、列车、运行控制一体化技术、卫星的定位，安全措施的保障及动车上和沿途轨道上的传感器、红外扫描器的布局等都是成熟的，不再叙述。现在重点的讨论是动车组在中间站可以让指定的动车离开主轨道进入付轨道，再进入中间站，实现乘客可以在中间站下车的目的（中间站旅客上车同理），是需要特殊的轨道装置，特殊的控制系统，特殊的安全措施，特殊的变轨装置即智能道叉口和动车与轨道系统之间的信息系统的互联。需要指挥中心，中央控制中心，数据中心等部门的统一部署，尤其是对GSM一R网络、AT0，ATC，ATP，CNC等自动控制模块的运行，监控，保障，自诊断等系统的更深层的研究，做到全过程精准，安全，不出任何差错。
        （四）关键设备与技术：（申请专利，暂不发表）
        （五）全天18小时每120秒钟“连续”发一趟客（货）动车组
        始发站的硬件和发车程序。
        1.硬件：采用了本方案，可以使发车频率提高，如设计6个子站台发车，每个子站台大概14分钟就要发一趟车（每隔120秒发一趟车）。此时，对于车站的硬件要求是，首先要在6个子站台前建造一个6条备用动车组铁路支线区，各放三个动车组。因每一个动车组长度是200m，铁路支线长度至少800m。这样，每个动车组可休整30一40分钟（供乘务人员做准备，保洁人员打扫，上水等辅助工作）。6条平行支轨道线是〈島式）结构，轨道间有3米通道。
        在这里要重点阐述一下动车组的安全问题，根据区间信号系统的理论，在运输的线路上，动车组与动车组之间可以做到将车站与车站之间的距离划分成若干较短的区间，在每个区间之前设置一个可以显示红黄绿的色灯信号机，当列车进入一个区间时，后面第一个信号机显示红色，第二个信号机显示黄色，第三个信号机显示绿色，此称为一显式自动闭塞，本文采取的就是一显式自动闭塞，现在我们来计算一下：条件是动车组时速是200公里/小时，即55.6米/秒。动车长度是25米，8个车厢共200米。在始发站动车组每隔120秒发一趟车，也就是动车组与动车组相隔120秒及6.6公里。如果在线路上每1.5公里安装一个信号机，按一显示自动闭塞来设计，因而可以做到动车组进入任何一个区间时，后边1.5公里处第一个信号机显示红色，后边3.0公里处第二个信号机显示黄色，4.5公里处第三个信号机显示绿色，因此，两个相距6.6公里的动车组，会出现—显自动闭塞，是完全安全的。
        如果采用了世界最先进的移动闭塞信号系统，会实现动车速度更高和动车组与动车组之间更小的安全间距，从而可以运送更多的乘客和更多的货品。这一点，在将来研发人员的不断深入实验和在线路上的实际实践，会得到一个完全可靠的完全科学的移动闭塞。
        2.程序（与动车组发车程序类似，省略）。
        （六）在始发站，终点站和中间站附近沿线上建立一套完整的货运车站
        这又是一个厐大而复杂的智能工程，不是本文要论述的重点，这里仅概括地禅明一下作者的意向。
        1.根据上述铁路轨道线占有率的计算方法可以得知轨道线还有60%以上的空闲空间，因此货运动车组每天单向可以输送600趟以上，如果采用移动闭塞系统，可使发车量翻倍。
        2.货运动车只有底盘而没有箱体，货运底盘将具有客运动力动车的所有功能。货物将以集装箱形式放在底盘上，每件集装箱都有编码。这种彻底改变传统货运列车的结构，可以大幅度节约苯重而高成本的货运列车，并大大节省了平面区域（增加立体空间），如同大型集装箱汽车一样，车座与箱体分离。又便于集装箱分类、儲存和装卸。
        3.货运物品的种类，只包括邮件和快递件等中小型物品，不包括大型建材，煤炭，石油等大包装品，大重量品。
        4.建立三个并列的大区域：大型立体式智慧仑儲大楼区域；空集装箱堆放区域；货运动车底盘立体车库；（1）采用现代化智能分栋系统，如RFlD自动分栋系统，用读写器，传感器，在商品上贴标签进行分栋和码垛。采用分栋机器人，通过传感器、物镜、图像识别系统和多功能机械手。将物品快速分栋放到指定位置，或采用AGV机器人（移动机器人）、采用传感器技术、导航技术、同驱动技术、系统集成技术等核心技术。在这个区域还要完成由指揮中心下达的每一集装箱货单的物品组装工作，即按日期，车次，到达中间站的要求。（2）空集装箱堆放区如同海港码头那样，整齐的码垛在一起，由大型行吊或无人机器人搬运。供集装箱组装物品使用。（3）货运动车底盘车库区域：该区域动车底盘车库是大型的智能立体库。由计算机控制，安排。可以做到动车底盘自动进出库。如同自动化汽车立体库那样。需用时将动车底盘车调出（无编码，可任意取用〉，由大型行吊放到“列车”组合轨道上。当已有编码的集装箱放到无编码的动车底盘车上后（组合成列车），该列车就是有编码的列车。再由指挥中心摇控，列车自动进入车次动车组编组区进行编组。
        这里说明一点，这三个区域是全自动流水作业方法，组装迅速、在短时间完成。简单地说，在分栋区域是将某日某日同一车次同一中间站的物品放在指定的集装箱内，然后该箱与动车底盘组合成货运列车并编了码，再被指挥中心将这趟车次的8个动车按前后顺序编入到动车组，发到备用轨道上，准备发车。前后紧紧相扣，流水作业，不需要过多过大的空间就能在短时间内完成。
        现代的社会已进入大数据计算机时代，智能化的应用已经非常普及，云计算的应用、GSM一R网络系统、列车自动控制系统、摄影图像，传感件技术、红外扫描技术等等已成为常态产品。比如高铁的出现，就使我国客运速度和客运量有了明显的提高。
        不过，我们认为高铁的投资偏大、成本回笼的时间偏長、服务对象和范围偏窄、昂贵的轨道交通线利用率偏低、使全国几万公里長的高铁沿线旅客和物品无法或极少享受高铁服务；尤其当前处于物联网、电子商务、网上购物、新另售时代，全国快递物流十分庞大，急订急发急用。作为轨道铁路最独特、最容易组合运输、最大运输能力的运输体系确不能参与其中，是极大的遗憾！
        本文设想中途上下旅客不停车和采用客货兼容提高轨道铁路线利用率的方法应当是国内外新思维。它不仅使快速动车组保持了上千公里的快速、恒速（其速度和时效应当比现行的快速动车组提高20一30%以上），还能实现120秒钟发一趟动车组，即增加了运输量又让短途旅客，物品中途“上下”车。
        我们不是研究，设计现代化铁路运输的工程人员，仅凭微弱的一点知识大胆的提出我们的设想，或观念和理论就不成立，或因是一种设想，谈不上是研究设计论文，许多技术尤其是现代计算机技术等是十分笼统而不确切的。我们希望得到专家们和专业人员的指导！


        参考文献：
        [1]高速列车控制与服务网络（TCSN）业务分折与建模物联网技术2017年第8期.
        [2]京张高铁智能动车组髙轶网.
        [3]铁路客运站到发线运用和接发车路排列方案综合优化央锋等中南大学交通运输工程学院.
        [4]《智能高铁》中国铁路总公司.
        [5]区间信号朴瑜筠中国铁道出版社2018年5月1日◎.
        [6]智能轨道快运列车中车株洲研究所.
        [7]铁路主要技术政策（铁道部第34号令）2013.02.01.