Postęp - Headway

Headway to odległość między pojazdami w systemie tranzytowym mierzona w czasie lub przestrzeni. Minimalna adaptacyjnej jest najkrótsza odległość ta lub czas do osiągnięcia przez układ bez zmniejszenia prędkości pojazdu. Dokładna definicja różni się w zależności od zastosowania, ale najczęściej jest mierzona jako odległość od czubka (przodu) jednego pojazdu do czubka następnego znajdującego się za nim. Może być wyrażona jako odległość między pojazdami lub jako czas potrzebny na pokonanie tej odległości przez pojazd podążający. „Krótszy” odstęp oznacza bliższe odstępy między pojazdami. Samoloty jeżdżą z odstępami mierzonymi w godzinach lub dniach, pociągi towarowe i systemy kolei podmiejskiej mogą mieć odstępy mierzone w częściach godziny, systemy metra i kolei lekkiej jeżdżą z odstępami rzędu 90 sekund do 5 minut, a pojazdy na autostradzie mogą dzielą je zaledwie 2 sekundy.

Headway jest kluczowym elementem obliczania całkowitej przepustowości trasy dowolnego systemu tranzytowego. System, który wymaga dużych odstępów, ma więcej pustej przestrzeni niż pojemność pasażerska, co zmniejsza całkowitą liczbę pasażerów lub ładunku przewożonego na danym odcinku linii (na przykład kolej lub autostrada). W takim przypadku wydajność należy poprawić poprzez zastosowanie większych pojazdów. Z drugiej strony system z krótkimi przejazdami, jak samochody na autostradzie, może oferować stosunkowo duże pojemności, mimo że pojazdy przewożą niewielu pasażerów.

Termin ten jest najczęściej stosowany w odniesieniu do transportu kolejowego i autobusowego , gdzie często potrzebne są niskie prędkości do przemieszczania dużej liczby osób kolejami masowymi i systemami szybkiego transportu autobusowego . Niższy postęp wymaga większej infrastruktury, co sprawia, że ​​osiągnięcie niższych postępów jest drogie. Współczesne duże miasta wymagają systemów kolei pasażerskiej o ogromnej przepustowości, a niskie przejazdy umożliwiają zaspokojenie popytu pasażerskiego we wszystkich miastach poza najbardziej ruchliwymi. Nowsze systemy sygnalizacji i sterowanie ruchomymi blokami znacznie zmniejszyły postępy w nowoczesnych systemach w porównaniu z tymi samymi liniami jeszcze kilka lat temu. W zasadzie zautomatyzowane osobiste systemy szybkiego transportu i plutony samochodowe mogłyby zredukować postępy do zaledwie ułamków sekundy.

Opis

Różne środki

Istnieje wiele różnych sposobów mierzenia i wyrażania tej samej koncepcji, odległości między pojazdami. Różnice wynikają w dużej mierze z historycznego rozwoju w różnych krajach lub dziedzinach.

Termin wywodzi się z kolei, gdzie odległość między pociągami była bardzo duża w porównaniu z długością samego pociągu. Pomiar odstępu od przodu jednego pociągu do przodu następnego był prosty i zgodny z rozkładem jazdy pociągów, ale ograniczanie odstępu między końcówkami nie zawsze zapewnia bezpieczeństwo. W przypadku systemu metra długości pociągów są jednolicie krótkie, a odstęp dozwolony do zatrzymania jest znacznie dłuższy, dlatego można stosować odstęp między końcami pociągów z niewielkim współczynnikiem bezpieczeństwa. Tam, gdzie wielkość pojazdu jest zróżnicowana i może być dłuższa niż odległość zatrzymania lub odstępy, jak w przypadku pociągów towarowych i zastosowań na autostradach, pomiary „końcówka do ogona” są bardziej powszechne.

Jednostki miary również się różnią. Najpopularniejszą terminologią jest użycie czasu przejazdu z jednego pojazdu do drugiego, który dokładnie odzwierciedla sposób, w jaki mierzono postępy w przeszłości. Licznik jest uruchamiany, gdy jeden pociąg przejeżdża przez punkt, a następnie mierzy czas do przejechania następnego, dając czas od napiwku do napiwku. Ta sama miara może być również wyrażona w postaci liczby pojazdów na godzinę, która jest używana na przykład w moskiewskim metrze . Pomiary odległości są dość powszechne w zastosowaniach innych niż pociągi, takich jak pojazdy na drodze, ale pomiary czasu są również tutaj powszechne.

Przykłady kolei

Ruchy pociągów w większości systemów kolejowych są ściśle kontrolowane przez systemy sygnalizacji kolejowej lub system sygnalizacji blokowej . W wielu kolejach maszyniści otrzymują instrukcje dotyczące prędkości i tras przejazdu przez sieć kolejową. Pociągi ( tabor ) mogą tylko przyspieszać i zwalniać stosunkowo wolno, więc zatrzymanie się z czegokolwiek innego niż z niską prędkością wymaga kilkuset metrów, a nawet więcej. Odległość toru wymagana do zatrzymania jest często znacznie większa niż zasięg widzenia kierowcy. Jeśli tor przed nami jest zablokowany, na przykład pociąg się tam zatrzymuje, pociąg za nim prawdopodobnie zobaczy to zbyt późno, aby uniknąć kolizji.

Systemy sygnalizacji służą do przekazywania kierowcom informacji o stanie toru przed nimi, dzięki czemu można uniknąć kolizji. Skutkiem ubocznym tej ważnej funkcji bezpieczeństwa jest to, że postęp dowolnego systemu kolei jest skutecznie określany przez strukturę systemu sygnalizacji, a zwłaszcza odstępy między sygnałami i ilość informacji, które mogą być dostarczone w sygnale. Przejazdy systemu kolejowego można obliczyć z systemu sygnalizacji. W praktyce istnieje wiele różnych metod oddzielania pociągów, niektóre są ręczne, takie jak sterowanie koleją lub systemy wykorzystujące telegrafy, a inne opierają się wyłącznie na infrastrukturze sygnalizacyjnej w celu regulacji ruchu pociągów. Ręczne systemy pociągów roboczych są powszechne na obszarach o małej liczbie ruchów pociągów (np. 1 dziennie), a odstępy są częściej omawiane w kontekście systemów nieobsługiwanych ręcznie. Automatyczna sygnalizacja blokowa jest prawdopodobnie najbardziej istotna przy obliczaniu postępów.

W przypadku automatycznej sygnalizacji blokowej (ABS) wyprzedzenie jest mierzone w minutach i obliczane od czasu od przejazdu pociągu do powrotu systemu sygnalizacji do pełnej drożności (kontynuuj). Zwykle nie mierzy się końcówki do końcówki. System ABS dzieli tor na bloki, do których w danym momencie może wjechać tylko jeden pociąg. Zazwyczaj pociągi są utrzymywane w odstępach od dwóch do trzech bloków, w zależności od tego, jak zaprojektowano system sygnalizacji, a więc rozmiar bloku często określa posuw.

Kontakt wzrokowy jako metoda na uniknięcie kolizji (np. podczas manewrowania ) odbywa się tylko przy niskich prędkościach, np. 40 km/h. Kluczowym czynnikiem bezpieczeństwa ruchu pociągów jest rozmieszczenie pociągów co najmniej o tę odległość, kryterium „przystanku murowanego”. Aby zasygnalizować pociągom na czas, aby mogły się zatrzymać, koleje umieszczały na liniach robotników, którzy mierzyli czas przejazdu pociągu, a następnie sygnalizowali kolejne pociągi, jeśli nie upłynął określony czas. Dlatego też przejazdy pociągów są zwykle mierzone jako czasy między końcówkami, ponieważ zegar był resetowany, gdy silnik mijał robotnika.

Wraz z wynalezieniem zdalnych systemów sygnalizacyjnych robotników zastąpiono wieżami sygnalizacyjnymi w wyznaczonych miejscach wzdłuż toru. To złamało tor na serię „bloków” między wieżami. Pociągom nie wolno było wjeżdżać do bloku, dopóki sygnał nie powiedział, że jest czysty, gwarantując w ten sposób co najmniej jeden odstęp między pociągami. Miało to efekt uboczny polegający na ograniczeniu maksymalnej prędkości pociągów do prędkości, przy której mogą zatrzymać się w odległości jednego bloku. Była to ważna kwestia w przypadku zaawansowanego pociągu pasażerskiego w Wielkiej Brytanii , gdzie rozmiary bloków ograniczały prędkości i wymagały opracowania nowego układu hamulcowego.

Przykład postępu w systemie kolejowym z wieloma blokami. Pociąg B może wjechać tylko na blok z zielonym lub żółtym „aspektem” (światło) i musi zmniejszyć prędkość w żółtych blokach do punktu, w którym może zatrzymać się w zasięgu widzenia.

Nie ma idealnego rozmiaru bloku dla podejścia kontroli bloku; niektóre względy faworyzują mniejszy rozmiar bloku, inne dłuższe. Dłuższe bloki mają tę zaletę, że wykorzystują jak najmniej sygnałów, sygnały są drogie i punkty awarii, a także dają pociągom więcej czasu na zatrzymanie się, a tym samym pozwalają na wyższe prędkości. Z drugiej strony, rozproszenie sygnałów na większe odległości zwiększa tempo, a tym samym zmniejsza ogólną przepustowość linii. Potrzeby te należy równoważyć w każdym przypadku z osobna.

Inne przykłady

W przypadku ruchu samochodowego kluczowym czynnikiem wpływającym na skuteczność hamowania jest czas reakcji użytkownika. W przeciwieństwie do przypadku pociągu droga hamowania jest na ogół znacznie krótsza niż odległość wykrywania. Oznacza to, że kierowca będzie dostosowywał swoją prędkość do pojazdu jadącego z przodu, zanim do niego dotrze, eliminując efekt „ceglanej ściany”.

Powszechnie używane liczby mówią, że samochód jadący z prędkością 60 mil na godzinę będzie potrzebował około 225 stóp, aby się zatrzymać, czyli odległość, którą pokona niecałe 6 sekund. Niemniej jednak podróż autostradą często odbywa się ze znacznym bezpieczeństwem, z pokonywaniem ogona w przód w czasie rzędu 2 sekund. Dzieje się tak, ponieważ czas reakcji użytkownika wynosi około 1,5 sekundy, więc 2 sekundy pozwalają na niewielkie nałożenie, które wyrównuje różnicę w skuteczności hamowania między dwoma samochodami.

Różne osobiste systemy szybkiego tranzytu w latach 70. znacznie zmniejszyły postępy w porównaniu z wcześniejszymi systemami kolejowymi. Pod kontrolą komputera czasy reakcji można skrócić do ułamków sekundy. Kwestią dyskusyjną jest, czy tradycyjne przepisy dotyczące postępów powinny mieć zastosowanie do technologii PRT i pociągów samochodowych. W przypadku opracowanego w Niemczech systemu Cabinentaxi , odstępy zostały ustawione na 1,9 sekundy, ponieważ deweloperzy zostali zmuszeni do przestrzegania kryterium muru. W eksperymentach zademonstrowali postępy rzędu pół sekundy.

W 2017 roku w Wielkiej Brytanii 66% samochodów i lekkich pojazdów użytkowych oraz 60% motocykli pozostawiło zalecaną dwusekundową przerwę między sobą a innymi pojazdami.

Systemy niskoprofilowe

Odstępy między pasami są dobierane według różnych kryteriów bezpieczeństwa, ale podstawowa koncepcja pozostaje taka sama – pozostawić wystarczająco dużo czasu, aby pojazd bezpiecznie zatrzymał się za poprzedzającym go pojazdem. Kryterium „bezpiecznego zatrzymania” ma jednak nieoczywiste rozwiązanie; jeśli pojazd podąża bezpośrednio za pojazdem z przodu, pojazd z przodu po prostu nie może zatrzymać się wystarczająco szybko, aby uszkodzić pojazd za nim. Przykładem może być konwencjonalny pociąg, w którym pojazdy są trzymane razem i mają tylko kilka milimetrów „luzu” w połączeniach. Nawet gdy lokomotywa zastosuje hamowanie awaryjne, wagony jadące za nim nie doznają żadnych uszkodzeń, ponieważ szybko zamykają lukę w sprzęgach, zanim różnica prędkości może się zwiększyć.

Przeprowadzono wiele eksperymentów z automatycznymi systemami jazdy, które podążają za tą logiką i znacznie zmniejszają tempo do dziesiątych lub setnych części sekundy w celu poprawy bezpieczeństwa. Obecnie nowoczesne systemy sygnalizacji kolejowej CBTC są w stanie znacznie zmniejszyć odstępy między pociągami w eksploatacji. Dzięki automatycznym systemom tempomatu „car follower” pojazdy mogą być formowane w stada, które są zbliżone do pojemności konwencjonalnych pociągów. Systemy te zostały po raz pierwszy zastosowane jako część osobistych badań nad szybkim tranzytem, ​​ale później przy użyciu konwencjonalnych samochodów z systemami podobnymi do autopilota.

Przepustowość i przepustowość trasy

Przepustowość trasy jest określona trzema liczbami; liczba pasażerów (lub ciężar ładunku) za pojazd, maksymalna bezpieczna prędkość pojazdów, a liczba pojazdów w jednostce czasu . Ponieważ postęp uwzględnia dwa z trzech danych wejściowych, jest to główny czynnik uwzględniany przy obliczaniu wydajności. Z kolei tempo jest określane przez skuteczność hamowania lub jakiś czynnik zewnętrzny na nim oparty, taki jak rozmiary bloków. Postępując zgodnie z metodami Andersona:

Minimalny bezpieczny postęp

Minimalna bezpieczna droga do przodu mierzona „końcówka do ogona” jest określona przez skuteczność hamowania:

${\ Displaystyle T_ {min} = t_ {R} + {\ Frac {kV} {2}} \ lewo ({\ Frac {1} {a_ {f}}} - {\ Frac {1} {a_ {l }}}\dobrze)}$

gdzie:

• ${\displaystyle T_{min}}$ to minimalny bezpieczny postęp, w sekundach
• ${\ Displaystyle V}$ to prędkość pojazdów
• ${\displaystyle t_{r}}$ to czas reakcji, czyli maksymalny czas, jaki potrzebuje następny pojazd na wykrycie nieprawidłowego działania lidera i pełne włączenie hamulców awaryjnych.
• ${\displaystyle a_{f}}$ to minimalne opóźnienie hamowania popychacza.
• ${\displaystyle a_{l}}$to maksymalne opóźnienie hamowania lidera. Dla rozważań ceglanych ściana jest nieskończona i to rozważanie jest wyeliminowane.${\displaystyle a_{l}}$
• ${\displaystyle k}$ jest arbitralnym współczynnikiem bezpieczeństwa większym lub równym 1.

Przebieg „końcówka do ogona” to po prostu postęp „końcówka do ogona” plus długość pojazdu wyrażona w czasie:

${\ Displaystyle T_ {tot} = {\ Frac {L} {V}} + T_ {R} + {\ Frac {kV} {2}} \ lewo ({\ Frac {1} {a_ {f}}} -{\frac {1}{a_{l}}}\prawo)}$

gdzie:

• ${\displaystyle T_{całkowita}}$ czas na przejechanie punktu przez pojazd i autostradę
• ${\ Displaystyle L}$ jest długość pojazdu?

Pojemność

Pojemność pojazdu na jednym pasie jest po prostu odwrotnością postępu między czubkami. Najczęściej wyraża się to w pojazdach na godzinę:

${\ Displaystyle n_ {veh} = {\ Frac {3600} {T_ {min}}}}$

gdzie:

• ${\displaystyle n_{veh}}$ to liczba pojazdów na godzinę
• ${\displaystyle T_{min}}$ to minimalny bezpieczny postęp, w sekundach

Liczba pasażerów na pasie jest po prostu iloczynem pojemności pojazdu i liczby pasażerów pojazdów:

${\ Displaystyle n_ {pas} = P {\ Frac {3600} {T_ {min}}}}$

gdzie:

• ${\displaystyle n_{pas}}$ to liczba pasażerów na godzinę
• ${\displaystyle P}$ to maksymalna pojemność pasażerska na pojazd
• ${\displaystyle T_{min}}$ to minimalny bezpieczny postęp, w sekundach

Przykłady

Rozważ te przykłady:

1) ruch autostradowy na pas ruchu: prędkość 100 km/h (~28 m/s), 4 pasażerów na pojazd, 4 metry długości pojazdu, hamowanie 2,5 m/s (1/4 g ), czas reakcji 2 sekundy, ogranicznik ścienny 1,5; ${\displaystyle k}$

${\ Displaystyle T_ {tot} = {\ Frac {4} {28}} +2 + {\ Frac {1,5 \ razy 28} {2}} \ lewo ({\ Frac {1} {2,5}} \ prawej) }$

${\ Displaystyle n_ {pas} = {P} \ razy {\ Frac {3600} {T_ {tot}}}}$

${\displaystyle T_{całkowita}}$= 10,5 sekundy ; = 7200 pasażerów na godzinę przy założeniu 4 osób na samochód i 2 sekundy wyprzedzenia lub 342 pasażerów na godzinę przy założeniu 1 osoby na samochód i 10,5 sekundy do przodu.${\displaystyle n_{pas}}$

W rzeczywistości prędkość przejazdu jest znacznie mniejsza niż 10,5 sekundy, ponieważ na autostradach nie stosuje się zasady ceglanego muru. W rzeczywistości można przyjąć 1,5 osoby na samochód i 2 sekundy wyprzedzenia, co daje 1800 samochodów lub 2700 pasażerów na pas i godzinę.

Dla porównania, hrabstwo Marin w Kalifornii (w pobliżu San Francisco ) podaje, że szczytowy przepływ na trzypasmowej autostradzie 101 wynosi około 7200 pojazdów na godzinę. To mniej więcej tyle samo pasażerów na pasie.

Niezależnie od tych formuł, powszechnie wiadomo, że zmniejszenie wyprzedzenia zwiększa ryzyko kolizji w standardowych ustawieniach prywatnych samochodów i jest często określane jako tailgating .

2) system metra, na linię: prędkość 40 km/h (~11 m/s), 1000 pasażerów, długość pojazdu 100 metrów, hamowanie 0,5 m/s, czas reakcji 2 sekundy, przystanek murowany 1,5; ${\displaystyle k}$

${\ Displaystyle T_ {tot} = {\ Frac {100} {11}} +2 + {\ Frac {1,5 \ razy 11} {2}} \ lewo ({\ Frac {1} {0,5}} \ prawej) }$

${\ Displaystyle n_ {pas} = {1000} \ razy {\ Frac {3600} {T_ {tot}}}}$

${\displaystyle T_{całkowita}}$= 28 sekund ; = 130 000 pasażerów na godzinę${\displaystyle n_{pas}}$

Należy pamiętać, że większość systemów sygnalizacyjnych używanych w metrze nakłada sztuczne ograniczenie prędkości, które nie jest zależne od skuteczności hamowania. Również czas potrzebny na przystanki na stacji ogranicza postęp. Używając typowej liczby 2 minut (120 sekund):

${\ Displaystyle n_ {pas} = {1000} \ razy {\ Frac {3600} {120}}}$

${\displaystyle n_{pas}}$ = 30 000 pasażerów na godzinę

Ponieważ tempo przejazdu metra jest ograniczone względami sygnalizacyjnymi, a nie osiągami pojazdu, zmniejszenie tempa przejazdu poprzez ulepszoną sygnalizację ma bezpośredni wpływ na pojemność pasażerów. Z tego powodu system londyńskiego metra wydał znaczną ilość pieniędzy na modernizację sieci SSR, linii Jubilee i Central za pomocą nowej sygnalizacji CBTC, aby zmniejszyć tempo z około 3 minut do 1, podczas przygotowań do Igrzysk Olimpijskich w 2012 roku .

3) zautomatyzowany osobisty system szybkiego przejazdu , prędkość 30 km/h (~8 m/s), 3 pasażerów, 3 metry długości pojazdu, hamowanie 2,5 m/s (1/4 g ), czas reakcji 0,01 sekundy, awaria hamulca włączona pojazd prowadzący dla spowolnienia 1 m/s, bot 2,5, m/s w przypadku pęknięcia pojazdu prowadzącego. 1,1; ${\displaystyle k}$

${\ Displaystyle T_ {tot} = {\ Frac {3} {8}} + 0,01 + {\ Frac {1,1 \ razy 8} {2}} \ lewo ({\ Frac {1} {2,5}} - {\ złamanie {1}{2.5}}\prawo)}$

${\displaystyle n_{pas}={3}\razy {\frac {3600}{0,385}}}$

${\displaystyle T_{całkowita}}$= 3 sekundy ; = 28 000 pasażerów na godzinę${\displaystyle n_{pas}}$

Liczba ta jest zbliżona do tych proponowanych przez system Cabinentaxi , choć przewidywali, że faktyczne wykorzystanie będzie znacznie niższe. Chociaż PRT mają mniej miejsc pasażerskich i prędkości, ich krótsze odstępy radykalnie poprawiają pojemność pasażerów. Jednak ze względów prawnych systemy te są często ograniczone względami muru ceglanego, co ogranicza ich działanie do 2 sekund, jak w samochodzie. W tym przypadku:

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

${\displaystyle n_{pas}}$ = 5400 pasażerów na godzinę

Postępy i jeździectwo

Headways mieć ogromny wpływ na przewiezionych pasażerów poziomach powyżej pewnej krytycznej czasu oczekiwania. Zgodnie z Boyle, wpływ zmian w postępie jest wprost proporcjonalny do zmian w jeździectwie przez prosty współczynnik konwersji 1,5. Oznacza to, że jeśli postęp zostanie skrócony z 12 do 10 minut, średni czas oczekiwania pasażera zmniejszy się o 1 minutę, całkowity czas podróży o tę samą minutę, więc wzrost liczby pasażerów będzie rzędu 1 x 1,5 + 1 lub około 2,5%. Zobacz także Ceder, aby zapoznać się z obszerną dyskusją.

Bibliografia

Uwagi

Bibliografia