新型城市公交的运载理念与基本原理

作者:
发布时间:2017-03-27 20:06
来源:
 ——兼说智能滑动路网的简明结构与运行方法
  发明人简介:张元庆、籍贯、中国江苏镇江市,大专学历、退休公务员,经济师,有中型机械制造工厂和省辖市市级机关工作经历。
 

 
  摘要: 剖析了城市交通的乱象与传统公交主要乘具的缺陷,探寻了乱象与缺陷存在的根源。提出用滑动运载治理乱象、消除缺陷、破解都市塞车堵路困局的思路。介绍滑动路网载客装置基本结构和在城市公交中的具体使用方法。
  新型城市公交系统 技术简介
  一、已获得国家发明专利与在受理的国家发明专利
  专利名称:《运载装置、城市公共交通系统及其运行方法》,专利号ZL201110002552.2,授权日、2013年3月8日。在受理的发明专利名称:《一种滑动运载装置、免候车公共交通系统及运行方法》,受理号为 201611164579.0          基本原理:
  运用系统集成的方法,将滑块运动连续化、网络化;并借助现代数字控制技术,使其规律化、智能化;再运用矢量相同时、空间位置相对静止的原理,解决了在连续运行中,让乘客安全进出路网中途换乘难题;克服了传统公交的提前候车、途中陪停陪等和间断发运三大技术短板,给未来城市的陆上公共交通提供了全新的运载理念,和高效率、大运能、智能化、网络化并绿色运行的技术模式和可行方法。
  二、工艺路线:
  路网实施涉及机电制造、路桥构建和信息的采集传输与控制三大技术领域。
  三、技术创新关键与新系统效能靓点:
  (一)、创新技术关键:(1)滑动运载专用载具—滑橇的设计和制造;(2滑动运载的特殊承载面—撬道与路网的设计、构建;(3)免候车站台的设计、建造和不间断连续运行的方法。
  (二)、新型系统的效能靓点:(1)乘客无需候车,随到随上并随上随走,效率空前,是一种近乎理想化的城市公共交通系统。(2)路网上所有的载具都是无人驾驶,载具内部的门窗启闭、音乐播放、语音提示、灯光调节、暖通使用等等,全部由计算机按程序远程控制,系统高度自动化。(3)实现了载具轻型化和工程路面及地桩基础轻型化,单位里程建造成本更为经济。(4)降低能耗,节电运行,绿色环保
  城市交通的乱象与成因
  在经济高速发展的同时,中国的城市也在急剧膨胀,人口和机动载具都在急剧增长,尤其是大城市,增长的速度更快。它们给城市交通带来了巨大压力,城市交通乱象纷呈,碎片化的倾向十分突出。1、多数道路人车混用,险象环生;2、道路的流畅性基本丧失,除了平交路口的红灯等待,还有斑马线的缓行避让,另外道路两侧的众多接口不时地有行人或车辆窜出,正常的交通被人为地打断了,行驶呈现一顿一行或堵塞难行状态;3、立交桥虽然可以实现车辆的流畅交会,但数量偏少、不成体系,难以满足实际需要,且兜的圈子大浪费里程;4、即使是在机动车辆专用的道路上,也会因为车型繁杂、加速、制动性能不一等原因不断地发生行车事故。
  如果我们从高空俯视现代的大都市,可以发现满城都是交错杂乱的运行线路,路上都是忽快忽慢、忽行忽停、忽拐弯忽调头的车辆。成长串的车辆将道路堵塞,已经成为经常化现象,城市交通经常处于极端无序状态中。
  面对这些乱象,不少人士认为,城市交通碎片化的成因是城市人口和社会车辆的增长速度太快,超过了城市道路的建设速度。秉承这种观点,几乎所有的城市都实施新建或改建、扩建道路的工程,可是当新建或改扩建的道路竣工投用后不久,道路又继续变得拥堵难行。我们是否还要再进行下一轮划地造路的建设呢?显然前面的观点并没有触及到矛盾的实质。那么,交通乱象的成因到底是什么呢?为了说清楚这个问题,我们举一个类比的现象,帮助认识城市交通乱象的真正原因。向前追溯三十年,在上世纪八十年代,那还是各类生活、生产物资都非常紧缺的时期,每逢年关大城市的百货商店就人满为患,每一个柜台、每一个角落,都塞满了购物的人群。商店内供顾客上下的楼梯则更是异常拥堵、十分难行。但是再看现在大城市的大商场、大超市,只是因为在楼层之间安装了几条自动扶梯,年关时节,顾客甚至远远多过三十年前,但却能顺畅地在楼层之间流动。原因就在于过去顾客上下楼层的行为是发散的,走快走慢、或走或停、走直走斜,完全自主,破坏了有序流动。而现在,人们只要站上了自动扶梯,就无需自行行走,而是在外力推动下,一个方向、一个速度地同一流动,既不好拐弯、也无法停顿,实现了有序化。同理,如果城市交通克服了自主性的发散行为,实现了有序化,前述的交通乱象就会被根绝,市民的城市生活和市内交通都会变得轻快起来。
  那么,城市交通呈现发散状态的根源在哪里呢?只要仔细观察不难发现,现在城市道路上行驶的所有的机动车辆,包括卡车、客车、三轮车、电动车、摩托车,甚至地铁和城市轻轨,都是同一种运载方式——轮式滚动运载。轮式滚动运载的基本特征是轮子的轴心总是与荷载同时移动相同的空间距离,其优点是灵活、快捷,单体乘具造价低,便于实现点到点的运输。所以,在相当长的时间里,轮式滚动运载成了人们陆上代步和货物运输的首选。但是,轮式滚动运载还有一个由司驾人员自主操控的重要的特性,恰恰是这个自主操控的特性,在机动车辆急剧增多的情况下,就成了当今城市交通乱象的罪魁祸首(本文暂不讨论行人步行的有序性)。设想一下,假如有一条专门供机动车辆行驶的道路,再假定路上行驶的全部是同一个品牌、同一个型号、同一个生产批次下线的、性能完全一样的车辆。但由于司驾人员的技术熟练程度和驾车经验不可能完全一样,他们的个人性格也不可能完全一样,在途驾车时的情绪和心态更不可能完全一样。因而由他们操控的车辆在方向、线路和速度上的表现当然也不可能完全一样,必然是呈现发散状态。在机动车辆高度密集且快速行驶的道路上,发生刮蹭、碰撞事故就成了不可避免的现象。更何况上说的“再假定”在现实生活中并不存在,行车事故的概率还将大幅度提升。
  由此我们可以推断出一个结论,不改变或不减少机动车辆轮式滚动的运载方式,其自主操控的发散性所引发的城市交通的碎片化倾向也就难以克服。城市交通的有序化就是一个可望不可及的渺茫目标。
  二、 传统公交的效能短板
  面对当下城市的路难行、车难开的困境,许多有识之士提出了‘大力发展公共交通,提高城市公交在分担代步出行中的比例’的建议,国务院也在二○一二年十二月颁发了专门文件《关于城市优先发展公共交通的指导意见》,城市公交再发展的大好历史机遇呈现在我们面前。然而这一再发展应该是在更加新的技术、更加高的代次上的跃升,而不应该是简单地外延式的扩大再生产。为了走好城市公交再发展的历史进程,有必要对传统公交的技术短板进行仔细分析。
  首先,从整体上分析传统的公交系统,无论是地铁、轻轨还是路面巴士在运行方式上,都存在着三个原生的、无法克服的技术缺陷:一是所有需要乘车的人都必须提前去站点候车,随到随乘的情况仅属偶然巧遇,不但时间浪费严重,不适应现代生产生活节奏要求,而且长时间的等待,会使人产生焦虑情绪,乘客在站点越集越多,造成乘车瞬间的高度拥挤,并人为地拉长停靠时间。二是所有乘具都是单辆或单列的间断发运,丢失了运载的连续性,无法做到川流不息和源源不断,致使乘具的设计效率和运能纸面化。三是现行的逐站停靠的运行方式,强迫暂不下车的乘客作陪等,乘坐路程越长、经过的站点越多、陪等的次数也越多、效率损失就越大。在短板效应的作用下,这三个原生的技术缺陷使城市公交载具原先的设计运能和效率都受到极大钳制,难以满足现代人群的高密度、快节奏的交通消费需求。
  其次,分别考察传统公交的三类乘具,其个性弱点也很突出:1、路面巴士存在平交红灯等待、道路拥堵难行、突发性车人交通事故多等麻烦,效率低下。继续增加投放密度,不但收效甚微,还会进一步加剧道路的拥堵。2、地铁的容量比较大,而且是载具的专用道路,没有行人和其它车辆干扰。但其钟摆往复式的运行模式,使线路无法形成交错互通的循环网络,站点覆盖率低、乘用前后普遍需要多次转乘驳接,便捷性不强,而每多一次转乘驳接就给市区交通再增加一份压力。其次,受逐水而居驱使,许多大中城市都紧邻江河湖泊,地下水位较高,并不符合地铁建造的地质要求。勉力为之,原本不菲的成本还要向上巨增,并会对沿线高层建筑的安全构成威胁。第三、在交通高峰时段拥挤非常突出。纽约的地铁线路是全世界城市中最多的,但它的拥挤程度也是举世闻名的;日本东京的地铁在交通高峰时段,专门雇人向车厢里推塞乘客;莫斯科的地铁修建的象皇宫一样豪华,但莫斯科市的堵车却是位居世界前列,人们为了避免拥挤还是选择了自驾出行。3地上轻轨则在造价、运能、效率和便捷性方面都存在与地铁相类似的问题。
  传统城市公交的运载技术曾经在历史上发挥过重要作用。但近二百年来再未产生过新锐理念更替和质的飞跃,在生产力高度发达的今天,已明显落后于其他行业的技术进步、距离城市交通‘通达、流畅、快速、安全、环保’的基本职能渐行渐远,跟不上现代生产和生活的节奏。当下的再发展,需要用代际更换意识确立新的方向和目标!依照当今科学技术发展的大趋势,城市公共交通再发展的方向应该是大运能、高效率、无事故或少事故。运载技术的最终目标应该是连续化、网络化、智能化和绿色运行。
  三、 管道滑动的运载理念与应用
  早在车轮发明之前人类还发明了一种运载方式——滑动运载,其特点是荷载在发生空间位置变化时,荷载自身的底部或其载具的底部与承载面之间始终保持完整接触或密集多点接触,承载面包括水面、大气、大地和工程路面等。我们常见的滑动运载有船舶
  航运、飞机空运、自动人行道、自动扶梯等。溜冰和滑雪则是滑动运载的体育表现形式。最早的滑动运载是古人用人力或畜力拖拽简易的爬犁运送货物。现今效率最高的滑动运载是自来水的管网输送和天然气、石油原油的超长距离管道运输。它们充分展现了管道滑动运载在避免外部干扰,实现大运能、高效率、连续化、集成化和自动化方面的优势。
  城市公交的新一轮发展能否也选择管道滑动运载技术呢?简单地模仿套用显然是行不通的!人类是地球上最高级的生命体,安全性是最重要的!不能像水、天然气和石油原油那样,在管道中接受挤压滚翻滑行!但我们可以通过特定的技术手段,建造一种更为广义的管道,借助专门研制的载具搭载乘客,并由电机驱动载具向前滑行却是完全可行的!作者经过十余年的探索研究,发明了一套专用的、结构并不复杂的滑动运载装置,用计算机将乘具和道路一体化,再运用作者发明的乘用方法,可实现“管道”滑动载客交通,把原本发散的、无序的个人出行转换为有序化、连续化、集成化、智能化,并彻底根除了传统公交的途中陪等、提前候车、间隔发运三大固疾,还可以做到无人驾驶、无事故或少事故,该技术完全能够从根本上破解城市的塞车堵路困局。
  这套专用滑动运载装置主要由两大部分组成:一是专用的特殊承载面——撬道,二是架在撬道上并沿着撬道向前滑行的专用载具——滑撬。
 

 
  撬道是在工程路面的长度方向的中心轴线上,纵向间隔排列的多个槽轮,槽轮轴通过轴承座固定在工程路面上。前述的滑撬的底板中心轴线上设置了与槽轮互相配合的受驱导向轨条,滑橇底面两侧与橇道两侧的支撑面之间设置了辅助支撑和滑行的滚珠。传动机构驱动槽轮原地旋转,槽轮通过与受驱导向轨条的摩擦,推动滑橇向前滑行。槽轮凹槽两侧的飞沿护挡住受驱导向轨条的两侧,管控滑橇的滑行方向。保证滑橇按规定的线路运行。滑撬是专用的载客厢体,内有座椅、扶手、拦杆等,但不配置滑行驱动力和操控机构。(参见图1)
  由于撬道上布满了滚轮,行人和其他载具都无法在上面行走或运行,必须是专用的。从节约土地和充分利用城市现有资源考虑,撬道最好依路而建,高架在市区主要道路便车道的的上方,高度约在5米以上。如果在撬道的两侧构筑采光护墙,并在其上方设置防雨顶盖,撬道便成了并非圆形广义管道。当电机驱动槽轮轮转动时,载着乘客的滑撬便开始在撬道上移滑,最简单的“管道”载客滑动就实现了(撬道的护墙和顶盖并非必建,在没有霜雪、气温较高的南方城市可以省略)。
  以上的运载装置只是解决了滑撬在“管道“中的滑行问题,要真正实现城市的滑动载客公交运输,还需配套作者发明的技术方法:首先橇道要首尾衔接、纵横错层、闭合循环、构成局域(参见图2)
 

 
 
    这样滑撬在管道内就可以毫无障碍地无限循环运行,达到连续性要求。这样的管道网络以下简称滑动路网。滑动路网规划建设的越合理,市民的出行就越方便。其次,要解决乘客如何免候车上下问题。沿橇道的一侧间隔分布了若干免候车站台,站台的左端是下客区,其右端是上客区。上下客区都设置了连续蠕动且与滑橇滑行同向的自动步行输送带,上下客区之间由一段固定静止路面连接,该路面中央位置设置了乘客分流墙。(参见图3)
 

 
  具体运行方法如下:当滑橇快要接近站台时开始减速,由于此时路网上的滑橇总是前面的先减到更低的速度,滑橇之间的距离便开始逐步缩小,进入站台后各个滑橇之间就会相互紧靠地贴在一起,并以与自动步行输送带相同的速度蠕动,滑橇首先进入的下客区,需要下车的乘客经厢门踏上并站立在自动步行输送带上,由输送带将她们送至固定静止路面面前,再踏上固定静止路面,经由乘客分流墙引导,走出站区。需要上车的乘客则由乘客分流墙引导,踏上站台右端上客区的自动步行输送带,在缓慢移动的过程中,跨进同速蠕动的滑橇厢体内,完成上客过程。依据多个相同矢量相互空间位置静止不变的原理,虽然乘客是在运动中完成的上下车行为,但滑橇与自动步行输送带之间是相对静止的空间,整个上下车过程非常平稳、安全。且有乘客分流墙引导乘客有序行走,也不会发生拥挤混乱。当滑橇滑行出了站台区域后便开始提速,由于前面的滑橇总是先提高到更快的速度,此时滑橇之间就又逐步拉开了距离。直至达到预定的速度后,便以此速度恒速滑行,此时各个滑橇之间的间隔相同并固定不变。当滑橇快要接近下一个站台时,又开始减速,又出现间隔逐步缩小的情况。如此不断反复循环。在这种运行模式下,只要橇道和滑橇保持运行状态,站台的一侧总会有多个紧密排列并缓慢蠕动的滑橇,人们可以像在大型商场乘用自动扶梯一样随到随上,并随上随走。也就实现了免候车!整个由橇道、滑橇组成的滑动路网的代步交通也就高度集成化、连续化、网络化、智能化。
  上述的运行模式还可以进一步升级:如果整个社会的生产力高度发达,且社会福利也高度富有充盈,在上述运行模式的基础上,在原有橇道的另一侧,即远离站台的一侧再布置一条恒速橇道,上面满布滑橇并按预定的速度全速滑行,恒速滑行的滑橇上的乘客可以在另外一侧的原有橇道的恒速路段中,利用相对静止空间的原理,与原有的橇道上的乘客换乘。乘客上了滑橇后,最多只需要在路网的某个站台换站一次,调整前行方向,就可以实现市内交通的直达和次直达,消除传统公交中的陪停陪等。
  上述的运行模式对滑橇在路网中的时点速度和时点位置要求非常严格,路网上有成百上千的滑橇,它们的速度时快时慢,有时又是恒速滑行。但是每一个滑橇都必须在规定的时间、以规定的速度、出现在规定的位置上,不能有任何差错,轮式滚动运载由司驾人员自主操控的载具根本无法做到。而滑动运载中的滑橇本身不配置滑行驱动力和操控装置,它的滑行完全由橇道上的定位槽轮的转动控制,槽轮的转动又是由计算机通过相关软件进行调控,根本不需要专职的司驾人员,整个路网的滑动运行没有任何发散行为,高度精准。
  综上阐述可以看出,智能滑动路网载客交通技术的基本原理,是运用系统集成的方法,将滑块运动连续化、网络化;并借助现代数字控制技术,使其规律化、智能化;再运用多个矢量相同时、空间位置相对静止的原理,破解了怎样在连续运行中,让乘客安全进出网络和途中换乘难题;克服了传统公交存在的提前候车、途中陪停陪等和间断发运三大技术短板,给未来城市陆上公共交通提出了全新的滑动运载理念和高效率、大运能、智能化、网络化并绿色运行的技术模式与可行方法。
  智能滑动路网是集机械制造、钢混构筑、传感器、信息数据处理系统、微型智能终端和软件于一体的综合性大系统,真正实施时还需要一系列配套的深度细节技术给予辅助,本文限于篇幅无法一一赘述。
  本文所介绍的滑动载客的新型装置及其作为城市公交系统时的特殊使用方法,作者已于2013年4月获得中国发明专利授权,专利号为:ZL201110002552.2。作者还于2016年12月16日继续申请了与之配套且有所提高的补充专利,受理号为201611164579.0
  四 、助推城市进步
  智能滑动路网载客交通技术的运用,是对传统城市公交老旧技术的更新换代和效能的全面提升,但它并不排斥传统公交的现行运载手段,它们完全可以、也确实需要长期并存。第一 ,由于历史原因,多数大中城市道路布局的经纬网格化程度并不高,而路网是依道高架而建,服务覆盖必然会留下一些顾及不到的边角和区块,必须依赖路面巴士去填平补齐。另外路网夜间运行很不经济,同时它也需要用夜晚时间进行清扫和检修维护,同样需要路面巴士去填补服务。第二,城市总是在不停地延展扩大,外围区域交通和城乡联系也离不开路面巴士。第三,当今世界的大都市的代步服务多数处于供不应求状态,滑动路网与传统公交手段并存以后,新一代城市公共交通将扩充为空中、地面和地下同时载客运输的立体网络,运能将变得空前巨大,供不应求的状况将被彻底扭转,市民的出行也将变得十分便利和顺畅。
  智能滑动路网还可以推进实现城市的避免雨雪式的点到点交通。现代城市的市民之所以喜欢自己驾车代步出行,一个很重要的原因就是可以实现点到点的交通,并且避免雨雪淋湿衣服和身体的烦扰。智能滑动路网的各个站点如果能与城市共享自行车集中取放点进行紧密衔接,乘客下了路网就可以直接取车骑行前往目的地,城市和近郊范围内的点到点的交通就很顺利地实现了。由于路网是沿主要道路的便车道高架而建,路网的底面实际上就成了便车道的防雨雪顶棚,在便车道骑车的人再也不必担心会被雨雪淋湿。
  就像自来水技术的普及运用促使城市高楼大厦快速林立,促使现代厨、卫、浴和洗衣机迅速普及寻常百姓家庭一样,智能滑动路网的出现,也会给我们生活的城市带来许多意想不到改变和进步。?首先是可以节省大量代步出行的候车时间和在途时间,让人们将更多的时间和精力用于学习、工作和休闲娱乐。其次,城市主要道路的交通管理将变得相对简单,只要在适当的位置安装好监控探头,再也不需要在高峰时段加派许多人员去交通现场服务了。同时,各类交通事故也会大幅度减少。第三,城市的市容街貌也将出现较大改变:绵延数十公里的廊桥式的路网将是城市的靓丽风景线。第四、众多的市政管道和相关线缆可以高挂在撬道基础路面的下方,通过路网干线和它的上下客站区,与道路两侧的用户连接,不再延用沿道路挖土掩埋的传统方法,避免了今后建设中反复破路驳接维修和经常被各类施工行为挖断挖破的情况。路灯的设置也可以从筑基立杆改为从路网两侧向外伸挂。第五,滑动路网的建设也将对城市的规划提出相应的要求,市区主次干道的经纬网格化布局将成为今后城市规划设计的主流趋势。为方便路网运载与自主交通的驳接,外围周边地区的立体多功能停车场布局也将成为规划的必备内容。城市居民的点到点且避免雨雪的代步交通很快就能成为现实。除了上述这些,城市生活还将会发生许多我们预想不到的有益变化。
  智能滑动路网载客交通的技术既会给城市公交带来一场战略性的变革:也会给城市形态和市民生活带来深刻影响,现代都市的宜居功能也将因此而进一步地提升。就让我们象迎接新生儿将生一样迎接它的到来吧!
  卷  尾  语
  本文中作者发明的运载装置与免候车站台以及纵横错层的闭合循环路网,结构并不复杂。但是它提出的滑动运载理念和不停顿地连续运行模式,将引发城市交通的深刻变革,原本无序的、发散的个人代步出行,将从此转变成有序可控的集成行为;城市公共交通也将实现管道化、网络化、自动化。人们的代步出行将变的像使用自来水一样方便。而且会比传统公交更加节能、单位里程造价更低。滑动路网是对传统公共交通技术与理念的彻底颠覆!也是根治都市堵车、消减上空雾霾的有效措施!更是完全本土化,欧、美、日还没有的原创发明!
  本发明还有若干深度细节技术与之配套,如需了解,请与项目人联系。
  联系电话:13376167790            E-mail:1633140750@qq.com
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