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        智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸能力研究

        2022-08-23 12:13:02謝麗平
        城市軌道交通研究 2022年8期
        關(guān)鍵詞:信號(hào)能力系統(tǒng)

        雷 強(qiáng) 謝麗平

        (1. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司, 430063, 武漢;2. 武漢地鐵集團(tuán)有限公司, 430030, 武漢∥第一作者, 工程師)

        智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“智軌系統(tǒng)”)是采用虛擬軌跡跟隨、全電力驅(qū)動(dòng)及智能綜合管理系統(tǒng)技術(shù)的新型膠輪運(yùn)載工具[1],為最新型的交通制式。智軌系統(tǒng)的列車(以下簡(jiǎn)為“智軌列車”)采用膠輪替代傳統(tǒng)的鋼軌鋼輪,通過軌跡跟隨控制技術(shù)對(duì)列車實(shí)行電子控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)列車在路面虛擬軌道上的運(yùn)行,并采用多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)以確保每節(jié)車廂能按預(yù)設(shè)軌跡行駛。智軌系統(tǒng)兼具了有軌電車快速、環(huán)保、大運(yùn)量的特點(diǎn),以及傳統(tǒng)公共汽車運(yùn)行靈活的特點(diǎn)。智軌系統(tǒng)的運(yùn)輸能力是界定其運(yùn)量等級(jí)及判定適用范圍的基礎(chǔ),對(duì)智軌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

        1 運(yùn)輸能力及其構(gòu)成

        1.1 運(yùn)輸能力的概念

        運(yùn)輸能力是軌道交通系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施及固定設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)所能運(yùn)輸?shù)某丝腿藬?shù),是評(píng)判系統(tǒng)技術(shù)水平和服務(wù)水平的重要指標(biāo)。

        目前常見的公共交通系統(tǒng)中,地鐵列車采用獨(dú)立全封閉形式,運(yùn)輸能力可以達(dá)到4.0萬~5.0萬人/h,有軌電車一般采用半獨(dú)立路權(quán),運(yùn)輸能力可以達(dá)到0.6萬~1.0萬人/h,采用混合路權(quán)的BRT(快速公交系統(tǒng))和公交車運(yùn)輸能力為0.2萬~0.4萬人/h。常見不同公共交通方式的運(yùn)輸能力統(tǒng)計(jì)如表1所示。

        表1 常見公共交通運(yùn)輸能力表

        1.2 運(yùn)輸能力的構(gòu)成

        智軌系統(tǒng)運(yùn)輸能力是單位小時(shí)內(nèi)智軌系統(tǒng)能夠運(yùn)輸?shù)某丝腿藬?shù),不但與列車載客量有關(guān),還與智軌系統(tǒng)的通過能力有關(guān)。運(yùn)輸能力等于通過能力與列車載客量的乘積。

        1.2.1 通過能力

        影響智軌系統(tǒng)整體通過能力N通過的主要因素有線路通過能力、設(shè)備服務(wù)能力和車站折返能力,即:

        N通過=min (N設(shè)備,N折返,N線路)

        (1)

        式中:

        N設(shè)備——信號(hào)、供電等設(shè)備的服務(wù)能力;

        N線路——線路通過能力;

        N折返——車站折返能力。

        1.2.2 列車載客量

        智軌系統(tǒng)的列車額定載客量計(jì)算應(yīng)包括坐席和站席。根據(jù)智軌列車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),3模塊和5模塊的列車額定載客量分別為240人/列和360人/列。

        1.2.3 運(yùn)輸能力

        在確定通過能力和列車載客量的條件下,系統(tǒng)運(yùn)輸能力為:

        P=N通過MC車

        (2)

        式中:

        P——單位小時(shí)內(nèi)單向最大運(yùn)輸能力;

        M——列車編組數(shù)量;

        C車——列車載客量。

        2 智軌系統(tǒng)通過能力計(jì)算

        2.1 智軌列車主要參數(shù)

        智軌列車編組形式較為靈活,目前主要的編組形式有3模塊和5模塊兩種。本研究以3模塊智軌列車為例,其主要參數(shù)如表2所示[1]。

        表2 3模塊智軌列車主要參數(shù)表

        2.2 設(shè)備服務(wù)能力

        與地鐵相比,智軌系統(tǒng)的設(shè)備較為簡(jiǎn)單,主要為通信、信號(hào)及供電等專業(yè)的設(shè)備。智軌列車的通信及信號(hào)設(shè)備只對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視而不控制,列車根據(jù)路面虛擬軌跡導(dǎo)向行駛,由司機(jī)控制列車運(yùn)行速度??梢?,智軌列車通過能力不受通信及信號(hào)設(shè)備的服務(wù)能力限制。

        智軌列車運(yùn)行動(dòng)力由車載蓄電池提供。列車一般在線路首末端為蓄電池集中充電,且完成1次充電需要10 min(含準(zhǔn)備時(shí)間),即單個(gè)充電位的服務(wù)能力為6列/h。智軌線路的末端車站一般坐落于城市外圍區(qū)域,有充裕的土地資源用于設(shè)置充電位。充電位通常采用橫列式或縱列式布置,如圖1所示。不同充電位數(shù)對(duì)應(yīng)的充電服務(wù)能力見表3。

        a) 橫列式

        b) 縱列式圖1 充電位布置示意圖Fig.1 Charging position layout

        表3 不同充電位數(shù)的服務(wù)能力表Tab.3 Service capability of different charging bits

        由表3可見,設(shè)置多個(gè)充電位可縮短發(fā)車間隔,提升充電站的服務(wù)能力。根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[2],一般設(shè)置4個(gè)充電位時(shí),占地規(guī)模小,對(duì)周邊道路等影響小,相應(yīng)的工程投資比較經(jīng)濟(jì),并能滿足一般項(xiàng)目的充電需求。因此,項(xiàng)目多按4個(gè)充電位設(shè)計(jì),相應(yīng)充電服務(wù)能力為24列/h。

        2.3 線路通過能力

        智軌列車采用半獨(dú)立路權(quán),在道路平交路口與社會(huì)車輛混行。其運(yùn)行方式類似于專用道的有軌電車或BRT,線路通過能力受限于平交路口的通過能力,可采用道路信號(hào)控制平交路口1條直行車道通過能力的計(jì)算方法[3],即:

        (3)

        式中:

        t1——統(tǒng)計(jì)時(shí)間,本文取1 h;

        T——信號(hào)周期;

        tg——智軌列車綠燈信號(hào)相位時(shí)間;

        t0——綠燈亮后第1輛智軌列車起動(dòng)通過停車線的時(shí)間;

        h——智軌列車通過停車線的平均時(shí)間;

        a——折減系數(shù)。

        常見的平交路口信號(hào)控制策略有定時(shí)信號(hào)控制策略、信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略和信號(hào)絕對(duì)優(yōu)先策略[4]。為提高平交路口處通過能力,智軌列車借鑒有軌電車或BRT的經(jīng)驗(yàn),采用信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略,即延長(zhǎng)綠燈相位時(shí)間或縮短紅燈相位來實(shí)現(xiàn)信號(hào)相對(duì)優(yōu)先[5]。本研究中,平交路口綠信比(1個(gè)信號(hào)相位的有效綠燈時(shí)長(zhǎng)與周期時(shí)長(zhǎng)之比)取0.25~0.30,智軌列車過路口的運(yùn)行速度為30 km/h,智軌列車通過路口清空時(shí)間為10 s,反應(yīng)時(shí)間為5 s。經(jīng)計(jì)算,最小發(fā)車間隔及通過能力如表4所示。

        表4 智軌列車最小發(fā)車間隔及通過能力表

        通過理論計(jì)算可得,智軌列車通過交叉口的最小發(fā)車間隔為2.6~2.9 min,通過能力為23.1~20.7列/h。綜合考慮實(shí)際道路寬度、運(yùn)營(yíng)中司機(jī)操作等不確定因素,并考慮一定的設(shè)計(jì)余量,智軌列車線路最大通過能力按20對(duì)/h考慮。

        2.4 折返能力

        根據(jù)車站折返線的布置形式,通常有站前折返和站后折返兩種方式[5]。列車的站后折返不影響對(duì)向運(yùn)行線路,且站后折返能力較站前折返能力大。結(jié)合智軌列車運(yùn)營(yíng)靈活的特點(diǎn),本研究重點(diǎn)對(duì)智軌列車通常采用的站前折返能力進(jìn)行計(jì)算。站前折返示意圖及作業(yè)流程如圖2及圖3所示。

        圖2 列車站前折返示意圖Fig.2 Turn-back before the station

        序號(hào)作業(yè)項(xiàng)目作業(yè)程序1列車側(cè)向進(jìn)站到達(dá)站臺(tái)2列車停站上下客3列車換端4折返列車確認(rèn)發(fā)車5列車直向出站6折返間隔

        根據(jù)列車折返作業(yè)流程和智軌列車基本性能參數(shù),智軌列車進(jìn)站耗時(shí)為38 s,出站耗時(shí)為20 s,司機(jī)換端走行時(shí)間為50 s,確認(rèn)時(shí)間為10 s,停站時(shí)間按40 s計(jì),折返間隔時(shí)間為118 s,折返能力為30列/h。

        2.5 運(yùn)輸能力

        將設(shè)備服務(wù)能力、線路通過能力、折返能力分析計(jì)算結(jié)果代入式(1)計(jì)算,則智軌列車通過能力為不同影響因素能力的最小值,即線路通過能力決定了智軌系統(tǒng)的最大通過能力。采用半獨(dú)立路權(quán)的智軌系統(tǒng)在平交路口的通過能力取決于路口信號(hào)控制方式。按常見的信號(hào)相對(duì)優(yōu)先策略,智軌列車最小發(fā)車間隔基本可滿足3.0 min要求,最大通過能力達(dá)20列/h。

        根據(jù)上述計(jì)算分析,綜合考慮現(xiàn)代城市道路交通組織方式和運(yùn)營(yíng)安全等因素,3模塊智軌系統(tǒng)運(yùn)輸能力為0.5萬人/h,5模塊智軌系統(tǒng)運(yùn)輸能力為0.7萬人/h。

        3 結(jié)語

        本文對(duì)智軌快運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)輸能力進(jìn)行研究。通過對(duì)影響運(yùn)輸能力因素的計(jì)算分析,確定智軌系統(tǒng)運(yùn)輸能力受限于線路通過能力。考慮實(shí)際運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的復(fù)雜性,確定智軌系統(tǒng)最大通過能力為20對(duì)/h,運(yùn)輸能力為0.5萬~0.7萬人/h,屬于低運(yùn)能軌道交通系統(tǒng)。研究結(jié)果明確了智軌系統(tǒng)運(yùn)輸能力,對(duì)指導(dǎo)實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)和推廣系統(tǒng)應(yīng)用具有重要意義。

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