Преимущества SkyTaxi перед другими проектами
Список основных преимуществ SkyTaxi по сравнению с аналогами
Отказ от подвесного расположения кабины (позволяет избежать промежутков одного из опорных рельсов на развилках и слияниях путей и поэтому позволяет резко увеличить скорость)
Компактный бистабильный механизм стрелочного перевода внутри самого транспортного средства - конструкция совершенно оригинальная (позволяет сократить дистанцию между кабинами при проезде развилок и слияний путей и поэтому резко увеличить провозную способность. На развилках и слияниях путей нет движущихся частей (остряков стрелок) и нет заноса транспортного средства. Также позволяет заключить опорные, направляющие и контактные рельсы и обрезиненные колеса в защитные кожухи и уменьшить ширину эстакад)
Вантовая конструкция эстакады (позволяет ее значительно облегчить и удешевить)
Переменная скорость движения и многоуровневая система управления движением (позволяют обеспечить полную отказоустойчивость, высокую скорость, максимально возможную провозную способность и предотвратить заторы)
Наличие путей с различными режимами движения (магистральные, местные, полосы разгона и торможения и т.д.)
Перевозка арендных микроэлектромобилей на носителях - для транспортного обслуживания вдали от путей, например, в исторической застройке (также могут использоваться электросамокаты и т.п.)
Многообразие транспортных средств (80% - одноместные) и функция доставки
Отказ от традиционных ошибочных решений в проектах PRT (петлеобразная топология путей с пересечениями в одном уровне, группировка транспортных средств, принцип «кирпичной стены», синхронное движение и вакансии в потоке, линейные электродвигатели, крупные отдельно стоящие станции с лестницами)
Сравнительная таблица
Щелкните по картинке для увеличения.
Отсутствие трубы для движения в ней транспортных средств
В некоторых проектах транспортные средства должны двигаться внутри трубы, защищающей транспортные средства и специальные пути от осадков и посторонних предметов. Несколько проектов предполагают создание вакуума внутри трубы для уменьшения сопротивления воздуха. Однако труба, особенно вакуумная или несущая, очень сильно усложняет и удорожает проект и создаёт психологический дискомфорт. Хотя труба вполне приемлема для магистрального транспорта (метро), она делает невозможным создание густой и при этом дешёвой внутригородской сети путей, изобилующих развилками, поворотами и пандусами. А именно такая сеть необходима для персонального автоматического транспорта с пешеходной доступностью станций. Кроме того, транспортное средство внутри трубы, кроме вакуумной, создаёт эффект поршня.
Электроснабжение между станциями — от контактного рельса, а не аккумулятора
Аккумуляторы дорогие, тяжёлые, экологически грязные, имеют небольшой срок службы, требуют подзарядки, имеют небольшую ёмкость и мощность, плохо работают при низких температурах. Поэтому их желательно использовать лишь как дополнительный источник энергии: на остановках (где нежелательно иметь контактный рельс под большим напряжением) и при аварийных отключениях электроэнергии.
Опора транспортных средств на колёса, а не магнитную или воздушную подушку
Магнитная и воздушная подушки очень дороги, но не дают каких-либо преимуществ при любых возможных скоростях движения персонального автоматического транспорта.
Линейные электродвигатели шумные (стр. 129 и 131), имеют низкий к.п.д. и не имеют сравнительных преимуществ. Специальные пути для применения линейных электродвигателей должны иметь очень точные размеры и требуют большого расхода алюминия.
Альтернативой является частое расположение опор и жёсткие дорогостоящие пролёты между ними, что существенно удорожает проект. Подвесные конструкции, не являющиеся вантовыми, неприменимы для PRT, так как легкие пути не имеют достаточной жесткости.
Собственные магистральные специальные пути с высокой пропускной способностью, а не обслуживание метро
Наличие собственных магистральных специальных путей обеспечивает беспересадочное сообщение по всей территории мегаполиса или городской агломерации.
Транспортные средства не группируются, хотя дистанция между ними может быть меньше метра
Некоторые проекты предусматривают физическое сцепление транспортных средств или их группировку средствами системы управления. В условиях PRT, когда каждое транспортное средство движется по собственному маршруту, группировка (как физическая, так и программная) существенно усложняет и удорожает систему управления, делает ее медлительной и ненадёжной. Цели группировки (увеличение пропускной способности путей и снижение сопротивления воздуха) вполне достижимы без формирования устойчивых групп — лишь за счет уменьшения безопасных дистанций между транспортными средствами (благодаря адаптивному круиз-контролю).
И низкоскоростные пути, и высокоскоростные (более 100 км/ч) внутри города
Отсутствие высокоскоростных специальных путей делает персональный автоматический транспорт зависимым от магистрального транспорта (метро, электропоезда) и препятствует беспересадочному сообщению по всей территории мегаполиса или городской агломерации. Местные и подъездные пути неэкономично делать высокоскоростными, кроме того, низкая скорость движения позволяет снизить шум. Использование достаточно разветвлённой сети низкоскоростных подъездных путей позволит сэкономить на количестве полос разгона и торможения.
Отсутствие подвижных частей на развилках и слияниях путей позволяет многократно уменьшить дистанцию между транспортными средствами и увеличить их скорость.
Обычная железнодорожная или трамвайная стрелка имеет подвижные элементы (остряки, перья). Если такую стрелку проезжают один за другим два вагона, один из которых должен повернуть налево, а другой — направо, то между ними приходится оставлять достаточную дистанцию, чтобы стрелка успела сработать.
Если же движущиеся части, обеспечивающие выбор направления движения, есть только в транспортных средствах, то дистанция между транспортными средствами может быть минимальной. Однако при этом расстояния между развилками или слияниями путей должны быть достаточно велики — для своевременного срабатывания рулевых устройств на транспортных средствах.
Отсутствие разрывов правого или левого опорного рельса на развилках
Все проекты, в которых транспортное средство подвешено под специальным путём, неизбежно имеют разрывы правого или левого опорного рельса на развилках и слияниях. Разрывы необходимы для того, чтобы "сквозь" рельс побочного направления свободно проходил подвес кабины. Исключение составляют системы с магнитным подвесом, которые имеют другие недостатки. Разрывы рельсов усложняют конструкцию транспортных средств, снижают надежность и создают тряску и раскачивание транспортного средства. Поэтому разрывы рельсов делают невозможными высокие скорости движения и, следовательно, высокую пропускную способность.
Безопасный интервал между бамперами равен времени реакции, а не времени торможения перед мгновенно остановившимся транспортным средством
Различные проекты основываются на различных принципах расчёта минимального безопасного интервала или дистанции.
Использование информации о намерениях переднего транспортного средства на более или менее продолжительный период времени в будущем, а также изощрённое математическое моделирование позволят уменьшить дистанцию между транспортными средствами до ошибки позиционирования транспортного средства (15 см). Ошибка позиционирования не превышает половины расстояния, которое проедет транспортное средство при повороте ротора тягового электродвигателя на угол между соседними полюсами. Такой принцип расчёта минимального безопасного интервала или дистанции пока ни в одном проекте не применяется.
Характерный для автомобильного транспорта и используемый в SkyTaxi принцип требует, чтобы интервал между бамперами был равен времени реакции на внезапное торможение транспортного средства впереди. Для водителя это 1,5 секунды при наилучших условиях, то есть при скорости 60 км/ч, а для персонального автоматического транспорта — от 2 секунд (у «консервативных» разработчиков) до 0,5 секунды (у большинства разработчиков) и 0,1 секунды (у самых «смелых» разработчиков). При скорости 230 км/ч и промежутке между транспортными средствами 15 см время реакции должно быть не более 2,3 миллисекунды, что вполне приемлемо для систем управления реального времени.
Наиболее консервативный, характерный для железнодорожного транспорта с его поездами большой вместимости, принцип «кирпичной стены» («калька» с английского) требует, чтобы транспортное средство затормозило без столкновения с внезапно остановившимся (из-за падения дерева, крушения и т. п.) транспортным средством впереди, как будто перед внезапно выросшей кирпичной стеной. Применение принципа «кирпичной стены» к персональному автоматическому транспорту (в Японии) устраняет безопасного конкурента у крайне опасного автомобильного транспорта, так как заставляет радикально ограничивать скорость и увеличивать дистанцию между транспортными средствами. Низкая скорость и большие дистанции делают пропускную способность специальных путей ничтожной, а персональный автоматический транспорт — крайне убыточным и поэтому неосуществимым.
Отсутствие рулёжки за счёт силы сцепления колёс
Автомобиль удерживается в повороте за счёт сцепления шин, а поезд — за счёт реборд (внешних кольцевых выступов сбоку обода) на колёсах. Также возможно удержание на рельсах с помощью специальных роликов с вертикальной осью (в большинстве проектов персонального автоматического транспорта). В последних двух случаях достижима намного более высокая скорость и безопасность, особенно в неблагоприятных климатических условиях. Очевидно, что реборды или ролики лучше удерживают транспортное средство от бокового смещения на повороте, чем шины на влажном или обледенелом дорожном покрытии. Реборды создают шум, поэтому в SkyTaxi применяются ролики.
В некоторых проектах движение транспортных средств является синхронным, то есть все они движутся с одинаковой постоянной скоростью по всей сети специальных путей, а при слиянии потоков транспортное средство занимает вакансию (vacant slot или vacant point или moving block), запланированную до отправления. Такая организация движения имеет существенные недостатки: огромный объём обрабатываемых данных, неустойчивость к сбоям, недоиспользование пропускной способности специальных путей, нерешённость проблемы входа и выхода из зоны сети с постоянной скоростью, большие радиусы поворота на высокой скорости. Синхронное движение пригодно лишь для небольших тихоходных транспортных сетей, не способных составить конкуренцию автомобильному транспорту.
Прямоугольная или радиально-кольцевая сеть специальных путей, а не петли
Прямоугольная или радиально-кольцевая сеть повторяет расположение улиц, например, в центре Москвы или на Манхеттене, но вместо светофоров на перекрестках используются многоуровневые развязки, которые могут быть гораздо компактнее автомобильных и имеют другую конструкцию. При петлеобразном расположении путей с односторонним движением пересечение перекрёстков осуществляется зигзагом под углом 45 градусов в одном уровне путём слияния с перпендикулярным потоком, либо (реже) организуется круговое движение. Петли не позволяют сделать сеть специальных путей скоростной, так как на каждом перекрёстке транспортным средствам приходится изменять направление движения.
Преимущественно двухуровневые пересечения специальных путей
При двух- и многоуровневых пересечениях специальных путей перекрёстки пересекаются без изменения направления движения, то есть на высокой скорости и с комфортом, в отличие от одноуровневых пересечений.
Поверхности (рельсов) специальных путей защищены от осадков
Проблему представляют ледяной дождь и гололед, снег, листопад, упавшие ветки деревьев, выброшенный из окон домов мусор, пыль, грязь и мокрая поверхность рельсов (аквапланирование). Защита от осадков осуществляется путем помещения специальных путей вместе с транспортными средствами в трубу, сооружения навесов или расположения рельсов внутри кожухов (последнее - основной вориант в SkyTaxi). Одновременно с защитой от осадков осуществляется частичная шумоизоляция.
Выбор неперегруженного маршрута перед отправлением
Выбор неперегруженного маршрута до отправления позволяет предотвратить перегрузку специальных путей, перегрузку станции назначения и образование «пробок». При этом вместо «пробок» из транспортных средств на специальных путях могут образовываться очереди из пассажиров на станциях отправления, что предпочтительнее. Получив отказ, пассажир может выбрать другую станцию назначения недалеко от перегруженной, выбрать другой вид транспорта, отложить или отменить поездку. При синхронном движении с постоянной скоростью и вакансиями эти вакансии обеспечивают неперегруженность. Но выбор неперегруженного маршрута до отправления возможен и при асинхронном движении с переменной скоростью без вакансий.
Полуавтономная бортовая система управления движением
В зависимости от местонахождения и роли компьютеров различают автономную или полуавтономную бортовую систему управления движением и систему управления движением без бортовых компьютеров.
Система управления движением без бортовых компьютеров опасна, поскольку не функционирует при пропадании связи транспортного средства со стационарной системой управления движением. Очевидно, что в такой системе столкновения транспортных средств неизбежны (стр. 29, а в первоисточнике стр. 110).
Если функции системы управления движением распределены между бортовыми и стационарными (центральным, зональными или функционально специализированными) компьютерами, то бортовая система управления движением является полуавтономной (в SkyTaxi). Некоторые функции могут выполняться как бортовыми, так и стационарными компьютерами — штатно или только при пропадании связи (например, функция поддержания безопасной дистанции) или при иных чрезвычайных ситуациях.
Если стационарной системы управления движением нет, то говорят об автономной системе управления движением. Проекты с автономной бортовой системой управления предполагают выбор менее загруженного остатка маршрута перед каждой развилкой вместо выбора неперегруженного маршрута перед отправлением, что будет приводить к перегрузкам специальных путей и «пробкам».
Вагоны-платформы (носители) для перевозки по специальным путям транспортных средств для обычных дорог
Транспортные средства для обычных дорог могут перевозиться по специальных путям или своим ходом (английский термин — True Dual Mode), или же на специальных носителях. В первом случае невозможно обеспечить очень высокие скорости и безопасность движения универсальных транспортных средств по специальным путям. Во втором случае масса носителя складывается с массой транспортного средства для движения по обычным дорогам, что требует их максимального облегчения, а также усиленной конструкции специальных путей.
Замедление транспортных средств на отдельной полосе торможения перед поворотом
Повороты в принципе могут осуществляться как на полной скорости — с большим радиусом, так и с замедлением (в SkyTaxi) — с малым радиусом. Большие радиусы поворотов, особенно на высокоскоростных участках специальных путей, плохо вписываются в городскую застройку. Замедление может осуществляться как на главной полосе движения, так и на отдельной полосе торможения (в SkyTaxi). В первом случае происходит замедление транспортных потоков, а во втором случае возникает потребность в довольно длинных отдельных полосах торможения, очереди и разгона. Для городских условий единственным экономически оправданным решением является замедление транспортных средств на отдельной полосе торможения перед поворотом при максимальном удешевлении таких полос.
И автоматическое движение по специальным путям, и с водителем по обычным дорогам
Персональный автоматический транспорт окажется значительно более востребованным, если хотя бы некоторые его транспортные средства смогут ездить не только по специальным путям, но и по обычным дорогам, — хотя бы от ближайшей станции, находящейся на специальных путях, до места назначения, где нет специальных путей, и обратно. Это решит проблему «последней мили» и задачу «транспортировки от двери до двери» («кальки» с английского). Такого рода персональный автоматический транспорт называется английским термином Dual Mode.
Транспортные средства для обычных дорог хранятся на специальных путях и выдаются напрокат
В проектах американского происхождения, как правило, предусматривается частная собственность на транспортные средства для обычных дорог, а в ряде проектов — и для специальных путей. При этом транспортные средства для обычных дорог хранятся на автостоянках. Это, конечно, крайне расточительно и порождает проблему парковки. Если транспортные средства будут в основном выдаваться напрокат, то, например, в центре города их можно оставлять на специальных путях, откуда они могут быть вызваны в свободное депо в пригороде или на другие станции — для повторного использования другими пассажирами.
Движение по обычным дорогам без водительских «прав» при техническом ограничении скорости
Для конкуренции с коллективным общественным транспортом персональный автоматический транспорт должен обслуживать все слои общества, в том числе тех, кто не может владеть водительскими «правами»: детей, инвалидов и т. п. Перевозка их по специальным путям в автоматическом режиме не вызывает больших проблем. Но для движения по обычным дорогам желательно ввести техническое ограничение скорости (если нет водительских «прав») и разрешение езды без водительских «прав» в зоне обслуживания ближайшей станции (то есть не по скоростным автомагистралям). Разрешения на езду без «прав» для водителей мопедов и тихоходных микролитражных автомобилей существуют в большинстве стран.
Отсутствие качения колёс сталь по стали
Качение колёс «сталь по стали» создаёт большой шум, особенно если плотный транспортный поток движется с большой скоростью. Это неприемлемо для городского транспорта. В SkyTaxi ободья колес покрыты литым полиуретаном.
Отсутствие лестниц и лифтов на станциях, расположенных на уровне земли или встроенных/пристроенных к зданиям
Большинство проектов предусматривает отдельно стоящие двухэтажные станции, оснащенные лестницами и лифтами, что неоправданно дорого. Гораздо дешевле, если станции будут встроенными или пристроенными к зданиям, имеющим лифты и лестницы. При этом можно будет совершать поездки даже не выходя на улицу, что удобно в российском климате. Если это невозможно, то станции размером с автобусную остановку должны располагаться на уровне земли за ограждением, а с главным специальным путём соединяться пандусами.
Многообразие транспортных средств, включая одно- двухместные и для инвалидов-колясочников
Поскольку в среднем в индивидуальном автомобиле едет чуть больше одного пассажира, то в целях экономии основная масса транспортных средств должна быть одноместными или двухместными с посадкой пассажиров друг за другом. Однако 4-местные транспортные средства, способные вместить инвалида-колясочника, продуктовую тележку, семью и т. п., также будут востребованы.