专利名称：轨道交通系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道交通系统及其控制方法。
背景技术：
轨道交通系统包括往返两组并行轨道，这样做的好处是可以有运行效率，同时可以保证安全，防止往返车辆相撞，但是缺点是建设费用昂贵。随着机车的速度不断提高，中短程高速交通建设也会如雨后春笋般兴起，尤其以城际高速铁路和机场高速铁路为主要的建设对象。而中短程的区间高速往往是双轨道建设，如京津城际高速铁路和上海浦东机场到龙阳路站的磁悬浮列车。这样，机车轨道的建设往往费用会非常庞大，中小城市很难有此财力去实现。单组轨道一直不被使用，原因有二，第一效率较低，因为单组轨道同时只能有一个方向的机车运行，而往返两组的可以同时两个方向运行。第二，安全隐患，在指挥不善的情况下，容易两车相撞，造成车祸，所以从高速铁路到普通铁路，再到地铁和磁悬浮等等所有的轨道交通，一直以来都是双向两组轨道来实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轨道交通系统及其控制方法，其成本低且能安全高效的运行。为实现所述目的，本发明的轨道交通系统控制方法，其特点是，在第一车站停放第一机车组和第二机车组，在第二车站停放第三机车组，通过单轨道连接第一车站和第二车站，单轨道在车站分为两个以上的岔道；该方法包括以下步骤:A、指令第一机车组从第一车站驶向第二车站，且第二机车组和第三机车组不动作；B、当第一机车组到达第二车站以后，指令第三机车组从第二车站驶向第一车站，且第一机车组和第二机车组不动作；C、当第三机车组到达第一车站以后，指令第二机车组从第一车站驶向第二车站，且第一机车组和第三机车组不动作；D、当第二机车组到达第二车站以后，指令第一机车组从第二车站驶向第一车站，且第二机车组和第三机车组不动作；E、当第一机车组到达第一车站以后，指令第三机车组从第一车站驶向第二车站，且第一机车组和第二机车组不动作；F、当第三机车组到达第二车站以后，指令第二机车组从第二车站驶向第一车站，且第一机车组和第三机车组不动作；当第二机车组到达第一车站以后，则开始重复步骤A到步骤F。所述的轨道交通系统控制方法，其进一步的特点是，在第一车站或第二车站停放备用机车组，备用机车组可替换第一、第二、或第三机车组。所述的轨道交通系统控制方法，其进一步的特点是，第一、第二、或第三机车组可彼此替换。所述的轨道交通系统控制方法，其进一步的特点是，第一机车组出发必须得到第二机车组发出的信号，第三机车组出发必须得到第一机车组发出的信号，第二机车组出发必须得到第三机车组发出的信号。所述的轨道交通系统控制方法，其进一步的特点是，在第一车站和第二车站之间还设置有第三车站，第三车站设置在单轨道两侧，各机车组在第三车站可以先后打开左、右两侧的车门，时间间隔约为2 10秒，保证乘客从先打开的车门下车，而从后打开的车门上车。所述的轨道交通系统控制方法，其进一步的特点是，第一机车组、第二机车组以及第三机车组均可分为单独运行的第一节组和第二节组，在前述各个步骤中，若从第一车站行驶到第二车站，各机车组的第一节组和第二节组先后独立地运行，若从第二车站行驶到第一车站，各机车组的第一节组和第二节组连接在一起运行。为实现所述目的，本发明的轨道交通系统，其特点是，包括第一车站、第二车站、单轨道、第一机车组、第二机车组、第三机车组、备用车组以及控制系统，在第一车站停放第一机车组和第二机车组，在第二车站停放第三机车组，单轨道连接第一车站和第二车站，控制系统按照前述方法控制各机车组，备用机车组可替换第一、第二、或第三机车组，第一、第二、或第三机车组可彼此替换。所述的轨道交通系统，其进一步的特点是，在第一车站和第二车站之间设置有第三车站，各机车组提供有左、右两侧的车门。所述的轨道交通系统，其进一步的特点是，第一机车组、第二机车组以及第三机车组均由单独运行的第一节组和第二节组构成，控制系统进一步的控制方法为若从第一车站行驶到第二车站，各机车组的第一节组和第二节组先后独立地运行，若从第二车站行驶到第一车站，各机车组的第一节组和第二节组连接在一起运行。所述的轨道交通系统，其进一步的特点是，车站内轨道的高度高于车站与车站之间的轨道。本发明的有益效果是在建设单条轨道的基础上，而不是往返两条轨道，实现高速高效率且安全的运营。 相对于普通的双组轨道交通系统，轨道的建设费用减少一半，从而大大减少建设有轨高速交通的成本，所以此本发明适合于建造高速而廉价的中短距离的城际高速轨道交通系统， 城市机场高速交通系统以及较大城市多个交通枢纽互连系统。本发明的前述目的、方案、优点将在下面结合附图进行详细举例说明。
图1是本发明的轨道交通系统的第一实施例的示意图。图2是根据本发明的控制方法的机车组的发车时序图。图3是本发明的轨道交通系统的第二实施例的示意图。图4是本发明的轨道交通系统的第三实施例的示意图。图5是本发明的轨道交通系统的第四实施例的示意图。图6是本发明的轨道交通系统的第五实施例的示意图，其中(a)是主视图，(b)是俯视图。
具体实施例方式如图1所示，轨道交通系统包括第一车站1、第二车站2、单轨道90、第一机车组 10、第二机车组20、第三机车组30、备用车组40。在第一车站1停放第一机车组10和第二机车组20，在第二车站2停放第三机车组30，单轨道90连接第一车站1和第二车站2。前述“第一”、“第二”、“第三”没有特别的含义，仅用于将相同或实质上相同的组成部分区分开来，备用机车组40可替换第一、第二、或第三机车组，从功能上说，第一、第二、 或第三机车组是相同的，彼此之间可以相互替换。轨道交通系统还包括控制系统，该控制系统可以通过各种电子、电气化设备、液压系统或通信装置按照后面所述的控制方法构造成， 控制系统可以区分第一、第二、或第三机车组，例如在第一、第二、或第三机车组上配置有识别器，借助于识别器，就可以将各机车组区别开来。机车组是包括具有至少一个动力车头的机车，可以是内燃机车、电力机车、磁悬浮机车，还可以是“动车组”。同时参照图1和图2，对于图1所示的系统的控制方法以下步骤A、指令第一机车组10从第一车站1驶向第二车站2，且同时第二机车组20和第三机车组30不动作；B、当第一机车组10到达第二车站2以后，指令第三机车组30从第二车站2驶向第一车站1，且第一机车组10和第二机车组20不动作；C、当第三机车组30到达第一车站1以后，指令第二机车组20从第一车站1驶向第二车站2，且第一机车组10和第三机车组30不动作；D、当第二机车组20到达第二车站2以后，指令第一机车组10从第二车站2驶向第一车站1，且第二机车组20和第三机车组30不动作；E、当第一机车组10到达第一车站1以后，指令第三机车组30从第一车站1驶向第二车站2，且第一机车组10和第二机车组20不动作；F、当第三机车组30到达第二车站2以后，指令第二机车组20从第二车站2驶向第一车站1，且第一机车组10和第三机车组30不动作；当第二机车组20到达第一车站1以后，则开始重复步骤A到步骤F，如此循环，就可以正常地实现高效安全的运输工作。前述“以后”包括到站时的时间，例如在步骤A中，一旦机车组10到达第二车站2 时，第三机车组30就可以立即出发。前述系统及其控制方法尤其适合于中短程运输，机车组的速度越快，前述系统及其控制方法的优越性就越明显，以下对此进行举例说明。从车站1到车站2的长度为L，假设机车组在此区间运行的平均速度为V，那么运行机车组从车站1到车站2 (或者反向)运行的时间为T T = L/V所以，假设从机车组10发车计时，此时刻为 ；。机车组10从车站1开始，驶向车站2，那么机车组10到达车站2的时刻为T10 = T0+T机车组10要停止在车站2的空闲的一个分岔轨道上，即图1中车站2下方的轨道。 当机车组10到达车站2时，机车组30已经整顿待发；一旦机车组10停止于车站2，则机车组30立即出发。机车组30从车站2发车，那么到达车站1的时刻为T30 = T10+T = Τ0+2*Τ机车组30到达车站1时，机车组20已经整顿待发；所以一旦机车组30停止在车站1的空闲的分岔轨道上，即机车组10离开后空闲的轨道，那么机车组20就立即出发，机车组20从车站1发车，那么到达车站2的时刻为T20 = T30+T = Τ0+3*Τ当机车组20到达车站2之后，机车组10已经整顿待发，类似于Ttl时刻，开始了第二次循环运营。可以看出，在车站1，机车组10发车后，2*Τ时间之后，机车组20发车，而在车站2，机车组30发车后，2*Τ的时间之后，机车组10发车。所以不管是车站1还是车站2， 发车的间隔都为2*Τ。这样做的前提是，机车组从停车开始，到乘客下车，再到乘客上车，到整顿待发的整个过程时间小于机车组在轨道上运行的时间T的两倍，即2*Τ。现有的情况下是完全可以做到的，例如动车组在一个站的停顿时间一般为2 3分钟。而，以现有的技术和实际应用来看，单组轨道方案中机车组在从车站1到车站2所用的时间T 一般大于5分钟。另外，如图2所示，当机车组10和机车组20在同一个车站，则机车组10先发；而机车组10与机车组30在同一个车站，则机车组30先发；而机车组30与机车组20在同一个车站，则机车组20先发。而车站只有一个机车组的情况下，不允许发车。换句话说，三辆机车组，机车组10到机车组30发；机车组30到机车组20发；机车组20到机车组10发，以此规律循环。这样做，可以高效运营的同时，从根本上杜绝两辆车同时在轨道上运行，所以就不会出现两车追尾甚至相撞的事故。下面举例说明实现如图2所示的时序原理的方法。此系统可以由计算机系统自动完成，其方法是，每辆机车组都载有一个发射和接受射频信号的装置，信号是可以有线信号也可以是无线信号，若为无线装置，则仅需要是短程的信号传递，其传递范围在车站1或者车站2内部的范围。发射装置可以发射一组信号， 而接受装置可以接受这样的信号，这组信号就可以作为发车的许可密码。那么机车组10要出发，必须得到机车组20发来的信号，机车组30要出发，必须得到机车组10发来的信号， 机车组20要出发，就必须得到机车组30发来的信号。当然，这三组信号是三组不同的信号， 比如三组不同的字母和数字串，来代表三个机车组的代号和特征。而且可以加上密码，以防止受到干扰。另外此信号仅仅是许可密码之用，所以加上运营系统的控制，可以保证绝对的安全。如果计算机系统足够的完备，那么可以实现自动驾驶。此系统可以成为相互唯一性识别系统。另外，车站1或者车站2停放着备用机车组40，一旦机车组10，机车组20或者机车组30的其中一辆出现故障，那么机车组40就代替它，即利用控制系统将其设置成机车组 10、20、或30等。按照此控制方法，机车组可以仅仅利用单条轨道，若机车组在轨道上运行时间为Τ，则以2*Τ的发车时间间隔运营，在这2*Τ的时间内主要有三件事情第一，组织车上乘客下车，第二，检查机车组性能并等待乘客，第三，组织新到的乘客上车，并整顿好以待发车。因为乘客的最长等待时间为2*Τ，最少等待时间为0，那么平均等待时间为Tdd = (2*T+0) /2 = T这样乘客从车站1到车站2，或者反向，所用的总平均时间(包括等车和在车上的时间)为Tpp = Tdd+T = 2*T
假设，假设L = 30公里，V = 180公里/小时，那么T = L/V = 10分钟，那么从乘客到达车站开始，到送到另外一个车站为止，他所用的时间，平均为20分钟，平均等车时间为10分钟。这样的效率足够满足乘客的需求。现在的机车组速度已经超过300公里每小时，所以此系统适合20 300公里，运行时间多于5分钟，少于60分钟的城际高速或者机场高速。单程运行时间超过60分钟，那么乘客的平均等待时间就为60分钟，这对于高速高效率交通来讲是不适宜的。所以有轨交通的速度越高，那么此方案就越廉价和高效。当乘客的量增大时，机车组无法载完当时等车的所有乘客，就可以把每个独立运行的机车组长度增大一倍，或者更多，按照相同的运营方案实施即可。若乘客的量较少时， 只要增加等待的时间，即一辆机车组到达，另外一辆机车组不是立即出发，而是稍作等待， 这样运行的间隔就会增大。图3示出了本发明的轨道交通系统的另一实施例，该实施例与图1所示的实施例的不同之处是，在各车站内部提供环形轨道，这样各机车组就可以是单向运行的机车组。图4示出了本发明的轨道交通系统的另一实施例，该实施例与图1所示的实施例的不同之处是，在车站1和车站2之间还有车站3，轨道90直接从车站3中穿过，车站3设置在单轨道90的两侧，各机车组在车站3可以先后打开两侧的车门，间隔2 10秒，时间间隔的长短根据人流量而定，这样引导乘客从先开的车门下车，后开的车门上车，以保证先下后上，可以大大提高上下车的效率，缩短机车组停车的时间。图5显示了本发明的轨道交通系统的另一实施例，该实施例与图1所示的实施例的不同之处是，机车组的数量增加了，为了便于理解，可以这样说，图5是在图1所示实施例的基础上，将各个机车组拆分为两个节组了，每个机组也至少有一个动力车头(该节组也可成为机车组)，例如将机车组10拆分为机车组11和机车组12，机车组20拆分为机车组 21和机车组22，将机车组30拆分为机车组31和机车组32，在第一车站1，各个被拆分出来的机车组是先后依次发车，而在第二车站2，各个被拆分的机车组又连接在一起驶向第一车站1，这样的好处是从第一车站1到第二车站2的行驶时间与第二车站2到第一车站1的行驶时间不相等。下面举例说明这种系统及其控制方法的优点。首先机车组11从车站1发车，此刻为Ttl，到达车站2的时刻为Ta Ta = T0+T当机车组11到达之后，机车组12立即发车，那么机车组12到达车站2的时刻为
Tb:Tb = Ta+T = T0+2*T此时，机车组21与机车组22已经分开到机车组11与机车组12出发后留下的空闲轨道上。而连接在一起并整顿待发的机车组31与机车组32立即发车，那么机车组31与机车组32到达车站1的时刻为Tef Tef = Tb+T = T0+3*T此时刻，机车组11与机车组12也已经连接在一起停顿在车站2上，等待乘客上车。而机车组21从车站1发车，到达车站2的时间为Τ。Tc=Tef+T = Τ。+4*Τ此刻机车组22开始从车站2发车，到达车站2的时刻为TdTd = Tc+T = Tq+5*T
当机车组22到达车站2时，连接在一起并且整顿待发的机车组11与机车组12立即出发，到达车站1的时刻为Tab:Tab = Td+T = Td+6*T此时刻也是已经与机车组32分开的机车组31从车站1发车的时间。机车41与机车42是备用机车。所以可以看出一个规律，从车站1发车的时刻为T0> Τ0+Τ> Τ0+3*Τ> Τ0+4*Τ> Τ0+6*Τ> …所以发车时间间隔为(首发不算在内)Τ、2*Τ、Τ、2*Τ、Τ、…所以统计平均时间间隔为Tdd = (T+2*T)/2 = 1. 5*Τ从车站2发车的时刻为Τ0+2*Τ、Τ0+5*Τ、Τ0+8*Τ、...所以发车时间间隔为(首发不算在内)3*Τ、3*Τ、…那么平均的发车时间就为3*Τ。此实施例的使得车站1的平均发车时间间隔变为1. 5*Τ，而把车站2的发车时间间隔变为3*Τ。但是往返的运输能力保持不变。此实施例适合于机场等单边比较紧急的交通。例如，去机场的乘客往往比较紧急，可以用车站1，时间间隔较短的一端，而机场下飞机的乘客往往不太紧急，用车站2，时间间隔较长的一端。图6显示了本发明的轨道交通系统的又一实施例，该实施例与图1所示的实施例的不同之处在于轨道91，轨道91的站内区段的高度要高于车站与车站之间轨道的高度，站内的轨道通过平滑的斜坡与站站之间的轨道连接。此设计的目的是，当轨道快要进站时，关掉动力系统，不用刹车来减速，而让机车从平直的较低的轨道爬上斜坡，等爬上斜坡以后再用刹车减速直至停止；而当机车离开车站时，是顺着斜坡而下，加上机车本身的动力，很快就可以让机车加速到要求的运行速度。即，机车进站的过程，是把机车的动能存储为势能， 而离站出发时，刚好相反，即把势能转化为动能。此过程实现了能量的回收和再利用。Ed = Es+EmEx = mghEd= (l/2)*m*V2所以，(l/2)*m*V2 = mgh+Em其中&为机车爬坡前的动能，Es是机车停止在车站时的势能，Effl为机车爬坡过程中因摩擦力，刹车以及其他阻力而消耗的能量，m是机车以及乘客的总的质量，V为机车的速度，g为重力加速度，h为车站轨道与站站间轨道的高度差值，不是车站轨道的绝对高度。所以，在一定的范围内，h的值越大，Es就越大，每一次进站回收的能量就越多，那么机车的节省的能力就越多。高度的最大值以机车关掉动力系统开始爬坡所能到达的最大高度为限。实际应用中h的值可以做到5 20米，如果站站之间的轨道在地面以下，而车站内的轨道在地面以上，那么就h的值就可以做的更高了。另外，用爬坡实现刹车能量回收的方法，目的不仅仅是为了回收能量，还为了能在机车进站时，快速的刹车，因为如果轨道都是平的，要实现快速的刹车，必然要大大的浪费机车的能量。另外，因为机车组的运行速度越高，此系统越有效，而机车组的速度越高，则加速过程消耗的能量就越大，而且相同的动力下时间也会更长，而当机车组离站时，把积累的势能转化为动能，加上机车的动力，可以让机车更快的加速到额定运行速度，所以此方法大大的节约了运行时间，同时也节省了能量，可为一举两得。
权利要求
1.一种轨道交通系统控制方法，其特征在于，在第一车站停放第一机车组和第二机车组，在第二车站停放第三机车组，通过单轨道连接第一车站和第二车站，单轨道在车站分为两个以上的岔道；该方法包括以下步骤A、指令第一机车组从第一车站驶向第二车站，且第二机车组和第三机车组不动作；B、当第一机车组到达第二车站以后，指令第三机车组从第二车站驶向第一车站，且第一机车组和第二机车组不动作；C、当第三机车组到达第一车站以后，指令第二机车组从第一车站驶向第二车站，且第一机车组和第三机车组不动作；D、当第二机车组到达第二车站以后，指令第一机车组从第二车站驶向第一车站，且第二机车组和第三机车组不动作；E、当第一机车组到达第一车站以后，指令第三机车组从第一车站驶向第二车站，且第一机车组和第二机车组不动作；F、当第三机车组到达第二车站以后，指令第二机车组从第二车站驶向第一车站，且第一机车组和第三机车组不动作；当第二机车组到达第一车站以后，则开始重复步骤A到步骤F。
2.如权利要求1所述的轨道交通系统控制方法，其特征在于，在第一车站或第二车站停放备用机车组，备用机车组可替换第一、第二、或第三机车组。
3.如权利要求1所述的轨道交通系统控制方法，其特征在于，第一、第二、或第三机车组可彼此替换。
4.如权利要求1所述的轨道交通系统控制方法，其特征在于，第一机车组出发必须得到第二机车组发出的信号，第三机车组出发必须得到第一机车组发出的信号，第二机车组出发必须得到第三机车组发出的信号。
5.如权利要求1所述的轨道交通系统控制方法，其特征在于，在第一车站和第二车站之间还设置有第三车站，第三车站设置在单轨道两侧，各机车组在第三车站可以先后打开左、右两侧的车门。
6.如权利要求1至5中任一项所述的轨道交通系统控制方法，其特征在于，第一机车组、第二机车组以及第三机车组均可分为单独运行的第一节组和第二节组，在前述各个步骤中，若从第一车站行驶到第二车站，各机车组的第一节组和第二节组先后独立地运行，若从第二车站行驶到第一车站，各机车组的第一节组和第二节组连接在一起运行。
7.—种轨道交通系统，其特征在于，包括第一车站、第二车站、两端分岔的单轨道、第一机车组、第二机车组、第三机车组、备用车组以及控制系统，在第一车站停放第一机车组和第二机车组，在第二车站停放第三机车组，单轨道连接第一车站和第二车站，控制系统按照如权利要求1所述的方法控制各机车组，备用机车组可替换第一、第二、或第三机车组；第一、第二、或第三机车组可彼此替换。
8.如权利要求7所述的轨道交通系统，其特征在于，在第一车站和第二车站之间设置有第三车站，各机车组提供有左、右两侧的车门。
9.如权利要求7所述的轨道交通系统，其特征在于，第一机车组、第二机车组以及第三机车组均由单独运行的第一节组和第二节组构成，控制系统按照如权利要求6所述的方法控制各机车组。
10.如权利要求7或8所述的轨道交通系统，其特征在于，车站内轨道的高度高于车站与车站之间的轨道。
全文摘要
本发明涉及一种轨道交通系统及其控制方法，该系统包括第一车站、第二车站、两端分岔的单轨道、第一机车组、第二机车组、第三机车组、备用车组以及控制系统，在第一车站停放第一机车组和第二机车组，在第二车站停放第三机车组，单轨道连接第一车站和第二车站，该控制方法使得同一时间仅有一辆机车组行驶在单轨道上，并能满足实际中对乘客运输的要求，相对于普通的双组轨道交通系统，本发明的轨道的建设费用减少一半，从而大大减少建设有轨高速交通的成本，同时又可以保证高效而且安全的运行。
文档编号B61L27/00GK102190009SQ20101012768
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者褚蒙 申请人:褚蒙