控制地铁线路的方法与流程

本发明涉及一种地铁交通管理方法，其中车厢并不在每一站都停车并且没有车厢会超车其他车厢。本发明的目的是：(a)增加地铁线路的吞吐容量，(b)缩短行程时间，(c)实现电力节省，以及(d)减少地铁车辆的物理损耗(特别是其制动系统)。
背景技术：
：当前，地铁车厢(wagon)被耦合在列车编组(trainconsist)中并且作为完整编组行驶(一个编组通常由三节或四节车厢构成)。这些列车编组在每一站都停车。当乘客登上一个列车编组时，其不需要注意进入哪一节车厢，因为所有车厢都去往相同的地方。这是非常低效的，特别在具有许多站并且各站之间的距离较短的较长地铁线路的情况下尤其是如此。在这种情况下，行驶较长距离的乘客的许多时间都浪费在路过车站的不必要的减速停止(halt)上。与本发明非常近似的方法是由本作者在2015年12月3日公布的[1]及其后续公布的变型[2-5]。方法[1-5]与本专利中所给出的方法之间的主要差异在于，与其中确实会发生超车的[1-5]相反，在本专利所给出的方法中车厢在行驶时不会彼此超车。因此方法[1-5]只具有理论上的意义并且实际上是不可应用的，而本专利中的方法则可以完美地应用在实际的地铁系统中。技术实现要素：每一节车厢在1、2、3、4模式下行驶。这意味着车厢首先在第一站停车，随后跳过一站，随后跳过两站，随后跳过三站，并且随后重复1、2、3、4循环。因此，每一节车厢在接下来的10站中只停4站，这意味着开车-停车循环的数目减少了2.5倍。对于每一节车厢我们必须计数1、2、3、4，以便知道现在是1、2、3、4循环当中的哪一个步骤。此外，我们必须计数车厢的车站，以便知道其必须在哪一站停车。在图1和2中描绘的每一节车厢标记有这些计数器的(x:y)格式的数值。举例来说，图1中的蓝色车厢(4:4)刚从车站的红色站台驶离，并且将只需要在第四站停车。车厢(4:4)之后跟着另一节蓝色车厢(4:3)，该车厢将跳过此站加上另外的两站，并且将只在第三站停车(从这个角度来看是将在第三站停车，但是从前一站(也就是驶离站)的角度来看是将在第四站停车)。让我们选取地铁线路中的一个随机点a。我们假设一节车厢从紧接点a之前的车站驶离并且将在紧接点a之后的车站停车。因此，该车厢在点a处的计数器数值是(1:1)，并且车厢处于1、2、3、4循环当中的步骤1。将要经过点a的接下来的两节车厢将处于步骤2，并且其计数器的数值将分别是(2:2)和(2:1)。接下来的三节车厢将处于步骤3，并且其计数器的数值将分别是(3:3)、(3:2)和(3:1)。最后，另外四节车厢将经过点a——其将处于步骤4，并且其计数器的数值将分别是(4:4)、(4:3)、(4:2)、(4:1)。一旦这10节车厢经过点a，所述序列将重新开始，并且下一节车厢将是(1:1)。因此，基于其计数器的数值，车厢按照下面的顺序经过点a：(1:1)、(2:2)、(2:1)、(3:3)、(3:2)、(3:1)、(4:4)、(4:3)、(4:2)、(4:1)。只有其第二计数器是1(一)的车厢在下一站停车。因此，十节车厢当中的仅仅四节在该站停车。另外六节车厢在该站不停车继续行驶。虽然车厢行驶的顺序是很重要的，但是其停车的确切地点同等地重要。车站站台被划分成四个更小的站台(即图1和2中的子站台)。每次只有一节车厢可以在一个子站台处停车。车厢的长度是可以被容纳在完整站台处(也就是说容纳在四个子站台处)的完整列车编组的长度的大约四分之一。第一子站台为将跳过接下来的两站并且在第三站停车的车厢保留。(第一子站台是下游方向(也就是车厢行进的方向)上的最后一个)。相应地，第二子站台为将跳过三站并且在第四站停车的车厢保留。第三子站台是将跳过一站并且在第二站停车的车厢。最后，第四站台(也就是下游方向上的第一个)为将在下一站停车的车厢保留。四个子站台在下游方向上被编号为3、4、2、1，并且分别被颜色编码为黄色、红色、蓝色和绿色。对于这一颜色编码系统，绿色是用于其下一段行程最短(到下一站)的车厢的子站台。红色是用于其下一段行程最长(也就是到从驶离站计数的第四站)的车厢。乘客必须注意其在哪一个子站在登上车厢。目的地车站决定驶离的正确子站台。为了帮助乘客选择正确的子站台，在每一个车站处有乘客信息告示牌(图2、3和4)，其中在被用于子站台的颜色编码系统中显示出地铁站。下表说明了这些乘客信息告示牌的内容：车站：(多个)循环的颜色：安装告示牌的车站白色下游的第一个(下一个)绿色第二个蓝色第三个黄色、绿色第四个红色第五个红色、蓝色第六个绿色第七个黄色、红色第八个黄色第九个蓝色第十个绿色、红色、黄色、蓝色每一个车站由适当地着色的圆圈表示。如果有两种或四种颜色(这意味着对于去到该车站的驶离可能有两个或四个子站台)，则用两个或四个部分地重叠的圆圈来表示车站，其中最上方的圆圈具有车厢将首先到达的子站台的颜色。因此，告示牌上的信息是动态的而不是静态的，因为需要表明其中哪一节可能的车厢将首先到达。因此，为了反映该动态信息，告示牌是电子的而不是纸质的。告示牌在第10个车站之后遵循相同的模式(第11个车站被着色为第一个，后面以此类推)。告示牌的颜色在相反的方向上是完全相同的(车站-1的着色与车站1相同，后面以此类推)。告示牌的外观是特定于每一个车站的。下一站(第一个下游车站)总是由绿色圆圈表示，但是对于其他位置，某个车站可能或者可能不是第一个。在图4和5中，serdika站在奥帕琴斯卡(opalchenska)站处的告示牌上是绿色的，这是因为从奥帕琴斯卡(opalchenska)看来，serdika是其之后的第一站。康斯坦丁·韦利奇科弗(konstantinvelichkov)站处的告示牌将serdika显示成蓝色，这是因为从康斯坦丁·韦利奇科弗(konstantinvelichkov)的角度来看，serdika是第二站。从上表可以看到，对于每一个车站有至少一节车厢去往该站，因此乘客不需要改换车厢以到达目的地车站。所述方法可以被调节到不同数目的子站台，例如3个或5个。在3个子站台的情况下，每一节车厢按照1、2、3的方案行驶。这意味着3节车厢将在每一站停车，并且另外3节车厢将跳过该站。因此，停车的次数减少了2倍。在5个子站台的情况下，每一节车厢按照1、2、3、4、5的方案行驶。这意味着5节车厢将在每一站停车，并且另外10节车厢将跳过该站。在这种情况下，停车的次数减少了3倍。10节车厢当中的4节在某个车站停车并且6节车厢跳过该站的事实是所要求保护的方法增加了地铁线路的吞吐容量的其中一个原因。第二个事实是车厢和子站台(车厢停车的地点)的安排。这种安排确保三节车厢可以同时在某个车站停车。这三节车厢是具有计数器(4:1)、(1:1)、(2:1)的车厢。车厢(2:2)将被迫与它们一起停车。因此，(4:1)、(1:1)、(2:2)和(2:1)可以全部同时停车。一旦这些车厢经过车站，其计数器将分别获得数值(1:1)、(2:2)、(2:1)、(3:3)：对于停车的车厢，第一计数器将改变其数值，第二计数器将获得与第一计数器相同的数值，对于没有停车的车厢，仅有的改变将是第二计数器数值减一。因此，在最大负荷条件下，使得十节车厢经过车站需要两次减速停止——一次是三节车厢，一次是一节车厢。如果使用传统的交通方法，车站将由安排在两个半列车编组中的10节车厢服务(每辆列车4节车厢)。这就得到两次半停车而不是两次。新的交通管理方法把经停的次数减少了2.5倍，从而缩短了行程时间。另一方面，车站处的等待时间增加了2.5倍。这意味着当车厢之间的间隔较短并且等待时间有限时，新的交通管理方法在繁忙交通条件下是时间高效的。相反，在轻闲交通条件下，当服务中的车厢更少并且等待时间更长时，新的交通管理方法是低效的，并且导致更长的行程时间。为此原因，所述交通管理方法操作在两种模式下。第一种模式是前面所描述的模式，并且将在繁忙交通中使用。在轻闲交通模式下，车厢在乘客将离开或登上车厢的所有车站处停车。轻闲交通模式把等待时间缩短了四倍，这是因为每一个车站由4节单独的车厢服务，而不是由四节车厢构成的一辆列车服务。在这种模式下，除非没有乘客表明将离开或登上车厢，否则车厢不会跳站。这实际上是一种频繁的情况，因为(a)在轻闲交通中乘客的数目有限，并且(b)列车编组被划分成四节车厢(因此离开或登上车厢的乘客的预期数目少四倍)。在轻闲交通模式下只使用其中两个子站台。通常来说，这两个子站台是最前一个和最后一个，或者是中间的两个，这取决于站门的位置。在轻闲交通模式下有两种类型的车厢：只在前方子站台停车的车厢和只在后方子站台停车的车厢。因此，乘客知道当其从前方子站台登车时则将在前方子站台下车，这类似于现有的方法：乘客确实知道当其登上前方车厢时则将也从前方车厢下车。车厢按照交替的方式行驶——一节将在前方子站台停车，并且一节将在后方子站台停车。这就确保两节车厢可以同时在某个车站停车。重要的是在两种模式之间进行切换的规程。新的模式只适用于即将离开线路上的第一个车站的车厢，在途中的车厢则遵循先前的模式直到其到达终点站。附图说明图1示出了康斯坦丁·韦利奇科弗(konstantinvelichkov)站以及向右行进的两节蓝色车厢。另一节红色车厢已从黄色子站台驶离并且向左侧行进(现在处于红色和蓝色子站台之间)。上方示出了线路的更大延伸(更小的尺度)。图2示出了奥帕琴斯卡(opalchenska)站。蓝色车厢向右行驶，并且红色车厢向左行驶。蓝色车厢(1:1)和(2:2)刚刚分别从绿色和蓝色子站台驶离。红色车厢(4:0)正慢慢在绿色子站台减速停止。当该车厢驶离时，其计数器将是(1:1)，这是因为步骤4之后是步骤1。图2还示出了把乘客指引到其需要使用的子站台的乘客信息告示牌。图3在更大的尺度上再次示出奥帕琴斯卡(opalchenska)站和相同的乘客信息告示牌。图4在甚至更大的尺度上再次示出了奥帕琴斯卡(opalchenska)站和相同的乘客信息告示牌，从而可以看到车站数目和名称。图5再次示出了康斯坦丁·韦利奇科弗(konstantinvelichkov)站和该站处的乘客信息，其看起来不同于奥帕琴斯卡(opalchenska)处的乘客信息。图5中的时间比图1中的时间慢六秒。蓝色车厢尚未驶离，并且红色车厢仍然处在其刚刚驶离的黄色子站台。具体实施方式实例1让我们假设其中车站的间隔是1200米的地铁线路。假设列车以20m/s(72km/h)行驶。假设加速/减速速率是1m/s2。假设列车在每一站平均停留10秒。在此设置中，每一次不必要的停车浪费30秒(10秒减速停止，10秒停留，10秒离开)。在20m/s的行驶速度下，从一站到下一站需要花费60秒。因此在这种情形下，三分之一的时间将用在减速停止上。利用这里所要求保护的地铁管理方法，路过车站的数目减少了2.5倍，这意味着在10站当中的6站并不停车。这转化成(6/10).(1/3)＝20％的时间节省。应当提到的是，对于相同数目的车厢，等待时间将增加两倍(而不是2.5倍，因为车厢的行驶速度将快25％)，因此可以假设所实现的平均时间节省将是10％左右，这是假设等待时间是行驶时间的1/10。这在车厢较为频繁(例如一分钟间隔)并且行驶距离多于一站的情况下是可能的。如果行驶距离是一站，则我们没有节省时间。相反，我们将花费更多时间，因为站台处的等待所花费的时间长度将是两倍。让我们假设所消耗的电力的一半花费在停车和启动上，另一半花费在保持车辆以恒定速度行进上。因此，通过把停车次数减少2.5倍导致30％的电力节省。现在让我们计算地铁线路的吞吐容量将增加多少。假设每一节车厢的长度是20米，4节车厢的列车编组将需要大约18秒以便在80米内启动和减速停止。随后我们加上10秒的停站时间，则结论是将花费至少28秒以使得4节车厢经过。10节车厢将在70秒内经过(28x2.5)。利用新的地铁管理方法，在最大负荷条件下，对于10节车厢将有两次停车。启动和减速停止距离对于第一站是80米，并且对于第二站是120米。这就得到18加22秒。加上2x10秒的停站时间。结果是最大负荷下的10节车厢将在60秒内经过，也就是说新的地铁管理方法把地铁管道的容量增加了大约17％。这一讨论没有考虑到以下假设：随着更少的车厢在车站停车(一节或三节而不是四节)，其在车站花费的时间应当是更少的。因此，预期的容量改进可能甚至超过17％。另一个没有考虑到的因素是，利用新的管理方法，离开和登上车厢的乘客的数目将会高2.5倍。在传统方法中离开车厢的乘客的比例是10％，现在则有25％的乘客走向车门。这意味着车辆可以在车站停留更长时间，因为将有更多的人上下车。另一方面，在拥挤的车厢中，不准备下车的人会挡住准备下车的人的去路，因此25％的下车时间可能与10％大致相同。本发明的应用(使用)领域本发明的地铁交通管理方法适用于自动化地铁系统。所述方法不适用于依赖有人驾驶车辆的地铁系统，这是因为所述方法将需要多达四倍的列车司机。此外，本发明的方法有利于车辆之间的更高密度和更短距离，从而使得有人驾驶地铁车辆更容易发生事故。参考文献1、metrowhereeverywagonhasitsownopinion(beta1)，计算机程序，2015年12月3日，http://www.dobrev.com/software/metro_b1.pro2、metrowhereeverywagonhasitsownopinion(beta2)，计算机程序，2015年12月10日，http://www.dobrev.com/software/metro_b2.pro3、metrowhereeverywagonhasitsownopinion(beta3)，计算机程序，2016年1月18日，http://www.dobrev.com/software/metro_b3.pro4、metrowhereeverywagonhasitsownopinion(beta4)，计算机程序，2016年3月26日，http://www.dobrev.com/software/metro_b4.pro5metrowhereeverywagonhasitsownopinion(beta5)，计算机程序，2016年4月5日，http://www.dobrev.com/software/metro_b5.pro当前第1页12