超大规模抗阻塞个性化高速交通系统及其运行方法与流程

本发明属于交通领域，具体涉及一种由软件定义的超大规模抗阻塞个性化高速交通系统及其运行方法，基于网络化的轨道设计对海量的智能车辆进行网络化的调度控制。

背景技术：

随着当今市民生活水平的提高，私家车保有量也在不断迅速增长，车路矛盾凸显，城市交通环境压力日益增大，交通拥挤、堵车成了常态。不仅是大城市，就连中小城市道路交通的“治堵难”都成了社会的热点议题。

现有的城市交通运输系统主要分为以下几种：

公共交通系统：

1）传统公交车客运系统：城市公共交通系统中的主要交通工具，在一般的道路条件下，可以四通八达。小型公共汽车可在狭窄街区中开辟营业线路，乘用极为方便。该系统虽然具有单车运载人数比较多的特点，公共汽车在行驶中与其他车辆混行，互相避让和紧急制动是难免的，因此，安全性和舒适性较差，沿线停靠站点众多、红绿灯多、道路交通拥挤，车辆行驶缓慢，交通时效很低，且由于人多车少，乘客经常面临挤车难、坐票少、需换乘等问题，其他缺点是能源消耗量大，噪声高并有废气污染。

2）出租车运输系统：出租车比公交车乘坐舒适些，但乘坐出租车交通成本太高，平均是公交车的10-30倍，且由于堵车严重，出租车的运输时效也大打折扣，出租车的高空车率也构成了一种严重的浪费。

3）城市轻轨：优点是能源消耗低，结构简单，坚固耐用；但是轻轨噪声高，振动大，舒适性较差，轨道需要经常维护，在一定程度上影响交通。在开辟新线路时，线路投资大，工期长，投资见效慢。轻轨虽然运力较大，但路线覆盖太有限，停靠站点太少，其小区覆盖能力与保障灵活性等方面无法满足城市需要。

4）地铁：大部分线路铺设在地面以下，运行中几乎不受外界环境变化的影响，而且有一定的抗战争和抗地震破坏的能力。以车组方式运行，载量大，正点率高，安全舒适。地铁具有运力大、乘坐较舒适、出行较方便等特点，但毕竟覆盖有限，站点有限，其快捷性、时效性、灵活性仍与客观需求有较大差距，而且，地铁造价高昂，城市地下不可能修满地铁。

个性化交通系统：

私家车：私家车出行方便、舒适，但由于城市道路堵车严重，行车难、停车难、效率低等问题愈来愈严重，而且，汽车废气会造成的大气污染；噪音污染，包括汽车喇叭及发动机产生的噪音对生活产生的噪音污染；金钱浪费，汽车需要进行保养及加油需要花费大量金钱。

总体而言，公交、高架立交、轻轨、地铁等手段在一定程度上缓解了公共交通压力，但用于公交线路的路面资源有限，而立交、轻轨、地铁等公共交通系统建设周期长，耗费大量建材资源，建设成本高，建设过程中对城市道路和交通出行影响也很大；上述公共交通手段目前均无法完全解决城市交通堵塞，导致了出行效率低，停车资源矛盾日益突出，汽车多、汽车尾气排放多，增加了城市的噪音和空气污染，对城市环境和人民群众健康也造成了危害。

只有大幅度提升城市公共交通承载能力及其路线建设与服务灵活性，通过建设快速、成本较低的独立轻型无人驾驶车辆道路系统，才能最快解决城市交通拥堵问题，并拓展城市居民出行交通方式，降低市民对使用汽车的需求，减少气体污染排放，降低城市噪音，既可缓解地面交通拥堵，也可以疏解地铁客流。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的不足，提供一种超大规模抗阻塞个性化高速交通系统及其运行方法，该软件定义的交通中，所有车辆都由智能调度系统总体调度，高效运作，避免拥堵。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超大规模抗阻塞个性化高速交通系统，其特征在于，包括：高架轨道、智能车辆、高架车站和智能调度系统；所述高架轨道铺设在街道的上空，高架轨道包括环形轨道和辅助轨道，所述环形轨道为单向单行轨道，环形轨道上连接有多条辅助轨道，所述辅助轨道为双向单行轨道，辅助轨道的一侧驶进环形轨道，另一侧驶出环形轨道；所述智能车辆与高架轨道相适配，所述高架车站仅分布在辅助轨道侧，所述智能调度系统用于控制智能车辆在高架轨道上的行驶。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

所述高架轨道包括多个环形轨道，环形轨道之间通过辅助轨道相连，环形轨道和辅助轨道共同形成纵横交织的网络化轨道。

所述环形轨道和辅助轨道的连接处设有变轨装置，用于改变智能车辆的运行轨道。

所述智能车辆采用悬挂式、悬浮式或轨道式。

所述智能车辆为单人座、两人座或多人座的纯电动无人驾驶车辆。

所述高架车站沿着车辆行驶方向依次划分有乘客下车区域和乘客上车区域。

所述智能调度系统包括车载控制系统、车辆状态监测采集系统、路轨运行状态监测采集系统、车站节点控制分中心、中心控制系统和车辆线路规划调度系统；

所述车载控制系统和车辆状态监测采集系统安装在每个智能车辆上，车辆状态监测采集系统用于实时采集智能车辆的运行状态数据，车载控制系统根据车辆的运行状态控制智能车辆的运行；所述路轨运行状态监测采集系统安装在每段高架轨道上，用于实时采集高架轨道的运行状态数据；所述车站节点控制分中心安装在每个高架车站中，用于控制各高架车站的运行状态；

所述中心控制系统接收并统一分析所采集的各项数据，所述车辆线路规划调度系统根据调度规则算法规划出每个智能车辆的运行路线，并对每个运行中的智能车辆的运行状态进行动态调整。

所述中心控制系统和车站节点控制分中心通过数据通讯链路接收车辆状态监测采集系统、路轨运行状态监测采集系统和车载控制系统采集的数据信息，并发送给车辆线路规划调度系统进行计算，车辆线路规划调度系统计算出每个智能车辆的运行路线，并通过中心控制系统和车站节点控制分中心将控制命令发送至车辆状态监测采集系统、路轨运行状态监测采集系统和车载控制系统，以实现对智能车辆的网络化调度。

此外，还提出了上述交通系统的运行方法，其特征在于，包括：

步骤一：乘客通过手机app或高架车站刷卡的方式确定起点站和目的站，车辆线路规划调度系统接收乘客的预约需求并自动分析生成行车路径，将行车路径反馈给智能车辆；

步骤二：智能车辆按行车路径自动运行，智能车辆从起点站出发驶向第一个经过的高架车站，并在达到站台之前，车辆线路规划调度系统根据交通运行实时状况再次计算最优路径，并自动指定智能车辆的下一站行驶；

步骤三：重复步骤二，直至到达目的地。

本发明的有益效果是：

1）个性化网络交通设计，运营准时快速、安全性高。采用全自动无人驾驶车辆和智能调度系统，全程由计算机控制智能车辆自动运行，高效、节能、准时，消除人为错误，网络化调度系统保证车辆不会超时、冒进、发生追尾等事故，高架轨道也严格按照国家轨道交通安全规定的标准执行，具有安全保障性，由于空中轨道的特殊设计，还能应对各种天气情况；

2）绿色环保、低噪音。智能车辆由电力驱动，所有的输电线、通信线也全部封闭在轨道梁内，无噪音、无污染、占地面积小，不仅能缓解城市拥挤的交通，还可以极大地降低车辆对空气的污染；

3）占地少、适应性强。除了车站需要占用一定地面空间外，轨道基础占地面积非常小，轨道曲线半径设计比较灵活，工程几乎不涉及既有建筑物的拆迁，商务区、机场和火车站还可以利用既有建筑或过街天桥作为车站。智能车辆爬坡能力强，转弯半径小，对复杂地形有较好的适应性，可以减少拆迁量和施工期间对地面交通的影响；

4）投资少、工期短。不像地铁或轻轨需要在现场进行大量的建造工程，系统中所有的部件包括轨道梁、支柱等全是在工厂中批量完成的，现场施工简单快捷，一般每处施工几天即可完成，全线只要几个月，即可将高架轨道组装完毕，整个系统建设周期在1-2年之间；

5）美观舒适、融入城市。高架轨道和智能车辆的设计，简洁美观，具有高科技感和现代感；整体外形不会遮挡阳光，也不会给路面行驶车辆和行人带来沉闷感和压迫感，不会将城市切割为凌乱的单元，相反还会增加城市美感。

附图说明

图1是本发明的交通系统的局部示意图。

图2是本发明的智能调度系统的模块示意图。

图3是本发明的智能调度系统的工作流程图。

图4是实施案例中始发地至目的地的路径、路口示意图。

图5-8是实施案例中四种可选路径的示意图。

附图标记如下：高架轨道1、环形轨道1-1、辅助轨道1-2、变轨装置1-3、智能车辆2、高架车站3、乘客下车区域3-1、乘客上车区域3-2。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示的超大规模抗阻塞个性化高速交通系统，主要包括高架轨道1、智能车辆2、高架车站3和智能调度系统。

高架轨道1在现有的城市道路基础上建设而成，可采用轻型钢构设计，由立柱、轨道梁等组成，轨道梁内部铺设供电系统、通信模块等。高架轨道1包括多个环形轨道1-1和辅助轨道1-2，环形轨道1-1为单向单行轨道，环形轨道1-1上连接有至少两条辅助轨道1-2，环形轨道1-1之间通过辅助轨道1-2相连，辅助轨道1-2为双向单行轨道，辅助轨道1-2的一侧驶进环形轨道1-1，另一侧驶出环形轨道1-2，环形轨道1-1和辅助轨道1-2共同形成纵横交织的网络化轨道，覆盖城市的主要位置。在环形轨道1-1和辅助轨道1-2的连接处设有变轨装置1-3，用于改变智能车辆2的运行轨道。

智能车辆2与高架轨道1相适配，为单人座、两人座或多人座的纯电动无人驾驶车辆，具体可选择悬挂式、悬浮式或轨道式。高架车站3用于智能车辆2的泊车、进出站，仅分布在辅助轨道1-2侧，也就是说，只有辅助轨道1-2的两侧能够供乘客上下车，而环形轨道1-1上无法进行上下车操作，这样能够有效避免交通混乱和阻塞的情况，提供安全稳定的网络化轨道平台。

智能调度系统用于控制智能车辆在高架轨道上的行驶，如图2所示，具体包括车载控制系统、车辆状态监测采集系统、路轨运行状态监测采集系统、车站节点控制分中心、中心控制系统和车辆线路规划调度系统。车载控制系统和车辆状态监测采集系统安装在每个智能车辆上，车辆状态监测采集系统用于实时采集智能车辆的运行状态数据，如智能车辆的实时位置、车速、出发地和目的地等，车载控制系统根据车辆的运行状态控制智能车辆的运行。路轨运行状态监测采集系统安装在每段高架轨道上，用于实时采集高架轨道的运行状态数据，如车流密度、路轨状态和车站状态等。车站节点控制分中心安装在每个高架车站中，用于控制各高架车站的运行状态。

如图3所示，中心控制系统接收并统一分析所采集的各项数据，车辆线路规划调度系统根据调度规则算法规划出每个智能车辆的运行路线，并对每个运行中的智能车辆的运行状态进行动态调整。中心控制系统和车站节点控制分中心通过数据通讯链路接收车辆状态监测采集系统、路轨运行状态监测采集系统和车载控制系统采集的数据信息，并发送给车辆线路规划调度系统进行计算，车辆线路规划调度系统计算出每个智能车辆的运行路线，并通过中心控制系统和车站节点控制分中心将控制命令发送至车辆状态监测采集系统、路轨运行状态监测采集系统和车载控制系统，以实现对智能车辆的网络化调度。

智能交通调度系统是一种高速分布式运行系统，乘客从出发地确定目的地后，系统自主寻找最优运行路径，同时对智能车辆的运行数据进行实时采集，通过大数据技术及人工智能算法对反馈的海量运行数据进行分析处理，具备高吞吐量数据处理能力，实时保证整个交通系统交通整体最优，并动态调整智能车辆运行，直至到达目的地。

交通系统运行时，首先，乘客通过手机app或高架车站3刷卡的方式确定起点站和目的站，车辆线路规划调度系统接收乘客的预约需求并自动分析生成行车路径，将行车路径反馈给智能车辆2。随后，智能车辆2按行车路径自动运行，智能车辆2从起点站出发驶向第一个经过的高架车站3，并在达到站台之前，车辆线路规划调度系统根据交通运行实时状况再次计算最优路径，并自动指定智能车辆2的下一站行驶。重复该步骤，直至到达目的地。

实施案例如图4所示，以乘客从始发地a到目的地e为例，说明一次具体的运行过程。

乘客首先选择最近的高架车站a，在高架车站a通过app预约或在车站内通过预约机预约，选择目的地。

乘客在预约成功的智能车辆进站时，确认上车并成功出行后，中心控制系统通过实时信息采集系统更新了所有轨道上智能车辆的运行状态后，发现图5-8所示的四条可用路径，由于图5所示的路径1路程最短，因此确认了从车站a途径车站b到达车站e的路线，并将路线规划告知车站a的控制分中心。

车站a的控制分中心将路线规划信息告知了车站b、e，车站e根据收到的规划信息以及其他车辆路线信息，对站内车辆接收区域状况进行统计和预测，若能够顺利接收，则通知车站a开始发送车辆，并做好车辆的接收准备；若车站e暂时无法接收车辆，则通知车站a等待发车。

车站a在得到目的车站e的发车确认后，将路线规划告知车载控制系统，启动并发送车辆。车载控制系统根据规划的路线进行行驶，并将车辆的运行状态实时采集传送回中心控制系统，并由中心控制系统统一控制车速。

车辆经过车站b时，中心控制系统根据各站点、线路信息的统计更新分析发现车站b到车站e的线路负荷过高，则即时调整了该车辆的线路规划，改为途径车站d到达车站e，并通知车载控制系统更新路线为路径2。

车载控制系统更新线路规划后，改变车辆路线，途径车站d，并最终到达车站e。

车站e成功接收车辆后，将更新后的车站状态信息告知中心控制系统，中心控制系统根据接收到的各车站状态信息以及当前线路上的车辆运行信息进行分析统计预测，对各车站的待发车辆进行均衡性的自动调度，保证各车站车辆分布的均衡。

由此可见，智能车辆全程自动运行，其行驶路径的变化随轨道故障、拥塞情况而动态改变，并且全程由软件控制，高效、节能、准时、灵活、消除人为错误。每个高架车站的流通处理能力和该线路的运输容量是有限的，通过将智能车辆的运行轨道布置成网状交通，以及智能交通调度系统依据智能调度算法设定或动态调整智能车辆的运行，使得所有智能车辆集中由大数据智能调度平台控制，能在超大规模运行下实现抗阻塞能力。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。