Общая структура транспортной системы

За счет того, что легкий рельсовый более прост в прокладке чем рельсы для "тяжелого" Ж/Д транспорта то и структура системы будет неизбежно отличаться от классической. Главное достоинсво такого решения большая гибкость транспорта, больший комфорт и скорость перемещения. Обычные оставновки или вокзалы и остановки распределяются по всей обслуживаемой территории, проникая в жилые здания, даже в жилые помещения, магазины, офисы, квартиры.

Классические остановки необходимы на начальном этапе внедрения системы, когда обычный транспорт будет постепенно вытеснятся электробусами, первые рельсы необходимо прокладывать в областях с наиболее интенсивным пассажиропотом, дополняя обычный транспорт или создавая линии параллельные ему, по наиболее загруженным маршрутам. Оплату в этом случае можно проводить одноразовыми карточками или пропускать пассажиров на остановки через турникеты, хоть это и очень неудобно, но это временное решение. По мере расширения транспортной системы необходимо перейти на оплату только персональными многоразовыми карточками. Остановки располагаются на одном уровне с тротуарами:

вид "сверху", ответвление до остановки

вид сбоку, остановка и подъем рельс к магистрали

На рисунках показаны ответвления от основной магистрали к многочисленным остановкам. Но такое решение применимо при небольшой плотности потока машин или при их небольшой скорости. В некоторых проектах (иллюстрации ТС ариадна, монорельсовая дорога в Москве), наоборот, пассажиры поднимаются на верхний уровень к машинам, это неудобно для пассажиров, удорожает конструкцию остановок.
А для скоростных дорог чтобы новая машина могла въехать на магистраль, нужно "окно" в потоке транспорта около 30-40 секунд, или километровый интервал, машина въезжает после проехавшей последней машиной, и набирает скорость с ускорением 1.5-2.5 м/с², при этом едущая сзади машина постепенно догоняет ее. Соответственно чем ниже скорость движения на магистрали тем меньше нужен интервал в потоке транспорта, зависимость здесь квадратичная. Для скоростей в 20-30 км/ч интервал между машинами может быть около 10 метров, въезд со стрелки происходит примерно на такой же скорости, централизованная система управления позволяет синхронизировать движение всех участвующих в маневре машин с точностью до нескольких сантиметров в пространстве и миллисекунд по времени.

Моделирование такого потока возможно реализовать программно для разных условий движения, нагруженности дороги, ограничений скорости, в зависимости от количества групп машин въезжающих, а особенно съезжающих с магистрали, пропускная способность дороги может быть от 25 000 машин в час до 2 000 машин в час.

Простая программа для имитации потока машин на скоростной магистрали доступна здесь аналогично можно расчитать сеть любой сложности при разном уровне нагрузки.
Для скоростных и загруженынных магистралей необходимы промежуточные ступени для въезда на них:

На рисунке представлен пример 3х полосной магистрали, каждая полоса обладает примерно одинаковой пропускной способностью, но скорости у них разные. Для скоростного пути требуется организация групп транспортных средств из большего числа машин, чтобы появилась возможность создать больший интервал между такими группами - составами. Для полос со скоростью движения менее 100 км/ч свободный интевал может не превышать десяти секунд, есть больше возможностей для маневра транспортных средств, даже весь поток можно в случае наобходимости быстро остановить, а на скоростной магистрали это невозможно. Радиус поворота также зависит от скорости, изгибы дорог в несколько метров на остановках, до практически прямых скоростных магистралей, с кривизной пути в километры, ускорение при таких маневрах расчитывается по формуле: , где ускорение a не должно превышать 1.5 м/с² зависимость радиуса поворота (метры) от скорости движения (км/ч) для радиального ускорения не более 1.5 м/с², чем выше скорость тем больше необходим радиус поворота (по ссылке - полноразмерные графики) В случае если нет и нескольких метров для поворота, на какой-то узкой площадке, то разворот можно делать на месте, как это делают гусеничные тракторы, момента развиваемого двигателями (1500НМ) для такого маневра хватит. Площадка должна быть безрельсовая, только металлическая поверхность. Для ориентации на площадке необходимо использовать дополнительное навигационное оборудование, например простой инерциональный гироскоп с точностью ~3 градуса. Недостаток метода его медленность и непредсказуемость силы трения, зависящая от множества факторов (влажность, температура, распределение нагрузки по колесам) и как следствие сложный алгоритм управления, недетерменированное время выполнения маневра.

Если необходима остановка с большей пропускной способностью, формируется распределенная структура на некоторой площадке, каждое посадочное место дает возможность воспользоваться транспортной системой до 3000 пассажирам в час, а 16 посадочных мест, как показанно на рисунке, соответственно до 40 тыс. пассажиров в час.

интеграция транспортной системы с домами старой конструкции

Более удобен вариант когда доступ к электробусу возможен непосредственно из помещений, пример квартиры со встроенной транспортной системой можно увидеть в некоторых фильмах (откройте для просмотра пример здесь 0.2Мб или здесь 0.6Мб), но для этого необходимо предусматривать особую планировку помещений. Для старых зданий, компромисное решение, когда свободная площадь помещений не занимается рельсами, наиболее рациональное решение рельсы по фасаду здания, и остановки на специально подготовленных для этого балконах. Недостаток такого решения, как и уличных остановок - пассажирам на 10-15 секунд необходимо выходить из отпаливаемых помещений зимой, чтобы воспользоваться транспортом. Также несколько изменяется архитектурный облик зданий, из-за решетчатых ферм и самих рельс, необходим лифт для машин, "спиральная" медлительная дорога, оригинальная пассивная "вертикальная развязка" (рисунок у автора) или подобная конструкция, занимающая некоторое пространство возле дома. Облегчает подъем и спуск оригинальное зубчатое зацепление колеса (не требующее дополнительных механизмов) которое позволяет на высокой скорости подниматься по уклонам до 45-50 градусов.

Необходимо отметить, что движение на максимальной скорости возможно только на скоростных, протяженных магистралях, на всех остальных дорогах скорость существенно ниже. Пример упрощенной траснпортной системы, охватывающей не каждую квартиру, а только подъезды в жилом районе города, для примера схематично изображены дома одной из улиц города.

Красные кружки - подъезды многоэтажных зданий, черным обозначены низкоскоростные дороги, охватывающие нижним уровнем тысячи конечных пунктов, здесь остановка у каждого подъезда, зеленым обозначены среднескоростные и красным скоростные магистрали. Причем высокоскоростной магистрали может и не быть на каждой улице, чаще всего до нее придется ехать десятки километров по среднескоростной дороге, и возможно еще несколько километров параллельно ей, ожидая пока не появится просвет в потоке транспорта в несколько десятков секунд. При появлении интервала между группами машин идущим по скоростной магистрали в 20-30 секунд сформировавшаяся группа машин со среднескоротной трассы переходит на скоростную и разгоняется до необходимой скорости, вплоть до 200 км/ч. Переход на низкоскоростные дороги происходит обратным образом.
Ключевой момент, обеспечивающий высокую скорость движения и тысячи перевезенных пассажиров на каждую магистраль ежечасно - оптимизация потока, формирование групп машин с похожими маршрутами движения.
На рисунке паралельно скоростной магистрали проложены еще 2 низкоскоростных, кроме вышеописанной "поддержки" работы скоростной магистрали низкоскоростные дороги позволяют увеличить пропускную способность такой ветви дорог в 3 раза (при загруженности скоростной магистрали часть неумещающегося потока движется по более медленным дорогам, для пассажиров это безусловно потеря времени, но такое решение позволяет избежать пробок или перегрузки системы, когда новые пассажиры просто не будут обслуживаться). Также дублирование нагруженной магистрали позволит избежать возникновения заторов даже при аварии на скоростной магистрали.

Конструктивно рельсы для разных видов дорог выполняются по разному, например низкоскоростная дорога может быть выполнена виде двух рельс проложенных непосредственно в грунт, аналогично Ж/Д рельсам. Благодаря малому весу рельс и машины, давление рельс на грунт будет небольшим.
При необходимости рельсы можно делать подвесными, снижая их до уровня земли только на остановках, чуть более дорогое но безопасное решение, исключающее столкновение машин с пешеходами. Требования к неровностям поверхности минимальные, скорость движения выбирается автоматически, чем ниже качество дороги, выше вибрации, тем ниже устанавливается скорость, таким образом каждый участок дороги накладыват свое ограничение на скорость движения. Движение по редкоиспользуемым, максимально упрощенным рельсам, может происходить со скоростью хоть в 1 км/ч, главное в этом случае экономия на рельсовых путях, экономия на их обслуживании. Такие рельсы, если из протяженность не более 10км могут быть даже не электрофицированными, без контактного провода и системы связи. Связь можно в таких случаях обеспечивать через менее надежные и медленные общие радиоканалы, или предоставить возможность машине работать автономно. Движение машине в таких случаях происходит за счет автономного источника энергии, суперконденсатора (1-2МДж) и маломощного кислотного аккумулятора.
Высокоскоростные рельсы выполняются только подвешенными на опорах, для повышения надежности как автоматического движения машин, так и для безопасности пешеходов. Основные требования к такой дороге - минимальные искривления, неровности полотна, максимальная жесткость конструции.

Малый размер рельс и легкие машины делают возможным не только прокладку рельс в свободном пространстве города, над тротуарами, дорогами, на даже и над крышами домов, и сквозь здания! Для этого не придется сносить само здание, достаточно освободить несколько комнат, минимальная перепланировка и даже скоростной транспорт может проходить сквозь препятствие не тратя время и энергию на маневры объезжая здания, не воздействуя на пассажиров, лишними перегрузками.

В тех местах где вид города особенно важен - в исторических центрах, парках отдыха, все линии электробуса можно просто увести под землю, но не на большую глубину, как у дорогостоящего метрополитена, а на 1-2 метра, по аналогии с коммуникациями и теплотрассами.

Рельсы помещаются в обыкновенную стальную или керамическую трубу и труба закапывается в траншее. Если остановки будут находится в помещениях, то для стороннего наблюдателя транспорт перестанет существовать вообще, на поверхности не будет видно ни рельс, ни арок, транспорт будет оставаться полностью бесшумным, возможно что исчезнут даже пешеходы, необходимость ходить по улицам просто устранится, а для прогулок и отдыха станут доступны более живописные места, например парки и заповедники, если окажется что ехать до них не более 15 минут. При размещении рельс в трубах, они станут полностью защищенными от осадков, атмосферной влажности, что сделает их практически вечными. Недостаток такого решения - для пассажиров на части пути станет недоступен вид из окна на город (как и в метро), и возрастут затраты при высоких скоростях на аэродинамические потери, воздух в трубе оказывает большее сопротивление движению, особенно на скоростях выше 90 км/ч.
Такие трубы, при условии их герметичности также можно прокладывать и по дну рек и озер, существенно сокращая путь пассажирам.
Для обеспечения полной безопасности такого решения, необходимо в нижней части такого подводного тоннеля ставить простой датчик наличия воды. Даже при аварийном разрушении тоннеля все машины находящиеся в нем успеют покинуть его,т.к. обладают мощным автономным источником энергии (на зависят от электроснабжения) и скорость движения машин позволяет двигаться им быстрее потока воды. В отличие от автомобильных и железнодорожных тоннелей пассажиры не будут отравлятся в замкнутом пространстве тоннеля выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания, как это происходит сейчас. Также прокладка магистралей по дну, в отличие от обычных мостов, позволяет избежать повреждения сходящим льдом, дешевле, надежнее чем мосты и не портит вида местности.

Выглядеть наземные и надземные магистрали будут примерно так (фотографии из проекта ULTra, размер каждой иллюстрации до 0.5Мб):

рельсы проложены на опорах	рельсы над автодорогой	грузовая машина	крупный план, наземная дорога
2 пассажира выходят на "остановке"	город	рельсы параллельно дороге	загородная трасса

Структура на разных этапах внедрения системы.

1. Замена части общественного транспорта.
Строятся только рельсовые дороги в местах с наиболее плотным пассажиропотоком, особенно в местах где затруднено хождение обычного транспорта. Средний поток пассажиров 1000 человек в час на каждой магистрали. Каждая ветвь многократно окупится в первый же год.

Транспортная сеть состоит из дорог и остановок, число остановок может быть различным от двух до одной остановки на каждые 100-200 метров. Протяженность магистралей от 1 км до многих тысяч километров, с последующим объединением в одну дорожну сеть.

2. Полная замена общественного транспорта.

С расширением сети дорог транспорная система охватывает все остановки, посадочные пункты распологаются даже рядом с многоэтажными зданиями. Необходимость в остальных видах общественного транспорта исчезает. Число автомобилей в городе также сокращается в несколько раз, автомобили и общественный транспорт используется только для поездок за город, или как развлечение. Количество остановок исчисляется тысячами. Желающие покупают машины электробусы в личное пользование, или берут их в аренду. Их обслуживанием при этом занимается транспортная компания.

3. Строительство распределенной инфраструктуры. Транспортной системой оборудуется большая часть офисов, предприятий, квартир, магазинов, частных домов. Остановки построенные на 1м и 2м этапе становятся редкоиспользуемыми и некоторые из них разбираются и упрощаются. Количество остановок исчисляется сотнями тысяч. Магистрали охватывают сетью весь город, многократно дублируясь, при этом в конечный пункт назначения можно попасть несколькими маршрутами, автоматически выбирается наиболее быстрый путь. Траспортная система охватывает также пригородные небольшие поселения с несколькими тысячами жителей, и удаленные, более крупные города, располагающиеся на расстоянии до сотен километров. Каждая ветка ТС сразу вытесняет любые виды транспорта использовавшиеся до этого, автобусы, электропоезда, и постепенно автомобили. В случае с автомобилями эффект будет несколько замедлен, т.к. внедрение ТС даст разгрузку автодорог и повышение привлекательности автотранспорта.

Постепенный износ автодорог и отсутствие в них существенной необходимости через 3-4 года опять же уменьшит комфорт для автовладельцев, дороги станут уже и ниже качеством. Что приведет к переходу оставшейся части автовладельцев на электробусы. Автодорогами будут пользоваться только тяжелые и медительные строительные и грузовые машины, которым качество дорожного полотна, и вообще его наличие не так важно.

автомобили исчезнут с дорог, а затем и сами автодороги, оставшись местами как часть памятников архитектуры...

4. Заключительный этап. Транспортная система становится такой же жизненно важной для каждого жилого помещения необходимостью, как и электроэнергия, водоснабжение. Все новые дома предусматривают прокладку рельс внутри помещений, транспортные тоннели, развязки. В стоимость всех зданий включается по умолчанию и прокладка некоторого участка рельсовой дороги. Обслуживаемые технические объекты, склады, подстанции снабжаются одной веткой рельсовой дороги. Видеоролик с примером такой ТС доступен здесь (0.2Мб) и здесь(0.6Мб). Как конкурирующий транспорт изчезнут, не только автомобили, автобусы, метрополитен, электропоезда но и лифты в зданиях, эскалаторные лестницы. Общественный авиатранспорт также существенно сократит свое влияние, исчезнут рейсы на небольшие расстояния, до 500 км, сократится количество аэропортов.

Каждый этап может занимать по 5-10 лет, делать прогнозы но более поздний срок нецелесообразно, возможно дальнейшее, более дорогостоящее совершенствование транспортной тележки, снабжение магнитной подвеской, линейным двигателем, герметизацией кабины. Так скорость движения в тоннеле с откачанным воздухом может быть еще в несколько раз выше, до 1000 км/ч. С такой системой не смогут конкурировать даже самолеты.