Fortschritt - Headway

Headway ist der Abstand zwischen den Fahrzeugen in einem Transportsystem in Zeit oder Raum gemessen. Der Mindestabstand ist die kürzeste Entfernung oder Zeit, die von einem System ohne Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht werden kann. Die genaue Definition variiert je nach Anwendung, wird aber am häufigsten als Abstand von der Spitze (Vorderseite) eines Fahrzeugs bis zur Spitze des nächsten dahinter liegenden Fahrzeugs gemessen. Sie kann als Abstand zwischen Fahrzeugen oder als Zeit ausgedrückt werden, die das nachfahrende Fahrzeug benötigt, um diese Strecke zurückzulegen. Ein „kürzerer“ Abstand bedeutet einen engeren Abstand zwischen den Fahrzeugen. Flugzeuge verkehren mit Taktzeiten in Stunden oder Tagen, Güterzüge und S-Bahn- Systeme können Taktzeiten in Teilen von einer Stunde haben, U-Bahn- und Stadtbahnsysteme verkehren mit Taktzeiten in der Größenordnung von 90 Sekunden bis 5 Minuten und Fahrzeuge auf einer Autobahn können zwischen ihnen nur 2 Sekunden Abstand haben.

Headway ist eine Tasteneingabe in die Gesamtrechen Route Kapazität jeden Versandverfahrens. Ein System, das große Taktzeiten erfordert, hat mehr Leerraum als die Fahrgastkapazität, was die Gesamtzahl der Fahrgäste oder die transportierte Frachtmenge für eine gegebene Streckenlänge (z. B. Eisenbahn oder Autobahn) verringert. In diesem Fall muss die Kapazität durch den Einsatz größerer Fahrzeuge verbessert werden. Am anderen Ende der Skala kann ein System mit kurzen Taktzeiten, wie Autos auf einer Autobahn, relativ große Kapazitäten bieten, obwohl die Fahrzeuge nur wenige Passagiere befördern.

Der Begriff wird am häufigsten angewendet Schienenverkehr und Busverkehr , wo niedrige Zugab häufig benötigt werden , um eine große Anzahl von Menschen in Nahverkehrsbahnen und zu bewegen Bus Rapid Transit - Systeme. Ein geringerer Takt erfordert mehr Infrastruktur, wodurch niedrigere Takte teuer werden. Moderne Großstädte erfordern Passagierschienensysteme mit enormer Kapazität, und niedrige Zugzeiten ermöglichen es, die Passagiernachfrage in allen außer den verkehrsreichsten Städten zu decken. Neuere Signalsysteme und Moving Block Controls haben die Taktzeiten in modernen Systemen im Vergleich zu den gleichen Strecken noch vor wenigen Jahren deutlich reduziert. Im Prinzip könnten automatisierte Personen-Rapid-Transit- Systeme und Auto-Platoons die Zuggeschwindigkeit auf Bruchteile von Sekunden reduzieren.

Beschreibung

Verschiedene Maßnahmen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das gleiche Konzept, den Abstand zwischen Fahrzeugen, zu messen und auszudrücken. Die Unterschiede sind größtenteils auf die historische Entwicklung in verschiedenen Ländern oder Bereichen zurückzuführen.

Der Begriff entstand aus der Bahnnutzung, bei der der Abstand zwischen den Zügen im Vergleich zur Zuglänge sehr groß war. Die Messung des Abstands von der Vorderseite eines Zuges zur Vorderseite des nächsten war einfach und stand im Einklang mit der Fahrplanplanung von Zügen, aber die Begrenzung des Abstands von Spitze zu Spitze gewährleistet nicht immer die Sicherheit. Im Fall eines U-Bahn-Systems sind die Zuglängen einheitlich kurz und der zulässige Taktabstand für das Anhalten ist viel länger, so dass der Taktabstand von Spitze zu Spitze mit einem geringen Sicherheitsfaktor verwendet werden kann. Wenn die Fahrzeuggröße variiert und länger als der Anhalteweg oder der Abstand sein kann, wie bei Güterzügen und Autobahnanwendungen, sind Messungen von Kopf bis Fuß üblicher.

Auch die Maßeinheiten variieren. Die gebräuchlichste Terminologie ist die Verwendung der Zeit des Überholens von einem Fahrzeug zum nächsten, was die Art und Weise widerspiegelt, wie die Geschwindigkeiten in der Vergangenheit gemessen wurden. Ein Timer wird gestartet, wenn ein Zug einen Punkt passiert, und misst dann die Zeit, bis der nächste vorbeifährt, und gibt die Zeit von Spitze zu Spitze an. Dieselbe Kennzahl kann auch in Fahrzeugen pro Stunde ausgedrückt werden, die beispielsweise in der Moskauer Metro verwendet werden. Entfernungsmessungen sind in Nicht-Zug-Anwendungen, wie Fahrzeugen auf einer Straße, etwas üblich, aber auch hier sind Zeitmessungen üblich.

Eisenbahnbeispiele

Zugbewegungen in den meisten Bahnsystemen werden durch Eisenbahnsignalsysteme oder Signalblocksysteme streng kontrolliert . Bei vielen Bahnen erhalten die Fahrer Hinweise zu Geschwindigkeiten und Strecken durch das Schienennetz. Züge ( Rollmaterial ) können nur relativ langsam beschleunigen und verlangsamen, so dass das Anhalten aus allen anderen als niedrigen Geschwindigkeiten mehrere hundert Meter oder sogar mehr erfordert. Der zum Anhalten erforderliche Streckenabstand ist oft viel länger als die Sichtweite des Fahrers. Wenn das vorausliegende Gleis versperrt ist, zum Beispiel ein Zug dort hält, dann wird der dahinter liegende Zug es wahrscheinlich viel zu spät sehen, um eine Kollision zu vermeiden.

Signalanlagen dienen dazu, den Fahrern Informationen über den Zustand des vorausfahrenden Gleises zu geben, damit eine Kollision vermieden werden kann. Ein Nebeneffekt dieser wichtigen Sicherheitsfunktion besteht darin, dass der Abstand jedes Schienensystems effektiv durch die Struktur des Signalsystems bestimmt wird, insbesondere durch den Abstand zwischen den Signalen und die Menge an Informationen, die im Signal bereitgestellt werden können. Aus dem Signalsystem können die Taktzeiten des Schienensystems berechnet werden. In der Praxis gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden, um Züge auseinander zu halten, von denen einige manuell sind, wie z. Manuelle Systeme von Arbeitszügen sind in Gebieten mit geringer Anzahl von Zugbewegungen (z. B. 1 pro Tag) üblich, und Zugzeiten werden häufiger im Zusammenhang mit nicht manuellen Systemen diskutiert. Die automatische Blocksignalisierung ist wahrscheinlich am relevantesten für die Berechnung der Zugfolge.

Bei der automatischen Blocksignalisierung (ABS) wird der Abstand in Minuten gemessen und ab der Zeit von der Durchfahrt eines Zuges bis zur vollständigen Freigabe der Signalanlage (Weiter) berechnet. Es wird normalerweise nicht Spitze zu Spitze gemessen. Ein ABS-System teilt das Gleis in Blöcke, in die jeweils nur ein Zug einfahren kann. Üblicherweise werden die Züge je nach Auslegung der Signalanlage zwei bis drei Blockabschnitte auseinander gehalten, so dass die Blockgröße oft den Takt bestimmt.

Sichtkontakt als Methode zur Kollisionsvermeidung (z. B. beim Rangieren ) wird nur bei niedrigen Geschwindigkeiten wie 40 km/h durchgeführt. Ein wesentlicher Sicherheitsfaktor im Zugbetrieb ist der Abstand der Züge mindestens um diesen Abstand, das Kriterium „Haltemauer“. Um den Zügen rechtzeitig zu signalisieren, dass sie anhalten können, stellten die Bahnen Arbeiter auf den Gleisen, die das Vorbeifahren eines Zuges kontrollierten und dann allen nachfolgenden Zügen signalisierten, wenn eine bestimmte Zeit nicht verstrichen war. Aus diesem Grund werden Zuggeschwindigkeiten normalerweise als Spitzen-zu-Spitze-Zeiten gemessen, da die Uhr zurückgesetzt wurde, als die Lokomotive den Arbeiter passierte.

Als die Fernsignalanlagen erfunden wurden, wurden die Arbeiter an bestimmten Stellen entlang der Strecke durch Signaltürme ersetzt. Dadurch wurde die Strecke zwischen den Türmen in eine Reihe von "Blöcken" unterteilt. Züge durften erst dann in einen Block einfahren, wenn das Signal klar war, wodurch ein Mindestabstand von einem Block zwischen den Zügen garantiert wurde. Dies hatte den Nebeneffekt, dass die Höchstgeschwindigkeit der Züge auf die Geschwindigkeit begrenzt wurde, bei der sie in einem Blockabstand halten konnten. Dies war eine wichtige Überlegung für den Advanced Passenger Train in Großbritannien , wo die Blockgrößen die Geschwindigkeit begrenzten und die Entwicklung eines neuen Bremssystems erforderten.

Ein Beispiel für den Abstand auf einem Eisenbahnsystem mit mehreren Blöcken. Zug B kann nur in einen Block mit grünem oder gelbem "Aspekt" (Licht) einfahren und muss die Geschwindigkeit in den gelben Blöcken so weit reduzieren, dass er innerhalb der Sichtweite anhalten kann.

Es gibt keine perfekte Blockgröße für den Blocksteuerungsansatz; einige Überlegungen sprechen für eine kürzere Blockgröße, andere für eine längere. Längere Blöcke haben den Vorteil, dass sie möglichst wenig Signale verwenden, Signale teuer und Fehlerquellen sind, den Zügen mehr Zeit zum Anhalten geben und damit höhere Geschwindigkeiten ermöglichen. Andererseits erhöht die Verteilung der Signale über größere Entfernungen den Taktabstand und verringert somit die Gesamtkapazität der Leitung. Diese Bedürfnisse müssen von Fall zu Fall abgewogen werden.

Andere Beispiele

Im Fall des Autoverkehrs ist die Reaktionszeit des Benutzers das entscheidende Kriterium für die Bremsleistung. Im Gegensatz zum Zugfall ist der Anhalteweg im Allgemeinen viel kürzer als der Sichtabstand. Das bedeutet, dass der Fahrer seine Geschwindigkeit dem vorausfahrenden Fahrzeug anpasst, bevor er es erreicht, wodurch der „Brick-Wall“-Effekt eliminiert wird.

Weit verbreitete Zahlen sind, dass ein Auto, das mit 60 Meilen pro Stunde fährt, etwa 225 Fuß zum Anhalten benötigt, eine Strecke, die knapp 6 Sekunden zurücklegt. Nichtsdestotrotz erfolgt das Fahren auf der Autobahn oft mit beträchtlicher Sicherheit mit Spitzen-zu-Ende-Vorsprüngen in der Größenordnung von 2 Sekunden. Das liegt daran, dass die Reaktionszeit des Benutzers etwa 1,5 Sekunden beträgt, sodass 2 Sekunden eine leichte Überlappung ermöglichen, die jeden Unterschied in der Bremsleistung zwischen den beiden Autos ausgleicht.

Verschiedene Personenschnellverkehrssysteme in den 1970er Jahren reduzierten die Taktzeiten im Vergleich zu früheren Bahnsystemen erheblich. Computergesteuert lassen sich Reaktionszeiten auf Sekundenbruchteile reduzieren. Ob für die PRT- und Autozugtechnik traditionelle Abstandsregelungen gelten sollen, ist umstritten. Beim in Deutschland entwickelten Cabinentaxi- System wurden die Taktzeiten auf 1,9 Sekunden gesetzt, weil die Entwickler gezwungen waren, sich an das Ziegelmauerkriterium zu halten. In Experimenten zeigten sie Fortschritte in der Größenordnung einer halben Sekunde.

Im Jahr 2017 verließen in Großbritannien 66 % der Pkw und leichten Nutzfahrzeuge sowie 60 % der Motorräder den empfohlenen Abstand von zwei Sekunden zwischen sich und anderen Fahrzeugen.

Low-Headway-Systeme

Der Abstand wird nach verschiedenen Sicherheitskriterien gewählt, das Grundkonzept bleibt jedoch gleich – dem Fahrzeug genügend Zeit lassen, um sicher hinter dem vorausfahrenden Fahrzeug anzuhalten. Das Kriterium "sicher stoppen" hat jedoch eine nicht offensichtliche Lösung; Folgt ein Fahrzeug unmittelbar hinter dem vorausfahrenden, kann das vorausfahrende Fahrzeug einfach nicht schnell genug anhalten, um das dahinter liegende Fahrzeug zu beschädigen. Ein Beispiel wäre ein konventioneller Zug, bei dem die Fahrzeuge zusammengehalten werden und nur wenige Millimeter „Spiel“ in den Kupplungen haben. Auch bei einer Notbremsung der Lok nehmen die nachfolgenden Wagen keinen Schaden, da sie die Kupplungslücke schnell schließen, bevor sich der Geschwindigkeitsunterschied aufbauen kann.

Es gab viele Experimente mit automatisierten Fahrsystemen, die dieser Logik folgen und die Geschwindigkeiten auf Zehntel- oder Hundertstelsekunden stark reduzieren, um die Sicherheit zu verbessern. Moderne CBTC -Bahnsignalsysteme sind heute in der Lage, die Zugabstände im Betrieb deutlich zu reduzieren. Unter Verwendung von automatisierten Geschwindigkeitsregelungssystemen mit "Autofolger" können Fahrzeuge in Scharen gebildet werden , die der Kapazität herkömmlicher Züge nahekommen. Diese Systeme wurden zunächst im Rahmen der persönlichen S-Bahn-Forschung eingesetzt, später jedoch unter Verwendung konventioneller Autos mit autopilotähnlichen Systemen.

Takt- und Streckenkapazität

Die Streckenkapazität wird durch drei Zahlen definiert; die Anzahl der Passagiere (oder das Gewicht der Ladung) pro Fahrzeug, die sichere Höchstgeschwindigkeit der Fahrzeuge und die Anzahl der Fahrzeuge pro Zeiteinheit . Da der Fortschritt in zwei der drei Inputs einfließt, ist er eine primäre Überlegung bei Kapazitätsberechnungen. Der Abstand wiederum wird durch die Bremsleistung oder einen darauf basierenden externen Faktor wie Blockgrößen definiert. Befolgen Sie die Methoden in Anderson:

Minimaler sicherer Abstand

Der minimale sichere Abstand gemessen von Tip-to-Tail wird durch die Bremsleistung definiert:

${\displaystyle T_{min}=t_{r}+{\frac {kV}{2}}\left({\frac {1}{a_{f}}}-{\frac {1}{a_{l }}}\Rechts)}$

wo:

• ${\displaystyle T_{min}}$ ist der minimale sichere Fortschritt in Sekunden
• ${\displaystyle V}$ ist die Geschwindigkeit der Fahrzeuge
• ${\displaystyle t_{r}}$ ist die Reaktionszeit, die maximale Zeit, die ein nachfolgendes Fahrzeug benötigt, um eine Fehlfunktion des Mäklers zu erkennen und die Notbremsung vollständig zu betätigen.
• ${\displaystyle a_{f}}$ ist die minimale Bremsverzögerung des Followers.
• ${\displaystyle a_{l}}$ist die maximale Bremsverzögerung des Führers. Für Brick-Wall-Betrachtungen ist unendlich und diese Überlegung entfällt.${\displaystyle a_{l}}$
• ${\displaystyle k}$ ist ein willkürlicher Sicherheitsfaktor, größer oder gleich 1.

Der Spur-zu-Spitze-Abstand ist einfach der Spur-zu-Ende-Abstand plus die Länge des Fahrzeugs, ausgedrückt in der Zeit:

${\displaystyle T_{tot}={\frac {L}{V}}+t_{r}+{\frac {kV}{2}}\left({\frac {1}{a_{f}}} -{\frac {1}{a_{l}}}\right)}$

wo:

• ${\displaystyle T_{tot}}$ Zeit für Fahrzeug und Abstand zum Passieren eines Punktes
• ${\displaystyle L}$ ist die Fahrzeuglänge

Kapazität

Die Fahrzeugkapazität einer einzelnen Fahrspur von Fahrzeugen ist einfach die Umkehrung des Abstands von Spitze zu Spitze. Dies wird am häufigsten in Fahrzeugen pro Stunde ausgedrückt:

${\displaystyle n_{veh}={\frac {3600}{T_{min}}}}$

wo:

• ${\displaystyle n_{Fahrzeug}}$ ist die Anzahl der Fahrzeuge pro Stunde
• ${\displaystyle T_{min}}$ ist der minimale sichere Fortschritt in Sekunden

Die Fahrgastkapazität der Fahrspur ist einfach das Produkt aus Fahrzeugkapazität und Fahrgastkapazität der Fahrzeuge:

${\displaystyle n_{pas}=P{\frac {3600}{T_{min}}}}$

wo:

• ${\displaystyle n_{pas}}$ ist die Anzahl der Passagiere pro Stunde
• ${\displaystyle P}$ ist die maximale Fahrgastkapazität pro Fahrzeug
• ${\displaystyle T_{min}}$ ist der minimale sichere Fortschritt in Sekunden

Beispiele

Betrachten Sie diese Beispiele:

1) Autobahnverkehr, pro Spur: 100 km/h (~28 m/s) Geschwindigkeit, 4 Passagiere pro Fahrzeug, 4 Meter Fahrzeuglänge, 2,5 m/s Bremsen (1/4 g ), 2 Sekunden Reaktionszeit, Ziegel- Wandanschlag von 1,5; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {4}{28}}+2+{\frac {1.5\times 28}{2}}\left({\frac {1}{2.5}}\right) }$

${\displaystyle n_{pas}={P}\times {\frac {3600}{T_{tot}}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 10,5 Sekunden; = 7.200 Fahrgäste pro Stunde, wenn 4 Personen pro Wagen und 2 Sekunden Abstand angenommen werden, oder 342 Fahrgäste pro Stunde, wenn 1 Person pro Wagen und 10,5 Sekunden Abstand angenommen werden.${\displaystyle n_{pas}}$

Der in der Realität genutzte Takt beträgt deutlich weniger als 10,5 Sekunden, da auf Autobahnen nicht das Brick-Wall-Prinzip zum Einsatz kommt. In Wirklichkeit kann man von 1,5 Personen pro Auto und 2 Sekunden Abstand ausgehen, was 1800 Autos oder 2700 Passagieren pro Spur und Stunde ergibt.

Zum Vergleich: Das Marin County, Kalifornien (in der Nähe von San Francisco ), gibt an, dass der Spitzenfluss auf dem dreispurigen Highway 101 bei etwa 7.200 Fahrzeugen pro Stunde liegt. Das ist ungefähr die gleiche Anzahl von Passagieren pro Spur.

Ungeachtet dieser Formeln ist allgemein bekannt, dass eine Verringerung des Abstands das Kollisionsrisiko in Standard-Pkw-Umgebungen erhöht und wird oft als Auffahren bezeichnet .

2) Metrosystem, pro Linie: 40 km/h (~11 m/s) Geschwindigkeit, 1000 Passagiere, 100 Meter Fahrzeuglänge, 0,5 m/s Bremsen, 2 Sekunden Reaktionszeit, Mauerstopp, von 1,5; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {100}{11}}+2+{\frac {1.5\times 11}{2}}\left({\frac {1}{0.5}}\right) }$

${\displaystyle n_{pas}={1000}\times {\frac {3600}{T_{tot}}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 28 Sekunden; = 130.000 Passagiere pro Stunde${\displaystyle n_{pas}}$

Beachten Sie, dass die meisten Signalsysteme, die in U-Bahnen verwendet werden, den Abstand künstlich begrenzen, der nicht von der Bremsleistung abhängt. Auch die für Stationsstopps benötigte Zeit begrenzt den Takt. Unter Verwendung einer typischen Zahl von 2 Minuten (120 Sekunden):

${\displaystyle n_{pas}={1000}\times {\frac {3600}{120}}}$

${\displaystyle n_{pas}}$ = 30.000 Passagiere pro Stunde

Da der Abstand einer U-Bahn durch Signalgebungserwägungen und nicht durch die Fahrzeugleistung eingeschränkt wird, haben Verringerungen des Abstands durch verbesserte Signalisierung einen direkten Einfluss auf die Fahrgastkapazität. Aus diesem Grund hat das Londoner U-Bahn- System viel Geld für die Modernisierung des SSR-Netzwerks, der Jubilee- und der Central- Linien mit neuen CBTC -Signalen ausgegeben , um die Taktzeit von etwa 3 auf 1 zu reduzieren, während sie sich auf die Olympischen Spiele 2012 vorbereitet .

3) automatisiertes Personen-S-Bahn- System, 30 km/h (~8 m/s) Geschwindigkeit, 3 Passagiere, 3 Meter Fahrzeuglänge, 2,5 m/s Bremsen (1/4 g ), 0,01 Sekunden Reaktionszeit, Bremsausfall an Führungsfahrzeug für 1 m/s Verlangsamung, Bot 2,5, m/s wenn Führungsfahrzeug bricht. von 1,1; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {3}{8}}+0.01+{\frac {1.1\times 8}{2}}\left({\frac {1}{2.5}}-{\ frac {1}{2.5}}\right)}$

${\displaystyle n_{pas}={3}\times {\frac {3600}{0.385}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 3 Sekunden; = 28.000 Passagiere pro Stunde${\displaystyle n_{pas}}$

Diese Zahl ist ähnlich der vom Cabinentaxis- System vorgeschlagenen, obwohl sie vorhersagten, dass die tatsächliche Nutzung viel geringer sein würde. Obwohl PRTs weniger Sitzplätze und Geschwindigkeiten haben, verbessern ihre kürzeren Taktzeiten die Fahrgastkapazität dramatisch. Diese Systeme sind jedoch aus rechtlichen Gründen oft durch Brick-Wall-Überlegungen eingeschränkt, was ihre Leistung auf autoähnliche 2 Sekunden begrenzt. In diesem Fall:

${\displaystyle n_{pas}={3}\times {\frac {3600}{2}}}$

${\displaystyle n_{pas}}$ = 5.400 Passagiere pro Stunde

Fortschritte und Fahrgastzahlen

Headways haben einen enormen Einfluss auf ridership Ebenen oberhalb einer bestimmten kritischen Wartezeit. Nach Boyle sind die Auswirkungen von Änderungen der Fahrgeschwindigkeit mit einem einfachen Umrechnungsfaktor von 1,5 direkt proportional zu den Änderungen der Fahrgastzahlen. Das heißt, wenn der Abstand von 12 auf 10 Minuten reduziert wird, verringert sich die durchschnittliche Wartezeit des Fahrers um 1 Minute, die Gesamtfahrzeit um dieselbe Minute, sodass die Erhöhung der Fahrgastzahl in der Größenordnung von 1 x 1,5 + 1 . liegt oder etwa 2,5%. Siehe auch Ceder für eine ausführliche Diskussion.

Verweise

Anmerkungen

Literaturverzeichnis