Технологии транспортных систем

Введение
1. Анализ существующих транспортных технологий
2. Анализ ключевых транспортных технологий
3. Перспективные транспортные технологии
Заключение
Библиографический список

Технологии транспортных систем

3) Системы управления данными и знаниями.
4) Система проектирования. Она представляет собой совокупность подсистем для решения разных функциональных задач.
Рис. 1. Структура системы проектирования3
 
Создание проекта осуществляется итерационно за счет его постепенного уточнения и модификации. Последовательность использования различных подсистем системы проектирования показана на рис. 2.
На первом этапе пользователь визуально указывает первоначальный и конечный пункты, тем самым в системе формируется основное требование – требование к маршруту проектируемой транспортной сети. Подсистема визуализации на данном этапе используется только для указания узловых маршрутных точек на карте. Надо отметить, что эта подсистема используется на всех этапах проектирования и позволяет визуально оценить все этапы модификации проекта. Кроме текущих объектов, система демонстрирует также и другие варианты размещения компонентов транспортной сети, которые появляются в результате уточнения проекта на последующих этапах.
На втором этапе проектирования используется подсистема построения траекторий, которая позволяет построить маршрут в соответствии с требованиями, предъявляемыми компонентами транспортной системы и самой транспортной системой, а также с учетом особенностей физико-географической обстановки. При этом происходит обращение к подсистеме динамического перепроектирования, которая в свою очередь обращается к подсистеме экспертной оценки, формирующей на основании данных в БД и знаний в БЗ решение о качестве полученного на данном этапе решения. В случае положительной оценки происходит переход на следующий этап проектирования. В случае отрицательного результата формируются поправочные воздействия, поступающие в подсистему динамического перепроектирования, которая модифицирует проект в соответствии с изменившимися условиями.
Рис. 2. Последовательность взаимодействия подсистем при проектировании
 
На следующем этапе происходит размещение всех необходимых компонентов транспортной системы, в том числе конструкций и их составляющих, с учетом условий, накладываемых траекторией, инженерно-геологической информацией и т.п. В частности, если говорить о технологии создания транспорта с гибкой путевой структурой, то размещаются опоры, струны, поворотные платформы, станции и т.д. Как и на предыдущем этапе, по завершению компоновки объектов происходит обращение к подсистеме динамического перепроектирования и, при необходимости, осуществляется возврат к предыдущим этапам или внесение изменений в компоновку и размещение связанных объектов.
При проектировании транспортных систем необходимо оценить целый ряд физических параметров будущей системы. Данную задачу выполняет подсистема физико-математического оценивания, которая позволяет определить качество инженерно-строительных решений. Если необходимо, происходит уточнение проекта, а затем в работу включается подсистема имитационного моделирования. Она позволят получить характеристики, связанные с пропускной способностью, пассажиропотоком, грузоперевозками, а также работой ряда автоматических и автоматизированных систем.4
Последующие шаги связаны с экономическими расчетами проекта и определением экономической эффективности строительства в рамках существующих ограничений, а также с их оптимизацией для повышения экономической эффективности, как наиболее существенного фактора.
Последним этапом является подготовка проектной и финансово-экономической документации, как неотъемлемой части обеспечения любого проекта.
В целом система является самодостаточной, позволяющей уже сейчас приступить к созданию пилотных проектов различных транспортных систем.
Россия должна не просто обозначить, а существенно усилить свое присутствие на «северах» и «востоках» и, прежде всего, через создание мощных транспортных сетей, на базе использования новых видов транспорта. Надо дать дорогу принципиально новым транспортным технологиям и системам. Это невозможно сделать без внедрения новых высокоэффективных видов строительных материалов, техники и технологий создания и эксплуатации транспортных систем.
В государственных документах по развитию транспортной системы РФ для Западной Сибири предполагается строительство и реконструкция только важнейших участков меридиональных автомагистралей круглогодичного действия. Однако для России в целом, прежде всего, важны широтные направления транспортных коридоров: «Запад - Восток» с выходом на Северный Урал, Якутию, далее на Магадан, Чукотку и «давно завидный путь» на Аляску через Берингов пролив.
Однако сначала это надо быстро запроектировать, а то можно не успеть своевременно построить.
3. Перспективные транспортные технологии
В большинстве видов транспорта работает тот или иной двигатель, и на сегодняшний день в большинстве случаев это
1) Дизель,
2) Двигатель внутреннего сгорания,
3) Электродвигатель,
4) Турбореактивный двигатель.
Электродвигатель по своим характеристикам лучше многих других приводов у него и устойчивость к переменным нагрузкам лучше, и обороты регулируются лучше (поэтому не нужно сложных систем передачи), и КПД лучше, и устроен он попроще (в нем, например, меньше движущихся частей, что ведет к большей наработке на отказ), к тому же он обходится дешевле (поэтому его можно ставить, например, на каждое колесо, а не иметь один на все колеса).
Другое дело, что электричество на борту является крайне дорогим источником энергии. Батарейки можно вообще не рассматривать, аккумуляторы на сегодня невероятно тяжелы и долго заряжаются, а заряда у них хватает на немного. Выходом является получения бортового двигательного электропитания из углеводородного топлива либо используя топливные элементы, либо гибридные решения.
Топливные элементы в качестве топлива используют водородсодержащее сырье в пределе это чистый водород (и тогда на выхлопе у них чистая вода), но есть варианты на метиловом спирте, природном газе, бензине и даже дизельном топливе. Их установочная стоимость пока еще довольно велика до $5000 за Квт мощности, а то и больше. Чисто водородные топливные элементы являются и самыми чистыми, но для них неоткуда брать водород: стоимость водородной заправочной инфраструктуры сильно превышает стоимость сегодняшней инфраструктуры заправки углеводородами (продуктами нефтепереработки и газом). Поэтому на краткосрочную перспективу более популярны так называемые гибридные схемы когда транспорт имеет как обычный двигатель, так и электрический.5
Гибридные схемы воплощают в себе преимущества двух миров: мира обычных двигателей для получения электроэнергии и электродвигателя, используемого для привода колес. Обычный двигатель (дизель, внутреннего сгорания или даже газовая турбина) работает в оптимальном равномерном режиме и заряжает бортовой аккумулятор относительно небольшой емкости (много ниже, чем в электромобилях). А электродвигатель крутит колеса, работая в рваном режиме, зависящем от условий движения (ускорений и торможений, подъемов, грузоподъемности и т.д.). В результате динамические характеристики транспорта от использования электропривода существенно улучшаются с одной стороны, а экономичность и экологичность улучшаются из-за того, что обычный двигатель работает в оптимальном режиме.
FedEx - первая транспортная компания, решившаяся на эксперимент по массовому внедрению гибридных двигателей. Для начала будет закуплено 20 грузовиков с дизельно-электрическими двигателями, которые начнут работать в нескольких городах на территории США. Эксперимент продлится до конца 2004 года и в случае, если он окажется удачным, компания заменит в своем автопарке более 30 тысяч среднетоннажных грузовиков в течение 10 лет. Такие грузовики будут оборудованы новым гибридным дизельно-электрическим двигателем OptiFleet E700, разработанным корпорацией Eaton. Такой двигатель увеличивает эффективность расхода топлива на 50% и выбросы CO2 в атмосферу на 75%. Правда, гибридные грузовики будут немного дороже обычных главным образом из-за аккумулятора.
Гибридные схемы бывают самые разные: от одновременной синхронизированной компьютером работы электромотора и обычного двигателя на одном валу до полностью независимых газотурбинного двигателя, работающего на генератор и специальных электродвигателей, вмонтированных прямо в колеса. Все эти решения уже есть на рынке и конкурируют. Вопрос лишь в том, что иметь на борту сразу несколько мощных двигателей с высоким КПД (обычный, электрический мотор-генератор (как правило генератор тоже, использующий рекуперацию при торможениях), и иногда отдельный электрический генератор) всегда дороже, нежели иметь просто один двигатель. Преимуществом же являются лучшие ходовые характеристики, более низкий расход топлива и низкотоксичный выхлоп.
На данный момент преимущества гибридных автомобилей больше всего проявляются в тяжелых решениях грузовиках и автобусах, в которых экономия на топливе и экологические ограничения могут быть сильнее, нежели в легковых автомобилях. Поэтому основная конкуренция гибридных схем разгорается в этом секторе, а главным конкурентом пока остаются дизели.
Начиная с какого-то порога распространения гибридов произойдет их лавинообразное массовое внедрение: из-за политических изменений цены топлива. Сегодня в большинстве стран мира финансирование инфраструктуры автодорог происходит путем акциза на топливо. Новые автомобили будут потреблять минимум вдвое меньше топлива, следовательно для сохранения того же уровня финансирования инфраструктуры их должно или стать вдвое больше (но тогда и инфраструктуры должно быть профинансировано больше), или акциз должен увеличиться вдвое. Топливо при этом неминуемо подорожает, и для обычных автомобилей станет непомерно дорогим. Стоимость же собственно гибридных автомобилей упадет из-за эффектов масштаба производства. Поэтому начиная с какого-то момента внедрение гибридных автомобилей вместо неожиданно ставших дорогими в эксплуатации обычных пойдет лавинообразно ежели только не изменится текущая политика по финансированию дорожной инфраструктуры.
Государство подталкивает к гибридизации транспорта и постоянным ужесточением экологических норм. Начиная с какого-то момента обеспечить требуемую государством экологическую чистоту двигателя, работающего в тяжелых условиях изменяющейся дорожной нагрузки, становится очень дорого. Выходом является использование гибридной схемы, в которой двигатель работает в постоянно оптимальном режиме, в том числе и оптимальном с точки зрения минимизации вредных выхлопов. Гибридная схема позволяет использовать также газотурбинные двигатели, которые обеспечивают еще бОльшую экологическую чистоту.
Рынок готовится к вторжению гибридных автомобилей: на рынке уже есть отдельно специализированные электродвигатели до 350kW (применяются в тяжелых трейлерах и автобусах), новые типы электрифицированных колес с единой системой компьютерного управления, специализированные транспортные турбины и т.д.
Железнодорожники оценили гибридную схему много раньше: поскольку им всегда была нужна большая тяговая мощность, то тепловозы представляют собой да, правильно, мощные гибридные тягачи, только поставленные на рельсы.
Важно отметить, что появление автомобилей-тепловозов означает переход к единой электроэнергетике и транспорту. Автомобиль или тепловоз с электроприводом это передвижная электростанция относительно большой мощности: гибридные энергоустановки для автобусов и трейлеров имеют пиковую мощность до 350kW, тепловозов более 1Мвт. Десяток таких трейлеров или пара тепловозов, отдыхающих между поездками, могут составить конкуренцию какой-нибудь резервной электростанции в районе и уж точно воплощают идею распределенной генерации. Осталось только откорректировать законодательство так, чтобы не мешать развитию распределенной генерации обязательным подчинением каждого небольшого генератора командам Системного Оператора. Тогда технологии смогут развиваться и быстро сделают выгодной совместную работу гибридного и электротранспорта и энергосистемы.