CC BY
28
ПРОБЛЕМАТИКА ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
УДК 656.025.22
Перспективные технологии пассажирских перевозок в условиях урбанизации
М. Ю. Калмыков, Н. В. Малышев
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Для цитирования: Калмыков М. Ю, Малышев Н. В. Перспективные технологии пассажирских перевозок в условиях урбанизации // Бюллетень результатов научных исследований. -2019. - Вып. 3. - С. 5-12. 001: 10.20295/2223-9987-2019-3-5-1 2
Аннотация
Цель: Определение границ эффективности исследования городского воздушного пространства в сложившихся условиях развития транспортной системы России. Методы: Проведен анализ транспорта нового поколения и выявлены возможности его внедрения при пассажирских перевозках в городские среды России. Результаты: Для определения мест размещения взлетных площадок предложено использовать коэффициент посадочного потенциала. Практическая значимость: Программная реализация по внедрению новых технологических решений на транспорте поможет снизить транспортный поток и увеличить скорость движения пассажиропотока. Разработки новых методологий и отраслевых показателей, таких как коэффициент посадочного потенциала, дают возможность быстрее вносить корректировки в существующую нормативно-правовую базу, позволяющую снимать административные барьеры для внедрения современных разработок в области автомобилестроения. Введение комбинированного транспорта приведет к существенному снижению издержек на обслуживание и к оптимизации количества транспортных средств в городском и пригородном транспорте с учетом потерь на ожидание.
Ключевые слова: Электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания, гибридный двигатель, вредные выбросы, проекты, воздушное пространство, дрон, город, логистика.
Введение
В ХХ - начале XXI вв. быстрыми темпами происходила урбанизация (например, в России она достигла 74,29 %) [1]. Например, в 1950 г. численность населения составляла примерно 2525 млн человек, в 2017 г. превысила 7515 млн [2] и далее будет лишь увеличиваться (если не произойдет каких-
либо техногенных катастроф, крупных войн и т. д.). Повсеместный рост населения городов резко улучшил и значимость транспортной доступности. За последние десятилетия произошел прорыв в сфере научных открытий в этой отрасли.
Личный транспорт, в том числе такси, уже давно занял ведущее положение в транспортной составляющей социально-экономической жизни городов. Он перевозит небольшое количество людей в одной единице транспорта, к такому виду пассажирского транспорта относится прежде всего автомобиль.
Современный автомобиль в основном использует двигатели внутреннего сгорания (ДВС) на основе бензина (дизельного топлива), при работе которых выделяются токсичные выбросы в окружающую среду. Способы борьбы с загрязнением различные: модернизация ДВС, совершенствование топливной аппаратуры, замена видов и типов топлива, установка дополнительных фильтрующих устройств. Но в последнее время считается, что самым эффективным методом в борьбе с загрязнением от автомобильного транспорта является переход на электродвигатель. О переходе от ДВС к электроприводам задумались многие автоконцерны европейских и американских стран, Китайская Народная Республика начала выдавать ссуды для производства экологичного транспорта [3]. Существует ряд государственных программ, способствующих данному переходу, например правительство Германии запланировало увеличение до 1 млн электрокаров на дорогах страны до 2020 г. [4]. В Китае за 2017 г. было продано 777 000 автомобилей [5]. Отметим, что и Россия не отстает в сфере внедрения электротранспорта (рис. 1) [6].
200 184
Китай Япония Европа США Другие (включая
Россию)
Страны
■ 2016 г. ■ 2017 г.
Рис. 1. Количество проданных подзаряжаемых автомобилей (тыс. шт.) в 2016-2017 гг.
Однако возможности развития наземного транспорта в условиях урбанистики себя исчерпали и улучшаются лишь путем модернизации.
Применение беспилотных летательных аппаратов как такси
В настоящее время несколько компаний одновременно работают над решением проблем перемещения в условиях затрудненного движения (китайский проект YEE, проект из Голландии PAL-VONE, американский проект Transition и др.) [7]. Благодаря перемещению как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, улучшаются возможности городского транспорта, которые могут привести к меньшим авариям. Однако по данным ГИБДД в 2018 г. по вине водителей оно возросло на 3,3 % по сравнению с 2017 г. [8].
Такие проекты могут быть применены в безопасном, автономном и беспилотном такси, более быстром транспорте, использующем прямые маршруты поездок и избегающем пробки в крупных городах [9]. В Дубае был проведен первый эксперимент службы такси в рамках концепции «smart city vision». Это экспериментальное беспилотное такси, увенчанное широким обручем с 18 пропеллерами (рис. 2), может перевозить двух пассажиров;
оно было разработано немецкой компанией Уо1осор1ег. Данное устройство предназначено для полетов без дистанционного управления и с максимальной продолжительностью полета 30 мин, содержит большое количество сейфов на разные непредвиденные ситуации (резервные батареи, роторы и в худшем случае два парашюта) [10].
К сожалению, несмотря на преимущества его применения, существуют проблемы. Первая заключается в том, что беспилотное такси, которое будет перевозить пассажиров, должно иметь чрезвычайно высокие требования безопасности и охраны для защиты пассажиров [11]. Они могут значительно увеличить стоимость предоставления такой услуги. Вторая проблема - экономическая эффективность этой услуги. Беспилотный летательный аппарат может пренебрегать некоторыми правилами безопасности, однако когда люди являются полезной нагрузкой, должны строго применяться, значительно увеличивая стоимость производства и эксплуатации [12]. Другие вопросы возникнут, когда данная концепция, действительно, станет доступной и экономически эффективной, что приведет к большему числу такси в воздухе. Использование таких транспортных средств ставит проблему управления воздушным движением дронов, принадлежащих разным юридическим лицам [13]. Третьей проблемой является необходимость заряжать дрон, при этом не всегда есть время и возможность для выполнения подзарядки. К наиболее эффективному способу относятся зарядка беспилотных летательных аппаратов на основе преобразования энергии лазерного луча в электрическую. Основные компоненты системы - источник излучения, приемник-преобразователь и система наведения. Технология обеспечивает возможность непрерывной дистанционной зарядки дрона на расстоянии до 1,5 км [14].
Необходимо обратить внимание на количества и места, где будут размещаться взлетные площадки. При общей площади посадочной площадки 221 025 м 2 и в трех местах, соответствующих требованиям к посадке, равных 254, 651 и 1637 м 2 соответственно (рис. 3), коэффициент посадочного потенциала равен
к = = (254 + 651 +1637) = 0,004, п • 5 3•221025
где д - площадь посадочной площадки (зависит от летательного аппарата); п - количество мест, соответствующих требованиям для посадки летательного аппарата; 5 - рассматриваемая площадь (общая площадь).
Однако в данном расчете не принимался во внимание поправочный коэффициент р, который учитывает транспортную доступность в районе последней мили, пассажиропоток в различное время суток и факторы риска, способные привести к определенному уровню опасности.
Рис. 3. Общая площадь посадочной площадки (а) и места, соответствующие требованиям к посадке (б)
Заключение
Мир не стоит на месте, он постоянно движется и развивается, создаются новые технологии и материалы. Благодаря модернизации действующего транспорта и разработки нового, решаются транспортные и экологические проблемы в условиях увеличения населения в мегаполисах и сопряженных территориях.
Библиографический список
1. Список стран по уровню урбанизации // NONEWS. - URL : https://nonews.co/ directory/lists/countries/urban-population (дата обращения : 05.01.2019).
2. Пирамида численности населения мира с 1950 до 2100 года. - URL : https://www. populationpyramid.net/ru/мир-земля/2017 (дата обращения 05.01.2019).
3. Ларионов В. В Китае обсуждают полный переход на электромобили / В. Ларионов. - hi-news. - URL : https://hi-news.ru/technology/v-kitae-obsuzhdayut-polnyj-perexod-na-elektromobili.html (дата обращения : 05.01.2019).
4. Германия усилила стимулы для перехода на электромобили. - URL : https:// ecotechnica.com.ua/transport/1123-germaniya-usilila-stimuly-dlya-perekhoda-na-elektromobili. html (дата обращения : 05.01.2019).
5. Сектор NEV Китая по-прежнему бурно развивается. Синьхуа. - URL : http:// russian.news.cn/2018-11/10/c_137596527.htm (дата обращения : 06.01.2019).
6. Сколько сейчас эксплуатируется электромобилей в мире // Источники энергии. -URL : http://beelead.com/skolko-elektromobilej-mire (дата обращения : 06.01.2019).
7. Бизнес-идея № 849. Машины будущего. Летающие автомобили // Бизнес в блоге. -URL : http://biznesvbloge.ru/biznes-ideya-mashiny-budushhego-letayushhie-avtomobili (дата обращения : 06.01.2019).
8. Показатели состояния безопасности дорожного движения. - URL : http://stat. gibdd.ru (дата обращения : 10.02.2019).
9. Coutinho W. P. The unmanned aerial vehicle routing and trajectory optimization problem, a taxonomic review / W. P. Coutinho, M. Battarra, J. Fliege // Computers & Industrial Engineering. - 2018. - N 120. - P. 116-128.
10. Khan M. A. Unmanned aerial vehicle-based traffic analysis : a case study to analyze traffic streams at urban roundabouts / M.A. Khan, W. Ectors, T. Bellemans, Ya. Ruichek, D. Jans-sens, G. Wets // Procedia Computer Science. - 2018. - N 130. - P. 636-643.
11. Clothier R.A. Structuring the safety case for unmanned aircraft system operations in non-segregated airspace / R.A. Clothier, Br. P. Williams, N. L. Fulton // Safety Science. - 2015. -N 79. - P. 213-228.
12. Arblaster M. New entrants into airspace - Unmanned aircraft ("Drones") and increased space transportation / M. Arblaster // Air Traffic Management : Economics, Regulation and Governance. - 2018. - P. 235-255.
13. Zarzhitsky D. V. Localizing stationary targets with cooperative unmanned aerial vehicles / D. V. Zarzhitsky, P. DeLima, D. J. Pack // IFAC Proceedings. - 2009. - N 42. - P. 68-73.
14. Коленцова О. Подпитка на лету : лазерный луч зарядит квадрокоптер // Известия. - URL : https://iz.ru/816729 (дата обращения : 10.02.2019).
Дата поступления: 11.02.2019 Решение о публикации: 25.02.2019
Контактная информация:
КАЛМЫКОВ Михаил Юрьевич - ст. преподаватель; kalmykov240886@mail.ru МАЛЫШЕВ Николай Валерьевич - аспирант; kol.spb@mail.ru
Future-oriented technologies of passenger travel under the conditions of urbanization
M. Yu. Kalmykov, N. V. Malyshev
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Kalmykov M. Yu., Malyshev N. V. Future-oriented technologies of passenger travel under the conditions of urbanization. Bulletin of scientific research results, 2019, iss. 3, pp. 5-12. DOI: 10.20295/2223-9987-2019-3-5-12 (In Russian)
Summary
Objective: To determine the boundaries of the effectiveness of urban airspace research in the current conditions of development of the Russian transport system. Methods: The analysis of a new generation of transport as well as the possibility of its implementation in the urban environment of Russia as passenger transport was carried out. Results: It was proposed to use the landing potential coefficient to determine the locations of take-off sites. Practical importance: Program implementation for the introduction of the new technological solutions in transport will reduce traffic flow and increase the speed of passenger traffic. The development of new methodologies and new industry indicators, such as the planting capacity factor, will make it possible to make faster adjustments to the existing regulatory framework, which will remove the administrative barrier in order to introduce modern developments in the automotive industry. The introduction of combined transport will significantly reduce maintenance costs and optimize the number of vehicles in urban and suburban transport, taking into account losses from holding.
Keywords: Electric motor, Internal Combustion Engine, hybrid engine, harmful emissions, projects, airspace, drone, city, logistics.
References
1. Spisok stran po urovnyu urbanizatsii [The list of countries according urbanization level]. NONEWS. Available at: https://nonews.co/directory/lists/countries/urban-population (accessed: 05.01.2019). (In Russian)
2. Piramida chislennosty naseleniya mira s 1950 do 2100 goda [The world population size pyramid from 1950 to 2100]. Available at: https://www.populationpyramid.net/ru/MHp-3eMfla/2017/ (accessed: 05.01.2019). (In Russian)
3. Larionov V. V. VKitaye obsuzhdayutpolniy perekhod na elektromobily [Full shift towards electric vehicles is discussed in China]. hi-news. Available at: https://hi-news.ru/technology/ v-kitae-obsuzhdayut-polnyj-perexod-na-elektromobili.html (accessed: 05.01.2019). (In Russian)
4. Germaniya usilila stimuli dlyaperekhoda na elektromobily [Shift towards electric vehicles: Germany provides incentives]. Ecotechnic. Available at: https://ecotechnica.com.ua/ transport/1123-germaniya-usilila-stimuly-dlya-perekhoda-na-elektromobili.html (accessed: 05.01.2019). (In Russian)
5. Sektor NEVKitayapo-prezhnemu burno razvivayetsya [NEVsector in China continues to flourish]. Xinhua Publ. Available at: http://russian.news.cn/2018-11/10/c_137596527.htm (accessed: 06.01.2019). (In Russian)
6. Skolko seichas ekspluatiruyetsya elektromobiley v mire [How many electric vehicles are in service in the world at present]. Istochniki energii [Energy sources] Publ. Available at: http://beelead.com/skolko-elektromobilej-mire/(accessed: 06.01.2019). (In Russian)
7. Biznes-ideya no. 849. Mashiny budushchego. Letayushchiye avtomobily [Business idea N 849. Cars of the future. Flying vehicles]. Biznes v bloge [Business blog] Publ. Available at:
http://biznesvbloge.ru/biznes-ideya-mashiny-budushhego-letayushhie-avtomobili/(accessed: 06.01.2019). (In Russian)
8. Pokazately sostoyaniya bezopasnosty dorozhnogo dvizheniya [Traffic safety criteria]. Available at: http://stat.gibdd.ru/(accessed: 10.02.2019). (In Russian)
9. Coutinho W. P., Battarra M. & Fliege J. The unmanned aerial vehicle routing and trajectory optimization problem, a taxonomic review. Computers & Industrial Engineering, 2018, no.120,pp. 116-128.
10. Khan M.A., Ectors W., Bellemans T., Ruichek Ya., Janssens D. & Wets G. Unmanned aerial vehicle-based traffic analysis: a case study to analyze traffic streams at urban roundabouts. Procedia Computer Science, 2018, no. 130, pp. 636-643.
11. Clothier R.A., Williams B. P. & Fulton N. L. Structuring the safety case for unmanned aircraft system operations in non-segregated airspace. Safety Science, 2015, no. 79, pp. 213228.
12. Arblaster M. New Entrants into airspace - Unmanned aircraft ("Drones") and increased space transportation. Air Traffic Management. Economics, Regulation and Governance, 2018, pp. 235-255.
13. Zarzhitsky D. V., DeLima P. & Pack D. J. Localizing stationary targets with cooperative unmanned aerial vehicles. IFAC Proceedings, 2009, no. 42, pp. 68-73.
14. Kolentsova O. Podpitka na letu: lazerniy luch zaryadit kvadrokopter [Makeup on the fly: laser beam charges quadcopter]. Izvestiya [Proceedings]. Available at: https://iz.ru/816729 (accessed: 10.02.2019). (In Russian)
Received: February 11, 2019 Accepted: February 25, 2019
Author's information:
Mikhail Yu. KALMYKOV - Senior Lecturer; kalmykov240886@mail.ru Nikolay V. MALYSHEV - Postgraduate Student; kol.spb@mail.ru
