遞速理論的確立及其在道路交通領域的應用

摘 要：隨著社會發展，城市交通擁堵，公共交通先天缺陷，高速公路高傷亡率等傳統載運模式下無法解決的許多重大交通問題，與人類發展需求之間的矛盾越來越尖銳。如何突破傳統載運模式，構建能從根本上解決重大交通問題的技術方案，必需提出新的理論。在對飛機空中加油，航天飛機在地面與空間站之間轉運人員物資等一類特殊載運工程技術實例進行分析研究后，發現此類事例有著共同的構成要件和載運機理，再通過進一步概括、推導，確立了遞速理論。遞速理論運用于道路交通領域，指導建立起新的遞速·運行載運模式，開啟以遞速軌道列車和運行軌道列車為組合載運體系的道路交通新時代。

關鍵詞：受載體；遞速載體；運行載體；遞速·運行載運模式；遞速運行地鐵；不停站遞速運行高鐵；遞速運行融合高·鐵

1 遞速理論的確立

分析以下實例：

（1）某海域航線上一艘戰艦需要在高速航行狀態下接受油料、

淡水及作戰物資的補給，執行補給任務的補給船必須從待命點加速靠近戰艦后與該戰艦等速航行，向戰艦實施航行補給。

（2）空中加油機從地面起飛給飛行狀態的戰機加注航油。

（3）航天飛機從地面給空間站輸送航天員M和太空生活物質，又將在空間站工作一段時期的航天員N帶回地面。

（4）科學家計劃用飛船向威脅地球安全的近地小行星輸送安裝能改變其運行軌道的施力裝置。

在例1-4中的淡水、航油、航天員M、施力裝置等人員物資，是在事例中接受載運的物體，統稱為受載體。

在例1-4中的補給船、空中加油機、航天飛機、飛船等，它們作為明確的載運工具在載運受載體的旅程中，都要使自身及其受載體的速度發生遞增或遞減的變化，因而被稱為遞速載體。如航天飛機將航天員M從地面起飛時的零速，加速飛行到與空間站對接時的高速，以及航天飛機將航天員N接回地面過程中，從與空間站相等的高速遞減到返回地面的零速。

在例1-4中的戰艦、戰機、空間站、小行星等稱為運行載體，它們在接受加載或卸載時正以一定的速度運行。

在例1-4中的受載體航油，航天員M、生活物資等在進入遞速載體前所在的庫房、站場是相對靜止的地點，稱為靜態點。受載體由遞速載體逆性轉載進入的站場、庫房也是靜態點，如例3中航天員N從航天飛機回到地面站場。

同一個受載體，出發前所在的靜態點與逆性遞速抵達的靜態點，可以不是同一個靜態點，如例3中航天員N回到地面某基地的靜態點，而當初出發時可能是在另一個基地的靜態點。

在例1-2中，作為運行載體的戰艦、戰機，都有他們的海域航線和空域航線，雖然它們的航線在戰場環境不可能是預設的，不是穩定的航行軌道，但仍然可以認定，它們的位置、航向信息肯定要被它們的遞速載體所獲知，其航跡可作為遞速載體追蹤靠近予以參考的即時航行軌道；在例3-4中，作為運行載體的空間站、小行星都有穩定的運行軌道。

以上受載體、遞速載體、運行載體、靜態點、以及運行軌道構成遞速理論的五個遞速要件。（如表1所示）

受載體在靜態點與遞速載體間轉載時，如例3中航天員M從發射站場進入航天飛機，例2中航油從油庫輸送到空中加油機等，靜態點速度v1為0，處于停靠狀態的遞速載體速度v2為0，此時

v1=v2=0，這是遞速過程中的靜停等速轉載。

受載體在遞速載體與運行載體間轉載時，如例3中航天員M從航天飛機進入空間站、例2中航油從加油機油箱加注到戰機油箱，遞速載體速度v2與運行載體速度v3必然相等，受載體才能在兩個高速運行的載體間安全順暢的實現轉載，此時：

v2=v3，這是遞速過程中一次至關重要的高速等速轉載（或稱有速等速轉載）。

上述等速轉載都是可逆性等速轉載，如例3中航天員N可以從空間站進入航天飛機，以及從航天飛機到地面站等。

完成靜停等速轉載后的受載體，搭乘遞速載體從零速遞增到與運行載體速度相等的高速，或完成高速等速轉載的受載體，從高速遞減到與靜態點速度相等的零速，這種使受載體行進速度發生的遞增或遞減變化稱為速度遞變。例3 中從空間站進入航天飛機的航天員N，隨航天飛機降落，由與空間站速度相等的高速減速至到達地面站的靜態零速，這種遞速載體載運受載體由高速遞減為零速的過程稱為逆性遞速。

如此，受載體在遞速載體上的一段旅程，總是體現為一端是零速，另一端是高速，或一端是高速，另一端是零速的可逆行速度遞變。

在靜停等速轉載與高速等速轉載的兩次等速轉載之間，受載體隨遞速載體不僅完成了速度遞變，還行駛了一段有一定距離的旅程，這一旅程稱為遞速旅程。

以上受載體的可逆性等速轉載，遞速旅程，以及可逆性速度遞變，是遞速理論必有的三個遞速機理。

例3中，航天員M和生活物資（受載體），從地面站場（靜態點）到航天飛機（遞速載體），完成靜停等速轉載，隨航天飛機起飛飛行一段距離的旅程后與空間站對接，完成遞速旅程和速度遞變，航天員M和生活物資從航天飛機進入空間站（運行載體），完成高速等速轉載，最終實現從零速的地面站場到達在軌高速運行的空間站，這種從零速靜態點到達高速運行載體的位置跨越稱為速位跨越。航天員N及空間站生活垃圾隨航天飛機從在軌高速運行的空間站位置，逆性到達速度為零的地面站場，這種從高速運行載體到達零速靜態點的位置跨越稱為逆性速位跨越。

速位跨越、逆性速位跨越分別是遞速和逆性遞速過程要獲得的遞速效果。

至此，結合前述五個遞速要件、三個遞速機理以及獲得的遞速效果，可以確立如下遞速理論：

以遞速載體為中介，受載體依次完成：靜停等速轉載，在遞速載體上的遞速旅程以及旅程中的速度遞變，高速等速轉載，能夠實現從靜態點到在軌高速運行載體間的速位跨越，或逆性完成上一程序后，能夠實現從在軌高速運行載體到靜態點的逆性速位跨越。

2 遞速理論在道路交通領域的應用

2.1 傳統載運模式下無法解決的重大道路交通問題

下面有三份統計資料：

（1）中科院《中國新型城市化報告2012》發布，中國50個城市上班路上平均時間排名，北京以單程52分鐘位居榜首，廣州、上海、深圳分別以48、47、46分緊隨其后。

報告指出，100萬以上人口城市，有80%的路段和90%的路口車輛通行能力已接近極限。

（2）2015年4月5日，荷蘭交通導航服務商TomTom發布2014全球擁堵城市排名，中國北京僅名列第15名。

（3）2015年2月10日，中國公安部交通管理局公布2014年交通事故多發、死亡人口集中的10個高危路段，全年平均每10公里僅人員死亡就達30人，這10個路口中有5個屬于高速公路。

第1、2份資料說明的是，北京是中國城市交通最擁堵、城市人出行最艱難的城市之一，但這種狀況在世界上還不算最嚴重的。

一直以來，城市交通問題，城市人出行難的問題，是全世界無法從根本上解決的問題。隨著世界城市化進程的加快，這一問題已愈加嚴重，它早已不是增加投入和加強治理能解決的問題。人們想到的唯一出路是構建方便、快捷、舒適、大運量的，高密度的公共交通網，使市民自覺減少市區內的自駕出行。但是，現有技術條件下的公共交通，包括各種制式的軌道交通，自其興起以來，就各自有著無法彌補的先天不足。如公共汽車，停靠站點多，繞行路線長，高峰時段車內擁擠，車外擁堵，乘行不舒適且速慢。地鐵、輕軌的最大問題是站距太長，乘行不方便，還有逢站必停導致旅行時速仍然很低和高峰時段運量不足等問題。

第3份資料反映的是中國公路交通的安全現狀。有資料顯示，中國每年交通事故死亡人數都在二十萬人左右，這還不算人員、車輛傷損，而這樣的交通事故，大多都發生在高速公路上。高速公路的安全問題，同樣是世界難以從根本上解決的問題。

人類自從發明依靠圓輪著地行駛的交通工具以來，雖然不斷賦予其科技創新元素，但始終維系著一種單體式獨立操控載運的傳統載運模式，即同向行駛在同一條無軌路面上的諸多車輛，不可能做到嚴格地同步、定距運行，其行止、快慢、超插、轉向各依所需，各循可能。在密集行駛的道路上，快車從于慢車，慢車從于堵車，線路通行表現為無序、低速、低效。而軌道列車的運行雖有嚴格的調控體系，但從來也未嘗試過運用功能設施去分擔上下旅客、貨物的任務，列車逢站必停，車輛、線路的載運通行效率低下，尤其是普速鐵路。

在這樣的傳統載運模式下，現有交通運輸領域中的諸多問題，就有其存在的客觀合理性：

a.城市交通擁堵：它遵循兩個以上的物體不可在同一時間點上通過同一空間點這一物理學原理。

b.速度太低的公共汽車：要方便沿途乘客上下車，其停靠站點必然要多，加上車多擁堵，其旅行時速也就必然很低。

c.乘行不便的地鐵列車：必須保證40千米以上旅行時速，站距就要在1000米以上，眾多距離地鐵站較遠的人們也就必然難以乘坐，盡管該地鐵線路就在腳下。

d.高速公路追尾傷亡：在車流密集時，后面所有汽車駕駛員要在很近的前方發生緊急狀況的瞬間，都要及時采取完全正確的處置措施是很難的，因而多車追尾發生重大傷亡也就難以避免。

2.2 遞速理論與道路交通

這里先研究一項已經公開的發明專利——并聯式遞速運行軌道列車及其載運方法（中國國內專利號：201410553565.2，PCT國際階段：CN2015/09 1011）。

該發明是一種用于城市地下公共交通的新型地鐵列車，它的主體技術是：由遞速與運行功能分屬的遞速列車和運行列車并列組成載運組合體；遞速列車與運行列車各自走行在往返閉合，兩端作曲線回轉的軌道線上；兩軌道線等距并列設置。

此外，該發明還涉及十多項可實施應用的關鍵從屬技術。

該發明的載運模式為：以遞速列車為中介載體，將站臺上的乘客轉遞到以一定速度運行的運行列車上，同時將運行列車上要在下一站下車的乘客轉遞到下一站的站臺。遞速列車為周期性停站列車，運行列車為不停站列車，遞速列車與運行列車周期性并列連接等速運行。

該發明構建的載運模式，其構成要件與運行原理完全符合遞速理論所概述的構成要件及運行機理，是遞速理論適用于道路交通中城市軌道交通的典型案例。

表2所列為并聯式遞速運行軌道列車載運模式中對應遞速理論的五大要件。

表3所列為并聯式遞速運行軌道列車載運模式運行原理遵循遞速理論的三大機理。

該發明中，乘客作為受載體，從始發站到終點站需要經歷二次互逆性遞速。乘客在第一次遞速中實現從始發站站臺到運行列車的速位跨越，在第二次逆性遞速中乘客實現從運行列車到終點站站臺的逆性速位跨越，在兩次互逆性速位跨越之間的運行列車上，要經歷一段不需停站的運行旅程。

這種具有遞速理論概述的構成要件，遵循遞速理論概述的載運機理，體現遞速理論論述的速位跨越而構建起來的新型道路交通載運模式稱為遞速·運行載運模式。

2.3 遞速理論在道路交通領域的應用前景

遞速理論應用于道路交通領域，就是要構建遞速·運行載運模式，并為遞速·運行載運模式提供科學的理論依據。

除了并聯式遞速運行軌道列車屬于遞速·運行載運模式，互聯網上還流傳著多種不停站軌道列車的創意設計，如《未來高鐵不停站》（創意人，陳建軍），盡管這些創意設計在一些具體技術方面還存在種種問題，離實施應用還有很大差距，但它門的載運模式完全符合遞速·運行載運模式。

遞速·運行載運模式最直觀，最基本的載運效果就是作為受載體的乘客在旅程中可以中途不停，一站直達。但這不是唯一的效果，在同一道路遞速載運模式下，不同的具體技術方案，能衍生出多種滿足人們需求，意義更大的載運效果，能解決傳統載運模式下不能解決的許多重大道路交通難題。

——遞速·運行載運模式應用于城市公共交通，將建成遞速運行地鐵，屆時：

（1）全客運線附近的乘客能隨時就近上下車，比乘坐路面公交汽車更方便，解決了現有地鐵站距太長乘行不便的問題。遞速載運模式下的地鐵站距可縮短到150-250米，趟次間隔僅80-100秒。（其車站規模、站務人員大幅縮減，車站被簡化成一個只突出安檢功能的地下通道）。

（2）乘行舒適，通常情況下乘客都有座位，解決了現有地鐵乘行擁擠不適的問題。遞速載運模式下的地鐵列車，其斷面客流量比現有地鐵增加1-3倍，高峰時段還可加編組。

（3）乘行速度快，解決了現有地鐵旅行時速依然較低的問題。遞速載運模式下的地鐵列車，其運行列車中途不停，旅行時速可超過60千米，比現有地鐵提高30-50%。

（4）并聯式遞速運行軌道列車在城市地下構建起縱橫交織的軌道交通網，為市民提供特別方便、舒適、快捷的出行方式，將大幅減少市區內的自駕出行，在解決城市地面道路擁堵的同時，也將大幅降低城市交通能耗和污染排放。

——遞速·運行載運模式應用于高速鐵路，將建成可實施應用的不停站遞速運行高鐵列車，屆時，像中國京廣高鐵列車全程通行兩千多公里三十多個站，可節省減速停站時間共兩個多小時。

——遞速·運行載運模式應用于將高速公路與普速鐵路融合的遞速運行融合高·鐵，將實現乘客、車輛及貨物安全、高速的共線載運。屆時，裝載乘客的特種車廂，裝載貨物的特種集裝箱，及各種車輛將通過遞速列車轉載到運行列車上，作旅行時速達150千米以上不停站運行，同時將即將到達目的地的特種車廂、集裝箱及車輛轉遞到需要到達的路口或站點。與傳統高速公路和普速鐵路相比，遞速運行融合高·鐵將顯著提高道路運行速度和通行效率，顯著降低總的運行能耗和總的道路、車輛維護成本，搭乘列車的所有車輛不再有追尾事故發生，其駕駛員不再需要辛勞駕駛。這將是世界陸地上最龐大，最高效，卻又是最節能環保的道路交通運輸工程。

3 結束語

（1）遞速理論是揭示一類特殊載

運工程實例中，作為一種載運工具的遞速載體，不是將受載體從靜態點直接傳輸到另一個靜態點，而是將受載體從靜態點傳輸到另一個在軌高速運行載體上，或從高速運行的運行載體上逆性傳輸到靜態點這一可逆性過程的載運規律。

（2）將遞速理論應用于整個道路

交通運輸領域，構建起來的遞速·運行載運模式為：

由功能分屬的遞速軌道列車（遞速載體）和運行軌道列車（運行載體）聯合組成載運組合體，接受載運的人員、物質（包括車輛）等受載體，依次完成：a.一次遞速，實現從站臺（靜態點）到以一定速度運行的運行列車的速位跨越；b.運行列車上的一段運行旅程；c.一次逆性遞速，實現從運行列車到終點站（靜態點）的逆性速位跨越。最終實現從起點站到終點站的載運效果。

遞速·運行載運模式具有遞速理論概述的全部構成要件，遵循遞速理論概述的全部載運機理，體現遞速理論論述的速位跨越。

但是，在產生遞速理論的源事例中，受載體只需經歷一次遞速（或逆性遞速），也并不考量受載體在運行載體上的旅程。而遞速理論在道路交通領域應用中所構建的遞速·運行載運模式下，受載體必須先后經歷一次遞速和一次逆性遞速，同時還需在兩次遞速之間經歷運行載體上的一段運行旅程。

（3）以遞速理論為理論基礎建立的遞速·運行載運模式，將解決傳統載運模式下無法解決的重大道路交通問題，為人們出行、貨物甚至車輛的運輸提供方便、舒適、快捷、安全、高效、節能、環保的載運方式，將引發世界道路交通領域一場深刻的理論探討和技術革命。

參考文獻

[1]牛文元.中國新型城市化報告2012[M].科學出版社，2012.

[2]TomTom.2014全球最擁堵城市排行榜[R].荷蘭阿姆斯特丹，2015.

[3]周新華.并聯式遞速運行軌道列車及其載運方法：中國，201410553

565.2[P].2015.3.11.

[4]陳建軍.未來高鐵不停站 [EB/OL].2015 http//v.bai du.com

作者簡介：周新華，遞速理論、遞速·運行載運模式創立人，并聯式遞速運行軌道列車及其載運方法發明人，遞速軌道交通研究有限責任公司發起人，從事遞速軌道交通技術研究和理論探討。