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发展PRT个人快速公交 彻底告别交通拥堵
张瑞敬
长征汽车制造厂退休工程师
提要: 为了彻底根治城市交通拥堵和尾气污染，通过对产生交通拥堵和尾气污染的根源的分析，找出了堵车和尾气污染难以治理的根本原因，并针对现行城市交通体系存在的结构性、系统性问题，提出了用大运量PRT个人快速公交系统取代现有交通系统的总体思路，还就其中的快速变轨等难点和关键技术提出了了具体设计方案。使大运量PRT公交系统技术指标达到：可以实现任意两站之间以60公里时速快速直达，中间不停车、不换乘；狭窄街道双向双轨每小时可以通过40000辆小车，道路通过能力达到极限；可以全天24小时无人值守提供服务；并能做到零排放无污染。这一高速度、高密度、高效率、零排放的交通体系可以让我们永远告别交通拥堵和尾气污染。
关键词：城市交通，智能交通，轨道交通，PRT个人快速交通，轻轨互联网，轨道轿车，虚拟列车
一，根治交通拥堵需要创新思维
大城市的交通拥堵和尾气污染愈演愈烈，已经到了非治理不可的地步。各大城市都投入大量人财物力，采取了很多治堵治污措施，但至今收效并不理想，其根本原因是没有治到根子上。
众所周知，1，堵车的根源是私人轿车的爆发式增长，超过了城市开放式道路的承载能力。 2，而私人轿车泛滥的原因是城市的大型公交车已经不能满足城市富裕居民对快捷交通的需求。3，道路承载能力低的根源是平面开放式道路干扰太大、利用率太低。分析如下：
大型公交车的优势是运量大、人均占道面积小、效率高，自然是城市首选的交通工具。但是大型公交车的固有缺点也很明显：必须站站停车上下客，注定是一种慢速交通工具，高峰期拥挤不舒适，夜间停运不方便，这是大型交通工具无法克服的缺点，它已经不能适应城市富裕居民的出行需求了。
私人轿车快捷、舒适、方便，可以点到点服务，成为富裕城市居民出行的首选。但是，它的私人属性注定它不能共享、不能调度、不能优化配置、人均占道面积大、利用率极低，道路资源、停车位资源浪费严重，注定是一种低效率的交通工具，不适合大规模发展，只能允许少数人享受，保有量过大就会出现交通拥堵或交通崩溃。
地面开放式道路随时都有周围车辆、行人的干扰，还有道口红绿灯的限制，车速无法提高，道路通过能力无法提高，是限制城市交通流量提高的桎梏。
现有路面车辆都属于独立运行车辆，独立运行车辆在行驶中前方必须留足制动距离，车速越快所需距离越长（高速公路为此在道路两旁设立了大量判断车距的标志物）如果车距太小车就要减速慢行，无法实现高密度、高速度行驶，这就是独立运行车辆车速与车距的矛盾，这一矛盾使大幅度提高道路车流量无法实现。
私人轿车+大型公交车+开放式道路所构成的城市交通体系产生于上世纪低密度交通时代，已经无法适应现代化城市对高密度、高速度、高效率交通的需求，堵车是必然的。
提到治堵，人们往往习惯性地首先想到地铁、轻轨、BRT公交专道，这些大运量公交工具确实提高了交通效率,解决了很多人的出行困难，但它们仍然是大型公交车，仍然是站站停车上下客、高峰期拥挤、夜间又停运，无法和轿车竞争，对有车族没有吸引力，无法取代私人轿车，所以不可能彻底治堵。像北京市地铁通车里程全国最高，但机动车保有量也是全国最高（超过570万辆），就是例证。
电动汽车、无人驾驶汽车是未来轿车的发展方向，但这只是改变了能源和驾驶系统，不会减少私人轿车的绝对数量，对治堵没有任何帮助。它们在城市开放式道路上行驶，仍然要面对堵车问题。
以上分析说明，堵车问题、尾气污染问题是结构性的、系统性的矛盾，不是单一因素造成的，仅就一个方面采取措施不能解决问题。现在治堵效果不佳的原因就是没有动摇私人轿车的神主地位，没有触动整个旧交通体系。我们必须走出思维定式、解放思想、另辟蹊径，下决心彻底改变现有低效率交通体系，开发高速度高密度交通系统才是治本之策。城市交通的困境也预示着一场交通体系革命即将到来。
二，大运量PRT个人快速公交
2-1, 创新思路和标志性特征
2-1-1，创新思路：
旧交通体系的主要矛盾是私人轿车和开放式道路之间的矛盾，这正是彻底治堵的切入点。治堵必须从取代私人轿车、重建道路体系开始。
2-1-2，公共交通轿车化：
大型公交车无法与私人轿车竞争，只有轿车化的公共交通工具才可能比私人轿车更快捷、更舒适、更方便，才有可能取代私人轿车。
2-1-3，道路立体化：
地面开放式道路干扰太多无法提高车速和通过能力，只能寄希望于立体交通，因地铁投资太大难以普及，只有以架空轻轨取代地面开放式道路。空轨可以用较少的投资、较少的占地面积实现全封闭、全立交，使道路成为高速路。如高铁时速可以达到350公里，这在地面上是完全不可想象的，轿车无法与之竞争。
轿车化公交车+架空轻轨，就构成了一种新型交通系统——个人快速公交系统，即国际上的PRT系统（Personal Rapid Transit），一种旨在避开地面拥挤的开放式道路，用轨道轿车实现点到点的快速直达。至今已经在美国西佛吉尼亚摩根敦市、英国伦敦希斯罗机场、韩国顺天市国际园艺博览会建成了商业运行示范线，受到好评。
韩国顺天市PRT出租车系统（网络图片）
PRT系虽然具备了轿车的快捷、舒适的特征，具有取代私人轿车的可能性，但是如果把它作为城市骨干交通系统，它还要必须具备超大运能和能够覆盖全城，适应现代化城市大规模、快节奏的要求。PRT系统至今没有大面积推广，其主要瓶颈就是可承载的车流量太小和难以覆盖全城，目前只能作为局部接驳工具。
国内北京、上海、河北、湖南等地也有多家团队对PRT交通系统进行了创新开发，在提高PRT系统的车流量、降低轨网建设投资、方便乘客就近上下车上取得新的进展，提高了系统的运能和覆盖率，使PRT快速交通升华为“大运量PRT个人快速交通系统”成为可能。大运量PRT个人快速交通系统有以下几个明显特征：
2-2，新交通体系的标志性特征：
大运能PRT个人快速公交系统的创新点在于：它是个性化的公共交通，轿车化的轨道交通，体系化运行的独立车辆，所以就兼容了这些先进交通工具的所有优势，它既具有私人轿车的快捷、舒适、方便，又具有大型公共交通工具的超大运能。它的主要标志是：
2-2-1，轻轨互联网：
它的轨道系统不仅要覆盖全市，还要互联成一个整体大网，没有线路之分，乘车时不需要看站牌，有站就进。处处有站点，可以就近上下车。上车后无需听报站名，不怕下错站，实现全城一站高速直达，中间不停车、不换乘、无需摆渡，不存在最后一公里问题，比私人轿车更加快捷、方便。
2-2-2，虚拟列车：
小车能以零车距和60千米以上的时速行驶 (即虚拟列车模式)。每条轨道每小时可以通过小车20000量。即路上不管有多少小车，只要挤得下就能跑的开，道路通过能力就能达到极限，运能达到地铁水平。
2-2-2，不间断服务：
全天24小时无人值守、无人驾驶提供服务，像私人轿车一样随时随地有车可用。
这些特征使PRT系统的市场定位从接驳工具变成骨干交通体系。
三，大运量PRT个人快速公交系统
硬件构成和关键技术
3-1，硬件构成：
3-1-1，轻轨互联网：
全市轻轨必须实现全覆盖、全互联、全封闭、全立交，轻轨互联网覆盖全城的每个街区，才能使每个乘客都能就近上下车，无需摆渡工具。所有轻轨实现全封闭、全立交，才能极大提高车速，减少停车。轻轨互联成网，才能实现全市任意两站之间的一站高速直达，中间不换乘。
城市轻轨互联网就像人体贯通全身的血管网络系统，是人体充满生机与活力的基本条件，是大运量PRT系统畅通无阻的基础。
3-1-2，电动轨道轿车（简称小车）：
轨道轿车的乘坐体验等同于私人轿车，容易被有车族接受。小车能以简单的程序控制方法自动规划和记忆线路，具有自动选择轨道线路的功能。小车采取轻量化设计，从而可以使用更轻的轨道、更简单的高架桥，建设投资更少、占地面积更小，从而能够覆盖全市每个街区。小车也可以采取多种档次内装设计、功能配套、装饰风格，以满足现代个性化消费心理需要，乘客可以提前预定特需车辆定点定时服务。也可以由私人购买放到公共轨网上使用和停泊，无需自备车库。
个人快速公交系统模型 personal RapidTransit System Model
3-1-3，可以快速穿越的车站：
进站停车和快速穿越小车互不干扰，保证每辆小车都可以一站直达目的站。
3-1-4，大流量立体车库：
为解决市区停车位不足问题，停车场设在近郊、空中或地下。设计特点是小车可以高密度高速度进出各层停车位。
3-1-5监控调度中心：
以并行计算能力很强的主机电脑作为神经中枢，通过局域网、数据链、卫星定位系统，实现全市交通资源（道路、车辆、停车场、车站）的统一监控调度。
3-2，关键技术：
3-2-1，虚拟列车模式：
PRT系统就是公交轿车化，假如公共交通全部轿车化了，人均占道面积会比大型公交车大得多，更提高了堵车的几率，这与我们发明PRT系统的初衷背道而驰。我们想既要轿车化的快捷方便，又要大型公交车的大运量，就必须设法极大提高PRT系统的运能。
提高运能就是加大车流量，而加大车流量就是提高车流密度和提高车速，但是只要是独立运行车辆前方就必须留足制动距离，高速公路上就到处竖立着判断车距的参照标志，提醒你注意车距。车速越高所需制动距离就越长，车流密度和车速是不可调和的矛盾，鱼与熊掌不可兼得，运能就不可能提高。所以说PRT系统的轨道轿车决不能是独立运行车辆。
PRT系统要提高运能必须采取多车联动技术，即列车化。公共交通只要轿车化，就必须同时列车化。但是，小车之间要是以挂钩相连，那就和大型公交车没有什么两样，还是要站站停车上下客，还是摆脱不了慢车的命运，这又与发明PRT系统的初衷相悖。小车之间只能是无形的连接，即以信息共享和传感器信息反馈控制来实现多车联动和自动驾驶。序列小车要能同时加速、同时减速、同时制动、同时启动、等速运行，形成虚拟列车。并有一种快速进入和退出编组的机制，不影响小车进站、出站。
虚拟列车模式
3-2-2，安全设计：
虚拟列车的高密度、高速度行驶就意味着高风险，虚拟列车的柔性连接要能经受突发偶然事故的考验。市内交通属于短距离交通，不可能太快，但60千米的时速是可以期许的，在 60千米时速下假如发生意外撞击就可能发生连环事故，所以小车前方和轨道上都要有各种灵敏的传感器来诊断和预测可能出现的风险，车载电脑要综合分析各路传感器数据异常，判断可能会发生的车辆事故、轨道事故、外界事故，提前发出预警，自动采取应急措施。小车之间的信息共享也要足够快，制动要足够有效。为此，PRT系统小车要有可靠的制动性能和高效的缓冲吸能系统。大运能PRT系统采取了多种制动方式，特别要加装断电自动制动装置，确保因故障断电后仍能快速制动。小车造型上重心也必须贴近制动轨道平面，否则，在紧急制动时就会因为冲量过大和力臂过长力矩过大导致的杠杆效应产生很大的破坏力，于安全十分不利。对于虚拟列车模式来说，普通轿车的缓冲吸能能力是绝对不够的，为此，大运能PRT小车要增加几套刚柔度不同、能级不同的缓冲吸能装置，使撞击能量逐级吸收、冲击力递减。
3-2-3，快速变轨技术：
虚拟列车行车模式对道路也提出了难以满足的要求。轨道本身对车速、车流密度没有限制，但轻轨互联网的所有连节点都是道岔，铁路道岔变轨速度慢严重制约了轨道轿车车流量的提高，制约了提高车速同时加大车流密度。假如车速60千米，车距为零，车身长2-3米，那么变轨时间必须小于0.1秒，变轨频率可能高达每秒10次，现在的笨重的铁路道岔不可能达到，变轨频率过高会带来的疲劳断裂和早期磨损，笨重道岔的巨大惯性在高频率变轨会消耗的巨大的能量，造成无法采用虚拟列车模式行车，无法提高PRT系统运能。经多家团队多年攻关，研发了立体变轨、平面变轨、混合变轨等多种快速变轨技术，以道岔和相关小车的动静结合、车路结合、程序控制、传感器反馈等方法解决了高速变轨难题，高速道岔变轨时间缩短到小于0.1秒，完全适应以零车距和60公里时速前进的小车队列通过一个道岔再分别驶向不同方向的苛刻需求。快速变轨技术是大运量PRT系统决定成败的核心技术。
3-2-4，轻轨直接立交技术：
轻轨互联网要覆盖全城，当然要包括狭窄街道。而普通全封闭全立交的高速路只能适应宽阔路面，狭窄街道无法实现。大运量PRT系统必须啃下这个难题。轨道直接立交可以节约大量空间和投资，便于在狭窄街道布局。在不能拆迁的狭窄道口直接立交跨越没有问题，但缺乏足够的转弯半径会影响转向车的车速。密集的狭窄道路转向采用中国结式跨道转向来解决过于狭窄道路转向问题，因为狭窄道路密度较大，不会绕道过远。采用立体缓冲支线解决转弯半径过小速度受限问题，这样不会影响干道车速。如果必须走小巷子需要直角转弯还可以用转向转盘解决，反正走小巷子的车不会太多。
3-2-5，快速立体车库技术：
自动化立体车库也是PRT系统的一个重要环节和瓶颈环节，车库进出速度也必须适应虚拟列车模式的需求，而现在的车库提升机速度显然太慢，进出狭窄的停车位更慢，这样会造成车库门外大面积堵车。多层车库必须采用全部轨道化技术，小车可以以虚拟列车模式进出各层停车轨道并自动定位。整个车库小车信息共享、多车联动就可以在有特殊需要时挑选一辆特需小车快速进出。虚拟列车进出车库速度与在路上的60千米巡航车速相同，即进出速度达到每秒10辆，时速60千米。
3-2-6，紧凑型车站技术：
车站也是PRT系统的瓶颈环节之一。尤其是狭窄街道没有空间设立现在轻轨那样的有并列轨道的车站，车站上停的车会影响过路车的快速穿越，这种情况下可以采取立体变轨车站布置。因为占用空间少，甚至可以在小区、工厂、学校、医院、商场、机关内设置。
3-2-7,体系化运行；
现代化战争打的是体系化，因为体系化可以有效配置所有战争资源，充分发挥资源优势。同样，现代交通也要用体系化来高效配置有限的交通资源（道路、车辆、车站、停车场）使城市交通资源利用效率最大化。
比如：乘客上车后，在电脑触屏上输入目的站编码后，车载电脑自编程软件即可自动形成行车程序，并且可以根据起点坐标、终点坐标、起始时刻、巡航车速自动形成行车曲线数据模型，并将此数据模型传给中控室主机电脑；主机电脑比对卫星实时定位不断修正行车曲线，比对路网数据推算出何时、何处可能会发生拥堵，并立即向有关小车车发出调度指令；相关小车即根据调度指令修改自动形成的原始行车程序，避开交通热点。
以上技术打通了PRT系统各个瓶颈环节，各个环节节奏协调一致，使PRT系统运能达到极限，即道路上不管有多少小车，只要能挤得下就能跑的开，再加上科学调度，堵车基本不可能。
四，系统的比较优势
4-1，与私人轿车相比：
电动程控轨道轿车可以做到以平均60公里以上的时速一站高速直达目的站，中间不停车、不换乘，远比私人轿车更加快捷、更加舒适、更加方便。乘坐大运量个人快速公交系统不用考驾照、不用维修保养、不用洗车、不用年检、不用买停车位、交停车费、不用交保险，节省大量心力、时间和金钱。无人驾驶系统不会疲劳、没有情绪波动、不会酗酒、不会反应迟钝，所以更加安全。
4-2， 与公交大巴相比：
乘坐大运量个人快速公交系统中间不用站站停车、不用换乘、不会堵车，高峰期不会拥挤，可以全天24小时无人值守提供服务，公交大巴根本做不到的。
4-3， 与地铁、轻轨相比：
地铁投资每公里高达7-8亿元,轻轨2-3亿元，线路不可能覆盖每个街区，不是随处都可以乘坐。大运量个人快速公交系统架空轻轨投资不到地铁、轻轨的十分之一,占地面积少，可以做到街区全覆盖，可以使每位乘客就近上下车，无需摆渡工具。地铁、轻轨也有站站停车不能直达和高峰期拥挤问题；大运量个人快速公交系统可以一站直达、速度更快，不会拥挤。
4-4， 与电动汽车相比：
公路电动汽车仍然在开放的道路上行车，堵车在所难免。电动汽车动力电池存在高成本问题和使用寿命短的问题，如果没有政府高额补贴就会退出市场。大运量个人快速公交系统直接从电网供电，无需昂贵的动力电池，制造成本低，运行费用低，无需政府补贴，也没有废电池、电解液污染危险，完全绿色环保。
4-5， 与无人驾驶汽车、互联网汽车相比：
无人驾驶汽车是在开放的道路上行驶，干扰因素太多，需要不间断地进行360度扫描，需要激光、雷达测距、卫星定位、地标导航、多种传感器，需要辅助驾驶ADAS系统（含16个子系统），需要复杂的信息融合技术，自动控制系统必然非常复杂，可靠性就越难以确认，而且价格昂贵，缺乏市场竞争力。轨道轿车则在封闭的、限制性轨道上运行，干扰因素很少，自动控制系统简单、可靠、成本很低。
大运量个人快速公交系统比现在城市的所有交通工具都更加具有竞争优势，完全可以吸引人们主动放弃私人轿车而选择快速公交系统，也足以让现有公交体系逐步退出城市交通历史舞台，使城市交通单一化。
五，系统会给城市带来哪些变化
大运量PRT个人快速公交系统是一种高密度、高速度、高效率、高性能、零污染、低能耗的交通体系，可以承载比现在更大的交通流量，适应未来后现代化城市发展的需要，必将给城市带来颠覆性的的巨大变化：
5-1，狭窄街道双向双轨每小时通过小车将达到四万辆，道路通过能力达到极限。道路上小车只要挤得下就能跑的开，不会再堵车。
5-2，轻轨互联网使所有狭窄街巷全都将成为高速通道，不再有交通干路与支路之分，形成车流的多路分流，大幅度扩充城市交通容量。
5-3，化石能源车退出城市，尾气排放空前减少，空气更加清新，天空更蓝，城市更加宜居；
5-4，旧的交通系统的逐步退出，交通工具将趋向单一化，城市交通管理将变得自动化、程序化、数字化；
5-5，大运量个人快速公交系统不仅适合市内公交，也适合城际长途。市区轻轨和城际轻轨直连，市内公交和城际长途交通将一体化，京津冀、长三角、珠三角湾区等城市群将更加同城化；
5-6，由于大运量个人快速公交系统大约可以节省约70%的路途时间，上班族休闲时间增多，生活变得更轻松愉快；
5-7，小车可以以平均60公里的时速一站直达目的站，人们工作效率提高，城市运转节奏加快。
5-8，城市交通立体化，也会带来城市规划和建筑设计思路的改变。如果所有道口都规划成弯道，使转弯半径增大，小车车速还可以进一步提高。架空超轻轨和车站设计可以和楼宇设计一体化，轨道形成空间多层分布，更方便乘客上下车，并形成独特立体化城市景观。
六，社会效益、经济效益、环境效益
6-1， 经济效益：
超轻轨互联网建设投资远低于地铁、轻轨和高速公路；轨道电动轿车制造成本远低于公路电动汽车；轨道电动轿车能耗远低于公路汽车。大运量个人快速公交系统不仅是最快捷、舒适、方便的交通系统，也是最经济、最节能、最环保的交通系统。
6-2，社会效益：
大运量个人快速公交系统无疑会发展成大产业，会带动一大批企业共同发展，如：汽车制造厂、轨道交通企业、IT行业、软件行业、自动化行业、互联网行业、零部件行业、建筑行业、冶金行业、建材行业等都有用武之地。大运量个人快速公交系统不仅乘坐档次很高，同时消费水平也很低，所以它既适合于富裕的大老板、中产阶层，也适合于中下等收入人群，更适合于繁忙的高知白领，它能给一切乘客带来方便、轻松、愉快和享受。
大运量个人快速公交系统符合党和国家关于能源、环保、交通各项方针政策，符合可持续发展战略，有利于国家能源安全，符合低碳、节能的国际潮流，有利于党和国家这些政策的贯彻执行。
6-3，环境效益：
大运量个人快速公交系统完全电力驱动，完全没有尾气排放，不需要动力电池，没有大量报废电池可能造成的严重污染。
七 ，结论
大运量个人快速公交系统的市场定位是取代私人轿车，和全面更替现行城市交通体系，让城市从此彻底告别堵车和尾气污染。
该项目涉及城市建设规划、城市交通管理、国家产业政策，影响面大而深远，是一个复杂的系统工程，需要政府的科学论证、统一规划。
大运量个人快速公交系统是以信息技术、自动控制技术改造传统交通行业，是信息互联网与轻轨物联网的结合，是电动轿车技术与轨道交通技术的结合，是个人交通与公共交通的结合，是跨行业、跨学科的开发项目。需要多行业、多领域专家的共同协作。也对多个行业具有巨大的带动作用，为多个行业带来新的机遇和挑战，推动供给侧技术进步与创新发展。
大运量个人快速公交系统虽然概念超前，但都是基于现有高技术的嫁接、移植、二次创新和整合，并不存在不可逾越的技术难关，投资较少，性价比高，比较容易实现。
全世界的大城市都普遍存在交通拥堵和尾气污染的困扰，大运量PRT个人快速公交系统可以为全世界的城市居民带来福音。
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