太阳能与水动力的空中捷运系统的制作方法

本发明由悬挂式轨道交通系统配合太阳能及水动力来发电供电，达到快速运输的目的。

背景技术：

目前全世界都在提倡“路权”运动，行人、自行车、公共汽车都希望能有一条完全属于它们的道路，目的就是为了能减少肇事事故的发生，而当前正处于人口激增的时代，道路的使用面积逐渐缩小，如何弹性的运用道路面积，适时的提高路权意识，是目前每个现代化城市最关切的问题。

PRT人员快速运输系统(Personal Rapid Transit System)的概念萌发于1950年，到了1970年这种新概念的轨道交通系统，在各国政府支持下开始研制，但由于技术先进，非当时技术所能完成。直至21世纪，依靠科技的进步，各种关键技术元件的推陈出新，目前已有多种不同型式的PRT运输系统进入商业化运行。

目前已有第一代的PRT人员快速运输系统营运中，如德国有两条线路Dort mund市(1984)、Dssel dorf市(2002)投入使用已有多年；日本则有千叶县、湘南两条路线；美国有维吉尼亚州大学一条路线，运转率几乎高达100％。

前述为PRT系统在世界上仅有的少数装置，当然亦有少数装置正在建造中，然其结构皆与本发明不同，存在于大多数的城市中，仍是以私人小汽车、公共汽车为运输主体，轨道部分则是以地铁、轻轨为主。

至于，现有铁、公路等运输系统，随着社会的蓬勃发展及生活水平不断提升，平常日尚能应付，遇到假日，尤其是连续假日及上下班尖峰时间，只能用异常堵塞来形容。而轻轨或地铁等捷运系统的造价都非常昂贵，尤其要在拥挤的城市中，寻求那么大面积的土地来建设，实现上非常不容易，且工期漫长、施工亦不方便，更加影响现有交通。

本案发明人投入空中捷运系统规划研究多年，深知传统地铁及轻轨等架构除了存在造价、时间、现场施工影响等不足外，最主要为其电力能源的取得仰赖的发电方式，对于能源渐渐枯竭的未来，除了能源危机的问题外，污染的问题亦是绿色环境的一大杀手。

有鉴于此，本案发明人以国外PRT人员快速运输系统的架构为主，并运用“蚂蚁搬家”的概念，以轨道交通达到随到随走，直达终点的运输目的，再配合太阳能及水动力的设置，使系统运转达到无噪音、无废气排放，以符合环保要求。

技术实现要素：

本发明涉及一种太阳能与水动力的空中捷运系统，其属于PRT人员快速运输系统的范围。主要理念是运用类似“蚂蚁搬家”的概念，使轨道交通达到“随传随到、随到随走、直达终点”的目的。

为了达到上述目的，本发明提供了一种太阳能与水动力空中捷运系统，该系统包括停靠站台、轨道装置、车辆装置、行控装置、电力装置和营运控制装置，该停靠站台依路线规划设有多个站台供乘客上下车，站台与站台之间设有轨道，且沿着路线在设定距离设有支柱供支撑轨道装置，于轨道上设有多个车辆装置，车辆装置能在轨道上移动，通过行控装置控制车辆的运行且配合营运控制装置进行收费，其中：

该电力装置使用太阳能与水动力为动力来源，其利用太阳能分解水制备氢气，将光线射入金属氧化物层的薄膜硅电池并产生一电压，金属氧化 物层起光阳极作用成为氧气形成的位置，并通过一个石墨导电桥连接到太阳能电池，且只有金属氧化物层接触到电解液，太阳能电池其他部分不会受到腐蚀，铂金线圈用作阴极，且铂金线圈为氢气形成的位置。

在本发明的一实施例中，太阳能与水动力空中捷运系统还包括一太阳能板，该太阳能板铺设于轨道上方。

在本发明的一实施例中，太阳能与水动力空中捷运系统连接有市电，当无日照或太阳能失去功能时，可切换由市电供电。

在本发明的一实施例中，太阳能与水动力空中捷运系统还包括一座10kv配电装置室及18座0.4kv配电装置室。

在本发明的一实施例中，太阳能与水动力空中捷运系统将路面、轨道、供电系统、通信系统、信息系统和隔音网全部集结在轨道梁内。

在本发明的一实施例中，该太阳能板能够根据日照方向调整角度。

本发明提供的空中捷运系统将太阳能板置于轨道上方，以太阳能为动力；而轨道位在列车上方，通过钢铁或水泥等材质的立柱将其支撑在空中。并将地面交通移升至空中，从而能在无需扩展城市现有公路设施的情况下，缓解城市交通饱和及拥塞等难解的问题。

而且，本发明只是将轨道移至空中，而不是像高架轻轨或跨坐式单轨系统，必须将整个路面高架空中，因为这样是必要将整个路段长期封街、施工缓慢、产生巨大噪音等因施工所带的弊病。

本案的目的很明确，即系统运转必须是无噪音、无废气排放，符合环保要求。且系统必须融入现有的交通系统中，成为其延伸与补充。比如，可与地铁连接到达市中心的商圈及办公区，并为医院、学校、住宅区提供联线。该系统必须是可以随着城市发展而扩充，亦即系统必须是可以加长也可以拆卸、可以移动、可以改造具弹性的。

本发明属于轻型、中等速度的交通工具，特别适宜于中小城市做为城市轨道交通。亦可于大城市中做为地铁的延伸，连接到市中心的商业圈及办公区，为医院、学校、住宅区提供联线等。更可以做为城市繁华区、居民聚集区、风景旅游区、大型商圈、博览会等地区的交通工具，又可做为机场、地铁、火车站、长途客运站之间的接驳工具，并替代地铁完成大运量交通任务。

本发明利用太阳能为动力，再配合水动力相辅，除了解决交通的问题，同时也能运用持续的干净能源解决未来石油危机。不同于地铁或轻轨，本发明将路面、轨道、供电系统、通信系统、信息系统、隔音网全部集结在轨道梁内，所以可以先在工厂内预先批量生产制作完成，在现场仅需将轨道梁植入固定，工期短速度快，较不影响现场交通且建设成本及之后的运行成本都远低于地铁或轻轨的造价甚多。最重要的是本发明占地面积极小，对于传统腹地较小的城市非常适用，避免土地征收的困扰，利用太阳能或水动力更可保持系统的清洁、美观，符合环保的要求。

附图说明

图1为本发明的流程方块图；

图2为本发明中的站台装置的示意图；

图3为本发明无停车格的车辆停靠与进出站示意图；

图4为本发明有停车格的车辆停靠与进出站示意图；

图5为本发明中的轨道装置的钢轨示意图；

图6为本发明中的驱动转向器的示意图；

图7为本发明中的车辆装置的示意图；

图8为本发明中的电力装置的示意图。

附图标记说明：1-空中捷运系统；11-停靠站台；111-月台；112-电梯； 12-轨道装置；120-钢轨；121-主轨；122-支轨；1221-分轨；1222-分轨；1223-停车格；13-车辆装置；130-驱动转向器；131-车厢体；132-座椅；14-电力装置；141-太阳能板；15-行控装置；16-营运控制装置。

具体实施方式

首先，如图1所示为发明实施例的流程方块图。其主要包含停靠站台11、轨道装置12、车辆装置13、电力装置14、行控装置15及营运控制装置16，通过这些装置的组合形成一空中捷运系统1。

本发明属于PRT人员快速运输系统，因此就停靠站台11、轨道装置12、车辆装置13、电力装置14、行控装置15及营运控制装置16皆属于必要的装置，亦即传统的PRT系统皆有此部分的装置，然本发明虽引用该传统PRT系统的装置，但每一装置配合本发明的设计结构皆有其差异性，且针对电力装置14采用太阳能及水动力无污染的能源，除了具有环保节能的功效，更能通过本系统达到快速运输的目的，并缩短建造时间，从而能减少对交通的影响，更具安全性；尤其空中捷运系统1向上延伸至空中，因此不需极大面积的土地，所以可免除征收土地的纷争，并节省诸多成本，是极佳的空中运输装置。

其次，关于靠站台11如图2所示，站台为供旅客上、下车或是转乘其他交通工具的地方。因此基本设计包括月台111及可供旅客上下停靠站台11的电梯112等相关设施。本发明依照每一站运输量的多少、须停靠多少车辆而调整月台111的长度，至于其高度则应和轨道的高度相配合，使旅客以平行方式上、下车，这样可使于行动不便者及老年人上、下车，又能缩短停车时间并降低站台的造价。

停靠站台11的设置可通过专用站台线与正线分离，使进站车与跨站车相分离，以避免车辆装置13上下乘客对正常交通的阻碍。至于无停车格的车辆停靠与进出站，如图3所示，该轨道装置12设有主轨121及支轨122， 当然支轨122可依实际需要再设分轨1221、1222或更多，一般不停靠停靠站台11的车辆装置13直接由主轨121通过；要停靠停靠站台11的车辆装置13则由支轨122进入月台111，所以视需要设置有多个月台111的停靠站台11，就有多条分轨1221、1222，以达到分流的目的。

如图4所示为有停车格的车辆停靠与进出站示意图。该停靠站台11(如图2所示)上同样设有主轨121及支轨122，位于支轨122上设置有多个斜插式的停车格1223，不进站的车辆同样由主轨121通过，要进站的车辆装置13则由支轨122进入，并停靠在停车格1223内，则后方陆续进入的车辆装置13仍可由支轨122进站并进入不同的停车格1223。

另外，本发明的设计重点为采用太阳能及水动力为动力来源，不仅是无污染的能源，且通过多重的电力输入，可使车辆装置13供电不会匮乏，并通过太阳能及水动力不断发电，可将停靠站台11结合形成充电站，提供更多元的附加价值。

如图5所示为本发明中的轨道装置的钢轨示意图，该轨道装置12主要由钢轨120配合支柱(图中未显示)所组成，该钢轨120设有衍架，其跨度通常约30～40米，如果需要更大的跨度时，一般都采用悬挂式钢缆，而轨道的高度至少要大于大货柜拖车，一般约在7米左右，当然根据地形的需要，可以调整降低或升高。

钢轨120为直接承载列车的钢轮，将列车的荷重均匀吊挂往下传递的轨道组件，同时钢轨120须提供列车钢轮平顺流畅的行驶路面，并具导引列车行驶正确路径的功能。因此钢轨120与列车之间的契合性非常重要，如此才能为乘坐者提供舒适的搭载体验及延长钢轮的使用寿命。

如图6所示为本发明中的驱动转向器的示意图，其在一个空心悬轨中运动，使得驱动转向器130变得更简单，最主要能防止车辆在强风或是发生地震时的极端状况下发生脱轨的危险。且该转向器的悬轨下方除悬挂车 辆的重量外，设计尚可负载一定的重量，可供乘坐人员或运送货物，非常简捷方便。

有关车辆装置13如图7所示，车辆装置13是本发明中的基本运输单元，其具有一车厢体131，根据需求可为不同尺寸及用途的车厢，内设有座椅132或依据用途设置必要元件，该车辆装置13顶端连接于驱动转向器130，从而能悬挂于轨道装置12上。

如图8所示为本发明中的电力装置14，其供电方式以太阳能为主，并以普通电源为辅，太阳能发电系统主要通过安装在悬轨上20公里长、2米宽的太阳能板141进行太阳能收集，该太阳能板141沿轨道装置12表面平铺方式进行安装，这样不但可以增加轨道装置12的透光率，又有良好的遮阳效果。当然为了顺应太阳照射角度的不同，该太阳能板141可以设定不同角度以达到吸收更多的太阳能。

根据太阳能与水动力空中捷运系统的用电负荷及太阳能发电系统特点，必须建造一座10KV配电装置室及18座0.4KV配电装置室，以对系统车辆装置13及其他辅助设施供电(图中未显示)。本发明主要电力的产生以太阳能为主，随着科技进步，太阳能制氢技术与氢动力汽车的技术日趋成熟，因此本系统将太阳能制氢及氢动力与太阳能相结合。

传统的制氢方式主要通过煤、石油或天然气的裂解产生氢气，或者通过电解水制的氢气，由于氢气在制备过程中消耗了大量的化石原料，所以造成区域的环境污染，导致全球变暖加剧。因此开发出清洁制氢途径成为氢能源开发的目标之一。

本发明结合了这两方面的最佳之处，利用了化学的稳定性及金属氧化物的低廉价格，将其与一个很好且相当简易的薄膜硅太阳能电池结合，从而得到一个更便宜、非常稳定且高效率的(水解氢气)单元。所以本发明可以通过太阳光将水分分解成氢气和氧气，从而能使得太阳能可以被转换 成氢能并储存起来。

太阳能和水是地球上最重要的两种可再生资源，利用太阳能分解水来制备氢气是最清洁的制氢途径，一直是人类开发氢气的梦想。利用太阳能制备氢气的途径有光热分解水、光电分解水、光合生物分解水及光催化分解水等，其中以光催化分解水是最理想的制氢方法。该作用原理是当光线射入这个简单具有金属氧化物层的薄膜硅电池时，系统就会产生一个电压，金属氧化物层起光阳极的作用，成为氧气形成的位置，它通过一个石墨导电桥连接到太阳能电池单元，由于只有金属氧化层接触到电解液，所以太阳能电池单元的其他部分会受到腐蚀。铂金线圈则被用作阴极，这是氢气形成的位置。

本发明中的电力装置14运用太阳能制备氢气的装置，具有占地面积小、产气量大、且能快速产气、随产随用，停机即自动停止产气，而没有储存及运输燃气的问题等优点。

本发明提供的太阳能与水动力空中捷运系统是一个由计算机自动控制的运输网络，该行控装置15是本发明的最核心项目，完全由程序网络控制，乘客只需将目的地输入计算机，便不需要任何进一步的人工操作，每个系统车辆装置13都可由车载计算机都通过网络与其他的车辆装置13、轨道装置12开关或和停靠站台11进行沟通，能有效的指导车辆到达目的地。

本发明中的行控装置15主要包含有：

(一)自动化列车保护系统(ATP)，目的在确保安全作业的强制执行，以避免撞车及出轨的意外，且必须达到一下三点：

(1)通过移动式闭塞(moving block)标志系统或是绝对煞车距离(absolute braking distance)以便于能降低班距。

(2)在自动化路线上运转可减轻驾驶人的压力。

(3)增加运转速率以降低整体的运转时间。除此之外，诸如速限传送、强制煞车、站台的月台确认车门开启许可，行车方向控制等，亦都是ATP系统的功能。

(二)自动化列车监督系统(ATS)，目的在监视车辆的性能状态，并自动调整及维持车辆移动作业，以保持最佳的运转时程，主要功能包括有列车调度、性能监视、性能修正及车辆控制系统警报监视等。

(三)半自动化车辆控制系统(SATO)，由于轻轨列车的车行速度比较缓慢，因此可以配合人工的目视操控辅以半自动化列车控制系统。该半自动化控制系统在车辆进入站台后，由人工(驾驶员)启动，以保持在进入下一个站台的路段上得以安全地行车，此功能系统与一般ATO相同。

为了使车辆的行进能有更高的安全等级，本发明采用计算机化操控系统(COCS)。以该系统作为本发明车辆运行时与行控中心OCC)相互联系与监督的一系统，其功能之一为通过车辆定位系统(GPS)的辅助，使行控中心人员可以掌握列车的位置、运行速度、到离车站时间、列车的准点或延误时间、非预定排程的停等状态及乘载率等，这些信息或数据均可统一汇集传送至行控中心，以让行控中心人员得以对列车时刻的调整或运行做出反应；另一功能则是通过无线电通讯技术，使车上乘客在意外或发生其他特殊情况下得以与行控中心人员相互沟通，以让行控中心人员依据定位系统或侦测系统传回的信息或数据，与乘车乘客相互沟通，解决所发生的各类不预期情况。

此外，计算机化操控系统尚须具备以下三个功能：

(1)点控制(point control)功能，以轨道电路传感器或红外线侦测器在闭塞区间分界点、列车转辙点等予以侦测，以掌握列车的行进路线；

(2)列车侦测控制功能，以避免追撞车辆的危险发生；

(3)障碍物侦测功能，通过红外侦测器来探知轨道上的障碍物，以确保安全。

本发明列车的行进控制必须再以一行控中心(OCC)为集中掌握与控制。行控中心是太阳能与水动力空中捷运系统营运的神经中枢，主要负责交通控制、监控列车营运、提供公共信息、旅客安全监视及电力监控等。整个系统应有一个大型综览显示屏，或者每一路线分别有单独显示屏。大型显示屏的目的是将所有列车的位置显示在图标路线的显示板上，也应显示标志机状态、转辙器和架空线状态以及显示所有设备的综合状况。

其中在监控列车营运状态的部分，行控中心应能够监控全线的行车路线，必要时得重新设定新的营运计划，以避免乘客因为操作不当引起的可能危险，通过大型监控屏幕，亦可确切了解列车目前的状态(行进、停止、维修、整备等)。在旅客行为与动线的安全监控方面，则是通过高分辨率的闭路电视(CCTV)来监控车站站台地区旅客上、下车的情形，以便随时应付各种可能突发的状况。

(四)通讯系统：本发明使用的通讯设备必须包含数据传输系统、无线电系统、有线电话系统及闭路电视系统。整体通讯设备的运作以达到列车正常且安全的运转、列车与乘客、控制中心人员三者的正常通讯、营运与维修人员的通讯、车站、轨道旁与控制中心之间的信号传送安全、乘客所需的信息、紧急事故的应变处理等功能为目标。

针对营运控制装置16中最重要的就是收费系统，该收费系统是所有运输系统中最重要的元素之一，其为乘客与营运者付费与收益间的主要接口，乘客对运输系统的满意印象常常首先来自收费系统。因此收费系统的设计必须能满足高效率、高亲和力、低成本、易操控、易维修，以及可提供管理阶层参考的相关统计数据等原则。

目前世界各国轻轨系统采用的收费系统可概分为以下两类：

(一)封闭式收费系统，即乘客必须在通过收费器之后，方得以进入太阳能与水动力空中捷运系统。

(二)开放式收费系统，乘客在使用太阳能与水动力空中捷运系统的过程中，要求必须携带可验证的票证，以供查验。原则上本发明建议长期而言以封闭式收费系统方式为较理想。

此外，收费系统中的票证也是重要的关键。票证的型式可以有纸卡、磁卡和IC智能卡三种，一般来说，磁卡与IC智能卡的扩充性与其它运输工具的共享性较高，是目前渐被采用的票证型式，此即一般所称的电子票证。目前国内有关电子票证设备与技术已有相当程度的发展，届时，电子票证系统技术便可进入实用的阶段，对即将推动的太阳能与水动力空中捷运系统而言，无疑是一可以作为收费系统规划的宝贵参考经验。

除了与收费、票证有关的相关设备以外，尚必须辅以相关系统的运作，例如车站计算机系统(Station Computer System,SCS)，主要用来搜集乘客数量等统计信息，通过与自动化收费系统与中央计算机系统的相连接，将数据作有效率的传输；中央计算机系统(Center Computer System,CCS)为维持乘客资料的处理与分析管理的系统。

当然本发明提供的太阳能与水动力空中捷运系统是一个高技术项目，其维护和后勤保障是整个系统正常安全运作不可或缺的组成部分。以上的说明可以了解，通过对太阳能与水动力空中捷运系统构成以及与其他交通方式之间的比较，结合国内外应用情况的研究，可总结出本发明具有如下特点：

1、建设成本低：地铁或轻轨由于牵涉到大量的拆迁问题，隐性的成本要高得多，施工时间也长得多。与其他轨道交通相比较，太阳能与水动力空中捷运系统的建设成本最低。

2、工程建设快：太阳能与水动力空中捷运系统，系统列车不像地铁或 轻轨，需要在现场进行大量的建造工程。本发明中所有的部件包括轨道梁、支柱等全是在工厂中批量完成的，现场施工十分简单快捷。支柱施工仅需在地下打孔，然后植入混凝土基础，不需要专用的极限设备。一般每处施工几天即可完成，全线只要几个月，即可将空轨竖杆组装完毕。

3、占地面积小、安装灵活：太阳能与水动力空中捷运系统占地面积极小，简单地说只要将马路上的照明灯杆加粗，即可支撑起整个空轨。本发明可从一处很容易拆卸后移至另一处，这对发展中的城市尤为重要。在城市新区，人流太小，没必要建大流量的轨道交通，可先建太阳能与水动力空中捷运系统，待商圈繁华、地价升高、人流增大后，再以大流量轨道交通替代，太阳能与水动力空中捷运系统可拆卸移走，用于它处。

4、适应复杂地形、特殊地质：太阳能与水动力空中捷运系统车辆采用外包橡塑钢轮，爬坡能力强，转弯半径小，道岔可在弯道处，对复杂地形有较好的适应性，因此选线自由度大，从而可以减少拆迁量和施工期间对地面交通的影响。还有一些城市有特殊地质结构，如地下泉水、硬质岩层等，无法开挖地铁，这些城市建造太阳能与水动力空中捷运系统系统更应成为首选。

5、全过程控制自动化：本发明系统为全程全自动无人驾驶系统，它采用自动车辆控制(ATC)系统，全程由计算机控制，能保证在任何时间、任何情况下3公分的列车定位精度。列车全程自动运行(ATO)，高效、节能、准时，消除人为错误。而自动列车(ATP)能保证列车不会超时、冒进，发生追尾等事故，因此本发明采用小编组高密度发车的方式，以高密度来满足大运载量的需求。

6、外观美观整洁、环保低噪音节能：沿古城的河道，随山城的起伏，沿风景区海湾，太阳能与水动力空中捷运系统可随时拔地而起，为城市增加一道亮丽的风景线。且系统为全封闭太阳能电力驱动，无噪音，无任何 污染，占地面积极小，是最为环保的交通工具。一旦建成，可极大的缓减城市拥挤的交通，大量地降低汽车对空气的污染。尤其太阳能与水动力空中捷运系统的轨道全封闭在轨道梁内，行驶时几乎不产生噪音。所有的电线、通信线也全部封闭在轨道梁内，外观整洁、美观。又系统列车在热闹的城市上空，或拥挤的高速公路上方，以每小时50公里的时速，无声息地穿梭而过。

7、安全可靠：美国公共交通系统的安全指针可以说是全世界最高之一，而太阳能与水动力空中捷运系统所有安全性能指针均超过国家标准。太阳能与水动力空中捷运系统的轨道在封闭的梁内，所以绝对没有出轨的可能性。另外，在空中运行，不会发生与其它物体相撞行为。

综上所述，本发明通过太阳能与水动力的结合，形成一空中捷运系统，从而能以无污染的电力供应车辆运输，又本系统占用土地面积极小，适用于任何中、小型城市，且工期短对交通影响的冲击较小，又轨道全封闭在轨道梁内，行驶几乎没有噪音，所有的电线、通信线也都封闭在轨道梁内，外表整齐、美观，实已达到进步性及新颖性的目的，显已符合专利要件，爰依法提出专利申请。