M.A.T.S. Tore Sæterdal Vegard Brekke Løvvig. Øyvind Rognerud Karlstad Magnus Conrad Harr September 30, 2015

Transkript

1 M.A.T.S. Tore Sæterdal Vegard Brekke Løvvig Håkon Prestegård Øyvind Rognerud Karlstad Magnus Conrad Harr September 30, 2015 I 2050 vil all transport i Midtfjord foregå i egne tunneler. Transportmoduler styres av en sentral hjerne, uten menneskelig påvirkning.

2 Contents 1 Innledning 1 2 Lagsammensetning 1 3 Layout 2 4 Implementasjon Maglev-teknologi Intern transport Vedlikehold Shuttletrafikk Konklusjon 6

3 1 Innledning I en offshore bydel vil transport av både personer og varer by på flere utfordringer: Plass vil være en ettertraktet ressurs, og høy befolkningstetthet krever at transport går svært effektivt. Hvordan skjer transporten til/fra og internt i Midtfjordkomplekset, hvordan garanterer vi at skadefrekvensen reduseres til 0, og hvilken teknologi ligger bak? Resten av transportproblemene utenfor Midtfjord blir overordnet beskrevet, men ikke nærmere diskutert i denne oppgaven. For å løse oppgaven har vi gjort noen antakelser om utformingen av Midtfjord: Midtfjord består av kuleformede noder, hvor en større sentralnode er omgitt av flere subnoder. Vi antar at sentralnoden har en radius på ca. 400 m. Dette betyr at gangavstand fra sentrum til periferien er ca. 5 minutter ved havnivå, mindre lenger ned. Det er også tatt som forutsetning at de andre scenarioene beskrevet i oppgaven er realisert. 2 Lagsammensetning Vi består av en gruppe på fem studenter som studerer kybernetikk og elektronikk. Utenom studiet har vi ulike interesser og hobbyer, som gjør at vi sammen ser mange utfordinger og smarte løsninger fra forskjellige vinkler. Tore er den kreative personen som i tillegg alltid sprer godt humør. Håkon bidrar ofte med en annen synsvinkel, og ser dermed problemstillinger resten av gruppa har oversett. Vegard er den aktive, bringer teknisk innsikt og motiverer gruppa til å jobbe. Øyvind holdt liv i gruppa gjennom gode innovative ideer. Magnus tilfører teknisk kunnskap, og bidrar med gode ideer til gjennomføring av prosjektet. 1

4 3 Layout Vi antar at nodene er delt inn i nivåer, hvor hvert nivå er flere etasjer høyt. Alle nivåene kommer dermed med bygninger og utearealer. Vår løsning på transportsituasjonen består av et system med automatiserte transportmoduler som beveger seg i tunneler. Dette vil ikke bare øke trafikksikkerheten, ved at fotgjengere aldri er i nærheten av kjøretøyene, men også føre til en mer estetisk by, ved at veier byttes ut med gågater, sykkelfelt og grøntarealer. Figure 1: Layout av tunnelsystemet internt i Midtfjord Internt i nodene vil tunnelen ligge i en ring under hvert nivå, hvor ringens radius er halvparten av det aktuelle nivåets (vist i figur 1). Det vil også gå ramper opp og ned til nærliggende nivåer. Det plasseres stoppesteder på strategiske steder langs banen, slik at gangavstand minimeres. På hvert nivå vil det finnes droner som kan frakte varer fra stoppestedene til dørstokken. Dette er nødvendig for transport av varer som ikke kan bæres opptil 200 meter. Transport mellom nodene løses ved at tunnelen ved havnivå er koblet til broene mellom nodene. Det vil dermed være mulig å komme seg til et vilkårlig stoppested, i en vilkårlig node, uten bytte av transportmodul. Tilgangen til transportplanet vil være liten. Som et tiltak for å få ned trafikkulykkene vil det ikke være mulig å oppholde seg i trafikken. Vi ser for oss en innkapsling av hele transportsløyfen. Når modulen står klar på stoppestedet vil en skyvedør åpne seg, og man går direkte inn i modulen. Porten lukkes idet modulen begynner å kjøre. Dette gjør at man aldri klarer å komme nedi skinnegangen slik som på dagens undergrunnsystemer. 2

5 4 Implementasjon Hele transportsystemet internt i Midtfjordkomplekset samt til og fra skal foregå på maglevtog. Det skal være separate systemer, men med ett felles stoppested i Midtfjordkomplekset. 4.1 Maglev-teknologi Magnetisk levitasjon beskriver en måte for å bl.a. kunne bevege kjøretøy uten at de rører bakken. Det brukes magneter for å skape løft og akselerasjon i begge retninger. Dette gjør at friksjon reduseres betraktelig og en kan oppnå mye høyere hastighet enn ved tradisjonelle kjøretøy. Ved å bruke maglevtog som kjøretøy kan transport foregå raskt, sikkert og stille. En utfordring med denne løsningen er at det er veldig energikrevende. Ved å kjøre alle maglevtog i isolerte tunneler vil det kreve mindre energi å opprettholde superledende magneter hele tiden, og effektutnyttelsen vil være større enn ved tradisjonelle tog. I motsetning til tradisjonelle tog, hvor spor og kjøretøy er utsatt for mekanisk slitasje, vil maglev- spor/tog ha behov for minimalt vedlikehold (basert på timer i drift). Det finnes flere ulike måter å oppnå magnetisk levitasjon på. Teknologien elektromagnetisk suspensjon er dog den eneste som ikke krever hjul, dvs. at kjøretøyet kan sveve selv om det er stillestående. Dette vil være det beste systemet for Midtfjordkomplekset, ettersom det vil være mange steder der kjøretøyene vil måtte holde lav fart, eller stå stille. 4.2 Intern transport I tunnelene vil det kjøres transportmoduler basert på maglevteknologi. Et eksempel på utforming er vist i figur 2. Modulene vil komme i forskjellige størrelser. Det vil være transportmoduler med bestemte rutetider som kjører til strategiske stoppesteder, mye likt bussen, og en oppdragsbasert løsning lik dagens taxi. Det vil også finnes dedikerte moduler for varetransport. Figure 2: Transportmodul [1] Hele systemet med moduler fjernkontrolleres fra Midtfjords sentrale kommunikasjonshub(hjerne). Sentralen er svært sofistikert og henter kontinuerlig inn informasjon fra modulene, som destinasjon, posisjon, hastighet, etc. Videre brukes denne informasjonen til å navigere fraktmodulene innad i tunnelene, pensing mellom spor, 3

6 styring inn på rampene til nivået over eller under, o.l. Systemet vil være fullstendig autonomt for å minimere risiko for uhell som følge av menneskelig svikt. Layouten med parallelltunneler sørger for høy transporteffektivitet. Videre kan systemet omdirigere moduler mellom parallelltunnelene, og slik hindre at systemet stopper opp i tilfelle havari. Sporene som modulene kjører på vil være lagt med vinkling slik at en modul i en fast hastighet i tunnelen vil krenge slik at passasjerene og eventuelt gods ikke vil merke svingingen i like stor grad. De vil kun merke et jevnt trykk tilsvarende ca 1G mot gulvet. Figure 3: Tunnelbytte Figur 3 viser hvordan maglev-skinnene (mørkegrå) går parallelt i to spor. Med jevne mellomrom vil det være mulighet for å pense over i det andre sporet. Tilsvarene overgang vil også finnes for skinnene til vedlikeholdsmodulene. Dette trengs for å garantere at det ikke blir fullstendig stopp i begge sporene samtidig. På Midtfjord vil det for forbrukeren være flere tilbud, mye slik som idag. Dòg vil det være mulig for bla. håndverkere eller den gjengse beboer å gjøre jobber eller storinnkjøp på fastlandet hvor utstyr og materialer fraktes som gods over fjorden og videre internt på Midtfjord fraktes på egnede transportmoduler. Ifra stoppestedet på transportplanet og opp til den faktiske destinasjonen det være transportdroner som tar seg av frakten. 4.3 Vedlikehold Figure 4: Vedlikeholdsmodul plukker opp havarert transportmodul, trafikk forflyttes til parallellspor Tunnelarkitekturen vil utover den primære magnetskinnen, inneholde en serviceskinne i taket. Dette vil sørge for at vedlikehold kan automatiseres. For eksempel om en modul havarerer i en tunnel, kan systemet sende ut en vedlike- 4

7 holdsmodul (figur 4) som kjører på service-skinnen og kan hente ut den defekte modulen og frakte til reparasjon, helt uten menneskelig innblanding. Vedlikeholdsmodulen designes slik at den kan kjøres over normale transportmoduler, og vil dermed ikke hindres av kø, eller liknende. I tillegg til at vedlikeholdsmodulen kan hente ut defekte transportmoduler, vil den utstyres med automatiserte verktøy på robotarmer slik at systemet kan vedlikeholde seg selv. Automatisert vedlikehold vil minimere tiden en transporttunnel holdes stengt. 4.4 Shuttletrafikk Transport til og fra Midtfjord vil skje i form av skytteltrafikk med tog som benytter Maglev-teknologi. Det vil være to tog tilgjengelig, hvor det ene vil reguleres mellom å være persontog og godstog, basert på nødvendighet ved ulike tidspunkter. Det antas å være 8 kilometer avstand fra Trondheim Sentralstasjon til Midtfjord. En rundetid på 10 min er dermed realiserbart. Persontoget vil utenom rushtrafikk gå hvert tiende minutt. På grunn av Midtfjords høye evne av selvstendighet vil ikke trafikkapasiteten inn til fastlandet sprenges. Alt av skoler, butikker og helsevesen finnes i Midtfjord, det vil derfor ikke være nødvendig for hele befolkningen å dra inn til fastlandet samtidig. Det vil være to spor slik at togene kan kjøre i hver sin retning samtidig. Dette øker trafikksikkerheten ved at de aldri krysser veier. På midtfjordskomplekset vil det være en sentralstasjon hvor alle går av/på. I tillegg vil det være en egen stasjon hvor godstoget kan kjøre ned og laste/losse. Her vil varene bli automatisk levert/hentet og kjørt videre av egne fraktmoduler. All godshåndtering foregår automatisk vha. dedikerte droner. Ettersom Midtfjord er selvforsynt med mat og Dahls, vil det være begrenset gods som skal til/fra Midtfjord hver dag. Vi tenker dermed at ett tog vil være nok til all godstransport. Togene vil benytte seg av de samme parkeringshallene som transportmodulene for det interne systemet. Her kan de undergå reparasjoner og vedlikehold, samt koble av eller på vogner. Dette vil spesielt være gunstig for godstoget da det enkelt kan dimensjoneres til godsmengden. 5

8 5 Konklusjon Basert på våre løsninger vil vi kunne garantere et samfunn hvor skadefrekvensen i trafikken er redusert til 0. Menneskelig svikt er den største årsaken til at ulykker idag skjer. Som en konsekvens av at all transport skjer på egne plan i Midtfjord, vil det ikke være mulig for innbyggerne å komme i kontakt med modulene. I tillegg foregår all transport til/fra og internt i Midtfjord autonomt. Alle moduler er selvstyrte og guides fra hovedenhet. 6

9 References [1] PSFK, [2] Magnetisk levitasjon, Wikipedia 7