Синьпин Янь – Передовые технологии и перспективы их развития в транспортной отрасли Китая (страница 6)
В ранние времена у человека не было термина «транспорт», чтобы связаться, перевозить товары, увидеть друг друга. Люди в основном передвигались пешком, поэтому между поселениями, которые находились на большом расстоянии друг от друга, не могло быть хорошей связи, люди не могли быстро коммуницировать, а уровень тогдашней науки и техники, политики, экономики был очень слабо развит. Самый примитивный вид транспорта показан на рисунке 1-6.
Позже, с развитием общества, люди постепенно приручили некоторых животных (лошадей, верблюдов и т. д.), и появился гужевой транспорт, такой как конные экипажи. Это можно расценивать как «огромный» скачок в истории транспорта. Это также относительно облегчило межплеменные и междинастические обмены и способствовало дальнейшему развитию общества. Технологиями, способствующими развитию средств передвижения на этом этапе, была энергия биомассы, материалы и производство машин, а сельскохозяйственная цивилизация сформировалась благодаря использованию энергии биомассы при помощи транспорта, приводимого в движение животными. Повозки, запряженные лошадьми, и верблюжьи караваны показаны на рисунке 1-7.
Первые в мире практичные велосипеды появились в начале XIX века. В 1817 году немец Карл Дрез изобрел деревянный двухколесный велосипед с рулем в Париже, Франция. Велосипед быстро стал популярным средством передвижения. Он показан на рисунке 1-8.
Вскоре после этого постепенно сформировались средства передвижения по воде, и парусник, приводимый в движение ветром, долгое время сосуществовал с транспортом, приводимым в движение животными, в качестве средства передвижения и способствовал быстрому развитию общества. Парусник, приводимый в движение ветром, показан на рисунке 1-9.
Первым в мире паровым двигателем был эолипил, изобретенный Героном Александрийским в Древней Греции в I веке нашей эры. Это был прототип парового двигателя. Томас Савери в 1698 году и Томас Ньюкомен в 1712 году построили первые промышленные паровые машины, и они оба внесли свой вклад в развитие паровых двигателей. В 1807 году Роберт Фултон первым успешно применил паровой двигатель для управления кораблем. Применяя научные теории, шотландский инженер Джеймс Уатт постепенно обнаружил недостатки этого типа паровых машин. С 1765 по 1790 год он сделал ряд изобретений, таких как отдельный конденсатор, изоляционный слой снаружи цилиндра, смазка поршня маслом, планетарные шестерни, механизм параллельного движения, центробежный регулятор, дроссельный клапан, манометр и т. д., благодаря которым эффективность паровой машины была более чем в три раза выше, чем у первоначальной машины Нейкома, и в конечном итоге был изобретен промышленный паровой двигатель.
Что касается наземного транспорта, люди начали разрабатывать средства передвижения, которые могли использовать паровые двигатели для быстрого перемещения транспортных средств вперед. Среди них первым, кто добился прорывных результатов, был британец Джордж Стефенсон (1781-1848). В 1814 году первый разработанный им паровоз «Блюхер» был успешно запущен в опытную эксплуатацию. 27 сентября 1825 года Стивенсон лично управлял паровозом «Ракета», который он спроектировал и изготовил в сотрудничестве с другими, для испытательного пробега по недавно проложенной железной дороге и добился успеха. Применение паровых машин на транспорте привело человечество в «эпоху поездов» и быстро расширило сферу человеческой деятельности.
Паровой двигатель сыграл огромную историческую роль. Он способствовал развитию механической промышленности и даже общества, решил основные и ключевые проблемы производства больших машин, способствовал беспрецедентному прогрессу на транспорте. В то же время промышленная революция возникла отчасти благодаря усовершенствованию парового двигателя, а паровой локомотив – благодаря усовершенствованию парового двигателя и его применению последующими поколениями. В то время Британия поощряла изобретения, и когда население увеличилось и скорость производства увеличилась, люди начали усердно работать над улучшением производственного оборудования. Серия технологических революций, вызванных усовершенствованием Уаттом парового двигателя, привела к переходу от ручного труда к машинному производству. Таким образом, усовершенствование парового двигателя стало одной из причин промышленной революции. Паровоз – это железнодорожный локомотив, использующий в качестве источника энергии паровую машину. Поэтому без совершенствования паровой машины рождение этого средства передвижения было бы невозможно. Паровозы и пароходы показаны на рисунке 1-10.
Паровые поезда и пароходы в настоящее время в значительной степени устарели. Паровые поезда Китая официально сошли со сцены истории в октябре 2009 года. Технология сочетания новых материалов и машиностроения с помощью термодинамических приводов, а также сжигание ископаемой энергии в паровом двигателе привели к формированию первой промышленной революции человечества.
Взаимопревращение электрического и магнитного полей закладывает теоретическую основу для создания электромобилей. В середине 1880-х годов немецкий изобретатель Карл Бенц предложил конструкцию легкого двигателя внутреннего сгорания, работавшего на бензине в качестве топлива. Изобретение двигателя внутреннего сгорания решило проблемы автомобильных двигателей и вызвало революционные изменения в сфере транспорта. Технологией, способствующей наступлению эры электрификации, стало сочетание технологии производства двигателя внутреннего сгорания с технологией обрабатывающей и нефтехимической промышленности, что привело к формированию второй промышленной революции за счет сжигания вторичных источников энергии. В конце XIX века появился новый вид транспорта – автомобиль. В 1880-х годах немец Карл Бенц успешно изготовил первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания. В то же время многие страны начали создавать свою автомобильную промышленность. В дальнейшем продолжали появляться и тепловозы, океанские корабли, самолеты и т. д. с двигателями внутреннего сгорания. В 1894 году Германия успешно разработала первый локомотив внутреннего сгорания с бензиновым двигателем и применила его на железнодорожном транспорте. 17 декабря 1903 года самолет, изготовленный братьями Райт в США, успешно совершил испытательный полет, осуществив мечту человечества о полете в небе и ознаменовав новую эру транспорта. Первые автомобили, поезда, самолеты и корабли показаны на рис. 1-11.
Интеллектуальная эпоха – это эпоха, в которой информационное, программное и аппаратное обеспечение высоко автоматизировано, а различные дисциплины всесторонне развиты и развиваются семимильными шагами. Это представляет собой огромную проблему для человеческого инновационного потенциала. В эпоху интеллекта интеллектуальная идентификация, компьютерный расчетный анализ и автоматическое управление системами стали основными технологиями. Эпоха интеллекта освободила людей от трудоемких операций, заменив труд, привнося большие удобства в жизнь людей. В сфере транспорта интеллектуальные технологии также продемонстрировали свою ценность. Сочетание технологий механического производства и информационных технологий привело к третьей промышленной революции, сделав передвижение быстрее, эффективнее и безопаснее за счет использования вторичной энергии.
Автономное вождение – продукт интеллектуальной эпохи. Оно объединяет сенсорный интернет вещей, мобильный интернет, анализ больших данных и другие технологии для активного удовлетворения потребностей людей в поездках. Новый энергетический автомобиль является типичным продуктом интеллектуальной эры, который подразумевает использование нетрадиционного автомобильного топлива в качестве источника энергии (или использование традиционного автомобильного топлива и использование новых бортовых энергоустановок), а также интегрированный контроль мощности автомобиля и передовые технологии привода, формирование передовых технических принципов, с новыми технологиями, новые структуры автомобиля. Беспилотные автомобили и транспортные средства на новых источниках энергии показаны на рисунке 1-12.
Кроме того, автоматические системы взимания платы за проезд на автомагистралях (ETC), системы адаптивного управления сигналами и т. д. также являются продуктами интеллектуальной эпохи. Среди них система адаптивного управления сигналами представляет собой интеллектуальную систему управления дорожным движением, которая в основном используется для оптимизированного и скоординированного управления дорожных светофоров в крупных и средних городах. Система обнаруживает информацию о дорожном потоке через детекторы, а затем передает эти данные на главный компьютер через сеть в режиме реального времени. Главный компьютер генерирует оптимальный план синхронизации зеленого света в реальном времени и применяет его на практике, что может максимизировать движение транспортных средств в пределах города. Или минимизировать другие показатели оценки управления движением (например, задержки, количество остановок) и т. д. Этот метод управления подходит для использования в региональном управлении или координации магистральной линии. Главный компьютер может координировать несколько сигналов перекрестка, чтобы план работы можно было адаптивно корректировать в соответствии с изменениями транспортного потока, тем самым повышая общую эффективность работы магистральной линии. Система ETC и система адаптивного управления сигналами показаны на рисунке 1-13.