Draagkracht van je netwerk

Deze pagina is bedoeld als enkel een theoretische uitleg over de draagkracht. Kruisingen en netwerken zijn veel belangrijker. Onder voorbehoud, laten we de verschillende factoren eens bekijken die de draagkracht beïnvloeden.

Seinafstand (SA)

Dit is een vrij duidelijke factor. Ver uit elkaar staande seinen resulteren in een lage draagkracht. Met een SA van één sein per N tegels, zal de minimum afstand tussen twee op volle snelheid rijdende treinen nooit kleiner zijn dan N+1 (Figuur 1). Wanneer treinen zo dicht bij elkaar rijden, heb je de theoretisch maximale dichtheid voor treinen bereikt. In de praktijk is het bereiken van deze dichtheid onmogelijk.

Figuur 1: Minimale afstand treinafstand van vijf bij een seinafstand van vier

Dus welke seinafstand kan ik gebruiken?

• Twee tegels

Een SA van twee geeft een minimum gat van 3, en is de optimale praktische oplossing.

• Een tegel

Een SA van een levert volop problemen op. Zelfs een spoorsplitsing veroorzaakt een gat bij de seinen. Het is mogelijk om spoor onder een hoek met een sein te verbinden met een tussenruimte van 1, maar dit leidt tot een behoorlijke verhoging van bouw complexiteit.

• Halve tegel

Spoor onder een hoek heeft de mogelijkheid tot dubbele seindichtheid. Dit kan theoretisch interessant zijn, of voor het sparen van een paar millimeter bij een bijna-ongeluk situatie.

Figuur 2: Tussenruimte seinen is inefficiënt

Welke SA je ook kiest, een belangrijke overweging is consistentie. De capaciteit van een spoor wordt bepaald door de grootste seinafstand op dat traject. Dus, een traject met een sein elke twee tegels, dat een abnormale tussenruimte heeft van drie of vier tegels, zal te leiden hebben van een grote vermindering van de capaciteit en kan in potentie zorgen voor een file, en daarmee regel 1 overtreden (Figuur 2).

In OpenTTD bewegen treinen langzamer in bochten (dank je SmatZ!), en dus vereisen deze bochten een verhoging van de seindichtheid om flessenhalzen te voorkomen - als je een autoseinen instelling van 2 gebruikt, moet je handmatig de seindichtheid verhogen op gebogen spoor naar 1.

Treinlengte (TL)

Dit is een zwaard dat aan twee kanten snijdt. Een langere trein zal de waarschijnlijkheid verhogen op het ontstaan van een straf voor de realistische acceleratie, met als gevolg een meer gespreide constructie en complexer. Echter, een langere treinlengte verhoogt de maximale vrachtcapaciteit van je netwerk. Merk op dat wanneer je locomotieven gebruikt met een voor- en achtersectie, maakt dat de aanvullende 1/2 tegel die wordt ingenomen, kortere treinlengtes minder aantrekkelijk.

Typische waarden van drie tot vijf tegels zijn normaal, met vier als bijzonder favoriet voor hogesnelheidnetwerken.

Kwantificeren draagkracht

Treindichtheid (TD)

Je netwerk zal een bepaald aantal treinen kunnen dragen, en aannemend dat je een gestandaardiseerde treinlengte hebt gebruikt, kunnen we enkele formule definiëren. De Treindichtheid (TD) van een spoorlijn wordt gegeven in de eenheden trein per duizend tegels, an kan worden berekend door het aantal treinen te tellen op die spoorlijn en te delen door de lengte van de spoorlijn.

Typisch gemeten waarden voor een niet geoptimaliseerd netwerk van treinen van 4 tegels lengte zijn een TD van 25 (treinen per 1.000 tegels).

De maximale TD voordat verkeersopstoppingen zichzelf blijven voortplanten, kan worden gemeten door een rij treinen te laten accelereren van nul naar maximale snelheid, en de tussenafstand op het moment van het bereiken van de maximale snelheid te meten. Daarbij gebruik je de volgende formule:

1.000 / (TL + treinafstand)

Bijvoorbeeld, een volgeladen 4-tegel Chimaera (de snelste magneetzweeftrein op dit moment) heeft een tussenruimte kunnen realiseren van 12, gegeven de kritieke dichtheid van 1.000/16 = 62,5.

Omdat deze kritische dichtheid informatie bevat over de acceleratie en de tijd nodig op op topsnelheid te komen, kan het jou ook vertellen wat de praktische capaciteit van je netwerk is. Bijvoorbeeld als je treinen gebruikt met een lager topsnelheid, wordt het gemakkelijker om een dichter netwerk te hebben. De gemiddelde tussenafstand voor treinen is veel kleiner voor spoorwegen dan voor monorails of magneetzweefbanen. Herhalen we het vorige voorbeeld voor elektrisch spoor dan geeft de T.I.M. een tussenafstand van slechts 6, en een kritische dichtheid van 100. Langzaam betekent niet beter, tenzij de gereduceerde lijndichtheid meer dan gecompenseerd wordt door een snelle omloopsnelheid.

Het is mogelijk om een netwerk te draaien met een hogere dichtheid dan de kritische dichtheid, maar dat wordt niet aanbevolen.

Theoretische maximale treindichtheid

Eenvoudig gezegd, dit is de treindichtheid als je netwerk volledig is opgevuld met treinen met overal de minimale tussenafstand. Je zult dit nooit realiseren.

Dit wordt aangegeven met de formule 1.000 / (TL + SA + 1)

Bijvoorbeeld, 4-tegel treinen en een seinafstand van 2 levert een theoretische maximale treindichtheid van 140.

Draagkracht (DK)

Omdat TL de draagkracht verandert van een spoorlijn, is het vergelijken van de TD over verschillende TL zinloos. Om een efficiënte vergelijking te kunnen maken tussen verschillende persoonlijke voorkeuren, hebben een nieuwe formule nodig. Deze nieuwe formule is eenvoudigweg een maat van het aantal eenheden vracht dat je netwerk transporteert per jaar, per spoorlijn. Dit is direct evenredig met de gemiddelde hoeveelheid vracht per spoortegel, en ook met hoe snel deze vracht wordt verplaatst.

Werk aan deze eenheid is in voorbereiding.

Je netwerk efficiënter maken

Nu we de parameters hebben gedefinieerd die we intuïtief al hadden verwacht, is de vraag hoe we deze kunnen gebruiken om ons netwerk te verbeteren? De gouden regel voor netwerk optimalisatie is dat treinen op het netwerk nooit vertragen. Er zijn twee mogelijke delen van een netwerk waar dat zou kunnen gebeuren, splitsingen en samenvoegingen.

Splitsingen

Voordat een spoor wordt gesplitst, moet je je ervan overtuigen dat er geen langere dan normale seinafstand is op de splitsing. Dit kun je verzorgen door overdadige plaatsing van seinen.

Samenvoegingen

Samenvoegingen stellen ons voor een uniek probleem. Bij een onbeduidende samenvoeging kunnen treinen op de hoofdlijn in potentie worden gestopt door een trein die van de zijlijn komt. Er is al een hoeveelheid werk hierover gemaakt op Priorities door medewerkers in het coöperatieve circuit. Deze link lezen kan je helpen met het vertrouwd raken met de principes van prioritering bij samenvoegingen.

Beschouw een typische samenvoeging zonder kruising, aan het uiteinde van een ophaalstation. Een strak op elkaar gepakte optimale stroom treinen komt het station binnen, maar vanwege de verschillen in laadtijd, wordt deze volgorde verstoord bij de uitgang van het station, en eindig je met twee sporen met minder dicht op elkaar gepakte treinen. Een van deze spoorlijnen, aangewezen als de hoofdlijn, zal gemiddeld gezien een tussenafstand hebben die groot genoeg is voor een derde trein ertussen. Eenvoudig de twee sporen met elkaar verbinden zal niet werken en een prioritering van de samenvoeging is nodig.

Merk op dat, omdat de treinen die vracht lossen altijd dezelfde tijd langs het perron staan, het mogelijk wordt om een strak in elkaar gepakte stroom van treinen uit en in elkaar te halen, zelfs een die boven de kritieke dichtheid komt! (Figuur 3)

🔍

Figuur 3: Lossen met stroomherstel

Een eerste passage samenvoeging met gebruik van prioriteit blokken zal de verkeersratio laten zakken van 1:1 naar 3:1 in het voordeel van de hoofdlijn (Figuur 4). Een aanvulling met een tweede geprioriteerde samenvoeging na de eerste is zinloos, want treinen op beide lijnen zullen met dezelfde snelheid doorrijden en de hoofdlijn zal eenvoudigweg opnieuw prioriteit opeisen. Een vertraging introduceren met een lus in het spoor, gevolgd door een tweede geprioriteerde samenvoeging, zal de zijlijn terugbrengen naar een meer druppelende invoeging van treinen en daarmee de meeste beschikbare gaten invullen op de hoofdlijn. Bestaande oplossingen zouden een pre-acceleratie spoor inhouden, echter een cyclotron elimineert de noodzaak voor het verlies van momentum.

Figuur 4: Geprioriteerde samenvoeging

Cyclotrons

Beschouw een zijlijn die terug lust naar zichzelf nadat een geprioriteerde samenvoeging heeft gefaald. Een trein in deze lus zal de hoofdlijn blijven testen op toegankelijkheid, eens per 8 * 'TL tegels totdat deze een ruimte vindt die groot genoeg is om op de hoofdlijn in te voegen. Nadat de cyclotron is geleegd, kan de volgende trein pre-accelereren en in de cyclotron worden opgenomen, gereed om de cirkel te volgen. Dit systeem heeft echter een paar gebreken omdat het de capaciteit heeft voor maar een trein en er veel kansen zijn die worden gemist omdat de trein op dat moment in de verkeerde richting staat in de accelerator. [Gebroken link naar Simple Cyclotron is verwijderd.] Kruisingen zijn een groot en veel betreden gebied van OpenTTD; Ik heb mezelf beperkt tot de onvertakte voedingsstructuren. Je zult ontdekken dat een sterk geoptimaliseerde stroom van treinen NIET goed door een kruising komt.

Verfijningen van de cyclotron zijn mogelijk. Er is genoeg ruimte op de spoorlus om twee treinen te bevatten, en een systeem met prioriteitseinen zal in staat zijn een tweede trein optioneel in de cyclotron op te nemen. Met twee treien in de cyclotron is er twee keer zoveel kans om een ruimte op de hoofdlijn in te vullen. Om een verkeersopstopping te voorkomen binnen de cyclotron (wat een ramp zou betekenen), is er enige afstemming nodig in de vertraging, maar het eindresultaat is uitermate bruikbaar..

De injectie vertraging veronderstelt dat de tweede ingevoerde trein vanuit stilstand accelereert, en er is een kleine kans dat die tweede trein in feite toevallig de cyclotron ingaat op volle snelheid. In dat geval is de timing verkeerd en zal de tweede trein bijna zeker zorgen voor opstopping binnen de cyclotron (en vervolgens op de hoofdlijn). Dit kan worden gecompenseerd met enkele aanvullende seinen om treinen op volle snelheid uit te filteren. Deze filtering van treinen op volle snelheid kun je doen door of de trein om te leiden naar een tweede lus, of door eenvoudig de dynamiek eruit te halen met een sein.

Een cyclotron waarin alle optimalisaties zitten zoals hiervoor besproken, en enkele aanvullende oplossingen, wordt getoond in figuur 5.

🔍

Figuur 5: volledig functionele cyclotron

[Gebroken link naar een opgeslagen spel is verwijderd.]

Opmerking van de redacteur: Alhoewel ik graag mijn cyclotron verfijningen zou willen verdedigen, heeft experimenteren met pre-acceleratie aangetoond dat dit een meer robuuster systeem is. De twee zijn gecombineerd in de vorige link naar een opgeslagen spel.

Parallelle cyclotrons

Een poging om de nadelen te minimaliseren van de volledig functionele cyclotron brengt ons op de parallelle, kleine, 1-trein cyclotrons. In dit ontwerp, een spectrum van cyclotrons, wordt elke handeling van één trein simultaan ingevoerd. Zij kunnen verschillende lusafmetingen hebben om synchronisatie van rondgaande treinen te voorkomen, en daarmee meer kans op een ruimte waarin de trein op de hoofdlijn kan invoegen. Elke lus heeft nog steeds zijn eigen acceleratie lijn zodat de treinen op volle snelheid kunnen invoegen. Als een trein op te lage snelheid invoegt, ontstaat de kans op een verkeersopstopping.

Figuur 6 toont een parallelle cyclotron met twee lussen.

🔍

Figuur 6: Parallelle cyclotron

Een opgeslagen spel met het voorbeeld uit figuur 6 is hier beschikbaar (versie 0.7 of hoger is vereist om te openen).

Voordelen boven een volledig functionerende cyclotron:

• Kan meer dan twee treinen afhandelen.
• Sneller vallen-en-opstaan tempo.
• Geen noodzaak om de treinen die rondgaan te synchroniseren.
• Eenvoudiger te bouwen en te onthouden.

Nadelen:

• Groter bij gebruik van meer dan een lus.