Mind Your Step Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways         Indraswari Kusumaningtyas 

                                                                              Cover:  Photo by Peter Baker 

Mind Your Step Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways         Proefschrift    ter verkrijging van de graad van doctor  aan de Technische Universiteit Delft,  op gezag van de Rector Magnificus prof. dr. ir. J.T. Fokkema,  voorzitter van het College voor Promoties,  in het openbaar te verdedigen op dinsdag 27 oktober 2009 om 12:30 uur    door    Indraswari KUSUMANINGTYAS    werktuigkundig ingenieur  geboren te Tanjungpandan, Indonesië 

Dit proefschrift is goedgekeurd door de promotor:  Prof. dr. ir. G. Lodewijks      Samenstelling promotiecommissie:    Rector Magnificus,  voorzitter  Prof. dr. ir. G. Lodewijks,  Technische Universiteit Delft, promotor  Prof. dr. ‐ing. L. Overmeyer,  Leibniz Universität Hannover, Germany  Prof. dr. F. Robusté,  Universitat Politècnica de Catalunya, Spain  Prof. dr. ir. S.C. Santema,  Technische Universiteit Delft  Prof. dr. ir. S.P. Hoogendoorn,  Technische Universiteit Delft  Prof. dr. eng. J.A. Ferreira,  Technische Universiteit Delft  Prof. dr. ir. J. Hellendoorn,  Technische Universiteit Delft      This  dissertation  is  the  result  of  research  carried  out  from  2005  to  2009  at  Delft  University  of  Technology,  Faculty  of  Mechanical,  Maritime  and  Materials  Engineering,  Department  of  Maritime  and  Transport  Technology,  Section  of  Transport Engineering and Logistics.      TRAIL Thesis Series no. T2009/10, The Netherlands TRAIL Research School    TRAIL Research School  P.O. Box 5017  2600 GA Delft  The Netherlands  Phone: +31 (0)15 2786046  Fax: +31 (0)15 2784333  Email: [email protected]      ISBN: 978‐90‐5584‐122‐6  Copyright © 2009 by Indraswari Kusumaningtyas    All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or transmitted in  any  form  or  by  any  means,  electronic  or  mechanical,  including  photocopying  and  recording, or in any information storage or retrieval system without the prior written  permission of the author.    Printed in the Netherlands by Ipskamp Drukkers 

                                                                          To my daughter Naureen,  who began her journey together with this work       

                                                                             

Contents

1 Introduction

1

         

1  5  5  6 

1.1  Background        1.2  Research objective        1.3  Research approach        1.4  Thesis outline       

2 The story of accelerating moving walkways                  

2.1  Historical development        2.2  Birth of conventional moving walkways        2.3  Revival of high‐speed moving walkways          2.3.1  In‐line belts          2.3.2  Sliding parallelograms          2.3.3  Sliding pallets          2.3.4  Accelerating/decelerating rollers with high‐speed belt        2.4  Conclusions       

9 9  11  11  12  12  12  13  15 

3 Characteristics and comparative evaluation of accelerating moving walkways 17                    

3.1  Introduction        3.2  Research approach          3.2.1  Scope of analysis          3.2.2  Selection of data        3.3  Characteristics of the selected transport systems          3.3.1  Bus          3.3.2  Light rail          3.3.3  Automated people mover          3.3.4  Personal rapid transit          3.3.5  Conventional moving walkway       

17  18  18  19  20  20  26  27  28  30 

  vii 

viii 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

    3.3.6  Accelerating moving walkway          3.4  Comparative evaluation          3.5  Conclusions         

4 Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of accelerating moving walkways                                    

4.1  Introduction        4.2  Human characteristics, abilities and limitations related to AMW design          4.2.1  Physical characteristics of human body          4.2.2  Ability to maintain balance and stability          4.2.3  Cognitive and sensory abilities        4.3  Human behaviours related to AMW use          4.3.1  Approaching the AMW          4.3.2  Boarding the AMW          4.3.3  Travelling on the high‐speed section          4.3.4  Exiting the AMW        4.4  Influence towards aspects in AMW applications          4.4.1  Effective capacity          4.4.2  AMW length          4.4.3  Safety          4.4.4  Alternative route          4.4.5  Power consumption        4.5  Conclusions       

32  34  40 

43 43  44  44  46  47  48  49  53  57  59  60  60  61  62  62  62  63 

5 A study on the application of accelerating moving walkways in Amsterdam Airport Schiphol 65                            

5.1  Introduction        5.2  Amsterdam Airport Schiphol          5.2.1  The passenger terminal          5.2.2  Passenger processes          5.2.3  Expansion plans        5.3  Evaluation of AMWs for intra‐terminal transport          5.3.1  Current situation in Schiphol Centrum          5.3.2  AMWs in Schiphol Centrum        5.4  Evaluation of AMWs for inter‐terminal transport          5.4.1  A projection on Schiphol Noordwest          5.4.2  AMWs between Schiphol Noordwest and Schiphol Centrum        5.5  Conclusions       

65  66  66  68  69  69  70  76  80  80  81  83 

Contents 

ix 

 

6 Analysing drive-related application aspects in long accelerating moving walkways 85                                      

6.1  Introduction        6.2  Drive‐related aspects          6.2.1  Components and support structure requirements          6.2.2  System and passenger safety        6.3  Research approach          6.3.1  Multiple drives          6.3.2  Drive control          6.3.3  Dynamic simulations        6.4  AMW system considered          6.4.1  Main components          6.4.2  Assumptions for investigating multiple drives        6.5  Modelling the AMW high‐speed belt conveyor          6.5.1  Belt dynamics          6.5.2  Motion resistances          6.5.3  Passenger flow          6.5.4  Drive station          6.5.5  Simulation framework        6.6  Conclusions       

7 Performance of long accelerating moving walkway belts with single and multiple drives                                      

7.1  Introduction        7.2  Model parameters        7.3  Behaviour of single‐drive AMW belts          7.3.1  System layout          7.3.2  Starting          7.3.3  Influence of passenger distribution          7.3.4  Stopping        7.4  Behaviour of long multiple‐drive AMW belts          7.4.1  System layout          7.4.2  Starting          7.4.3  Influence of passenger distribution          7.4.4  Stopping        7.5  Implications towards drive‐related application aspects          7.5.1  System components and support structure          7.5.2  System and passenger safety          7.5.3  Power consumption        7.6  Conclusions       

85  86  86  87  88  88  89  90  91  91  97  98  99  102  105  107  110  111 

113 113  113  115  116  116  122  125  131  131  132  136  139  144  144  145  145  146 

x 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

8 Performance of long multiple-drive accelerating moving walkway belts with voltage control 147                              

8.1  Introduction        8.2  Drive control          8.2.1  Method of drive control          8.2.2  Implementation in the simulation framework        8.3  Behaviour of long multiple‐drive AMW belts with voltage control          8.3.1  System layout          8.3.2  Starting          8.3.3  Influence of passenger distribution          8.3.4  Stopping        8.4  Implications towards drive‐related application aspects          8.4.1  System components and support structure          8.4.2  System and passenger safety          8.4.3  Power consumption        8.5  Conclusions       

147  148  148  149  149  149  150  152  154  158  158  159  159  159 

9 Conclusions and recommendations

161

         

161  162  164  166 

9.1  Conclusions          9.1.1  On aspects influencing the application of long AMWs          9.1.2  On the effects of using multiple drives in long AMWs        9.2  Recommendations 

Nomenclature

169

 

References

173

 

Summary

185

 

Samenvatting

189

 

Acknowledgement

193

 

Curriculum vitae

195

 

TRAIL Thesis Series

197

Chapter 1 Introduction

1.1 Background The most basic mode of human transport is, undoubtedly, walking (Allan, 2001; Brög  and Mense, 2003). Even with the availability of modern and sophisticated transport  modes, walking is still normally carried out, at least, at the beginning and the end of  a  journey.  If  the  journey  involves  intermediate  change  of  vehicle,  within  or  across  transport modes, more walking may have to be performed. Efforts are continuously  made to ease walking, such as by providing safe and comfortable paths or by placing  facilities at as close distances as possible. Despite these efforts, in some situations it  may  occur  that  walking  distances  are  still  relatively  long  for  pedestrians  to  cover  within their comfort level. In such cases, moving walkways can be applied.  In the EN 115‐1:2008 standard, the European Committee for Standardization (Comité  Européen  de  Normalisation,  CEN)  defines  a  moving  walkway  as  a  ‘power‐driven  installation for the conveyance of persons in which the user carrying surface remains  parallel to its direction of motion and is uninterrupted (e.g. pallets, belt)’ (CEN, 2008).  Various terms are also commonly used to name such a system, such as moving walk,  moving  sidewalk,  moving  pavement,  passenger  conveyor,  pedestrian  conveyor,  or  travelator. These terms are used interchangeably in this thesis.  The  first  ever  concept  of  a  continuous  moving  pavement  was  proposed  in  1874  for  New York, with the intention to alleviate congestion (Richards, 1966). Several other  concepts  of  moving  walkways  were  also  put  forward  as  new  forms  of  transport  to  reduce  city  congestions  due  to  horse‐drawn  vehicles.  Only  very  few  of  these  were  actually constructed, mainly as attractions during large exhibitions. The enthusiasm  for  these  new  systems  faded  with  the  development  of  electric  tramway,  railway,  motor car and motor bus, which more or less “solved” the transport problems in that  early period. Interests in the use of moving walkways emerged for the second time    1 

2 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

some  fifty years  later,  when  the  traffic  conditions  and  town  congestions  once  again  became  worse  (Tough  and  O’Flaherty,  1971).  Although  the  idea  to  use  moving  walkways to relieve congestions was not realized, the first modern moving walkway  found its way into installation as a permanent form of transport in an underground  rail station in Jersey City, New Jersey, in 1954. It was due to the development of this  first  modern  system  that  conventional  moving  walkways  found  their  present  form,  as shown in Figure 1.1.   

  (a) 

  (b) 

Figure 1.1. Conventional moving walkways are typically straight and have relatively low speed.  They are based on either (a) the metal pallet system, shown here a system in Amsterdam Airport  Schiphol,  The  Netherlands,  or  (b)  the  rubber  belt  system,  shown  here  a  system  in  OR  Tambo  International Airport, Johannesburg, South Africa. (Figure (a) from private collection, Figure (b)  courtesy of Fenner Dunlop B.V.) 

Conventional  Moving  Walkways  (CMWs)  are  single  speed  systems.  Their  speed  is  around  half  of  the  average  pedestrian  walking  speed,  which  is  selected  to  allow  passengers to safely board and leave the treadway (i.e. the part of the system upon  which passengers stand or walk). This relatively low speed restricts the use of CMWs  to relatively short distances, where travel time can still be acceptable.  With  the  growth  of  population,  cities  and  public  facilities  continue  to  expand,  resulting  in  longer  walking  distances.  On  the  other  hand,  society  places  more  and  more  value  on  time  and  productivity.  CMWs  cannot  fulfil  the  demand  for  short  travel  time  over  long  walking  distances  because  of  their  relatively  low  speed.  However, other transport modes such as car, bus and railway are not always easily  adoptable  or  beneficial  to  implement  in  the  transport  corridor.  This  inspired  the  development  of  modern  Accelerating  Moving  Walkways  (AMWs),  a  system  that  accelerates  pedestrians  from  a  low  speed  at  the  entrance  to  a  higher  speed  at  the  middle  section,  and  then  decelerates  them  to  a  low  speed  again  at  the  exit.  Several  different accelerating moving walkway prototypes were tested in the late 1990s and 

Chapter 1. Introduction 

3 

 

early 2000s, either in the manufacturing sites or in public areas (Abe et al., 2001; Cote  and  Gempp,  1997;  Gonzalez‐Alemany and  Cuello, 2003;  Ikizawa  et  al.,  2001;  Loder,  1998;  Shirakihara,  1997).  Since  2002,  an  AMW  system  has  been  operating  in  Montparnasse Metro Station in Paris, France (Dembart, 2003). Another AMW system  from a different design has been installed in Toronto Pearson International Airport,  Canada, since 2007 (Gonzalez‐Alemany et al., 2007).  A  unique  characteristic  of  moving  walkways  is  its  ability  to  continuously  provide  large transport capacity during operation. Combined with a higher maximum speed,  it is envisaged that AMWs can be a potential transport mode to fill the gap between  short  and  moderate  distance  transport  (Abe  et  al.,  2001;  Gonzalez‐Alemany  and  Cuello, 2003; Gonzalez‐Alemany et al., 2007; Saeki, 1996; Shirakihara, 1997). However,  as a fairly new technology, only very few systems have been developed and, so far,  these  are  all  relatively  short  systems.  Information,  to  some  extent,  can  be  gathered  from  the  prototype  tests  of  these  systems  and  the  currently  operating  AMWs.  This  can provide some insights on the application of AMWs for short distances. However,  a long version of present day AMWs has never been made, so there is no knowledge  on the application and performance of these systems for longer distances. Although  long AMWs are claimed possible (Dembart, 2003; Klein, 2003; ThyssenKrupp, 2007),  so far there is no elaboration on whether extending the length of AMWs will involve  considerations for the same application aspects as for relatively short AMWs.  In  comparison  to  people  transport,  the  exploitation  of  conveyor  systems  for  long  distance transport of goods and materials has been carried out for many years. In the  field  of  bulk  material  transport  by  belt  conveyors,  particularly,  there  is  an  ever  increasing  demand to carry higher tonnage over longer distances and more diverse  routes.  These  requirements  constantly  push  belt  conveyor  technology  to  its  limit.  Continuous  studies  on  aspects  such  as  system  resistances  (e.g.  Hager  et  al.,  2005;  Lodewijks, 1995; Wheeler, 2003), power and drives (e.g. Gallina, 1991; Schultz, 1995;  Sheehy,  2003),  conveyor  design  (e.g.  Lodewijks,  2000;  Nordell,  1991;  Roberts  et  al.,  1985),  and  dynamic  analysis  and  simulations  (e.g.  Lodewijks,  1996;  Nordell  and  Ciozda,  1984;  Nuttall,  2007;  Zür,  1986)  lead  to  technological  advancements  that  enable  belt  conveyor  industry  to  keep  up  with  the  demand.  Hence,  long  overland  belt  conveyors  with  multiple  vertical  as  well  as  horizontal  curves,  such  as  the  one  shown in Figure 1.2(a), can be developed. Furthermore, the maximum achieved flight  length  continues  to  increase,  see  Figure  1.2(b).  One  of  the  technologies  that  contributed to the possibility to develop longer belt conveyors is the distribution of  drive power along the path of a belt conveyor.  The  idea  of  distributing  power  at  multiple  locations  along  the  length  of  a  belt  conveyor began between mid 1970s and mid 1980s, particularly in the underground  coal  mining  industry.  There  was  a  tremendous  growth  in  mining  output,  which  resulted from the improvement of mining equipment efficiencies and capabilities, as 

 

4 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

well  as  the  increase  of  mining  block  size  to  reduce  the  lost  production  time  for  moving  mining  equipments  from  block  to  block.  However,  transporting  higher  capacity  over  longer  distances  required  more  drive  power  and  belt  strength,  much  larger than what had ever been used before. This gave rise to a number of concerns,  including  the  large  size  of  high  power  drives  and  the  impracticality  to  move  them  around.  Although  belt  technology  could  have  handled  the  increased  belt  strength  requirements,  moving  to  a  higher  belt  rating  would  also  mean  having  to  handle  a  much  heavier  belt.  With  the  introduction  of  intermediate  drives,  the  required  belt  strength  and  drive  unit  size  were  reduced.  The  required  system  performance  was  achieved through proper control of the drives. Today, intermediate drive technology  is very well accepted and widely used in underground belt conveyors, and is gaining  more  applications  in  overland  belt  conveyors  (Alspaugh,  2003).  Studies  are  continuously performed to better understand the characteristics and performance of  belt  conveyors  with  intermediate  drives,  improve  their  system design,  and  develop  better drive control.   

(a) 

(b) 

Figure  1.2.  (a)  Technological  advancements,  such  as  the  distribution  of  drive  power,  have  enabled the development of long overland belt conveyors. (b) The maximum length of conveyor  flights continues to increase over the years. (Figure (a) courtesy of Gabriel Lodewijks, Figure (b)  from Moerman (2006)) 

Because  moving  walkways  and  belt  conveyors  share  some  similarities  in  their  mechanism  principles,  the  experience  of  developing  long  bulk  material  belt  conveyors  can  be  taken  as  analogy  for  developing  long  AMWs.  It  may  be  expected  that increasing the length of AMWs will influence the drive power requirements and  system  strength,  giving  rise  to  some  conveyance  concerns.  This  may  lead  to  the  necessity to also apply distributed drives at multiple locations along the length of the  AMWs.  Nevertheless,  the  two  systems  have  different  characteristics  related  to  their 

Chapter 1. Introduction 

5 

 

different  application  and  load,  one  for  people  and  the  other  for  goods/materials.  Hence, it is not straightforward to say whether using multiple drives in long AMWs  will bring the same effects and benefits to their application aspects and performance,  as in long multiple‐drive bulk material belt conveyors. 

1.2 Research objective The main objective  of  this thesis is to  investigate  the possibility  of applying AMWs  for moderate distance continuous people transport.  In dealing with this main research objective, the following questions are posed:  (1)  What  aspects  influence  the  possibility  to  apply  AMWs  for  moderate  distance  transport?  Do  application  aspects  of  CMWs  and  present  day  short  AMWs  also  hold for long AMWs?  (2)  Is  the  single‐drive  design  of  present  day  short  AMWs  still  suitable  for  long  AMWs?  What  are  the  effects  of  applying  multiple  drives  along  the  AMW  towards the system performance? 

1.3 Research approach The first set of questions is approached by distinguishing three main elements in the  application  of  AMWs,  i.e.  the  system  itself,  the  passengers,  and  the  location.  The  characteristics of each element are reviewed and analysed with respect to how they  impose requirements and boundaries for the application of AMWs in general and in  particular  for  moderate  distance  transport.  The  characteristics  of  AMWs  are  evaluated based on  the  designs  and specifications of present day  systems, from the  point‐of‐view of technical as well as non‐technical aspects typically considered in the  evaluation  of  transport  alternatives.  An  important  aspect  is  the  position  of  AMWs  against  other  types  of  transport  systems.  The  inherent  characteristics  of  passengers  and the behaviour that rise due to their interaction with the AMW are studied. Then  the AMWs are analysed in the context of a location, which characteristics are formed  by  its  function,  layout  and  the  people  in  it.  Through  these  steps,  the  application  aspects that are of concern to a long AMW are identified and evaluated as to whether  they differ to those for a short AMW.  The second set of questions is dealt with by, first, looking at the application aspects  of  long  AMWs  from  the  point‐of‐view  of  the  drive  system.  This  correlates  the  application  aspects  to  operating  performances,  e.g.  system  tension  (relates  to  structural  costs,  system  safety  and  space  utilization),  system  acceleration  and  deceleration  (relates  to  passenger  safety),  and  power  consumption  (relates  to  operational cost). An approach involving the application of multiple drives and drive  control  is  proposed.  The  effect  of  this  approach  towards  the  system  application 

 

6 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

aspects  and  performance  are  analysed  by  means  of  simulations.  For  this,  a  moving  walkway model is built, which takes into account the influence of passenger loading  and drive control. The parameters for the simulations are based on the characteristics  of the AMW and the passengers.  

1.4 Thesis outline After this introduction, a short description about AMWs is given in Chapter 2. Then,  the two set of research questions are investigated.  Part I, dealing with the first set of questions, comprises of Chapters 3, 4 and 5.  Chapter 3 presents an extensive study on the characteristics of modern AMWs. These  characteristics are evaluated against the characteristics of CMWs and some selected  discontinuous  transport  systems.  Based  on  the  comparative  evaluation,  the  competitiveness  of  AMWs  and  their  potential  area  of  application  with  regards  to  moderate distance transport are discussed.  The characteristics and behaviour of human in their capacity as passengers of AMWs  are  discussed  in  Chapter  4.  Human  characteristics  are  reviewed  in  relation  to  the  system  design.  Behaviours  that  arise  due  to  the  interaction  of  pedestrians  and  passengers  with  the  system  are  studied.  With  this  information,  how  the  passengers  may influence the application aspects of long AMWs is discussed.  In  Chapter  5,  a  case  study  on  the  application  of  AMWs  in  Amsterdam  Airport  Schiphol  is  presented.  Two  areas  of  application  are  considered,  i.e  intra‐terminal  transport  and  inter‐terminal  transport.  The  study  provides  an  example  on  how  the  function  and  layout  of  a  facility  as  well  as  the  characteristics  of  the  people  in  a  location impose requirements and boundaries for the application of AMWs.  Part II, dealing with the second set of questions, consists of Chapters 6, 7 and 8.  A  number  of  application  aspects  of  long  AMWs  are  selected  in  Chapter  6.  These  aspects are first discussed from the point‐of‐view of the drive system and how they  relate  to  the  AMW  operating  performance.  An  approach  to  apply  a  multiple‐drive  configuration, as opposed to the current single‐drive  configuration, is proposed. To  evaluate the effect of the drive configuration, a moving walkway model is developed.  The first set of simulation cases is presented in Chapter 7. The performance of a long  AMW is compared to that of a short AMW when both systems apply a single drive  unit.  The  drives  are  controlled  for  equal  load‐sharing.  This  represents  the  typical  operation  of  nowadays  systems.  Then,  the  performance  of  a  long  AMW  with  multiple  drives  is  investigated  to  obtain  some  comparisons.  The  simulation  results  are discussed in terms of the selected drive‐related application aspects.  In Chapter 8, the long multiple‐drive AMW is again simulated for the same cases as  in Chapter 7. This time, the drives are controlled by regulating the voltage according 

Chapter 1. Introduction 

7 

 

to  the  amount  of  load  in  each  driven  section.  The  results  of  the  simulations  are  compared to those from the previous chapter. The proposed approach, i.e. the use of  multiple  drives  and  voltage  control,  is  evaluated  with  regards  to  whether  it  brings  benefit to the application aspects and performance of the long AMW.  Finally,  Chapter  9  gives  some  concluding  remarks  on  the  result  of  the  research,  in  line  with  the  main  research  objective.  Some  recommendations  and  outlooks  for  further research are suggested.  The relationship between chapters in this thesis can be viewed in Figure 1.3.    Chapter 2. The story of accelerating  moving walkways 

Chapter 3. Characteristics and  comparative evaluation of  accelerating moving walkways 

Chapter 4. Characteristics and  behaviour of pedestrians as  passengers of accelerating moving  walkways 

Chapter 5. A study on the  application of accelerating moving  walkways in Amsterdam Airport  Schiphol  Part I  Part II 

Chapter 6. Analysing drive‐related  application aspects in long  accelerating moving walkways 

Chapter 7. Performance of long  accelerating moving walkway belts  with single and multiple drives 

Chapter 8. Performance of long  multiple‐drive accelerating moving  walkway belts with voltage control 

Chapter 9. Conclusions and  recommendations   

Figure 1.3. Outline of this thesis, showing the relationship between chapters. 

 

8   

 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

Chapter 2 The story of accelerating moving walkways

2.1 Historical development The  first  concept  of  a  moving  walkway  was  put  forward  in  1874  for  an  elevated  moving platform in New York City (Richards, 1966). This proposal was followed by  several  others,  adopting  various  designs  and  mechanisms.  However,  it  was  only  in  1893  during  the  World’s  Columbian  Exposition  in  Chicago  that  the  first  moving  platform operated to carry passengers. This system is presented in Figure 2.1.   

  (a) 

(b) 

Figure  2.1.  (a)  The  moving  walkway  at  the  1893  World’s  Columbian  Exposition  in  Chicago  consisted  of  a  slow  platform  with  hand‐posts  and  a  faster  platform  with  benches.  (b)  It  was  constructed  to  lessen  the  fatigue  of  visitors  walking  from  the  end  of  a  pier  into  the  fairground.  (Figure (a) from Anon (1892), Figure (b) from Shepp and Shepp (1893)) 

The system consisted of two parallel wooden platforms operating at around 4.8 and  9.6 km/h (equals to 1.33 and 2.67 m/s). The slow platform was fitted with hand‐posts  and was used solely for access to the faster one. Journeys on the fast platform were    9 

10 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

carried  out  while  sitting  on  benches.  This  elevated  roof‐covered  system  was  about  1,310 m long and was laid out on a great ellipse at the exposition site. It was driven  by a number of 11 kW electric motors, placed at intervals along the underneath of the  platform.  The  capacity  of  the  system  was  31,680  seated  passengers  per  hour  (P/h)  (Tough and O’Flaherty, 1971).  The most ambitious and extensive installation in history was the moving platform at  the Paris Exposition in 1900. As illustrated in Figure 2.2, the system ran in a one‐way  elevated loop, covering a distance of 3,360 m. The system had two platforms moving  at 3.6 and 7.2 km/h (1 and 2 m/s). The slow platform was 0.9 m wide, whereas the fast  one was 2 m wide. Both were equipped with hand‐posts and the fast platform was  additionally  fitted  with  fencing  and  handrails.  The  fast  platform  had  a  maximum  capacity  of  57,600  P/h,  although  during  operation  it  only  carried  a  daily  average  of  31,000 P/h. A number of stations provided ticket offices and entry stairs to the system.   

(a) 

(b) 

Figure 2.2. (a) The extensive moving platform at the Paris Exposition in 1900 covered a distance  of 3,360 m. (b) It was powered by 172 driving units distributed around the circuit, each of which  transferring  the  drive  force  through  reduction  gears.  (Figure  (a)  from  Suplée  (1900),  Figure  (b)  from Anon (1900)) 

The  above  moving  platform  had  172  driving  units  distributed  around  the  circuit,  each of which was powered by a 3.7 kW DC electric motor. The driving units drove  both platforms by transferring the drive force through reduction gears to a shaft with  two different size traction wheels (Tough and O’Flaherty, 1971). The system ran for  eight months and was used by 6.5 million people with a total of 40 minor accidents  (Richards, 1966). A movie of the system in operation shows how easily people were 

 

Chapter 2. The story of accelerating moving walkways 

11 

 

able  to  pass  between  the  two  platforms,  regardless  of  their  different  speeds  (Dailymotion, 2007). 

2.2 Birth of conventional moving walkways In  1948,  New  York  City  Transit  Authority  encouraged  the  idea  to  use  passenger  conveyors to alleviate congestions in both the surface and underground of the central  of New York. What followed was the conception of the “Carveyor” by a joint venture  of  Goodyear  Tyre  and  Rubber  Company  and  Stephens‐Adamson  Manufacturing  Company.  This  was  to  be  a  system  of  cabins  carried  on  roller  conveyors,  which  would move slowly through stations and quickly between stations. The boarding of  passengers  into  the  cabins  at  a  station  was  to  be  assisted  by  a  rubber  belt  moving  walkway  running  at  the  same  speed  as  the  cabins,  parallel  to  the  track.  In  the  end,  the  Carveyor  was  only  made  into  a  model  and  a  test  unit,  whereas  the  moving  walkway found its way into installation at the Erie Station in Jersey City, New Jersey  in 1954. This is, in fact, the first Conventional Moving Walkway (CMW) to be used as  a practical permanent form of transport (Tough and O’Flaherty, 1971).  Following  the  above  breakthrough  up  to  this  day,  numerous  CMWs  have  been  designed  and  installed  in  many  countries  throughout  the  world.  A  considerable  proportion of moving walkway installations are found in conjunction with transport  facilities such as airports, rail/metro stations, bus terminals, parking areas and docks.  There  are  also  installations  in  shopping  centres,  exhibition  grounds,  amusement  parks, sporting arenas and other pedestrian areas. The construction and mechanism  of each design may vary quite considerably from one another, but they can generally  be categorized into metal pallet systems and rubber belt systems.  The  metal  pallet  systems  developed  based  on  standard  escalator  components  and  techniques, seeing that they closely resemble a flat escalator. The rubber belt systems  evolved from industrial belt conveyors, putting more importance to the ride quality,  particularly  comfort,  safety  and  stability.  Owing  to  their  typically  short  lengths,  a  single  drive  unit  is  normally  used  to  power  each  system.  The  development  and  application of moving walkways are guided by standards, such as ASME A17.1 from  the  American  Society  of  Mechanical  Engineers  (ASME)  and  EN  115  from  the  European  Committee  for  Standardization  (Comité  Européen  de  Normalisation,  CEN).  These standards particularly emphasize on aspects of passenger safety. 

2.3 Revival of high-speed moving walkways Although CMWs appear to have found its niche in the transport market, the interest  to have a transport system continuously moving at a speed higher than walking pace  did not fade. Even since the 1960s, several ideas on how to achieve a higher transport  speed  have  been  proposed.  In  the  1970s  and  early  1980s,  a  few  of  these  ideas  were 

 

12 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

made into prototypes and were tested. Although none of them were commercialized,  their  working  principles  were  later  adapted  for  subsequent  Accelerating  Moving  Walkway (AMW) designs. Prototypes of these later designs were built and tested in  the late 1990s and early 2000s. Based on the method used to achieve acceleration and  deceleration,  these  systems  can  generally  be  categorized  into  the  following  groups:  in‐line  belts,  sliding  parallelograms,  sliding  pallets  and  accelerating/decelerating  rollers with high‐speed belt.  2.3.1 In-line belts A  number  of  belt  conveyors  with  slightly  different  speeds  are  placed  one  after  another,  end  to  end.  The  in‐line  belts  at  the  entrance  have  increasing  speeds,  such  that  they  accelerate  the  passengers  to  a  high‐speed  belt  conveyor  in  the  middle  section.  Approaching  the  exit,  another  series  of  belts  with  decreasing  speeds  decelerate the passengers, see Figure 2.3. This mechanism was used in the Loderway  system (Loder, 1998), which was tested for public use in Brisbane Airport, Melbourne  Airport  and  Degraves  Street  Subway  in  Melbourne.  A  very  similar  system,  named  Speedmove, was also built by Fujitec (Kazuo et al., 2003).  2.3.2 Sliding parallelograms A  series  of  parallelogram  pallets  form  a  continuous  treadway.  At  the  entrance,  the  pallets  move  at  a  low  speed  for  a  short  distance.  Then,  while  continuing  to  move  forward, each pallet begins to slide progressively sideways with regard to the pallet  behind  it.  The  resultant  of  the  forward  moving  and  the  sideway  sliding  creates  an  accelerating  speed,  see  Figure  2.4.  The  pallets  will  stop  sliding  sideways  once  they  reach the target high speed. The method is reversed for deceleration at the exit. This  mechanism was used in the Dunlop Speedaway (Todd, 1974), which was installed for  public  trial  at  the  Expo  ’70  in  Osaka,  Japan,  and  at  the  Battelle  Institute  in  Geneva,  Switzerland.  The  Mitsubishi  Speedwalk  (Shirakihara,  1997),  which  was  demonstrated at the Seaside Park in Fukuoka, Japan, also adopted this mechanism.  2.3.3 Sliding pallets There  are  a  number  of  different  variations  in  the  way  the  pallets  slide.  One  system  accelerated and decelerated individual main pallets by sliding them over continuous  auxiliary  pallets  (Ikizawa  et  al.,  2001).  Another  design  used  an  array  of  pallets  that  slightly  overlap  one  on  top  of  the  previous  at  the  entrance,  each  of  which  then  progressively  slides  forward  to  accelerate  passengers  (Abe  et  al.,  2001).  These  two  systems  were  only  tested  in  the  factory.  The  more  successful  variation  is  the  TurboTrack system (Gonzalez‐Alemany and Cuello, 2003), which employs auxiliary  pallets  and  main  pallets,  see  Figure  2.5.  The  auxiliary  pallets  ‘hide’  underneath  the  main pallets at the entrance and exit, and progressively extend or retract to accelerate 

 

Chapter 2. The story of accelerating moving walkways 

13 

 

or  decelerate  the  passengers.  The  auxiliary  pallets  are  fully  extended  at  the  high‐ speed section, forming a continuous treadway with the main pallets. This system is  now installed at the Toronto Pearson International Airport in Canada.   

(a) 

(b) 

Figure  2.3.  (a)  The  Loderway  AMW  system  uses  in‐line  belts.  (b)  A  number  of  belt  conveyors  with  slightly  different  speeds  are  placed  end  to  end  to  achieve  acceleration  or  deceleration.  (Figures courtesy of Elevator World) 

Figure  2.4.  The Mitsubishi Speedwalk uses parallelogram pallets forming an S‐shape treadway.  At  the  curves,  the  sideway  sliding  and  the  forward  moving  of  each  pallet  results  in  an  accelerating or decelerating speed. (Figures courtesy of Elevator World) 

2.3.4 Accelerating/decelerating rollers with high-speed belt In  this  mechanism,  a  ‘carpet’  of  metal  rollers  at  the  entrance  accelerates  passengers  onto a high‐speed belt conveyor. Approaching the exit, another series of metal rollers  decelerates the passengers, see Figure 2.6. The mechanism is adopted by the Gateway  system  (Cote  and  Gempp,  1997),  which  was  installed  in  2002  for  public  demonstration  in  the  Paris  Montparnasse  metro  station.  This  system  continues  to  operate today after passing the test period. 

 

14 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

    (a) 

(b) 

Figure  2.5.  (a)  At  the  entrance  and  exit,  the  TurboTrack  looks  like  present‐day  metal‐pallet  CMWs. (b) However, its sliding pallet mechanism enables it to extend and retract each pallets for  accelerating or decelerating the passengers. (Figure (a) courtesy of Gabriel Lodewijks, Figure (b)  courtesy of ThyssenKrupp Elevator AG) 

(a) 

(b) 

Figure 2.6. (a) The Gateway system applies a carpet of metal rollers to accelerate passenger onto a  high‐sped  belt  conveyor;  the  reverse  happens  at  the  exit.  (b)  Transition  from  and  to  the  metal  rollers is assisted by a metal plate. (Figure (a) courtesy of Gabriel Lodewijks, Figure (b) courtesy  of BBC) 

As with CMWs, the designs of high‐speed moving walkways also have to adhere to  the  safety  guidelines.  However,  the  available  standards  generally  refer  to  the  conventional  systems.  In  EN  115‐1:2008  (CEN,  2008),  for  example,  only  a  few  additional remarks on very few clauses are given for the case of accelerating systems.  The  latest  ASME  A17.1‐2007  (Donoghue,  2007)  hardly  gives  any  note  on  AMWs. 

 

Chapter 2. The story of accelerating moving walkways 

15 

 

However, an appendix about these systems was included in the 1981 edition of this  standard  (Donoghue,  1981).  Eventually,  AMWs  must  be  developed  with  strict  adherence  of  the  rules  but,  as  has  been  mentioned  in  the  standards,  some  clauses  may  be  relaxed  under  certain  circumstances  at  the  discretion  of  the  enforcing  authority. 

2.4 Conclusions This chapter has presented a brief overview of (high‐speed) moving walkways since  the first ever development until now. Compared to high‐speed moving walkways in  the  old  days,  the  change  of  speed  in  modern  AMWs  is  carried  out  in  the  same  direction  to  the  travel.  This  is  advantageous  from  the  point‐of‐view  of  space  utilization, since the system does not need a large surface area for its installation. The  modern AMW systems described in this chapter have all been built into prototypes  and  have  been  tested  in  the  factory  as  well  as  in  public  sites  for  transporting  passengers. A number of prototypes were only demonstrated for a certain period of  time, typically up to around six month. Currently two AMW systems are operating,  one in Paris and one in Toronto. The AMW system in Toronto, which is based on the  sliding  pallets  mechanism,  looks  more  like  a  CMW  at  its  entrance.  This  may  give  more  confidence  for  passengers  to  step  in.  The  system  in  Paris  starts  with  the  accelerating roller mechanism, so it may be unfamiliar for passengers who use it for  the first time. However, with regards to the idea of long AMWs, the belt‐based AMW  system in Paris is considered to have a better possibility for extension due to the fact  that  very  long  belt  conveyors  are  already  a  common  practice,  particularly  in  the  mining  industries.  This  can  provide  analogy  for  the  case  of  long  AMW  belts.  Therefore, in  the  second  part  of  this  thesis,  the  belt‐based  AMW  system  is  taken  as  the focus of analysis. 

 

16   

 

 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

Chapter 3 Characteristics and comparative evaluation of accelerating moving walkways*

3.1 Introduction Accelerating  Moving  Walkways  (AMWs)  are  transport  systems  that  continuously  move passengers by accelerating them from a relatively low speed at the entrance to  a higher speed at the middle section, and then decelerating them to a relatively low  speed  again  at  the  exit.  These  systems  were  developed  with  the  aim  to  fulfil  the  demand  for  a  people  mover  that  can  bridge  the  so‐called  gap  between  short  and  moderate  distance  transport  (Abe  et  al.,  2001;  Gonzalez‐Alemany  and  Cuello,  2003;  Gonzalez‐Alemany et al., 2007; Saeki, 1996; Shirakihara, 1997).  When planning for a transportation project, a modal alternative analysis is normally  conducted  to  determine  the  most  suitable  transport  mode  for  the  particular  application.  A  number  of  different  transport  modes  are  considered  in  the  analysis.  This  implies  that  different  transport  modes  generally  have  somewhat  overlapping  areas of application, and the choice for a specific transport mode is only taken after  detail evaluation of the system characteristics against the type of application. In order  to  identify  the  potential  area  of  application  of  AMWs,  in  which  they  can  be  considered in modal alternative analyses, an understanding of the characteristics of  the system is necessary.  In  this  chapter,  the  characteristics  of  present  day  AMWs  are  reviewed.  These  characteristics  are  comparatively  evaluated  against  the  characteristics  of  other  transport  systems  that  may  serve  short  and  moderate  distance  transport.  At  the                                                    *

  Part  of  this  chapter  is  based  on:  Kusumaningtyas,  I.  and  Lodewijks,  G.  (2008),  “Accelerating  Moving  Walkway:  A  review  of  the  characteristics  and  potential  application”,  Transportation  Research Part A: Policy and Practice 42(4), 591–609. 

  17 

18 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

lower boundary, there is the Conventional Moving Walkways (CMWs). At the upper  boundary, there can be a number of discontinuous transport systems such as buses,  light  rails,  Automated  People  Movers  (APMs),  and  Personal  Rapid  Transits  (PRTs).  Through  this  comparative  evaluation,  I  discuss  the  competitiveness  of  present  day  AMWs  and,  thereby,  identify  the  circumstances  in  which  these  systems  can  be  potentially applied.  The  remainder  of  this  chapter  is  structured  as  follows.  In  Section  3.2,  the  approach  used for the collection of transport system characteristic data is explained. These data  are then presented in Section 3.3. The comparative evaluation of the transport system  characteristics, carried out from the perspective of AMWs, is discussed in Section 3.4.  The conclusions in Section 3.5 sum up the discussion. 

3.2 Research approach 3.2.1 Scope of analysis This chapter confines the discussion of people transport systems to buses, light rails,  APMs,  PRTs,  CMWs  and  AMWs.  The  first  four  modes  can  be  categorized  as  discontinuous  people  movers,  whereas  the  last  two  modes  are  continuous.  These  transport  systems  were  selected  based  on  the  consideration  that  they  have  the  potential  to  provide  high‐capacity  mass  transit.  The  array  of  transport  systems  represents  a  rather  wide  area  of  application,  which  may  be  uncommon  for  the  present  image  of  moving  walkways.  However,  it  is  the  intention  of  this  chapter  to  evaluate further possibilities for AMW applications.  A  number  of  characteristics  are  selected  as  the  criteria  for  evaluation.  The  performance of a transport system is usually measured by its passenger capacity and  speed (Fouracre et al., 2003). These technical characteristics are important criteria in  this  study.  Transport  planners  and  operators  always  look  at  passenger  capacity  to  determine whether the transport system can fulfil the demand. Speed is considered  since  it  is  one  of  the  factors  that  determine  the  total  travel  time.  The  financial  characteristics,  comprising  of  capital  cost  and  operational  cost,  also  become  criteria  for  evaluation.  Clearly,  costs  are  always  a  major  concern  in  any  transport  system  development and operation.  Additional characteristics to be considered include the required corridor width for a  two‐way  system,  headway,  stop  spacing,  safety  and  environmental  impacts,  including energy use. The required corridor width is determined by the width of the  vehicle and the track gauge. It is related to land‐use, which eventually relates also to  the capital cost. Furthermore, it is especially of interest if the transport system needs  to  be  installed  in  a  limited  space  or  in  an  already  built‐up  environment.  Headway  represents  the  frequency‐of‐service  of  the  systems,  which  has  influence  on  the  passenger  waiting  time.  Stop  spacing  determines  the  accessibility  of  the  transport 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

19 

 

system  and  the  passenger  walking  time.  It  also  influences  the  average  speed  of  the  transport  system.  Safety  is  considered  by  both  operators  and  users  when  choosing  which transport mode to develop, operate or use. Finally, the environmental impact  and  energy  consumption  of  transport  systems  are  becoming  a  greater  concern.  People  are  now  more  aware  of  these  issues  due  to  the  increase  of  pollution  and  congestion, and the scarcity of non‐renewable energy resources.  3.2.2 Selection of data Travel  time  is  determined  by  the  travel  distance  and  the  transport  speed.  The  transport  speed  used  for  the  analysis  in  this  chapter  is  the  average  speed  of  the  transport  system.  It  is  mainly  influenced  by  the  number  of  stops  and  the  distance  between stops, and not so much by the maximum speed. Because of the intermediate  stops,  discontinuous  transport  systems  seldom  operate  at  their  maximum  speed.  Therefore, comparing the maximum speed would not give a proper representation of  their actual operation. However, a CMW only operates at a single speed, so I record  this speed for the analysis. As for AMWs, the speed at the high‐speed section is used  considering  that  this  section  forms  the  longest  part  of  the  system,  implying  that  passengers will be transported at this speed for most of the travel time.  The capacity mainly discussed in this paper is the maximum system capacity, unless  stated  otherwise.  The  maximum  system  capacity  is  calculated  based  on  the  assumption  that  the  system  is  fully  loaded  and  running  at  the  minimum  headway.  This is actually difficult to achieve in practice since a transport system is seldom able  to  operate  in  this  manner.  Many  factors  contribute  to  the  lower  practical  capacity  such  as  uneven  passenger  demand  during  the  peak  hour,  day‐to‐day  fluctuation  in  demand  (e.g.  workdays  and  weekends,  or  due  to  seasons,  weather,  and  special  events),  varying  standing  densities  of  the  passengers,  dwell  time  at  stops,  junction  capacities,  junction  priorities,  grades  and  curves  in  the  route,  maintenance,  unplanned events (e.g. propulsion failure, track failure, equipment failure, accidents),  and, as in the case of light rails and APMs, uneven loading of cars within a train and  signalling  restrictions  (Commission  for  Integrated  Transportation  (CfIT),  2005;  Parkinson  and  Fisher,  1996).  The  data  of  practical  capacity  is,  however,  not  always  available  in  literatures.  CfIT  (2005)  suggests  that  75%  of  the  theoretical  capacity  should be assumed for the practical capacity. For a moving walkway, Turner (1998)  proposes that 50% of the theoretical capacity would be a reasonable estimate.  The  capital  cost  analysis  focuses  on  capital  cost  per  kilometre,  which  is  derived  by  dividing  the  total  cost  for  completing  the  system  by  the  number  of  kilometres.  The  cost  per  kilometres  was  used  as  the  measure  because  it  presents  comparable  information on a common basis. The capital cost in this paper covers the cost of land  and  utilities,  infrastructures,  and  vehicles.  For  the  operational  cost,  I  included  the  cost  per  passenger‐km  and  the  cost  per  vehicle‐km.  The  cost  per  passenger‐km  is  a 

 

20 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

suitable  measure  to  represent  the  operational  cost  of  an  AMW  system  because  the  passenger‐km  of  an  AMW,  which  is  the  sum  of  the  trip  distances  travelled  by  all  passengers, can be easily  calculated. The cost  per  vehicle‐km of  a  moving walkway  system is more difficult to determine since, firstly, moving walkways do not consist  of vehicles (although it is possible to assume a moving walkway as one). Secondly, it  is  more  complicated  to  determine  the  total  distance  that  has  been  ‘travelled’  by  the  treadway  of  the  moving  walkway  when  it  is  in  service.  However,  it  has  the  advantage  that  it  avoids  uncertainty  inherent  in  average  load  factors.  Due  to  this  reason,  I  decided  to  also  look  into  the  cost  per  vehicle‐km.  The  operational  cost  generally  covers  staff‐related  costs,  vehicle  operational  costs,  and  vehicle  and  infrastructure maintenance costs (Brand and Preston, 2003a).  The  data  on  capital  cost  and  operational  cost  were  taken  from  different  years.  To  have consistency in the comparative analysis, the capital and operational costs were  then  projected  into  2005  US  dollars  using  the  appropriate  Consumer  Price  Index  (CPI). It must be noted, though, that there is a difficulty regarding cost comparison  between  existing  systems  and  new  systems.  Existing  systems  such  as  buses,  light  rails,  APMs and CMWs could benefit  from some economies of scale and a learning  effect. They have experienced a longer period of development and operation, which  may  lead  to  falling  unit  costs.  PRTs  and  AMWs,  being  almost  totally  new  systems,  are  more  prototype‐like.  Hence,  they  will  normally  yield  higher  unit  costs.  On  the  other  hand,  there  is  a  risk  that  some  forms  of  operational  costs  might  be  underestimated due to the lack of a long period of operating experiences. Thus, there  is a certain degree of uncertainty with regards to the true long term costs for PRT and  AMW systems (Tegner, 2003). Unfortunately, this cannot be avoided at the moment.  The  characteristics  of  each  type  of  transport  system  can  vary  widely  due  to  the  diverse conditions and features of every installation. Hence, data obtained from the  reviewed  literatures  are  used  to  determine  the  range  of  values  of  the  system  characteristics. The data from the literatures were noted and compiled, and then the  range of values for each characteristic was approximated.  The characteristics of the observed transport systems are described in the next section.  The sources of the characteristic data are clustered according to the type of transport  systems and the criteria of evaluation, as presented in Table 3.1. 

3.3 Characteristics of the selected transport systems 3.3.1 Bus Buses are rubber‐tired vehicles with drivers, which operate mostly on roads, either in  mixed traffic, bus lanes, or busways, see Figure 3.1. Buses in mixed traffic contribute  to  congestion,  which  in  turn  may  cause  delays  for  the  buses  themselves.  Bus  lanes  and  busways  give  the  buses  right‐of‐way.  However,  bus  lanes  are  usually  built  as 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

21 

 

part of the public road space and are only marked by road signs or traffic signs. They  do  not  have  built‐in  protection  that  separates  them  from  other  traffic,  so  they  are  susceptible to illegal use such as parking. Busways, on the other hand, do not allow  other  vehicle  to  share  the  space.  Another  bus‐based  transport  system  is  the  guided  bus, which is a form of dual‐mode system designed to enable a conventional bus to  operate on both ordinary roads and special guideways. Guided buses operate in their  own  corridor,  thus  not  affected  by  traffic  congestion  or  illegal  parking  (Brand  and  Preston, 2003a). Since other traffic cannot interfere, busways and guided buses lead  to a higher level‐of‐service.   

  (a) 

  (b) 

   (c) 

  (d) 

Figure 3.1. Buses operate in either (a) mixed traffic, (b) bus lanes or (c) busways. Guided buses (d)  can  operate  in  ordinary  roads  as  well  as  in  special  guideways.  (Figure  (a)  courtesy  of  Dorset  County  Council,  Figure  (b)  courtesy  of  trent  barton,  Figure  (c)  courtesy  of  the  Government  of  Jakarta, Figure (d) courtesy of Beneaththelandslide (Wikimedia Commons)) 

The  system  capacity  of  a  bus  lane  is  around  4,500–7,500  passengers  per  hour  per  direction  (p/h/d).  Busways  can  have  a  system  capacity  reaching  up  to  25,000  p/h/d.  This high system capacity is, however, only possible with multiple vehicle stopping  bays and more than one busway lane per direction (Brand and Preston, 2003a). The  system  capacity  of  guided  buses  also  ranges  between  4,500–25,000  p/h/d.  In  mixed  traffic, the system capacity is around 1,000–4,500 p/h/d. 

 

Kuhn (2001), Lowson  (2003), Warren and  Kunczynski (2000).  Kuhn (2001), Shen et  al. (1996). 

Brand and Preston  (2003a, 2003b), CfIT  (2005), Fouracre et al.  (2003), Kuhn (2001),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001). 

Fouracre et al. (2003),  Lowson (2003). 

Brand and Preston  (2003a, 2003b),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001). 

Brand and Preston  (2003a, 2003b), CfIT  (2005), Fouracre et al.  (2003), Leder (1991),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001), Young  (1995). 

Fouracre et al. (2003),  Lowson (2003). 

Brand and Preston  (2003a, 2003b), Gossop  (2005), Parsons  Brinckerhoff et al.  (2001). 

Stop spacing 

Safety 

Henderson (1992),  Kuhn (2001), Leder  (1991), Muller and  Allee (2005),  Richardson (2005),  Shen et al.(1996),  Warren and  Kunczynski (2000),  Young (1995). 

Henderson (1992),  Kuhn (2001), Leder  (1991), Lowson (2003),  Muller and Allee  (2005), RECONNECT  (2000), Richardson  (2005), Shen et al.  (1996), Warren and  Kunczynski (2000),  Young (1995). 

Capacity 

Brand and Preston  (2003a, 2003b),  Fouracre et al. (2003),  GAO (2001), Kittelson  & Associates et al.  (2003), Kuhn (2001),  Lowson (2003),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001). 

Brand and Preston  (2003a, 2003b),  Fouracre et al. (2003),  GAO (2001), Gossop  (2005), Kittelson &  Associates et al.  (2003), Lowson (2003),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001),  RECONNECT (2000),  Young (1995). 

APM 

Speed 

Light Rail 

Bus 

 

Table 3.1.  Sources of information on the characteristics of transport systems 

‐‐ 

CEN (1998), Fruin  (1992), Kittelson &  Associates et al.  (2003), Leder (1991),  Turner (1998), Young  (1995). 

CEN (1998),  Donoghue (1981),  Fruin (1992), Kittelson  & Associates et al.  (2003), Leder (1991),  Tough and O’Flaherty  (1971), Turner (1998),  Young (1995). 

CMW 

Anderson (1999, 2000),  CEN (1998),  ATRA (2003), Parsons  Donoghue (1981).  Brinckerhoff et al.  (2001). 

Lowson (2002, 2005). 

Anderson (2000),  ATRA (2003), Brand  and Preston (2003a,  2003b), Henderson  (1992), Lowson (2002,  2005), Muller and  Allee (2005), Parsons  Brinckerhoff et al.  (2001). 

ATRA (2003), Brand  and Preston (2003a,  2003b), Henderson  (1992), Lowson (2003,  2005), Muller and  Allee (2005), Parsons  Brinckerhoff et al.  (2001), RECONNECT  (2000), Tegner (1999),  Warren and  Kunczynski (2000). 

PRT 

Donoghue (1981),  Ikizawa et al. (2001),  Loder (1998), Saeki  (1996), Shirakihara  (1997). 

‐‐ 

Abe et al. (2001),  Browning (1974),  Ikizawa et al. (2001),  Loder (1998), Saeki  (1996), Shirakihara  (1997), Turner (1998). 

Abe et al. (2001),  Browning (1974), Cote  and Gempp (1997),  Donoghue (1981),  Fujitec (2002),  Gonzalez‐Alemany  and Cuello (2003),  Henderson (1992),  Ikizawa et al. (2001),  Loder (1998),  RECONNECT (2000),  Saeki (1996),  Shirakihara (1997),  Turner (1998). 

AMW 

22  Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

 

  Brand and Preston  (2003a).  Brand and Preston  (2003a, 2003b), NTDB  (2004), Parsons  Brinckerhoff et al.  (2001). 

Brand and Preston  (2003a). 

Brand and Preston  (2003a, 2003b), Gossop  (2005), NTDB (2004),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001),  RECONNECT (2000). 

Corridor width 

Environmental  impact  (including  energy use) 

Kuhn (2001), NTDB  (2004), RECONNECT  (2000). 

Kuhn (2001). 

Henderson (1992),  Leder (1991), Muller  and Allee (2005), Shen  et al. (1996), Warren  and Kunczynski  (2000), Young (1995). 

Fouracre et al. (2003),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001). 

Fouracre et al. (2003),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001), Young  (1995). 

Kuhn (2001), Muller  and Allee (2005),  Richardson (2005),  Shen et al. (1996),  Venter (1997), Warren  and Kunczynski  (2000). 

Headway 

APTA (2004b), Brand  and Preston (2003a,  2003b), CfIT (2005),  GAO (2001), Parsons  Brinckerhoff et al.  (2001), Shen et al.  (1996), Tegner (2003),  Venter (1997). 

APM 

APTA (2004b), CfIT  Kuhn (2001), Muller  (2005), GAO (2001),  and Allee (2005),  NTDB (2004), Parsons  NTDB (2004).  Brinckerhoff et al.  (2001), Tegner (2003). 

APTA (2004a), Brand  and Preston (2003a,  2003b), CfIT (2005)  GAO (2001), Muller  and Allee (2005),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001), Tegner  (2003), Venter (1997). 

Capital cost 

Light Rail 

Operational cost  APTA (2004a), CfIT  (2005), GAO (2001),  Muller and Allee  (2005), NTDB (2004),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001), Tegner  (2003). 

Bus 

 

‐‐ 

Turner (1998).  Fenner Dunlop  Conveyor Belting  Europe (2004),  ThyssenKrupp  (2004a). 

Anderson (2000),  ATRA (2003),  Henderson (1992),  Lowson (2002, 2005),  Muller and Allee  (2005), Parsons  Brinckerhoff et al.  (2001).  ATRA (2003), Brand  and Preston (2003a).  Anderson (2000),  ATRA (2003), Lowson  (2002, 2005), Parsons  Brinckerhoff et al.  (2001), RECONNECT  (2000), Tegner (1999). 

Loder (1998),  RECONNECT (2000). 

Turner (1998). 

‐‐ 

Saeki (1996). 

Muller and Allee  ATRA (2003),  Anderson (1999, 2000),  (2005).  Tegner (1999, 2003),  Lowson (2005), Muller  and Allee (2005),  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001). 

AMW  Fujitec (2002), Loder  (1998), Saeki (1996),  Shirakihara (1997). 

CMW 

ATRA (2003), Lowson  Jakes (2002), Muller  (2002, 2005), Muller  and Allee (2005),  and Allee (2005),  Venter (1997).  Parsons Brinckerhoff  et al. (2001), Tegner  (2003), Yoder et al.  (2000). 

PRT 

Table 3.1.  Sources of information on the characteristics of transport systems (continued) 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs  23 

 

 

24 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

At airports, buses usually operate on terminal frontage and circulation roadways on  a  non‐exclusive  basis.  In  some  cases,  buses  may  also  be  used  for  transporting  passengers to and from the airport apron, see Figure 3.2. Depending on the headway,  the  system  capacity  of  airport  buses  can  reach  1,500  p/h/d  (Leder,  1991).  The  lower  system capacity is partly influenced by the more spacious interior, which is required  to accommodate baggage.   

  (a) 

(b) 

Figure 3.2. In airports, buses may operate (a) at the landside, such as for car park shuttle, or (b) at  the  airside  for  apron  transfer.  (Figure  (a)  courtesy  of  Sidney  Keyles  (www.photobucket.com),  Figure (b) courtesy of Sergei Polomskihh (www.bus‐photo.net)) 

Bus stops in mixed traffic and bus lanes are usually built with spacing between 200– 600 m. Lowson (2003) used a model to calculate the optimum stop spacing for buses,  which  yield  to  a  value  of  500  m.  This  resembles  the  average  stop  spacing  used  by  buses in city operations, although a typically closer stop separation will occur in the  city  centre.  The  short  separations  between  stops  are  useful  to  minimize  walking  times  of  passengers,  but  they  lead  to  a  significant  reduction  in  the  average  speed  (Lowson, 2003; Warren and Kunczynski, 2000).  The average bus speed in mixed traffic is around 15–20 km/h, while in bus lanes and  busways it is around 15–25 km/h and 22–50 km/h, respectively (Brand and Preston,  2003a,  2003b).  For  guided  buses,  the  average  speed  is  between  30–50  km/h.  The  higher  speed  for  busways  and  guided  buses  is  achieved  because  of  the  lower  stop  densities.  For  busways  and  guided  buses,  the  stop  spacing  is  usually  around  500– 1,000  m.  However,  the  average  speed  of  all  bus‐based  systems  is  far  below  the  maximum speed, which, depending on the local regulation, can reach up to 100 km/h.  Buses can have a minimum headway of 60 s, but 10–30 minutes is more practical.  The  capital  cost  for  a  bus‐based  system  intended  for  mixed  traffic  is  low,  mainly  because  it  makes  use  of  existing  roads.  The  capital  cost  for  such  a  system  can  be  between $0.14–6.75 million/km (Government Accountability Office (GAO), 2001). On 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

25 

 

the  other  hand,  the  construction  of  dedicated  bus  lanes  or  exclusive  right‐of‐ways  involves  high  capital  costs  and  displaces  valuable  roadway  space.  Interpolation  of  data  from  existing  sites  gives  an  estimate  that  the  capital  cost  of  a  bus  lane  and  busway  system  is  around  $1.14–26.41  million/km  and  $4.38–38.65  million/km,  respectively  (CfIT,  2005;  GAO,  2001).  For  the  guided  bus,  the  capital  cost  ranges  between $2–7 million/km, which is somewhat lower than for bus lanes and busways.  This  is  due  to  the  limited  number  of  guided  bus  systems  in  the  world,  constituting  only 25 km of guided bus tracks. Hence, the data of capital cost for guided buses are  only based on these existing systems.  The  operational  cost  for  buses  can  range  between  $0.09–0.95/passenger‐km  and  $1.22–14.75/vehicle‐km (American Public Transportation Association (APTA), 2004a;  GAO,  2001).  Distinctive  data  of  the  operational  costs  for  each  type  of  bus‐based  system was not available. One of the factors that contribute to the operational cost for  buses  is  the  high  requirements  for  personnel,  consisting  of  drivers,  administrative  staffs, and maintenance workers. Each vehicle may require five or more drivers and  other  support  staff  to  provide  the  necessary  full  day  service  every  day  of  the  year  (Lowson, 2005; Warren and Kunczynski, 2000).  The  energy  use  of  buses  varies  between  0.3–1.56  MJ/passenger‐km  (Brand  and  Preston,  2003a;  Lowson,  2002).  Until  today,  most  buses  are  still  operated  by  diesel  engines, which cause relatively high pollution. With ultra low sulphur diesel (ULSD)  and exhaust treatment technology, the emissions from diesel engines can be reduced.  Bus‐based  systems  produce  a  noise  level  around  70–84  dB(A)  (Brand  and  Preston,  2003b;  Parsons  Brinckerhoff  et  al.,  2001).  For  guided  buses,  noise  levels  are  perceptibly  lower  on  the  guideway  than  on  normal  roads,  at  around  56–59  dB(A)  (Gossop, 2005).  Buses  are  considered  quite  flexible  because  they  can  fit  in  any  demanding  space  constraints,  can  respond  to  differences  in  service  needs,  and  can  be  easily  reconfigured. The required corridor width for a two‐way bus system in mixed traffic  is  around  6–8.5  m,  which  refers  to  a  minimum  road  width.  For  buses  in  bus  lanes,  busways,  and  guided  buses,  the  corridor  width  is  6–8  m,  8–13  m,  and  5.8–6.2  m,  respectively  (Brand  and  Preston,  2003a).  Buses  are  considered  relatively  safe.  However, the passenger safety of conventional bus systems is said to be lower when  compared  to  bus  lanes  and  segregated  bus  systems  on  their  own  right‐of‐way.  Unfortunately,  buses  generally  have  poor  public  image.  They  are  often  considered  uncomfortable,  especially  when  they  operate  near  or  at  their  nominal  capacity.  Sometimes  passengers  have  to  stand  in  a  crowded  space  during  the  trip.  In  airport  applications,  it  is  tedious  to  enter  and  exit  a  bus  while  carrying  luggage.  Buses  are  also  not  very suitable for accommodating  indeterminate  passenger  arrivals. In such  situations,  the  frequency  of  the  bus  must  be  high  in  order  to  provide  an  adequate  level‐of‐service, resulting in buses running with very small loads. Another drawback 

 

26 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

is the long waiting time, which sometimes causes the total trip time to be not much  quicker than walking.  3.3.2 Light rail A  light  rail  is  a  rail‐based  system  that  can  operate  in  mixed  traffic  on  tracks  on  ordinary roads, or on segregated tracks with either a longitudinal right‐of‐way or a  full  right‐of‐way,  see  Figure  3.3.  The  application  of  light  rails  in  mixed  traffic  may  face  interference  from  other  road  users,  which  can  deteriorate  the  rapidity  and  reliability  of  the  service.  Thus,  light  rail  operates  best  when  fully  segregated  from  other traffic, but this will significantly increase the cost.  The distance between stops in a light rail network can be between 250–1,000 m, with  an average of about 500 m. A stop spacing of 250 m is considered exceptional. Based  on his model, Lowson (2003) suggested that the optimum spacing should be around  750 m. A light rail has a maximum speed of 80–90 km/h, which is seldom achieved  due to the short stop spacing. The average speed is around 15–25 km/h for light rails  operating  in  mixed  traffic  and  around  21–45  km/h  in  segregated  tracks  (Brand  and  Preston,  2003a).  The  design  capacity  can  vary  widely  according  to  the  system’s  arrangements  (i.e.  the  number  of  trains,  the  number  of  cars  per  train,  and  the  headway),  ranging  from  1,000–30,000  p/h/d  (Brand  and  Preston,  2003b;  Fouracre  et  al., 2003). Light rails can have a minimum headway of 60 s, although a 10–30‐minute  headway is more typical in practice.  The cost of a light rail system can differ a lot due to the great variety of features that  the system may offer. The capital costs can vary between $8.5–83.5 million/km (GAO,  2001). High  capital costs arise in systems  that include tunnel  sections. The  required  corridor width for a two‐way light rail system is 5–6.5 m. The construction of a light  rail  system  is  difficult  to  modify  once  it  has  been  fixed  in  place.  Therefore,  careful  planning, including for future expansion, is important. The operational cost of light  rails  is  around  $0.15–5.42/passenger‐km  and  $2.95–22.44/vehicle‐km  (APTA,  2004b;  GAO, 2001).  The  energy  use  of  light  rails  is  estimated  to  be  between  0.7–2.5  MJ/passenger‐km  (Brand  and  Preston,  2003a;  Lowson,  2002).  Light  rails  are  powered  by  electric  propulsion and, therefore, are environmentally friendly. Noise levels for light rail are  relatively low at about 60–74 dB(A) (Brand and Preston, 2003a; Parsons Brinckerhoff  et al., 2001). However, ground vibration due to the operation of light rails may affect  the surroundings.  Light rails are considered a reliable and safe mode of transport that can handle high  capacity of people. Its capacity can be increased with a lower increase in operational  cost because each light rail train, no matter what number of cars, can be operated by  just one person. Light rails give maximum advantage for high volumes of passengers.  For smaller number of passengers, their advantage relative to buses is minimal. The 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

27 

 

odds of travelling in a crowded vehicle while standing and the difficulties of entering  and  exiting  with  luggage,  just  as  in  buses, may  also  happen  when  using  light  rails.  Nevertheless, they are considered more comfortable than buses.   

  (a) 

  (b) 

Figure  3.3.  Light rails operate in (a) mixed traffic or (b) on segregated tracks with right‐of‐way.  (Figure (a) courtesy of Light Rail Now, Figure (b) compliments of Bombardier Transportation) 

3.3.3 Automated people mover An Automated People Mover (APM) is a mode of public transport, which consists of  discrete vehicles that have automatic (driverless) control, use specialized guideways,  and operate on exclusive right‐of‐way. APMs are usually found in the form of trains  consisting  of  one  or  more  cars.  Each  train  operates  on  a  single  route  that  can  have  intermediate  stations.  These  systems  generally  serve  relatively  small  areas  such  as  airports  and  downtown  districts,  see  Figure  3.4.  In  few  cases,  however,  APMs  are  also used for transport over a much wider area.   

(a) 

(b) 

Figure 3.4. Automated People Movers generally serve relatively small areas such as (a) airports  and (b) downtown districts. (Figures compliments of Bombardier Transportation) 

 

28 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

The system capacity ranges from 1,000–30,000 p/h/d. The maximum speed of APMs  can  reach  up  to  90  km/h.    However,  if  an  APM  has  to  stop  at  a  number  of  intermediate  stations  that  are  separated  only  in  short  distances,  or  if  the  track  incorporates  many  curves,  the  maximum  speed  is  hardly  achieved.  The  distance  between stops can be between 500–1,500 m, with an optimum spacing of 750 meter  (Lowson,  2003;  Warren  and  Kunczynski,  2000).  This  leads  to  an  average  speed  of  around 15–50 km/h. APMs typically have headways between 60–180 s.  When  constructing  an  APM  system,  attention  should  be  given  to  their  integration  with other elements, especially if they are to be installed in a built‐up environment.  The required corridor width for a two‐way APM system is around 4.4–6.5 m (Kuhn,  2001).  Most  APMs  are  located  on  elevated  structures  or  underground,  so  vertical  transport  facilities  such  as  elevator,  escalator,  or  moving  ramps  are  required.  Furthermore,  they  need  stations,  equipment  rooms,  a  central  control  area,  and  maintenance facilities. Hence, the capital costs for APMs are high. They also require  high  level  of  maintenance.  The  capital  cost  of  existing  APM  systems  vary  widely  between  $12.5–147.9  million/km  (Jakes,  2002;  Richardson,  2005;  Shen  et  al.,  1996).  However, over the years, the cost for a new APM system steadily increased, both in  terms of capital cost and continuing operational and maintenance costs (Jakes, 2002;  Venter, 1997; Warren and Kunczynski, 2000). As a result, many new projects cannot  afford to include APMs in their transportation plans. The operational cost of an APM  can vary around $0.15–11.77/passenger‐km (National Transit Database (NTDB), 2004;  Tegner,  2003).  In  terms  of  cost  per  vehicle‐km,  it  is  around  $10.1–45.6/vehicle‐km  (NTDB, 2004).  Due to its electric propulsion, APM operations can be regarded as local pollution‐free.  Noise  emission  of  APMs  is  perceived  to  be  around  54–72  dB(A)  (Kuhn,  2001;  RECONNECT, 2000). However, ground vibrations can occur due to APM operations.  Data on APM energy use is very limited. Based on data of three systems, it is found  that  the  energy  consumption  of  APMs  ranges  between  1.62–12.78  MJ/passenger‐km  (NTDB, 2004). The higher value of energy use is exceptional, which happened due to  relatively low passenger‐km in the corresponding corridor. The average energy use  was found to be around 2.66 MJ/passenger‐km.  APMs in general have high passenger acceptance due to their high safety and service  record.  APM  systems  are  also  quite  flexible  to  modify.  Many  APM  projects  are  designed for future expansion. If no guideway is added in the expansion, the system  capacity can be changed by modifying the number of trains, the number of cars per  train, or the headway.   3.3.4 Personal rapid transit A  Personal  Rapid  Transit  (PRT)  is  another  type  of  automatic  control  (driverless)  vehicle, aimed for public transport. It takes the form of a small vehicle, available for 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

29 

 

the use of an individual or a small group of people travelling together by choice, see  Figure 3.5. PRTs typically have four seats, but other systems with six to ten seats also  exist. They run on small, separated guideways that are usually elevated, although at  grade  and  underground  guideways  are  possible.  Several  PRT  concepts  have  been  proposed  for  city  as  well  as  airport  transport  systems,  and  a  number  of  prototypes  are  being  tested.  A  pilot  project  is  under  development  for  Heathrow  Airport  Terminal  5  (Rodgers,  2007).  This  will  be  the  first  full‐PRT  system  to  operate.  Presently, PRT vehicles are already operating in West Virginia University, USA, but  this  is  regarded  as  a  quasi‐PRT  system  since  they  do  not  fully  serve  on‐demand  operation (Gibson, 2002).   

  (a) 

  (b) 

Figure  3.5.  (a)  An  ULTra  PRT  vehicle  is  running  on  the  test  track  in  Cardiff.  (b)  These  vehicles  will  be  used  in  Heathrow  Airport  Terminal  5  once  the  construction  is  ready,  shown  here  as  an  early visualization. (Figures courtesy of Advanced Transport Systems Ltd. (www.atsltd.co.uk)) 

The required corridor width for a two‐way PRT track is 4–5 m. It is claimed, however,  that  PRTs  likely  require  only  one  lane  (Brand  and  Preston,  2003a).  The  guideways  form a fully connected PRT network with offline stations located along the guideway  at  a  spacing  of  250–500  m  (Lowson,  2003).  Unlike  APMs,  PRTs  serve  origin‐to‐ destination  transport  without  intermediate  stopping.  The  service  is  available  on  demand rather than on fixed schedules.  PRTs  can  have  a  maximum  speed  of  30–50  km/h,  but  the  average  speed  of  the  vehicles is around 20–25 km/h (Brand and Preston, 2003a; Lowson, 2002, 2003). The  headway can be between 0.5–30 s, although a 2‐s headway is claimed to be practical  (Andréasson,  2001;  Henderson,  1992;  Lowson,  2002;  Muller  and  Allee,  2005).  With  the 2‐s headway, the capacity of a PRT system can reach 1,800 vehicles per hour per  direction. If each PRT vehicle can carry up to four passengers, the maximum system  capacity  will  be  7,200  p/h/d.  In  practice,  the  daily  average  occupancy  factor  of  automobiles  is  about 1.2–1.6  (Anderson,  2000;  Henderson,  1992;  Lowson,  2002).  If  a  PRT is assumed to be comparable to a car, then most trips in a PRT vehicle will be  taken by one person. On the other hand, two or more passengers at a station in peak 

 

30 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

periods are likely to discuss their destinations and share rides rather than wait for the  next  vehicle,  making  it  reasonable  to  apply  an  occupancy  factor  of  2.0  (Muller  and  Allee, 2005). Hence, a practical system capacity of 1,800–3,600 p/h/d may be achieved.  The capital  cost  for  a  PRT  system is estimated to  be  around  $4.21–15.99  million/km  (Advanced Transit Association (ATRA), 2003; Tegner, 2003). In fact, a higher capital  cost of $25.99 million/km was estimated for one system, but this figure is considered  exceptional  (Yoder  et  al.,  2000).  The  operational  cost  of  a  PRT  ranges  from  $0.07– 0.28/passenger‐km  (Tegner,  1999,  2003).  In  terms  of  cost  per  vehicle‐km,  Anderson  (1999) estimated that the operational cost is around $0.11/vehicle‐km. Due to lack of  data, a range of value for the operational cost per vehicle‐km cannot be given.  PRTs  are  electrically  powered,  so  there  is  no  local  pollution  during  operation.  The  average  energy  use  is  0.55  MJ/passenger‐km  (Lowson,  2002).  Again,  lack  of  data  prevents from estimating the range of value for the energy use. Studies show that the  noise emission level of PRTs is around 35–65 dB(A) (ATRA, 2003; Lowson, 2002). The  safety  of  PRTs  is  expected  to  be  high  due  to  the  segregated  tracks.  Furthermore,  it  benefits  from  personal  security  since  it  is  likely  that  all  trips  are  only  undertaken  with companions chosen by the traveller.  3.3.5 Conventional moving walkway Conventional  Moving  Walkways  (CMWs)  are  single  speed  conveyors  that  continuously move passengers at a constant low speed during operation. There is no  waiting  time  to  use  the  system,  unless  the  capacity  of  the  system  is  exceeded;  then  passengers  may  need  to  briefly  queue  before  stepping  onto  the  treadway.  All  installed  moving  walkways  are  now  providing  point‐to‐point  transport  along  straight  lines.  However,  there  have  been  developments  and  installations  of  spiral  escalators  (Jie,  2003)  and  curved  moving  walkways  (Abe  et  al.,  2001;  Ishikawajima‐ Harima  Heavy  Industries,  2004),  which  suggests  that  there  is  a  possibility  of  using  moving walkway over curved routes.  Present day CMWs typically operate at speeds of 0.6–0.75 m/s (Turner, 1998). Some  systems  may  be  found  operating  at  around  0.5  m/s  or  around  0.83  m/s,  but  these  cases are few. The ASME A17.1‐1981 (Donoghue, 1981) stated that a maximum speed  of 0.91 m/s is allowed but, to the best of my knowledge, no system has ever adopted  this speed. In case of inclined moving walkways, a different guideline is given with  regards  to  the  allowable  maximum  speed,  depending  on  the  gradient  of  the  slope  (Comité Européen de Normalisation (CEN), 1998; Donoghue, 1981).  Nowadays,  CMWs  are  available  with  a  treadway  width  starting  from  0.6  m,  increasing with an increment of 0.2 m up to a width of 1.6 m (Turner, 1998). CMWs  with  a  0.6  or  0.8  m  width  are  not  commonly  used  anymore  because  they  are  considered too narrow and can only accommodate one passenger lane. Systems with  1  and  1.2  m  widths  are  more  commonly  installed.  These  widths  can  better 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

31 

 

accommodate two passenger lanes, although they may not always be comfortable for  mixed  standing  and  walking  traffic,  particularly  in  airports.  Luggage‐carrying  passengers  often  find  difficulties  to  walk  pass  other  luggage‐carrying  passengers  standing  still  on  the  conveyor.  Therefore,  recently  there  is  a  trend  towards  wider  moving walkways with widths of 1.4  and 1.6  m.  These  treadway widths  will  allow  passengers to pass each other freely, even with a trolley.  Based on the EN 115:1998 (CEN, 1998), the theoretical capacity of a moving walkway  is determined using the equation  Ct = v × 3,600 × k 0.4 , 

 

(Eq. 2.1) 

where  Ct  is the theoretical capacity (p/h/d), v is the nominal speed (m/s), and k is a  factor  related  to  the  nominal  width  of  the  treadway,  z.  The  factor  k  represents  the  number of people who can enter the walkway in abreast. It is assumed that on every  0.4 m visible length of pallets or belt in a moving walkway, there are 1 person carried  at  a  nominal  treadway  width  of  0.6  m,  1.5  persons  carried  at  a  nominal  treadway  width of 0.8 m, and 2 persons carried at a nominal treadway width of 1 m. Therefore,  k = 1 for z = 0.6 m, k = 1.5 for z = 0.8 m, and k = 2 for z = 1 m. The figure 0.4 m for the  visible length of the pallets or belt in a walking walkway is taken based on the plan  view  of  the  human  body  depth,  which  is  330  mm  (Fruin,  1992).  The  factors  k  for  treadways  of  1.2,  1.4  and  1.6  m  width  were  not  determined  by  EN  115:1998.  By  extrapolation, values of k as given in Table 3.2 below may be expected.    Table 3.2. Factor k related to the nominal treadway width z  Nominal width z (m)  Factor k 

0.6  1 

0.8  1.5 

1.0  2 

1.2  2.5 

1.4  3 

1.6  3.5 

  Manufacturers  of  moving  walkways  usually  determine  theoretical  capacities  based  on the area of treadway per unit time, which is obtained by multiplying the speed of  the moving walkway with its width. This, in essence, agrees with the equation above.  Turner (1998) allocates 0.23 m2 area of treadway per person for the calculation of the  theoretical  capacity.  Taking  a  treadway  width  of  1  m  and  an  entry  speed  between  0.5–0.83  m/s,  a  moving  walkway  can  have  a  theoretical  capacity  between  9,000– 15,000  p/h/d.  Wider  moving  walkways  will  provide  higher  system  capacity,  theoretically reaching up to 26,000 p/h/d.  The  theoretical  capacities  of  AMWs  are  generally  much  higher  than  the  practical  capacities. Practical capacity occurs due to slight pauses in the boarding of a moving  walkway  and  greater  space  allocations  for  those  who  walk  on  the  treadway  rather  than  stand  (Leder,  1991).  Al‐Sharif  (1996a)  also  stated  that  the  human  buffer  zone,  which  is  the  area  that  a  person  occupy  to  maintain  his/her  personal  comfort,  leads  people  to  avoid  touching  each  other,  thus  reducing  the  capacity  of  the  moving 

 

32 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

walkway.  Furthermore,  in  practice,  the  entry  rate  of  passengers  onto  the  moving  walkway is not always uniform and continuous. The practical capacity of a moving  walkway is thus primarily dependent on its width at its entrance, as this determines  the number of people who can enter the walkway in abreast. The entry speed of the  moving walkway only affects the capacity to the extent that it determines the spacing  of the passengers as they step onto the walkway (Kittelson & Associates et al., 2003).  Walking  on  a  moving  walkway  will  increase  the  passengers’  travel  speed  and  thus  reduces  travel  time,  but  this  does  not  affect  capacity  because  it  does  not  affect  the  entry rate into the moving walkway. These aspects are further discussed in Chapter 4.  For  estimation  of  the  practical  capacity,  Turner  (1998)  allocates  0.46  m2  area  of  treadway per person. This implies that the practical capacity is estimated to be about  50% of the theoretical capacity. The practical capacity of CMWs with 1 m treadway  width  is  thus  expected  to  be  around  4,500–7,500  p/h/d.  For  wider  treadways,  a  practical capacity up to 13,000 p/h/d may be expected.  The  capital  cost  for  building  a  CMW  including  the  surrounding  structure  is  approximated to be around $29–36.3 million/km (Venter, 1997). No figure was found  on  the  operational  cost  of  a  CMW.  However,  it  is  said  to  be  very  similar  to  a  PRT  (Muller  and  Allee,  2005),  which  would  be  around  $0.07–0.28/passenger‐km  and  $0.11/vehicle‐km.  The  noise  level  of  CMWs  is  claimed  to  be  low.  However,  quantitative  data  was  hardly found. The only available sources stated that metal‐pallet moving walkways  generate  noise  levels  of  approximately  54  dB(A)  (ThyssenKrupp,  2004a),  whereas  rubber‐belt  systems  has  noise  levels  below  55  dB(A)  (Fenner  Dunlop  Conveyor  Belting Europe, 2004).  CMWs  are  considered not  very  suitable for wheelchair users (with the exception of  wheelchair  users  with  attendants)  or  other  mobility‐impaired  passengers.  Furthermore, they are not flexible to modify and they can become a barrier for cross‐ concourse  movements.  Nevertheless,  the  system  is  believed  to  be  safe  and  simple  and may be easily integrated into any environment. It needs only a small installation  space.  A  two‐way  AMW  system  with  a  treadway  width  of  0.6–1  m  will  consume  around 2.5–3.3 m of the corridor width (Turner, 1998). For a treadway width of 1.6 m,  the required width is 4.7 m. Maintenance of CMWs is also simple, although careful  planning is required to avoid disturbance of passenger transport.  3.3.6 Accelerating moving walkway Being a modification of CMWs, present day Accelerating Moving Walkways (AMWs)  exhibit  some  of  the  characteristics  of  CMWs  such  as  continuous  operation,  no  waiting time and point‐to‐point transport over a straight line. The differences mainly  stem  from  the  different  maximum  speed  at  which  the  AMWs  operate.  Figure  3.6  depicts two types of AMW, which are both installed alongside conventional systems. 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

33 

 

  (a) 

  (b) 

Figure  3.6.  The  AMW  systems  in  Paris  (a)  and  Toronto  (b)  are  both  installed  alongside  conventional systems. Being a modification of CMWs, the general appearance and characteristics  of AMWs are somewhat similar to the CMWs. (Figure (a) courtesy of Jos Scheffelaar, Figure (b)  courtesy of Gabriel Lodewijks) 

AMW uses the same entry and exit speeds as CMWs in order to ensure safe boarding  and alighting of the passengers. An entry and exit speeds of 0.5–0.83 m/s were used  in the AMW systems developed in the past (Abe et al., 2001; Cote and Gempp, 1997;  Gonzalez‐Alemany and Cuello, 2003; Ikizawa et al., 2001; Kazuo et al., 2003; Loder,  1998;  Shirakihara,  1997).  The  high‐speed  sections  of  these  systems  had  speeds  between  0.9–3.3  m/s.  However,  the  AMWs  that  are  currently  installed  in  Paris  and  Toronto  apply  an  entry  and  exit  speed  of  0.6  and  0.65  m/s,  respectively,  with  a  maximum  speed  of  2  and  2.5  m/s  (Dembart,  2003;  Gonzalez‐Alemany  et  al,  2007).  These  AMWs  are  built  with  lengths  of  185  and  270  m,  respectively,  each  system  consisting  of  a  single  span.  Previous  AMW  prototypes  were  developed  with  treadway widths of 1.0–1.4 m, whereas the ones currently installed all have a 1.2 m  treadway width.  The capacity of an AMW is primarily dependent on the condition at its entrance, as  this  determines  the  number  of  people  that  can  enter  the  system.  Hence,  the  higher  speeds in the middle section do not influence the system’s maximum capacity. This  implies  that  an  AMW  will  have  the  same  capacity  as  a  CMW  of  the  same  entrance  width and speed (Loder, 1998). Based on a 1.2 m wide system and an entry speed of  0.6–0.65 m/s, a theoretical capacity around 13,000–14,625 p/h/d may be expected. The  practical  capacity  is,  hence,  around  6,500–7,300  p/h/d  when  assuming  50%  of  the  theoretical capacity.  Saeki  (1996)  and  Shirakihara  (1997)  stated  that  the  cost  to  construct  an  AMW  with  parallelogram pallets is about 1.3–1.5 times that of the CMW. For an AMW with in‐ line  accelerating  belts,  Loder  (1998)  estimated  that  the  cost  will  range  in  per  unit  length price up to a ceiling of 20% more than a single speed system for short lengths  and will generally be less expensive for longer lengths. Based on these estimations, it  may  be  expected  that  an  AMW  system  will  approximately  cost  $37.7–54.45 

 

34 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

million/km for the parallelogram type and $34.8–43.56 million/km for the in‐line type.  Dembart  (2003)  reported  that  the  AMW  system  in  Paris,  which  is  based  on  the  accelerating/decelerating rollers, cost around $29 million/km. This lower figure may  be  excluding  the  cost  for  the  surrounding  structure.  No  figure  was  found  on  the  operational  cost  of  an AMW.  If  a  factor  of  1.2–1.5  is  also  applied  to  the  operational  cost  of  CMWs,  then  the  operational  cost  for  AMWs  may  be  around  $0.08– 0.42/passenger‐km and $0.13–0.17/vehicle‐km.  Owing to their higher speed, the power consumption of AMWs can be estimated to  be  around  two  to  four  times  the  power  consumption  of  CMWs  of  the  same  length.  This basically depends on the speed ratio between the entrance and the high‐speed  section.  Loder  (1998)  estimated  that  an  AMW  will  use  about  3  kWh  of  power  to  transport 1000 passengers as far as 100 m. This equals to about 0.11 MJ/passenger‐km.  The noise level of AMWs is also higher than CMWs. The system in Toronto, which is  a  metal  pallet  system,  has  a  noise  level  of  around  76  dB(A)  (Axel  Köhler,  personal  communication, 19 February 2008). The AMW system in Paris is reported to have a  noise level of 82 dB(A) (Rémi Besson, personal communication, 22 March 2007).  As with CMWs, AMWs are also not very suitable for mobility‐impaired passengers,  except  for wheelchair  users  with  attendants  (Ikizawa  et  al,  2001; Shirakihara,  1997).  However,  results  of  public  tests  suggest  that  AMWs  are  generally  safe,  although  a  learning period may be required for first‐time users. The systems are relatively easy  to  integrate  into  any  environment.  The  space  requirement  for  a  two‐way  AMW  system  of  1.2  m  treadway  width  is  around  4.8  m  (ThyssenKrupp,  2007),  which  is  slightly more than what is required for a two‐way CMW of the same treadway width.  A  deeper  pit  depth  is  also  typically  required  for  the  accelerating  and  decelerating  sections.  Just  like  CMWs,  they  are  also  not  flexible  to  modify  and  can  become  a  barrier for cross‐concourse movements. Maintenance of AMWs is similar to CMWs,  although it may be required more frequently due to their higher operating speed. 

3.4 Comparative evaluation The characteristics of the AMWs are evaluated and compared to those of buses, light  rails, APMs, PRTs and CMWs. A summary of the system characteristics are given in  Table 3.3.  The lower boundary for AMWs, i.e. for short distance transport, is determined by the  comparison  of  AMWs  with  respect  to  CMWs.  For  the  same  entry  speed  and  treadway  width,  the  two  systems  offer  the  same  transport  capacity.  Both  systems  also  provide  continuous  transport  with  no  waiting  and  no  intermediate  stopping.  Hence,  the  single  advantage  of  AMWs  over  CMWs  is  their  higher  speed.  In  this  respect, AMWs can be an alternative transport system to serve the area of application  that  is  normally  at  the  upper  boundary  for  CMWs.  However,  the  higher  costs  for  AMWs may become a main aspect to consider. 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

35 

  Table 3.3.  Characteristics of the transport systems  Average  Theoretical  Capital  Operational cost  speed  system capacity  cost  ($/passenger‐km)  (km/h)  (p/h/d)  ($ M/km)  Bus:          ‐ mixed traffic  15–20  1,000–4,500  0.14–6.75  0.09–0.95  ‐ bus lane  15–25  4,500–7,500  1.14–26.41  0.09–0.95  ‐ busways  22–50  4,500–25,000  4.38–38.65  0.09–0.95  ‐ guided bus  30–50  4,500–25,000  2–7  0.09–0.95  ‐ airport  15–20  1,000–1,500  0.14–6.75  0.09–0.95  Light rail  15–45  1,000–30,000  8.5–83.5  0.15–5.42  APM  15–50  1,000–30,000  12.5–147.9  0.15–11.77  PRT  20–25  1,800–7,200  4.21–15.99  0.07–0.28  29–36.3  0.07–0.28  CMW  1.8–3  11,250–18,675a  0.08–0.42  AMW  7.2–9  13,000–14,625b  34.8–54.45  Notes:  Costs are given as 2005 US dollars  a for a treadway width of 1.2 m and a speed of 0.5–0.83 m/s    b for a treadway width of 1.2 m and an entry speed of 0.6–0.65 m/s    Systems 

Operational  cost  ($/vehicle‐km)    1.22–14.75  1.22–14.75  1.22–14.75  1.22–14.75  1.22–14.75  2.95–22.44  10.1–45.6  0.11  0.11  0.13–0.17 

  Table 3.3.  Characteristics of the transport systems (continued)  Systems 

Corridor width  (two‐way) (m) 

Headway  (s) 

Bus:      ‐ mixed traffic  6–8.5c  600–1,800  ‐ bus lane  6–8  600–1,800  ‐ busways  8–13  600–1,800  ‐ guided bus  5.8–6.2  600–1,800  ‐ airport  6–8.5  600–900  Light rail  5–6.5  600–1,800  APM  4.4–6.5  60–180  PRT  4–5  0.5–30  e 0  CMW  2.5–4.7   0  AMW  4.8f  c Notes:   refers to a minimum road width  d on the guideway    e for treadway widths of 0.6–1.6 m    f for a treadway width of 1.2 m   

Stop spacing  (m) 

Noise level  (dB(A)) 

Energy use (MJ/  passenger‐km) 

  200–600  200–600  500–1,000  500–1,000  200–600  250–1,000  500–1,500  250–500  0  0 

  70–84  70–84  70–84  56–59d  70–84  60–74  54–72  35–65  <55  76–82 

  0.3–1.56  0.3–1.56  0.3–1.56  0.3–1.56  0.3–1.56  0.7–2.5  1.62–12.78  0.55  0.02–0.05  0.11 

  The upper boundary for AMWs is firstly influenced by the issue of travel time. This  results  in  a  maximum  distance  that  can  be  served  by  the  AMWs,  such  that  an  acceptable travel time can be provided. Because passengers of AMWs are originally  pedestrians,  I  look  into  acceptable  walking  limits  to  determine  the  maximum  transport  distance  for  AMWs.  The  acceptable  walking  distance  and  walking  time  vary  according  to  the  nature  of  the  pedestrian,  the  purpose  and  destination  of  the 

 

36 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

walk,  and  the  nature  of  the  walking  environment  (Pikora  et  al.,  2001).  For  most  purposes, acceptable walking is thought to be about 20 minutes walk, which equates  to around 1.5 km for an average pedestrian (Gleave and Halden, 2001). This agrees  with Hyden et al. (1998), who stated that people are still willing  to walk between 1  and  2  km.  As  a  comparison,  the  heavily  used  Central‐Mid‐Level  Escalator  in  Hong  Kong, which is an 800 m route consisting of several low‐speed escalators and CMWs,  also  takes  around  20  minutes  to  travel  if  the  pedestrians  only  stand  while  being  conveyed.  If  20  minutes  is  taken  as  the  maximum  travel  time  and  2.5  m/s  as  the  AMW speed, then a maximum travel distance of 3 km can be covered with AMWs.  Within this 3 km distance, there is clearly overlapping with discontinuous transport  systems  such  as  buses,  light  rails,  APMs  and  PRTs.  Then,  the  suitability  of  AMWs  over the other systems depends on the nature of the application and whether or not  the characteristics of the AMWs are competitive compared to those of the others.  As  discontinuous  transport  systems,  buses,  light  rails  and  APMs  need  to  make  intermediate  stops.  The  stop  spacing  influences  the  speed  of  these  systems  and  the  walking  time  of  their  passengers.  Large  stop  spacing  increases  the  walking  time,  while  small  stop  spacing  reduces  the  average  travel  speed  due  to  the  time  lost  in  accelerating  and  decelerating.  An  optimal  distance  between  stops  offsets  between  walking time and average speed. Even so, the average speed of buses, light rails, and  APMs  will  still  be  much  lower  compared  to  their  maximum  speeds.  Furthermore,  intermediate  stops  may  lead  to  an  increase  in  waiting  time  and  headway  (Warren  and Kunczynski, 2000). The transport system thus becomes prone to delays.  The  average  speed  of  AMWs  is  lower  than  that  of  the  other  transport  systems.  However, AMWs do not have intermediate stops so they can always operate at their  nominal  speed.  The  absence  of  delay  may  to  some  extent  offset  the  lower  running  speed, particularly when observing that the nominal AMW speed is quite close to the  lower  limit  of  average  speed  for  some  discontinuous  systems.  When  the  walking  time to reach the transport mode, the waiting time for the vehicle, the dwell time at  each  station,  and  the  walking  time  to  reach  the  final  destination  are  also  taken  into  account, the total travel time of AMWs may be not much different to that of buses,  light rails, and APMs. However, the total journey time of AMWs may still be below  that of PRTs. Because PRTs do not have to make intermediate stops and their average  speed is fairly higher than that of AMWs, passengers can safe time.  For AMWs, the additional walking time depends on the distance from the origin to  the  entrance  of  the  first  AMW  span,  the  length  of  the  landings  between  the  AMW  spans, and the distance from the exit of the last AMW span to the final destination.  However, the landing is usually only a few meters long and AMWs can be installed  very close to the arrival and departure points of passengers. Hence, a short walking  time can be expected. As a continuous transport system, AMWs also provide better  service  in  terms  of  minimum  waiting  time.  AMWs  are  always  readily  available  for 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

37 

 

use,  making  them  suitable  for  any  passenger  arrival  pattern.  This  is  certainly  a  feature that cannot be provided by the discontinuous transport systems. Buses, light  rails, and APMs can be unsuitable for situations that have irregular passenger arrival  pattern. In such cases, it may happen that a vehicle has arrived at a station while not  many  passengers  are  present,  or  it  has  not  arrived  while  many  passengers  have  already waited. Whereas for PRTs, the question that still remains to be answered is  whether they can effectively handle large number of passengers requesting service at  approximately  the  same  time,  for  example  when  a  plane  or  a  train  has  just  arrived  (Lowson, 2005).  In  a  cost‐benefit  analysis,  the  walking  time  from  the  origin  to  a  stop  or  station,  the  waiting  time  for  the  service,  and  the  walking  time  from  a  stop  or  station  to  the  destination  are  usually  weighted  to  the  in‐vehicle  time  by  a  factor  of  about  two  (Brand  and  Preston,  2003a).  This  indicates  that  passengers  are,  to  a  certain  extent,  generally more tolerant to a long in‐vehicle time than to a long walking and waiting  time. In this respect, AMWs may accommodate better.  AMWs  have  higher  maximum  capacity  than  PRTs  and  buses  in  mixed  traffic,  buslanes, and airports. On the other hand, its maximum capacity may be lower than  that of buses in busways, guided buses, light rails, and APMs. The comparison above  also  holds  true  for  the  practical  capacity  of  the  systems.  For  AMWs  with  a  1.2‐m  treadway width, the practical capacity was estimated to be around 6,500–7,300 p/h/d.  The practical capacity of PRTs was estimated to be between 1,800–3,600 p/h/d. If 75%  of the maximum capacity is assumed for the practical capacity of bus‐based systems,  light rail, and APMs, then their practical capacity will be around 750–3,375 p/h/d for  buses in mixed traffic, 3,375–5,625 p/h/d for buses in bus lanes, 3,375–18,750 p/h/d for  buses in busways and guided buses, and 750–22,500 p/h/d for light rails and APMs.  However, as previously stated, the upper limit of capacity for bus‐based systems can  only be achieved with multiple stopping bays and lanes. With a similar approach, if  desired, a higher capacity for AMW systems can also be achieved by installing more  than one lane per direction.  The  system  capacity  of  discontinuous  transport  systems  can  be  limited  by  the  capacities  of  the  stations  (Vuchic,  1981).  For  AMWs,  the  space  available  before  the  entrance and after the exit, i.e. the landing, may become the limiting factor. However,  people normally only need to pause briefly to enter the moving walkway. So, unless  there  is  a  sudden  peak  of  passenger  arrival,  the  entrance  landing  is  never  fully  occupied.  At  the  exit  landing,  people  also  usually  directly  continue  to  walk  away.  Hence, the capacity of the exit landing is also never fully occupied, unless if someone  pauses  in  front  of  the  exit,  which  is  quite  unlikely.  On  the  downside,  if  an  AMW  system cannot operate due to breakdown or maintenance, it is likely that there will  be  no  transport  capacity  at  all  because  there  is  no  immediate  replacement  for  the  system.  Breakdown  of  a  vehicle  from  the  other  transport  modes  can  be  easily 

 

38 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

replaced by another vehicle, so operation in the network can be continued although  perhaps not as optimal.  The  capital  cost  of  AMWs  is  somewhat  in  the  same  range  as  that  of  light  rails  and  APMs,  but  it  is  still  quite  higher  than  that  of  buses  and  PRTs.  At  this  point,  a  methodological remark is necessary for further analysis of the capital cost. The cost  per  kilometre  is  subject  to  many  variables,  such  as  the  number  of  stations  and  the  number of trains/vehicles in the system, as is in the case of buses, light rails, APMs,  and PRTs. For that reason, the capacity of the system should be taken into account in  the  comparison.  This  allows  different  systems  to  be  compared  on  the  basis  of  their  design. Venter (1997) introduced the typical cost per passenger/hour to represent the  cost  of  a  system  associated  with  the  service  provided.  The  typical  cost  per  passenger/hour is calculated by dividing the total capital cost of the system with the  maximum capacity provided by the equipment supplied. In this paper, the systems  are  represented  by  the  typical  cost  per  passenger‐km/hour,  which  gives  a  more  consistent comparison: it does not only consider the capacity of the system, but also  the  length.  Hence,  the  typical  cost  per  passenger‐km/hour  is  determined  using  the  capital  cost  per  kilometre  instead  of  the  total  capital  cost.  The  typical  costs  of  the  different transport systems are presented in Table 3.4. They were calculated based on  the  data  in  Table  3.3  assuming  that  the  high  capital  cost  corresponds  to  the  high  system capacity and the lower capital cost corresponds to the lower system capacity.    Table 3.4.  Typical costs of the different transport systems  Systems  Bus:  ‐ mixed traffic  ‐ bus lane  ‐ busway  ‐ guided bus  ‐ airport  Light rail  APM  PRT  CMW  AMW  Note: Costs are given as 2005 US dollars 

Typical cost  ($ per passenger‐km/hour)    140–1,500  255–3,520  975–1,545  280–445  140–4,500  2,785–8,500  4,390–12,500  2,210–2,340  2,420–3,220  3,630–3,865 

  From Table 3.4 we can see that buses still give the lowest range of cost, followed by  PRTs  and  AMWs.  However,  by  taking  the  system  capacity  and  the  length  of  the  system into account, the typical cost of AMWs is now not so much higher than that of  buses and PRTs. Light rails and APMs remain more expensive, most likely due to the  higher costs for guideways and larger vehicles. 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

39 

 

The operational cost of AMWs is lower than that of buses, light rails, and APMs, both  in  terms  of  cost  per  passenger‐km  and  cost  per  vehicle‐km.  The  operational  cost  of  PRTs is just slightly lower than that of AMWs. The operational cost of AMWs can be  low  since,  in  terms  of  operation  and  maintenance,  they  are  simpler  than  the  other  transport  systems.  Their  simpler  technology  does  not  need  expensive  and  complicated  maintenance.  Also,  not  many  personnel  are  required  to  operate  the  system. The low operational cost is partly influenced by the system’s low energy use.  Although  data  on  energy  use  per  passenger‐km  was  scarce,  based  on  the  obtained  data it is seen that AMWs use the least energy. The energy consumption of buses and  PRTs  are  somewhat  in  the  same  range,  while  light  rails  use  slightly  more.  APMs  consume the most energy.  For  a  two‐way  system,  AMWs  need  relatively  less  space  than  the  other  systems.  Busways  consume  most  space,  while  the  other  transport  systems  are  in  between.  PRTs require somewhat the same track width as AMWs, but the whole network may  use more land. In airports and transit stations, the small installation space for AMWs  makes it is possible to apply the concept of ‘everything under one roof’. AMWs can  be installed as close as possible to the arrival and departure points of passengers, so  passengers do not need to step to other parts of the building to access the transport  system.  Segregated  transport  systems  are  considered  safer  than  transport  systems  in  mixed  traffic. Furthermore, automated systems are also considered safer than systems with  drivers. This is mainly due to the risk of human error in mixed traffic situations and  manual operations (Brand and Preston, 2003a). In this sense, the safety of passengers  in conventional bus‐based systems is lower than that in the other transport systems.  APMs  and  PRTs  are  claimed  to  have  very  high  safety,  both  being  segregated  and  driverless.  AMWs  are  also  segregated  from  other  traffic  around  it,  except  for  the  entrance  and  exit.  These  access  and  egress  points  should  not  be  at  crossings  with  other traffic flow.  AMWs  as  well  as  light  rails,  APMs,  and  PRTs  are  electrically  powered  so  they  produce  no  local  emissions  during  operation.  However,  emissions  are  produced  at  the power stations when generating the electricity. The overall emissions produced,  therefore, depend on the method used to generate the electricity. This can be almost  zero  if  using  renewable  energy  or  significantly  high  if  using  coal.  However,  emissions  of  local  pollutants  at  the  power  stations  will  generally  have  smaller  impacts than at the location where the transport system operates, and are also easier  to control because they come from a single source (Brand and Preston, 2003a). Buses,  on the other hand, produce more pollutants since they are generally still powered by  diesel engines.  Data on the noise levels of the transport systems were limited. Based on the obtained  data, AMWs generate noise levels around the same range as the other systems. This 

 

40 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

can be a nuisance, since AMWs are still more likely to be installed indoors. The noise  emission  of  PRTs  is  generally  low,  although  certain  types  of  vehicle  may  produce  higher noise level. Other transport systems emit higher noise levels.  AMWs,  along  with  light  rails,  APMs,  and  PRTs,  provide  smooth  transport  for  passengers because the internal vibration caused by these systems is low. However,  the ground vibration caused by light rails and APMs are relatively stronger, which is  likely  due  to  the  heavier  vehicles.  The  ground  vibration  can  disturb  non‐users  and  the  surroundings.  Buses  do  not  cause  as  much  ground  vibration  as  light  rails  and  APMs,  but  the  internal  vibration  that  affects  the  passengers  can  be  higher.  AMWs  and  PRTs,  on  the  other  hand,  do  not  emit  significant  ground  vibration  that  can  disturb the environment. 

3.5 Conclusions This  chapter  presented  the  findings  of  a  literature  review  on  Accelerating  Moving  Walkways (AMWs) and evaluated the characteristics of AMWs compared to those of  Conventional  Moving  Walkways  (CMWs),  buses,  light  rails,  Automated  People  Movers  (APMs),  and  Personal  Rapid  Transits  (PRTs). For  relatively  short  distances,  the advantage of AMWs over CMWs mainly stem from their higher speed. A factor  that  may  prevent  the  use  of  AMWs  as  an  alternative  transport  system  for  applications at the upper boundary of CMWs is the higher costs.  It  is  concluded  that  AMWs  can  be  an  interesting  alternative  transport  system  for  moderate  distance  people  transport.  Based  on  speed  and  travel  time  alone,  AMWs  may  be  suitable  for  distances  up  to  3  km.  However,  the  suitability  of  AMWs  still  depends on the nature of the application. The comparative evaluation has shown that  AMWs  can  be  competitive  to  the  other  transport  modes.  AMWs  are  capable  of  providing a high capacity transport at relatively low costs. A two‐way AMW system  does not take‐up an installation space any larger than the other systems and they are  generally  easy  to  integrate  into  any  environment.  Furthermore,  the  energy  use  and  environmental impacts are typically low.  The  total  travel  time  on  AMWs  can  be  competitive  to  that  of  the  discontinuous  transport  systems  when  the  walking  time,  waiting  time,  and  dwell  time  in  stations  are taken into account. This competitiveness is influenced by the possibility of using  one  long  single‐span  AMW  to  cover  the  whole  travel  distance.  Such  a  long  AMW  will provide a faster travel than using a number of shorter AMWs with intermediate  landings.  In  this  regard,  the  limiting  characteristics  of  present  day  AMWs  are  still  their ability to only serve point‐to‐point transport over straight lines. If AMWs have  entrances and exits along the route, then passengers with farther destinations would  not  need  to  experience  an  increase  of  travel  time  due  to  frequent  accelerations,  decelerations and landings. A number of concepts have been proposed in the past to  enable access and egress along the AMW (Tough and O’Flaherty, 1971), but so far the 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs 

41 

 

complexity of coordination between passengers entering and exiting the system has  been  a  challenge.  The  current  inability  to  bend  around  obstacles  also  limits  the  possibility to apply a single‐span AMW over longer routes in built‐up environments  such as city centres.  Bearing  in  mind  their  competitiveness  as  well  as  limitations,  some  possible  applications  for  AMWs  are  exampled.  AMWs  may  be  used  to  connect  between  passenger terminals in large airports. They may also connect the main terminal to the  parking area or to a nearby train/metro/bus station. In the city, AMWs may serve as  feeders for other modes of public transport. In underground rail/metro stations, for  example,  they  may  be  applied  to  connect  between  two  stations  and  their  surroundings, such that the accessibility of the stations increases. In large fair ground,  exhibition  sites  and  amusement  parks,  AMWs  may  provide  transport  from  the  parking area, bus/rail station, or hotel to the site’s entrance. 

 

42   

 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

Chapter 4 Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of accelerating moving walkways

4.1 Introduction As  presented  in  Chapter  3,  the  possibility  to  apply  Accelerating  Moving  Walkways  (AMWs) for moderate distance transport is influenced by the system characteristics,  which  partly  relates  to  the  design  of  the  system.  In  setting  up  the  design  criteria,  human  factors  information  are  considered,  which  include  human  characteristics,  abilities and limitations as well as behaviours that arise from their interactions with  the system and the environment. Like any other transport systems, the installation of  AMWs in a public facility should also be carried out with considerations of the users.  Understanding about the characteristics and behaviour of pedestrians as passengers  of AMWs is necessary to support decisions on aspects related to the application. This  may influence the effectiveness of the AMWs in providing efficient, comfortable and  safe pedestrian mobility.  This chapter reviews characteristics, abilities and limitations, as well as behaviour of  human in their capacity as passengers of AMWs. In performing the study, not only  information  directly  related  to  AMWs  is  included,  but  also  those  related  to  Conventional  Moving  Walkways  (CMWs).  Both  systems  exhibit  a  number  of  similarities  in  terms  of  their  physical  dimensions,  operational  conditions  and  tasks  that passengers need to perform when using the system, particularly at the entrance  and exit. Hence, CMWs can provide comparable situations as projections for AMWs,  bearing  in  mind  the  influence  of  the  AMW  acceleration,  higher  speed  and  deceleration.  The  study  focuses  on  horizontal  systems  and,  thus,  passenger  movements  in  the  horizontal  dimension.  This  is  due  to  the  fact  that  present  day  AMWs are still only available as horizontal systems. 

  43 

44   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

Considering  that  moving  walkway  passengers  are  essentially  pedestrians,  human  factors  information  of  pedestrians  are  also  reviewed.  A  number  of  pedestrian  characteristics,  for  example  body  dimension,  space  occupation,  and  locomotion  can  be  considered  relevant  for  moving  walkways.  Pedestrian  behaviours  in  bottlenecks  and unidirectional flow may also provide insights for situations in moving walkways.  Comparison  and  interpretation  are  carried  out  in  using  the  pedestrian  data  due  to  possible influence from the moving walkway speed.  The  rest  of  the  chapter  is  structured  as  follows.  The  characteristics,  abilities  and  limitations of AMW passengers are described in Section 4.2, particularly with regards  to their influence towards the design of the system. The behaviours of pedestrians as  passengers of moving walkways are described in Section 4.3, with projections for the  case  of  AMWs.  In  Section  4.4,  I  discuss  how  the  characteristics  and  behaviour  of  passengers may affect aspects in the application of AMWs. Some concluding remarks  are given in Section 4.5. 

4.2 Human characteristics, abilities and limitations related to AMW design For  identifying  human  characteristics,  abilities  and  limitations  related  to  AMW  design,  the  study  is  directed  toward  standards  on  moving  walkways,  which  have  been briefly mentioned in Chapter 2. In the ASME A17.1‐1981 (Donoghue, 1981), one  of the clauses is explained to have been ‘… specified based upon experience gathered  in  human  factors  research’.  Furthermore,  in  the  EN‐115:1998  (Comité  Européen  de  Normalisation (CEN), 1998) and EN‐115‐1:2008 (CEN, 2008), the clauses correspond to  a  number  of  hazards  significant  to  moving  walkways,  including  those  due  to  ‘neglecting  ergonomic  principles  in  machinery  design’  or  ‘mismatch  of  machinery  design  with  human  characteristics  and  abilities’.  These  indicate  that  the  standards  have  been  drawn  with  reference  to  human  factors  information.  Reviewing  the  clauses  from  a  human  factor  point‐of‐view  can  provide  sufficient  insights  into  the  main factors considered important by the authorities.  The  clauses  in  the  standards  cover  issues  related  to  not  only  moving  walkway  passengers,  but  also  operational  and  maintenance  personnel  as  well  as  inspectors.  Here,  the  focus  is  on  clauses  related  to  the  passengers.  Each  clause  is  analysed  to  figure out what human characteristics, abilities or limitations were used as reference.  This brings out three main aspects, which are briefly discussed below.  4.2.1 Physical characteristics of human body The  physical  size  of  an  average  human  body  is  used  as  reference  in  setting  the  standards for moving walkway dimensions. For instance, the body width determines  the minimum width of the moving walkway. For pallet‐type systems, the body depth 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

45 

determines  the  depth  of  a  pallet.  The  height  of  the  balustrade  is  taken  to  accommodate the comfortable height and posture of the arm with respect to the body  for  holding  the  handrail,  whereas  the  width  of  the  handrail  is  chosen  to  provide  a  comfortable and secure grip. Furthermore, the average weight of a passenger is used  as reference to determine the load for structural design.  Considerations of the shape and size of body parts, particularly those in contact with  the  moving  walkway  (i.e.  fingers,  hands  and  feet),  and  the  soft  body  tissue  also  influence  decisions  of  the  system’s  shape,  dimension  and  material,  especially  with  regard to safety requirements. For example, to avoid shearing or cutting of the skin,  balustrade  and  skirting  should  be  made  of  smooth  materials  and  edges  should  be  made bevelled  or  rounded‐off. Also, to  avoid trapping  and pinching of body parts,  gaps should be made sufficiently small and necessary devices (e.g. combs, deflectors,  and guards) should be installed.  The  above  are  few  examples  of  how  human  physical  characteristics  influence  the  design criteria of moving walkways, which applies to both CMWs as well as AMWs.  It is not the intention of this study to list each and every value of the human physical  characteristics and their corresponding moving walkway specifications. Considering  that the most obvious variation in moving walkway specifications is its width, here I  elaborate on the dimensions of human body width and depth within the concept of  human body ellipse.  The plan view of the human body can be approximated as an ellipse defined by the  body depth and shoulder breadth. Human factors studies have shown that the fully  clothed dimensions of the 95th percentile of the population are 0.33 m body depth and  0.525  m  shoulder  breadth.  To  incorporate  spatial  allowance  for  the  presence  of  personal  articles,  social  conventions  to  avoid  body  contact  with  others,  and  body  sway when walking, a human body ellipse of about 0.457 by 0.609 m (equals to 18 by  24 inch) is defined, representing the plan view of an average adult male body (Fruin,  1971).  This  implies  a  standing  area  of  around  0.28  m2/person.  As  can  be  seen  in  Figure 4.1, the spatial allowances of the shoulders are less than those in front of and  behind the body. This indicates that people are more tolerant to lateral contact with  other people (e.g. brushing shoulders) than longitudinal contact (e.g. bumping head‐ on).  From a psychological point‐of‐view, the human body ellipse represents the so‐called  human  buffer  zone,  which  is  the  area  around  a  human  body  that  if  intruded  will  cause  anxiety  or  discomfort.  This  concept  determines  the  inter‐personal  spacing  of  pedestrians,  including  passengers  in  moving  walkways.  When  freedom  of  choice  exists,  pedestrian  will  adopt  personal  spacing  that  avoids  physical  contact  with  others.  Personal  and  cultural  differences  among  people  may  affect  the  size  of  the  human  buffer  zones  and,  consequently,  the  perception  of  space  (Hall,  1966;  Tanaboriboon et al., 1986). 

 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

0.457 m 

46   

0.609 m   Figure  4.1.  The  human  body  ellipse  model  described  by  Fruin  (1971)  provides  a  simple  way  to  visualize situations involving confined pedestrians. 

Considering the human body ellipse, a minimum treadway width of 0.6 m is clearly  required. A treadway width of 1 m may enable two passengers to stand side by side,  since  the  body  width  below  the  shoulder  is  smaller.  However,  they  may  have  to  stand closer to the balustrade and have their shoulders brushing. A treadway width  of at least 1.2 m is required to allow two people to stand comfortably in abreast.  4.2.2 Ability to maintain balance and stability When  using  moving  walkways,  passengers  are  subjected  to  the  complex  tasks  of  stepping  onto,  standing  or  walking  on,  and  stepping  off  a  moving  surface.  An  important  aspect  for  successfully  performing  these  tasks  is  the  ability  to  maintain  balance and stability. Hence, this factor is used as reference in setting the standards  for a number of system specifications, particularly speed, acceleration, deceleration,  jerk  (i.e.  the  rate  of  change  of  acceleration  or  deceleration),  inclination  angle,  and  treadway material.  To prevent passengers from falling when boarding and alighting, the standards limit  the  maximum  entrance  and  exit  speeds  to  0.90  m/s  (Donoghue,  2007;  CEN,  2008).  These speeds are constant along CMWs. The standards prescribe a maximum speed  of 4.57 m/s at the high‐speed section of AMWs, which is about the same as a bicycle  rider  or  a  jogger  (Donoghue,  1981).  At  this  level,  wind  is  felt  on  the  face  and  may  cause  minor  disturbance  of  clothing  and  hair,  but  no  effect  is  perceived  towards  walking  and  standing  balance  (Murakami  and  Deguchi,  1981).  It  is  considered  that  higher  speeds  would cause  an uncomfortable sensation due  to  stronger  head wind,  with  effects  starting  from  disarranged  hair,  flying  dusts,  force  of  wind  felt  on  the  body, leading to lost of balance (Blocken and Carmeliet, 2004). The above maximum  AMW  speed  is  presumably  prescribed  for  indoor  applications.  For  outdoor  applications,  a  lower  maximum  speed  may  be  preferred  since  occurring  open‐air  wind may additionally influence passenger perception.  Passenger balance is also affected by the level of acceleration, deceleration and jerk.  For horizontal AMWs, ASME A17.1‐1981 limits the acceleration and deceleration in  the  variable  speed  zones  to  0.1g  (0.98  m/s2),  with  a  maximum  jerk  of  0.91  m/s3  (Donoghue,  1981).  Neither  the  EN‐115:1998  nor  the  latest  EN‐115:2008  explain  on 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

47 

these  specifications.  The  EN‐115:2008  only  gives  a  deceleration  limit  of  1  m/s2,  but  this  is  stated  for  the  stopping  procedure  of  CMWs  rather  than  for  the  deceleration  zone of AMWs (CEN, 2008). It should be noted that starting and stopping of moving  walkways  in  normal  operational  conditions  have  to  be  carried  out  with  nobody  onboard.  For  emergency  stopping,  where  passengers  may  still  be  present  on  the  system, the total deceleration to which a passenger is subjected shall not exceed 0.25g  (2.45  m/s2)  (Donoghue,  1981).  This  limit  is  particularly  important  for  AMWs,  in  which  the  deceleration  of  the  emergency  stop  plus  the  deceleration  in  the  normal  deceleration zone can be additive.  To reduce the risk of slipping, the slope of a moving walkway is limited to 12° at any  point,  except  for  the  entrance  and  exit  where  a  limit  of  3°  is  set.  Furthermore,  the  treadway,  comb‐plates  and  cover‐plates  have  to  be  made  of  anti‐slip  materials,  having  a  friction  coefficient  of  at  least  0.45  (CEN,  2008).  This  thesis  focuses  on  horizontal systems, thus the influence of slopes is not further discussed.  Besides referring to the standards, designers of moving walkways typically perform  their  own  studies  to  select  the  optimum  system  specifications.  Extensive  tests  are  particularly  performed  when  designing  AMWs,  since  there  is  little  information  for  such  systems  in  the  standards.  The  physical  abilities  of  the  population  vary  over  a  wide  range.  Hence,  experiments  and  observations  with  human  subjects  both  in  the  factory  and  in  public  facilities  allow  designers  to  evaluate  how  various  groups  of  users respond to the system. Necessary improvements are then carried out based on  the  results  of  the  studies.  The  investigations  generally  resulted  in  designers  setting  lower  values  for  speed,  acceleration,  deceleration  and  jerk  compared  to  the  maximum limits given by the standards.  4.2.3 Cognitive and sensory abilities For  passengers,  cognitive  and  sensory  abilities  play  an  important  role  to  perceive  situations when using moving walkways, either CMWs or AMWs. Due to the wide  range  of  cognitive  and  sensory  abilities,  each  passenger  may  respond  differently  when interacting with the system. A number of guidelines in the standards are based  on  considerations  for  the  cognitive  and  sensory  abilities  of  passengers,  with  a  particular focus toward safety.  Moving  walkway  passengers  apply  their  cognitive  abilities  to  process  sensory  information  to,  for  instance,  comprehend  how  the  system  works  and  perceive  the  level  of  risks.  Inaccurate  judgments  of  the  situations  may  occur,  particularly  if  the  passenger  is  not  yet  familiar  with  the  system.  This  is  typically  the  case  when  encountering  an  AMW,  which  is  not  yet  common.  Standards  require  that  signs  are  provided  to  caution  people  on  how  to  use  the  system  properly  (Donoghue,  2007;  CEN, 2008). Visual and, optionally, auditory devices, such as shown in Figure 4.2(a),  should provide information to help passengers better understand the system. 

 

48   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

Related to the discussion above, vision is thus particularly important for passengers.  Besides  to  receive  visual  information  from  safety  signs,  vision  is  also  required  to  perceive changes in the walking surface and to avoid conflicts with other passengers.  This supports the tasks of stepping onto, standing or walking on, and stepping off a  moving surface. Visual information serves as input for the brain to guide locomotion  and  maintain  postural  stability  (Marigold  and  Patla,  2008;  Winter,  1995).  This  explains why people with poor vision, either due to decrease of their sensory system  ability  or  due  to  surrounding  conditions  (e.g.  darkness),  experience  more  challenge  in walking (Ray et al., 2008). The standards require sufficient lightings in the area of  the  moving  walkway,  particularly  at  the  landings.  The  use  of  colours  is  also  recommended for components that need extra attention, as exampled in Figure 4.2(b).   

(a) 

(b) 

Figure  4.2.  (a)  Visual  and  auditory  devices  (see  arrows)  are  installed  in  an  AMW  to  advice  passengers  on  how  to  properly  use  the  system.  (b)  In  another  AMW,  besides  providing  visual  cues, yellow lines are used to mark the border of the landings and the extendable pallets. (Figure  (a) courtesy of Jos Scheffelaar, Figure (b) courtesy of Gabriel Lodewijks) 

4.3 Human behaviours related to AMW use This section discusses human behaviours related to the use of AMWs. To the best of  my  knowledge,  no  pedestrian  or  passenger  behaviour  study  has  ever  been  carried  out  directly  on  present  day  AMWs.  Unfortunately,  it  was  not  possible  to  conduct  observations or experiments directly on one of the present day AMW since no such  systems  were  available  at  a  convenient  location,  causing  logistics  difficulties.  Furthermore, a plan to observe pedestrian behaviours on CMWs at a major airport in  the Netherlands could not be carried out due to permission problems. Hence, I had  to  rely  on  literatures  for  information.  The  review  in  this  section  is,  thus,  mainly  carried out based on data from pedestrian or passenger behaviour studies on CMWs,  bottlenecks  and  escalators.  Taking  into  account  the  similarities  and  differences 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

49 

between  AMWs  and  the  above  systems,  a  projection  is  then  made  for  the  case  of  present day AMWs.  For identifying pedestrian and passenger behaviours related to AMW use, a number  of tasks are distinguished based on the layout of an AMW, namely approaching the  system,  boarding,  travelling  on  the  high‐speed  section,  and  exiting  the  system.  The  areas  where  these  tasks  are  carried  out  are  depicted  in  Figure  4.3.  The  behaviours  that typically occur when carrying out each task are reviewed.   

B 

C

D 

A  Direction of travel   Figure  4.3.  A  number  of  tasks  are  distinguished  based  on  the  layout  of  an  AMW,  namely  (A)  approaching  the  system,  (B)  boarding,  (C)  travelling  on  the  high‐speed  section,  and  (D)  exiting  the system. Here, the AMW and the adjacent corridor are depicted only for one travel direction. 

4.3.1 Approaching the AMW Upstream of the corridor At a relatively far distance before the entrance to a moving walkway, the pedestrian  walking  behaviour  is found  to  be  quite  similar  to  that  in  corridors  without  moving  walkways.  Daamen  (2004)  comprehensively  reviewed  several  articles  on  pedestrian  behaviour  studies  carried  out  in  locations  without  moving  walkways.  She  indicated  that  the  walking  speeds  of  individuals  in  uncongested  corridors  (the  so‐called  free‐flow  walking  speed)  typically  follow  a  normal  distribution  with  an  estimated  overall  average of 1.34 m/s and a standard deviation of 0.37 m/s. This values closely match  the results of Young (1999), who conducted a pedestrian behaviour study specifically  in  airport  corridors  with  CMWs.  His  study  found  an  average  free‐flow  walking  speed of 1.34 m/s with a standard deviation of 0.26 m/s. Density within the corridor  affects  the ability of  pedestrians  to  achieve  the free‐flow  walking speed. Young did  not evaluate speed‐density relationship in his study, but he pointed out that it can be  estimated  from  results  in  previous  studies.  An  overview  of  several  proposed  relations between speed, density and flow for one‐directional pedestrian traffic flows  have been summarized by Daamen (2004).  It may be projected that similar walking behaviour as above will be present upstream  of  a  corridor  with  AMWs.  It  is  argued  that  at  a  relatively  far  distance  before  the  entrance to the moving walkway, pedestrians have not yet committed him‐/herself to   

50   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

a  certain  mode  of  transport  (Young,  1995).  Hence,  he/she  will  likely  try  to  keep  his/her natural walking speed, regardless of whether a CMW or an AMW is installed.  Route choice Approaching  the  moving  walkway,  pedestrians  will  start  to  make  a  decision  as  to  which  route  they  will  adopt,  i.e.  through  the  moving  walkway  or  through  the  adjacent  corridor.  I  consider  travel  time,  physical  effort,  safety  and  personal  characteristics as factors influencing the route choice.  Travel time     Pedestrians typically prefer a route with the least travel time. The trip  purpose determines the extent to which travel time is perceived by each pedestrian.  Generally,  travel  time  is  more  valued  by  work‐related  travellers  than  those  on  recreational  trips.  Pedestrians  evaluate  the  expected  travel  time  on  each  route  alternative  based  on  the  travel  distance,  the  attainable  travel  speed,  as  well  as  the  congestion level and queue length. The travel distance through the moving walkway  is more or less the same as that through the adjacent corridor. The attainable travel  speed  is  influenced  by  the  walking  speed  and  the  speed  of  the  moving  walkway.  Pedestrians  consider  these  aspects  in  relation  to  the  crowdedness  of  the  route.  In  a  crowded corridor, pedestrians may have to reduce their walking speed. In a crowded  moving walkway, they may even have to stand still, thus eliminating the possibility  to increase their travel speed by walking on the treadway. The waiting time to queue  before  boarding  a  crowded  moving  walkway  is  also  considered  in  trade‐off  to  the  attainable  travel  speed  on  the  moving  walkway.  For  AMWs,  this  may  possibly  be  compensated by its speed.  The  travel  times  through  a  corridor  by  walking  (twalk),  standing  and  walking  on  a  CMW  (tCMW,stand  and  tCMW,walk),  and  standing  and  walking  on  an  AMW  (tAMW,stand  and  tAMW,walk) can be calculated using the equations  L

 

twalk =

 

tCMW ,stand = tCMW ,walk =

 

vwalk

(v

CMW

 

 

t AMW ,stand =

t AMW ,walk =

(v (v

L

(Eq. 4.2) 

L  ,  + vwalk , MW )

(Eq. 4.3) 

+ vAMW ,high

2 ⋅ ( Lacc + Ldec ) AMW , entry

(Eq. 4.1) 

 , 

vCMW

2 ⋅ ( Lacc + Ldec ) AMW ,entry

 , 

+ v AMW ,high

)

+

+

( L − Lacc − Ldec )  , and 

) (v

vAMW ,high

( L − Lacc − Ldec ) AMW ,high

+ vwalk , MW

)

 , 

(Eq. 4.4) 

(Eq. 4.5) 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

51 

where L is the total travel distance, Lacc and Ldec are the lengths of the acceleration and  deceleration  sections,  vwalk  is  the  pedestrian  walking  speed,  vCMW  is  the  speed  of  the  CMW,  vAMW,entry  and  vAMW,high  are  the  speeds  at  the  AMW  entrance  and  high‐speed  section, and vwalk,MW is the pedestrian walking speed on the moving walkway.  With the above equations, the relative travel time of each alternative with respect to  walking on the corridor can be determined, as given by the graphs in Figure 4.4. In  this  case,  the  walking  speed  on  the  corridor  is  1.34  m/s,  the  walking  speed  on  the  treadway is 1.04 m/s, and the CMW speed is 0.75 m/s. The AMWs are represented by  the Gateway system and the TurboTrack system, which have been installed in public  facilities.  The  Gateway  system  has  an  entrance  and  high  speed  of  0.62  and  2.5  m/s,  respectively, and an acceleration and deceleration section of 10 m each. The entrance  and  high  speed  of  the  TurboTrack  system  is  0.65  and  2.0  m/s,  respectively,  and  the  acceleration  and  deceleration  sections  are  13  m  each.  From  the  graphs,  we  can  see  that  standing  on  a  CMW  is  always  slower  than  walking  on  the  adjacent  corridor.  Standing on an AMW, on the other hand, is still faster than bypassing it.   

  Figure  4.4.  Relative  travel  time  when  standing  and  walking  on  a  CMW  and  an  AMW  as  compared to walking on the adjacent corridor. Waiting time to board is not considered. 

Physical effort     Pedestrians typically prefer a route that involves the least physical  effort.  Moving  walkways  provide  pedestrians  with  the  possibility  to  traverse  a  corridor with less energy, which is appreciated by those with poor physical fitness or  those  with  luggage.  Based  on  his  empirical  study  on  CMW  use  in  airport  terminal 

 

52   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

corridors,  Young  (1995)  implied  that,  for  those  people  whose  walking  speeds  are  quite close to the speed of the CMW (up to 0.4 unit speed difference), standing on the  CMW  may  carry  the  same  or  even  a  higher  utility  than  walking  on  the  adjacent  corridor. Some pedestrians may evaluate physical efforts in trade‐off to travel time.  For short distances, they may consider walking on the adjacent corridor not so tiring.  Hence, if they see potential delays from using moving walkways, as in the case of a  crowded  CMW,  they  may  choose  to  walk.  However,  Young’s  analysis  (1995)  suggested the tendency of pedestrians to opt for standing on CMWs than bypassing  when the travel distance gets longer, possibly as it spends less energy. As have been  stated,  standing  on  an  AMW  still  transports  passengers  faster  than  bypassing  it.  Hence, a passenger can ‘take a rest’ on AMWs without risking his/her travel time.  Safety    Personal  characteristics,  abilities  and  limitations  shape  each  person’s  perception  on  the  safety  of  a  route.  For  moving  walkways,  perception  on  safety  is  very much influenced by the system speed. The speed of CMWs is relatively low. At  only around half of the average pedestrian walking speed, it is generally considered  safe  by  most  groups  of  pedestrians  (Ikizawa  et  al.,  2001).  Elderly  people,  small  children, and those with physical disabilities have often been observed using CMWs.  The entrance speed of AMWs is the same as CMWs. However, knowing that this will  accelerate to a higher speed, some groups of pedestrians may feel discouraged from  using  the  AMWs.  For  old  people,  those  physically  impaired  and  those  with  small  children, for example, the higher travel speed may, in fact, become a reason for not  using AMWs.  Personal characteristics  As  have  been  stated  above,  personal  characteristics  such  as age, physical fitness, type of traveller and number of bags carried may affect route  choice  by  influencing  the  pedestrian’s  walking  speed  as  well  as  perception  toward  physical effort and safety. 

To  the  best  of  my  knowledge,  only  Young  (1995)  ever  evaluated  the  route  choice  behaviour between CMW and the adjacent corridor. From his study, he found that a  vast majority of the pedestrians (around 75%) used the CMWs. Of these, around 28%  stood  still,  whereas  72%  walked  along  the  treadway.  His  mode  choice  analysis  showed  that  pedestrians  do  tend  to  choose  the  CMWs,  especially  if  walking  on  the  treadway is possible.  It  may  be  expected  that  pedestrians  will  also  show  the  tendency  to  choose  AMWs  over bypassing it, particularly due to the possibility to reduce physical efforts as well  as travel time, even if they stand. However, it is also expected that the composition of  pedestrians  (based  on  personal  characteristics)  who  choose  AMWs  will  differ  from  those  who choose  CMWs.  Fit pedestrians, who would possibly bypass slow  CMWs  especially when crowded, may prefer to use AMWs rather than bypassing them. On  the  other  hand,  pedestrians  with  poor  physical  fitness,  who  would  use  CMWs  to  reduce their physical efforts, may possibly avoid AMWs due to fear of falling. 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

53 

4.3.2 Boarding the AMW

Those  who  choose  to  use  the  AMW  will  continue  to  walk  toward  the  entrance.  In  approaching the entrance comb intersection line, pedestrians encounter a decrease in  walking area from the upstream corridor to the narrow AMW, which can become a  bottleneck.  Then,  when  boarding the  system, they face a change of  walking surface  from the fixed landing to the moving treadway. This may create responses due to the  requirement  to  perform  complex  tasks  that  do  not  naturally  fit  with  his/her  behaviour patterns.  Approaching the entrance

In  CMWs,  the  entrance  comb  intersection  line  is  approximately  1  m  after  the  beginning  of  the  balustrades  (namely  the  newel).  In  present  day  AMWs,  i.e.  the  Gateway  and  the  TurboTrack,  it  is  approximately  3  m  after  the  newel.  This  implies  that  pedestrians  have  to  first  walk  in  between  the  balustrades,  which  is  1  m  high,  before boarding the moving walkway.  Hawkins  and  Atha  (1976)  observed  pedestrian  behaviour  when  approaching  the  entrance  of  a  1  m  wide  airport  CMW  operating  at  0.65  m/s.  The  speed  when  approaching  the  comb  intersection  line  was  determined  by  calculating  the  time  required  for  a  passenger  to  walk  through  the  ‘approach  area’,  which  starts  5  m  in  front of the comb intersection line, thus 4 m before the newel. The observation period  represented  the  daily  peak  arrival  time  of  international  passengers.  During  this  period, a density of 0.18–1.43 person/m2 was observed, ranging from free flow up to  minor congestion/queue. The approach speed ranged between 0.59 m/s and 1.55 m/s,  with an average of 1 m/s. The average approach speed is lower than the average free‐ flow walking speed found upstream of the corridor. It is likely that passengers who  have  approached  closer  to  the  entrance  begin  to  adjust  their  walking  speed  in  anticipation of boarding the moving walkway. The lower walking speed may also be  due  to  a  higher  density  at  the  entrance,  possibly  when  a  queue  takes  place.  This  condition reduces the space available for pedestrians to make a free step forward and  hinders their vision.  The  above  results  are  compared  to  those  from  the  narrow  bottleneck  experiment  carried  out  by  Hoogendoorn  and  Daamen  (Daamen,  2003,  2004;  Hoogendoorn  and  Daamen, 2005). In this experiment, pedestrians walked from a 4 m wide corridor into  a  1  m  wide  bottleneck  with  a  layout  as  depicted  in  Figure  4.5(a).  Following  the  walking direction, the area from x = 9 m to x = 4 m is quite similar to the approach  area  in  Hawkins  and  Atha’s  study,  the  comb  intersection  line  being  at  x  =  4  m,  as  shown in Figure 4.5(b).  Hoogendoorn and Daamen (2005) showed that between x = 5 m and x = 4 m, which  may  represent  the  area  in  between  the  balustrade  from  the  newel  to  the  entrance  comb  intersection  line,  the  pedestrian  density  varied  around  0.2–2  person/m2.  The 

 

54   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

walking  speed  in  this  area  varied  around  0.5–1.5  m/s,  with  an  average  of  1  m/s  (Daamen, 2003). These values are quite close to the results from Hawkins and Atha.   

  Figure  4.5.  The  layout  of  the  bottleneck  in  Hoogendoorn  and  Daamen’s  experiment  (a)  is  quite  similar  to  the  entrance  area  of  the  CMW  in  Hawkins  and  Atha’s  observation  (b).  (Figure  (a)  reprinted with adaptation by permission from Hoogendoorn and Daamen (2005), Copyright 2005,  the Institute for Operations Research and the Management Sciences, 7240 Parkway Drive, Suite  300, Hanover, Maryland 21076 USA., Figure (b) reprinted with adaptation by permission of from  Hawkins and Atha (1976), Taylor and Francis) 

Between x = 9 m to x = 5 m, Hoogendoorn and Daamen recorded pedestrian densities  up  to  4  person/m2,  which  is  more  than  twice  the  maximum  density  recorded  by  Hawkins and Atha. Possibly, the flow of pedestrians into the bottleneck experiment  area  was  more  continuous  than  the  flow  of  passengers  approaching  the  moving  walkway  after  leaving  a  plane,  so  congestion  was  more  severe  upstream  of  the  narrow  bottleneck.  The  walking  speed  upstream  of  the  bottleneck  ranged  between  0.3–2 m/s (Hoogendoorn and Daamen, 2005). The lower limit was found during the  major  congestion.  The  higher  limit  was  noted  at  x  =  9  m  and  y  =  4  meter,  which  is  relatively  far  from  the  centreline  of  the  bottleneck.  In  Hawkins  and  Atha’s  study,  passengers tend to walk closer to the centreline of the CMW. Corresponding to this,  around  the  centreline  upstream  of  the  narrow  bottleneck,  the  walking  speed  was  below 1.5 m/s (Hoogendoorn and Daamen, 2005). 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

55 

From  the  discussion  above,  we  can  see  that  close  similarities  exist  between  the  behaviour of passengers approaching a 1 m wide CMW entrance and the behaviour  of pedestrians at a 1 m wide bottleneck. Because the entrance of AMWs is very much  like the entrance of CMWs, it is expected that information from the above studies can  be used to project the behaviour of passengers approaching the entrance of AMWs.  The relationships between speed, density and flow found from the narrow bottleneck  experiment,  such  as  given  by  Daamen  (2004),  may  be  relevant  for  the  behaviour  of  passengers approaching the newel and the comb intersection line of the AMW.  The  entrance  comb  intersection  line  of  an  AMW  is  deeper  behind  the  newel,  i.e.  at  approximately  x  =  2  in  Figure  4.5.  This  means  that  passengers  would  have  to  walk  further into the bottleneck in order to board. Based on the findings of Hoogendoorn  and Daamen  (2005),  it  is  expected  that, once  passing the newel, the passengers will  regulate  themselves  with  respect  to  other  passengers  in  front  or  next  to  them,  creating longitudinal headways and layers. It may thus be expected that, even in the  event of queuing in front of the newel, the spacing of passengers will not be too close  to each other when boarding. A mean headway of 1.28 s was found by Hoogendoorn  and  Daamen  (2005),  giving  a  longitudinal  spacing  of  1.28  m  when  taking  the  1  m/s  mean  walking  speed  inside  a  bottleneck.  Such  spacing  may  be  expected  between  passengers  when  walking  towards  the  comb  intersection  line.  This  will  support  a  safer boarding process.  As  an  additional  note,  Young  (1999)  observed  that  the  average  free‐flow  walking  speed of those pedestrians who chose to bypass the moving walkway did not differ  from the average free‐flow walking speed upstream of the corridor.  Boarding onto the acceleration zone

Passengers  who  have  reached  the  comb  intersection  line  will  board  the  moving  walkway.  Based  on  their  characteristics,  abilities  and  limitations,  passengers’  response toward the transition from the fixed landing to the moving treadway vary.  It  is  considered  that  the  change  of  walking  surface  generally  caused  some  apprehension.  Kuner  (1972)  observed  that  a  large  number  of  moving  walkway  and  escalator users tend to check their walking speed and adjust their walking pattern at  the  threshold,  or  even  stop,  before  boarding  the  system.  This  is  confirmed  by  the  study  of  Hawkins  and  Atha  (1976),  which  found  that  approximately  half  of  CMW  passengers  checked  their  walking  speed  before  boarding.  About  half  of  the  passengers were able to walk straight onto the system without hesitation. The other  half had to use a small half‐step to adjust to the speed difference at the threshold.  The  manner  in  which  passengers  board  the  system  affected  their  boarding  time,  which  is  defined  as  the  time  during  the  one  full  step  that  placed  a  passenger’s  leading  foot  on  the  treadway.  Those  who  checked  their  speed  at  the  threshold  undoubtedly had a higher mean boarding time (at 1.03 s), as compared to those who 

 

56   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

did  not  hesitate  to  board  (at  an  average  of  0.87  s).  The  overall  mean  boarding  time  was  0.95  s  with  a  range  of  0.61  to  1.74  s  (Hawkins  and  Atha,  1976).  This  can  be  compared to the mean boarding time of 1.09 s obtained by Fruin (1973) for escalators.  In  this  latter  case,  a  slower  boarding  time  can  be  expected  due  to  the  palletized  surface of the escalator, which causes passengers to tend to wait for the next pallet to  be completely present before boarding. In both studies, density significantly affected  boarding time. The view to the threshold is more easily impeded during heavy traffic,  possibly causing more hesitation to board. Hence, longer boarding times are found at  higher  densities.  Another  significant  factor  affecting  boarding  time  was  age,  with  older  passengers  having  higher  boarding  times.  Note  that  boarding  time  does  not  necessarily indicate the time headway between two successive passengers.  The  change  of  surface  speed  generally  affected  passengers’  balance.  In  their  observation,  Hawkins  and  Atha  (1976)  found  that  31%  of  CMW  passengers  experienced some balance problems as a result of boarding, varying from just slight  sway (19%), convulsive jerk (9%) to complete loss of balance (3%). Almost all of those  who experienced balance problems were able to regain their balance within 3 s after  boarding.  It  was  noticed  that  older  passengers  tend  to  experience  difficulties  with  boarding situations, resulting in longer boarding times and more balance problems.  The difference between a CMW and an AMW is apparent after the entrance area. For  a CMW, the same speed will carry the passenger from the entrance to the exit. For an  AMW,  the  speed  after  the  entrance  will  gradually  increase  up  to  the  speed  of  the  high‐speed section. Nevertheless, Ikizawa et al. (2001) observed that the problem for  most  people  is  not  the  boarding  onto  the  AMW,  but  the  acceleration  to  and  the  deceleration from the high‐speed zone.  Based  on  this,  it  may  be  expected  that  passengers  will  board  AMWs  with  more  or  less the same behaviour as in boarding CMWs. With respect to present day AMWs,  the  time  to  board  the  accelerating  roller  type  AMW  may  be  comparable  to  the  boarding time of the CMWs in Hawkins and Atha’s study, since the AMW entrance  speed  is  close  to  the  CMW  speed.  The  time  to  board  the  pallet  type  AMW  may  be  more comparable to the boarding time of escalators in Fruin’s study.  The  accelerating  roller  AMW  system  maintains  the  entrance  speed  constant  over  a  length  of  1  m  before  gradually  increasing  the  speed  (Cote  and  Gempp,  1997).  This  makes the first meter of the AMW similar to the CMW, so the transition task when  boarding is the same, i.e. from a fixed landing to a moving surface of around 0.65 m/s.  Hence,  it  may  be  projected  that  the  percentage  of  people  experiencing  balance  problems  at  the  AMW  entrance  will  be  somewhat  similar  to  those  at  the  CMW  entrance. The time required to regain balance may be slightly longer, depending on  the  level  of  acceleration  and  jerk.  However,  it  is  expected  that  the  balance  problem  will not occur for the entire acceleration zone because there is far less speed change 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

57 

during  accelerating  compared  to  when  first  stepping  from  the  fixed  landing  to  the  moving treadway.   Based on calculations, present day AMWs adopt accelerations below 0.5 m/s2, which  according  to  Browning  (1974)  is  suitable  for  the  general  public.  Although  De  Graaf  and Van Weperen (1997) found that people are generally able to accept this level of  acceleration  without  having  to  hold  onto  a  support,  passengers  are  still  recommended  to  maintain  firm  hold  of  the  handrail  and  not  walk  when  on  the  acceleration zone. Nevertheless, it has been observed that many fit and experienced  passengers walk while being accelerated.  4.3.3 Travelling on the high-speed section

After  the  acceleration  zone,  passengers  reach  the  high‐speed  section.  This  is  a  continuous treadway moving at a constant speed. Here, passengers have the option  to  either  stand  or  walk.  From  the  discussion  on  route  choice  behaviour  in  Section  4.3.1,  it  appears  that  the  possibility  to  walk  on  the  moving  walkway  is  also  considered when pedestrians evaluate whether or not they will use the system. This  implies  that  pedestrians  have  started  to  make  an  early  decision  of  their  travel  behaviour between standing and walking, even before they use the moving walkway.  Factors  influencing  the  early  decision  to  walk  or  stand  somewhat  continue  from  those influencing route choice behaviour, i.e. travel time, physical efforts, safety and  passenger  characteristics.  However,  once  on  the  moving  walkway,  the  ability  to  follow this early decision depends on the prevailing situation.  In  their  study,  Hawkins  and  Atha  (1976)  observed  that  approximately  half  of  the  CMW passengers (55%) had some moment of walking on the CMW after boarding.  This percentage consisted of 27% who completely walked on the treadway the whole  way  and  28%  who  changed  between  walking  and  standing  during  the  travel.  Passengers who stood for the whole journey comprised of 45% of the sample. This is  quite  to  the  contrary  of  what  Young  (1995)  found  in  his  study,  where  72%  of  the  observed CMW users walked on the moving treadway, whereas the other 28% stood  whilst  being  transported.  It  is  unclear  whether  all  of  the  72%  walking  CMW  users  above walked the whole way, or whether any of them changed between walking and  standing for part of the way. Possibly, the different percentage of those walking and  standing  in  the  two  studies  above  is  influenced  by  the  observation  period  and  the  directions  of  the  observed  CMWs.  Hawkins  and  Atha  only  observed  one  CMW  serving  the  arrival  direction  during  an  early  morning  peak  arrival  period  on  a  weekday, whereas Young observed five CMWs serving departure as well as arrival  directions during an afternoon period (would typically be non‐peak) on a Sunday. It  is  likely  that,  being  observed  in  the  peak  arrival  period,  the  CMW  in  Hawkins  and  Atha’s  study  had  a  higher  congestion  level,  resulting  in  a  higher  percentage  of  passengers  standing  on  the  treadway.  From  these  two  studies,  we  can  see  that  the 

 

58   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

ratio  between  walkers  and  riders  on  CMWs  can  vary  considerably  for  different  situations. The only similarity is that the percentage of walkers is higher than riders.  In  the  absence  of  downstream  obstruction  on  the  moving  walkway,  Young  (1999)  found  that  the  average  free‐flow  walking  speed  of  pedestrians  who  walked  on  the  CMW was 1.04 m/s with a standard deviation of 0.47 m/s. This is significantly lower  than  the  average  free‐flow  walking  speed  upstream  of  the  corridor.  The  lower  onboard  walking  speed  may  be  influenced  by  the  physical  characteristics  of  the  CMW,  i.e.  the  surface  of  the  treadway,  the  narrow  width  and  the  treadway  speed,  which  caused  a  higher  level  of  awareness  compared  to  walking  on  the  normal  corridor.  In  addition,  the  fact  that  moving  walkways  provide  forward  propulsion  may  give  passengers  a  reason  to  reduce  their  walking  speed,  considering  that  they  will  still  be  able  to  complete  their  travel  through  the  corridor  in  a  timely  manner  (Young,  1999).  The  level  of  incentive  to  reduce  walking  speed  may  depend  on  personal characteristics such as age, physical fitness, type of traveller and number of  bags carried, which affect perception toward physical effort and time pressure.  Those  walking  on  the  moving  walkway  can  be  obstructed  by  downstream  pedestrians  who  are  walking  at  a  lower  pace  or  standing.  In  the  case  of  no  side  convention  for  walking  and  standing,  at  low  traffic  density,  overtaking  of  the  obstruction is usually possible, even if it means having to zigzag. However, this may  not be possible at higher density. On the other hand, if the side convention does exist,  at  both  low  as  well  as  high  traffic  density,  those  who  wish  to  walk  (termed  as  walkers)  will  always  be  able  to  bypass  standing  passengers  (termed  as  riders),  but  their walking speed may still be influenced by the passenger directly in front of them.  It is envisaged that the situation of all riders or all walkers can be approached using  information  of  pedestrian  behaviours  in  bottlenecks  (Hoogendoorn  and  Daamen,  2005). However, if the two types of passengers exist, the situation is more complex to  predict, even more so if there is no side convention.  Based  on  the  above  discussion,  the  following  projection  of  passenger  behaviours  in  AMWs is made. The high‐speed section is a constant speed treadway. At this stage, it  is expected that passengers have fully regained their balance, which may give them  the confidence to walk on  the system should they choose to. It is projected  that the  average  walking  speed  onboard  the  high‐speed  section,  i.e.  relative  to  the  speed  of  the  treadway,  will  at  most  be  the  same  as  that  observed  in  the  CMWs.  A  lower  average  walking  speed  up  to  stand  still  may  even  occur  due  to  possible  influence  from the higher AMW speed. Firstly, due to the higher speed, travel time reduction  will  already  be  achieved  even  when  standing,  such  that  the  travel  time  reduction  from  walking  on  the  treadway  serves  more  as  a  bonus.  In  the  absence  of  time  constraint,  standing  still  may  also  be  preferred  as  a  way  to  minimize  energy  use.  Secondly, the higher AMW speed may actually cause a higher level of awareness due  to  conflicting  sensory  information  from  the  eye  relative  to  the  surrounding  and  the 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

59 

leg relative to the treadway (Srinivasan, 2009). Hence, passengers take more careful  steps resulting in a lower walking pace. Considering these two factors, it may occur  that the percentage of walkers on AMWs is lower than that on CMWs.  4.3.4 Exiting the AMW

After  the  end  of  the  high‐speed  section,  passengers  transfer  onto  the  deceleration  zone as preparation toward exiting the AMW. In terms of pedestrian behaviours, no  study  has  ever  discussed  the  process  of  exiting  a  bottleneck  or  a  moving  walkway.  Possibly  it  is  simply  regarded  as  an  opposite  of  the  previous  process,  e.g.  exiting  a  bottleneck is a reversal of entering it whereas exiting a moving walkway is a reversal  of boarding it. Here, the discussion of exiting the AMW is directed more to safety.  On the deceleration zone

Bunching  is  considered  a  risk  in  the  deceleration  zone.  Due  to  the  deceleration,  the  spacing  between  the  passengers  is  reduced.  If  the  passengers  are  already  standing  quite  closely  to  each  other  at  the  end  of  the  high‐speed  section,  once  they  are  decelerated,  they  may  push  into  the  passengers  in  front  of  them.  In  fact,  if  all  passengers are riders from the beginning to the end of the travel, bunching will not  occur. However, the presence of walkers among AMW passengers cannot be avoided.  A number of studies concluded that safety issues due to the crowding of passengers  in the deceleration zone will not occur if the speed ratio is 3:1 or lower (Loder, 1998).  Furthermore,  passengers  tend  to  alter  their  position  in  relation  to  other  passengers,  thus eliminating danger (Ikizawa et al., 2001). A lower deceleration rate, which may  result  in  a  slightly  higher  exit  speed  compared  to  the  entrance  if  the  deceleration  zone  length  is  the  same  as  the  acceleration  zone  length,  may  be  used  to  avoid  bunching (Loder, 1998).  As  can  be  seen  in  Figure  4.6,  present  day  AMWs  apply  individual  handgrips  that  move synchronously with the change of speed, starting from the entrance to the exit.  The spacing of these handgrips is arranged such that if passengers take hold of them,  they  will  be  spaced  safely  to  avoid  bunching  at  the  exit  (Gonzalez‐Alemanyi  et  al.,  2007;  Ikizawa  et  al,  2001).  The  handrail  in  between  are  intentionally  made  from  material that are not comfortable to hold, further encouraging the passengers to take  hold of the individual grips.  Leaving the exit

The  process  of  stepping  off  from  a  moving  walkway  will  generally  be  similar  for  CMWs  as  well  as  AMWs,  considering  that  they  have  the  same  exit  speed.  Upon  placing  the  leading  foot  onto  the  fixed  landing,  the  trailing  foot  quickly  follows  to  help maintain balance. Passengers should directly walk away from the exit in order  to clear the landing for the next alighting passenger. For AMWs, the exit newels are 

 

60   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

around  3  m  after  the  exit  comb  intersection  line.  This  naturally  encourages  passengers to continue walking toward the normal corridor at the end of the AMW,  such that the landing can be quickly cleared.   

                         

 

Figure 4.6. Individual handgrips move synchronously with the change of speed. By holding the  marked handgrip, passengers will be spaced safely to avoid bunching at the exit. (Figure courtesy  of Gabriel Lodewijks) 

4.4 Influence towards aspects in AMW applications 4.4.1 Effective capacity

As  mentioned  in  Chapter  3,  the  theoretical  system  capacity  is  usually  grossly  overstated.  With  regard  to  Equation  3.1,  the  assumption  that  every  0.4  m  available  belt  of  pallet  area  is  used  by  passengers  implies  no  longitudinal  inter‐personal  spacing between passengers, such that a passenger’s face would be very close to the  back of another passenger’s head. Furthermore, the equation assumes half‐a‐person  standing  in  abreast,  e.g.  1.5  person  for  a  treadway  width  of  0.8  m,  which  is  not  practical.  The  discussions  in  Section  4.3  have  pointed  out  a  number  of  pedestrian/passenger  behaviours  that  oppose  the  above  assumptions.  Even  if  passengers  continuously  arrive  to  the  system,  possibly  causing  a  queue  and  oversaturated flow, passengers’ approach and boarding behaviours will still generate  empty spaces on the treadway.  A number of methods have been used to estimate the effective capacity of a moving  walkway. Turner (1998), for example, assumes that a passenger will occupy 0.46 m2  area  on  the  treadway.  It  is  likely  that  the  longitudinal  spacing  is  considered  more  valuable for a person that the lateral spacing. Therefore, for a body ellipse width of  0.609 m, the passenger’s space headway can be assumed to be around 0.75 m. This is  the  quite  close  to  the  empty‐step  phenomena  in  escalators,  where  passengers  only  board  on  every  other  step  (Fruin,  1971),  implying  a  longitudinal  spacing  of  0.8  m. 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

61 

The  rate  of  provision  of  this  preferred  empty  space  for  boarding  depends  on  the  speed  at  the  entrance.  Hence,  for  a  1  m  wide  moving  walkway,  in  which  two  passenger  lanes  can  be  formed  (possibly  forming  a  zipping  effect,  according  to  Daamen  (2004)),  the  maximum  effective capacities  for  a  number of  entrance  speeds  can be approximated, as given in Table 4.1.    Table 4.1. Effective capacity of a 1 m wide (accelerating) moving walkway  Entrance speed (m/s)  Effective capacity (passengers/hour/direction) 

0.60  5400 

0.65  5850 

0.75  6750 

0.80  7200 

  For a 1.2 m AMW, which is the width of present day systems, it is expected that the  maximum effective capacity will not deviate from the above values. This is due to the  fact that still only two passenger lanes can be formed, except that the zipping effect  may not be so apparent. However, the effective capacity of a system with an entrance  speed  of  0.80  m/s  above  is  arguable.  Studies  have  shown  that  people  are  more  hesitant  to  board  a  treadway  moving  at  a  higher  speed,  thus  reducing  the  system  capacity  (Turner,  1998).  Mayo  (1966,  as  cited  in  Davis  and  Dutta,  2002)  found  that  escalators  with  a  speed  of  0.75  m/s  gave  the  highest  handling  capacity.  A  similar  trend is present for moving walkways (ThyssenKrupp, 2004b).  In  theory,  wider  moving  walkways  would  have  higher  system  capacity  since  the  width  would  then  be  sufficient  to  accommodate  more  passenger  lanes.  I  argue  that  this  is  not  a  safe  assumption,  particularly  in  the  case  of  AMWs.  Quite  likely,  passengers  will  want  to  be  within  access  of  the  handrail  in  order  to  help  maintain  balance,  especially  when  boarding.  This  will  encourage  the  formation  of  only  two  lanes.  Hence,  for  planning  purpose,  the  use  of  wider  AMWs  should  be  directed  toward easier bypassing (e.g. with baggage or trolleys) rather than to accommodate a  higher transport demand.  4.4.2 AMW length

Based on the graphs in Figure 4.4, a travel distance of 120 m should be considered as  the minimum AMW length, at which the transport time when using the AMW will  still  be  advantageous  compared  to  bypassing  it  or  using  the  CMW.  From  the  discussion in Section 4.3.3, it may be expected that the fraction of riders on AMW is  higher than that on CMWs. Some passengers who would normally walk on a CMW  might not be brave enough to walk on an AMW. Applying the AMW for a length of  at least 120 m will ensure that even this group of AMW riders can travel with at least  the same travel time as when walking on the CMW.  It is also observed from Figure 4.4 that the relative travel time of the AMW comes to  almost a constant value after a distance of about 350 m. Of course there is still travel  time  reduction  for  higher  distances,  but  the  advantage  is  not  significant.  Based  on   

62   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

this, a  single‐span  AMW  should be applied for longer point‐to‐point  transport  line,  so  the  transport  time  reduction  can  be  maximized.  However,  if  applying  one  long  AMW is not possible, e.g. due to blocking cross‐concourse traffic at the location, it is  recommended to try as far as possible to use AMW spans of 350 m.  4.4.3 Safety

In  general,  safety  aspects  for  AMWs  are  similar  to  those  for  CMWs,  so  the  same  measures  can  be  applied.  The  crucial  tasks  are  boarding  and  exiting.  Passenger  boarding  problems  are  typically  encountered  when  there  is  high  density  at  the  threshold,  which  prohibits  accurate  judgment  of  the  boarding  situation.  Certain  applications,  such  as  in  mass  transit  facilities  or  stadiums  and  arenas,  impose  extreme loading or queuing conditions over a relatively short time. Therefore, ample  space for people, especially if coming in a large crowd, must be provided at the entry  and  exit  landings  of  the  AMW.  The  entrance  and  exit  landings  should  not  be  at  a  location of crossing flows. Pedestrians who are unfamiliar with the location usually  need to check their directions at corridor intersections, so crowding may occur.  Possible  congestion  in  a  shared  landing  area  of  two  moving  walkways  heading  opposite directions also has to be taken into account, especially when a large group  of passengers is exiting one system while another large group is queuing to enter the  other.  To  reduce  the  funnelling  effect  of  the  two  queues,  a  barrier  can  be  placed  to  separate  the  landing.  It  may  be  preferred  to  separate  the  two  moving  walkways  at  each side of the corridor, leaving the middle of the corridor free for normal walking.  4.4.4 Alternative route

There  is  invariably  a  minority  of  pedestrians  that  experience  some  degree  of  difficulty  in  utilizing  AMWs.  Firstly,  there  are  those  persons  who  have  difficulty  using  the  system  either  due  to  unfamiliarity  or  some  deficiency  in  the  learning  process.  Secondly,  there  are  various  disadvantaged  groups  in  the  community,  such  as  the  mentally  or  physically  handicapped,  who  lack  the  opportunity  to  utilize  the  system due to some planning or design barrier inherent in the system. Hence, there  may be certain environments where it is not be desirable to install AMWs as the only  available  transport  system.  In  such  a  situation,  an  alternative  route  or  transport  system  should  be  made  available  for  those  who  do  not  want  or  simply  cannot  use  AMWs.  4.4.5 Power consumption

Different types of demand pattern may be present in different locations. In airports  and  transit  stations,  for  example,  passengers  typically  arrive  at  certain  schedules,  causing peaks at certain hours. On the other hand, the demand pattern of visitors in  shopping centres or amusement parks may be relatively uniform throughout the day. 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of AMWs   

63 

Variation in the demand pattern reduces the capacity that moving walkways actually  carries.  Even  in  the  event  of  oversaturated  flow,  moving  walkways  will  never  operate at the design capacity due to passenger approach and boarding behaviours.  The  motor  of  moving  walkways  are  always  sized  for  maximum  capacity,  which,  according to the standards, is calculated based on a certain design load other than the  effective  capacity.  The  above  practical  situations  result  in  underutilization  of  the  motor.  If  the  motor  consistently  operates  at  less  than  50%  of  its  full  load,  it  will  operate  with  a  low  efficiency  and  this  will  lead  to  inefficient  power  consumption  (Bonnet,  1994).  Hence,  energy‐saving  measures  should  be  taken  into  account  in  the  application of moving walkways.  CMWs typically apply a form of stand‐by mode in order to save energy when there  is  no  passenger  using  the  system  (Electrical  &  Mechanical  Services  Department  (EMSD), 2007). One method, namely the stop‐and‐go method, stops the system when  there  is  an  extensive  period  of  no  load  and  starts  it  again  before  a  passenger  steps  foot  on  the  treadway,  when  the  sensor  is  triggered.  Alternatively,  the  moving  walkway operates at idling speed at no load and changes to nominal speed on higher  loads, which is termed the idle‐to‐nominal method. The recently developed method  is to use an energy optimiser device, which can regulate the operating voltage of the  motor according to the load.  So far, present day AMWs do not apply these power saving schemes. With regards to  the application of AMWs for moderate distance transport, the suitability of the above  power saving schemes in long AMWs is not yet tested. The stop‐and‐go method and  the idle‐to‐nominal method might not work optimally if the inter‐arrival time of the  passengers in the location is on average less than the travel time through the system.  The  likeliness  of  this  is  higher  for  significantly  longer  AMWs.  It  seems  that  the  energy optimiser device may be a more suitable option. 

4.5 Conclusions In  this  chapter,  the  characteristics  and  behaviour  of  pedestrians  as  passengers  of  (accelerating) moving walkways have been reviewed. The inherent characteristics of  pedestrian,  such  as  body  dimension  as  well  as  motor  and  sensory  skills,  define  requirements and limits for the design of the system, which holds for either short or  long  AMW  systems.  In  terms  of  applying  AMWs  for  moderate  distance  transport,  increasing  the  speed  at  the  high‐speed  section  would  have  been  interesting.  The  currently applied speed has not yet reached the limit given by standards. However,  manufacturers’ tests have shown that a higher speed would exclude some groups of  pedestrians from the possibility to use the system.  Besides the limit of maximum speed, there also exist limits of maximum acceleration,  deceleration and jerk. This does not only apply for the accelerating and decelerating 

 

64   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

zones,  but  also  for  the  starting  and  stopping  of  the  system.  Normal  starting  and  stopping are not allowed to be carried out with passengers on board, but emergency  stopping  may  have  to  be  performed  with  passengers.  The  emergency  stopping  performance of a much longer AMW can be expected to differ from that of a shorter  AMW.  In  the  EN  115‐1:2008  standard,  a  range  of  stopping  distances  are  recommended  as  a  function  of  the  moving  walkway  speed.  This  applies  only  for  CMWs.  It  is  unclear  whether  following  this  range  of  stopping  distances,  or  an  extrapolation  of  it,  will  be  suitable  for  AMWs,  particularly  long  ones.  This  is  evaluated in Chapter 7.  The  behaviours  of  passengers  on  AMWs  were  projected  based  on  data  from  passenger  studies  on  CMWs  and  pedestrian  studies  at  narrow  bottlenecks.  It  is  expected  that  passenger  behaviours  on  CMWs  are  generally  applicable  for  AMWs.  However,  due  to  the  influence  of  the  higher  AMW  speed,  some  differences  may  occur between the composition of pedestrians that use the AMWs and the CMWs, as  well as the composition of the walkers and riders in the two systems. For long AMW  systems,  it  is  projected  that  more  riders  will  be  present.  With  regards  to  the  application  of  AMWs,  these  two  aspects  should  be  taken  into  account  when  evaluating the effectiveness of the system to support pedestrian mobility, related to  the inclusion of all pedestrian type in the location and travel time predictions.  Similarities  have  been  found  between  the  approach  behaviour  of  CMW  passengers  before  stepping  onto  the  treadway  and  the  behaviour  of  pedestrians  upstream  and  inside the bottleneck. It is expected that pedestrian flow relationships obtained from  the  bottleneck  study  can  be  applicable  for  the  AMWs  as  well.  Experiments  or  observations directly on AMWs should be carried out to confirm these projections.  The above passenger behaviours when using AMW can be of interest if a long AMW  requires multiple drives, as is evaluated in the second part of this thesis. The arrival  interval  and  boarding  behaviour,  as  well  as  the  walk  or  stand  choice,  influence  the  distribution  of  the  load  along  the  length  of  the  system.  This  affects  the  amount  of  load  that  each  drive  has  to  handle.  Unfortunately,  empirical  data  could  not  be  gathered  during  the  course  of  this  research  to  give  insights  on  the  walk  or  stand  choice behaviour of the passengers on AMW. Because it is envisaged that the fraction  of  riders  on  long  AMWs  would  be  higher  than  on  CMWs,  for  the  evaluation  in  Chapters 7 and 8, it is assumed that passengers only stand. 

Chapter 5 A study on the application of accelerating moving walkways in Amsterdam Airport Schiphol‡

5.1 Introduction In the previous two chapters, the characteristics of present day Accelerating Moving  Walkways  (AMWs)  as  well  as  the  characteristics  and  behaviours  of  pedestrians  as  users  of  (accelerating) moving walkways have  been presented. Their effects toward  aspects in the application of AMWs have also been discussed in general. In addition,  a location may also impose certain requirements and boundaries for the application  of  AMWs,  depending  on  the  function  of  the  facility,  the  characteristics  and  composition of pedestrians in the location, as well as the configuration and geometry  of  existing  infrastructures.  To  provide  an  example,  a  study  on  the  application  of  AMWs in Amsterdam Airport Schiphol (AAS) is presented in this chapter.  Two  areas  of  application  are  considered,  i.e.  intra‐terminal  transport  and  inter‐ terminal  transport.  For  the  case  of  intra‐terminal  transport,  the  possibility  to  apply  AMWs in Schiphol Centrum and the extent to which they can benefit the passengers,  airport and airlines are analysed. For the case of inter‐terminal transport, how AMWs  may  be  applied  to  bridge  the  distance  between  Schiphol  Centrum  and  the  planned  Schiphol Noordwest is evaluated. It is not the intention of this study to come up with  a  complete  appraisal  and  design  of  AMW  installation  in  AAS.  The  main  aim  is  to  obtain insights on the possibility of applying present day AMWs in an actual location,  along with the various considerations involved in the planning process.                                                    ‡

  Part  of  this  chapter  is  based  on:  Kusumaningtyas,  I.,  Paro,  J.C.,  and  Lodewijks,  G.  (2007),  “Accelerating moving walkways for quality people transport in airports: An assessment of their  applicability  in  Amsterdam  Airport  Schiphol”,  Proceedings of the European Transport Conference  2007, Association for European Transport, London, 1–13.    65 

66   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

The  case  study  is  carried  out  in  collaboration  with  the  Koninklijke  Luchtvaart  Maatschappij  (KLM,  in  English  is  known  as  the  KLM  Royal  Dutch  Airlines)  and  the  Samenwerking Innovatieve Mainport (SIM, in English is known as the Innovative Main  Port  Alliance). The former is the  home  carrier  of  AAS. The latter is an organization  based  in  AAS,  consisting  of  a  number  of  parties  from  the  aviation  sector  and  knowledge  institutions,  which  aims  at  positioning  AAS  as  an  innovative  European  main  port.  Data  about  the  airport,  its  operations  and  the  passenger  processes  were  obtained  through  KLM  and  SIM.  Observations  were  also  carried  out  to  study  the  situations in the passenger terminal in AAS.  The  structure  of  this  chapter  is  as  follows.  Section  5.2  provides  information  about  AAS, describing the passenger terminal, the passenger processes and the expansion  plans.  With  this  information,  evaluations  on  the  application  of  AMWs  for  intra‐ terminal and inter‐terminal transport in AAS are performed, as discussed in Section  5.3  and  Section  5.4  respectively.  Conclusions  based  on  the  analyses  are  given  in  Section 5.5. 

5.2 Amsterdam Airport Schiphol 5.2.1 The passenger terminal AAS is one of Europe’s largest and busiest airports. Besides serving the home market  in  the  Netherlands,  it  also  functions  as  a  hub  for  the  transfer  market.  As  shown  in  Figure  5.1,  AAS  adopts  a  two‐level  centralized  finger  pier  configuration.  With  its  single  terminal  concept,  all  processes  are  carried  out  under  one  roof,  thus  enabling  fast and easy passenger processes.  The  terminal,  namely  Schiphol  Centrum,  consists  of  public  and  non‐public  areas.  This  study  focuses  on  the  non‐public  part  of  the  terminal.  The  layout  of  Schiphol  Centrum  is depicted in Figure  5.2.  The non‐public part of the passenger terminal is  divided  into  Schengen  and  Non‐Schengen  areas,  following  the  European  Schengen  Agreement. The Schengen areas in AAS are Lounges 1 and 4, as well as Piers B, C, D  second  floor  (DII)  and  M.  The  other  areas  in  AAS  are  thus  Non‐Schengen,  i.e.  Lounges 2 and 3, as well as Piers D first floor (DI), E, F, G and H. Note that Piers H  and M is, in fact, one pier with two names.  The  terminal  is  currently  equipped  with  a  network  of  Conventional  Moving  Walkways  (CMWs).  These  systems  are  mainly  installed  in  the  piers  and  corridors,  with locations as indicated in Figure 5.2. Their lengths are between 40 to 100 m, with  an average length of 70 m. They generally have a treadway width of 1.4 m, although  a  number  of  systems  with  a  1  m  treadway  width  are  also  installed,  such  as  in  the  narrow corridor  of  Pier‐E.  The  operating  speed  of  the systems  is typically  0.75 m/s.  Each  moving  walkway  is  installed  with  a  single  drive  system  providing  power  between 10 and 20 kW. 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

67 

 

  Figure  5.1.  An  aerial  view  of  Amsterdam  Airport  Schiphol.  The  ground  level,  with  entrance  under the grass roof, is for arrivals. The upper level is for departures. (Figure courtesy of Erwin  Voogt (www.erwinvoogt.com)) 

  Figure 5.2. Layout of Schiphol Centrum showing the passenger facilities. The blue lines mark the  division  between  the  public  and  the  non‐public  areas.  The  red  lines  represent  the  CMWs.  The  corridor between Piers B and C still show the layout before May 2007; the new corridor has three  pairs of shorter CMWs. (Figure from Schiphol Group (2006), courtesy of Schiphol Group) 

 

68   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

5.2.2 Passenger processes AAS  serves  Origin/Destination  (O/D)  as  well  as  transfer  passengers.  The  total  number of passengers flying through AAS in 2006 is 46.1 million, with around 41.6%  of  them  being  transfer  passengers  (Schiphol  Group,  2007a).  Based  on  the  origin  or  destination  of  the  flight,  air  traffic  movements  in  AAS  are  distinguished  into  European  (EURO)  and  Intercontinental  (ICA).  In  terms  of  transfer  processes,  this  gives  four  possibilities,  i.e.  EURO/EURO,  EURO/ICA,  ICA/EURO,  and  ICA/ICA.  Each type of transfer is assigned a certain Minimum Connecting Time (MCT), which  is  determined  by  the  minimum  time  required  to  allow  passengers  and  baggage  to  transfer from one flight to another as well as to turn around the aircraft. The MCTs  for transfers in AAS are given in Table 5.1 below.    Table 5.1. Minimum Connecting Time (MCT) for transfer in AAS  From  To  European  European  European  Intercontinental  Intercontinental  European  Intercontinental  Intercontinental  Sources: Schiphol Group (2009a). 

Abbreviation  EURO/EURO  EURO/ICA  ICA/EURO  ICA/ICA 

MCT  40 minutes  50 minutes  50 minutes  50 minutes 

   The  processes  that  have  to  be  followed  by  departing,  arriving  and  transfer  passengers are schematically presented in Figure 5.3.   

               S = Schengen, NS = Non‐Schengen, US = United States, HRF = High Risk Flight screening  Figure 5.3. Flow diagram of passenger processes in AAS. (Figure taken from Paro (2007)) 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

69 

 

Passengers  departing  to  Schengen  countries  go  through  a  centralized  ticket  and  security  check  at  the  lounges;  due  to  the  Schengen  agreement,  passports  are  no  longer  checked.  Those  going  to  Non‐Schengen  countries  go  through  passport  and  ticket  control  at  the  lounges,  whereas  the  security  check  is  carried  out  at  the  gates.  Transfer  passengers  go  through  passport  control  at  the  lounge  only  if  they  cross  between  the  Schengen  and  the  Non‐Schengen  areas.  Security  check  for  those  transferring  to  the  Schengen  zone  is  carried  out  together  with  the  passport  control.  Those transferring to Non‐Schengen countries go through security check at the gates.  Arriving  passengers  are  checked  for  their  passports  only  if  they  arrive  from  NS  countries.  5.2.3 Expansion plans AAS expected a 4 to 5% growth in passenger number per year, which will result in 65  million  passengers  in  2015  (Schiphol  Group,  2007b).  To  accommodate  this  growth,  AAS  plans  to  increase  the  capacity  of  Schiphol  Centrum  by  improving  the  efficient  use of the existing infrastructure and, possibly, by building an extra pier in the south  part  of  the  terminal.  The  new  pier,  namely  Pier‐A,  will  connect  directly  to  the  terminal via the beginning of Pier‐B. The current aircraft buffer stands at the J‐area,  located  west  of  Pier‐G  across  the  A4  highway,  will  be  used  for  passenger  handling  after  2010.  This  will  provide  additional  capacity  for  Schiphol  Centrum  (Schiphol  Group,  2007b).  A  transport  system  will  thus  be  required  to  connect  the  J‐area  to  Schiphol Centrum.  Furthermore,  AAS  estimates  up  to  85  million  passengers  in  2025  (Schiphol  Group,  2007c).  Since  Schiphol  Centrum  will  have  reached  its  maximum  capacity  in  2015,  a  separate  terminal  is  planned  to  be  built  at  the  northwest  side  of  Schiphol  Centrum  across the A4 highway. This new terminal, namely Schiphol Noordwest, will have a  capacity up to 30 million passengers. It is mainly intended for flights not involved in  transfer  processes.  Hence,  the  hub  and  its  transfer  traffic  can  still  apply  the  one‐ terminal  concept  in  Schiphol  Centrum.  Nevertheless,  a  good  transport  connection  between Schiphol Noordwest and Schiphol Centrum is necessary. This is to provide  the  passengers  with  easy  access  to  the  vast  (inter)national  and  high‐speed  rail  network situated underneath Schiphol Centrum (Schiphol Group, 2007c).  An illustration of AAS expansion plans is given in Figure 5.4. 

5.3 Evaluation of AMWs for intra-terminal transport The  one‐terminal  concept  simplifies  the  execution  of  passenger  processes  in  AAS.  However,  the  finger  pier  configuration  has  the  disadvantage  of  long  walking  distances  (International  Air  Transport  Association  (IATA),  2004).  With  plans  to  expand  the  airport,  walking  distances  in  AAS  are  likely  to  increase.  This will  affect 

 

70   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

O/D  as  well  as  transfer  passengers.  It  is  a  particularly  critical  matter  for  the  latter  since they generally face more time pressure to switch flights.   

1 3

4

2   Figure 5.4. AAS expansion plans: (1) the planned Schiphol Noordwest, (2) the planned Pier‐A, (3)  the  J‐area,  and  (4)  Schiphol  Centrum.  (Figure  from  Schiphol  Group,  KLM  and  Luchtverkeers‐ leiding Nederland (2005), courtesy of Schiphol Group) 

Time  schedules  and  MCTs  in  AAS  are  established  with  the  purpose  to  minimize  delays and misconnections, thus providing passengers with good service levels while  maximizing the productivity of the airport and airlines. The long walking distances  may cause a risk in maintaining these times. Increasing the MCT, in particular, is not  desirable  because  it  will  increase  the  transfer  times  of  indirect  connections  in  the  network,  making  them  less  attractive  (Veldhuis,  1997).  This  can  be  counter‐ productive to AAS competitiveness in the transfer market.  CMWs are installed to assist passenger mobility in the terminal. However, as pointed  out  in  Chapter  4,  they  do  not  always  provide  travel  time  reduction.  In  this  section,  the  possibility  to  apply  AMWs  in  Schiphol  Centrum  is  evaluated.  The  extent  to  which they can benefit the passengers as well as the airport and airlines is examined.  Factors involved in the consideration of their application are also discussed.  5.3.1 Current situation in Schiphol Centrum Walking distances IATA recommends a maximum walking distance of 250–300 m without mechanical  assistance  (IATA,  2004).  If  the  route  is  equipped  with  moving  walkways,  walking  distances  up  to  650  m  is  allowed,  of  which  not  more  than  200  m  is  unaided.  This  standard  is  not  universally  adopted  and  some  airport  authorities,  including  AAS,  have their own guidelines.  I analyse the distribution of walking  distances in Schiphol Centrum and evaluate it  against  the  guidelines.  A  database  was  generated,  consisting  of  all  lounge‐to‐gate 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

71 

 

and  gate‐to‐gate  distances  in  Schiphol  Centrum.  The  main  distances  are  shown  in  Figure 5.5.   

Figure 5.5. Main distances in the non‐public part of Schiphol Centrum, showing Piers B to H/M  and Lounges L1 to L4. The corridor between Piers B and C still show the layout before May 2007;  the new BC‐corridor has approximately the same length. (Figure from Paro (2007)) 

The  lounge‐to‐gate  distance  applies  to  departing  passenger.  It  is  defined  as  the  distance  from  the  entrance  of  a  lounge,  which  is  marked  by  the  passport/ticket  control, to a departure gate. Referring to Figure 5.5, departing passengers flying from  Piers  B,  C  and  DII  enter  Lounge  1,  whereas  those  flying  from  Piers  DI  and  E  enter  Lounge  2.  Furthermore,  departing  passengers  with  gates  in  Piers  F,  G  and  H  enter  Lounge 3, whereas those with gates in Pier‐M enter Lounge 4. Similar distances can  be  assumed  for  arriving  passengers.  On  the  other  hand,  the  gate‐to‐gate  distance  applies  for  transfer  passengers.  It refers to  the distance between  the  arrival  and  the  connecting gates. Transfer traffic occurs within (intra‐) and between (inter‐) all piers,  except for Pier‐H/M that only handles O/D flights. 

 

72   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

The distributions of the lounge‐to‐gate, intra‐pier gate‐to‐gate and inter‐pier gate‐to‐ gate  distances  are  presented  in  Figures  5.6  to  5.8,  respectively,  for  total  as  well  as  unaided  distances.  Total  distance  refers  to  the  entire  length  of  a  journey  from  one  point  to  another.  Unaided  distance  is  the  total  distance  subtracted  by  the  length  of  CMWs available along the way.   

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Total

750-800

700-750

650-700

600-650

550-600

500-550

450-500

400-450

350-400

300-350

250-300

200-250

150-200

100-150

50-100

Unaided

0-50

Cumulative % of gates

Lounge-to-gate distances

Distance (m )

 

Figure 5.6. The cumulative distribution of lounge‐to‐gate distances for gates in Piers B, C, D, E, F,  G, H and M for total and unaided distances. 

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Total

750-800

700-750

650-700

600-650

550-600

500-550

450-500

400-450

350-400

300-350

250-300

200-250

150-200

100-150

50-100

Unaided

0-50

Cumulative % of gate pairs

Intra-pier gate-to-gate distances

Distance (m )

 

Figure  5.7.  The cumulative distribution of intra‐pier gate‐to‐gate distances in Piers B, C, D, E, F  and G for total and unaided distances. 

Figure 5.6 shows that approximately 16% of the total lounge‐to‐gate distances exceed  the 650 m limit given by IATA. These are dominated by gates at the middle and the 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

73 

 

end of Piers B, DI and H. From Figure 5.7, only 2% of the total intra‐pier gate‐to‐gate  distances are over 650 m, found for travels between gates at the ends of the U‐shape  part of Pier‐DI. On the other hand, as seen in Figure 5.8, around 85% of the inter‐pier  gate pairs have distances more than 650 m. When also considering the availability of  CMWs, only 16% of the lounge‐to‐gate distances are assisted following the guideline  of IATA. Slightly more than 60% of the intra‐pier gate pairs have unaided distances  up to 200 m, but less than 1% of the inter‐pier gate pairs fulfil this limit. In general,  the lounge‐to‐gate distances as well as the intra‐pier and inter‐pier gate pairs may be  unaided for 55 to 90% of the journey.   

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Total

1800-1900

1700-1800

1600-1700

1500-1600

1400-1500

1300-1400

1200-1300

1100-1200

1000-1100

900-1000

800-900

700-800

650-700

600-650

500-600

400-500

300-400

200-300

100-200

Unaided

0-100

Cumulative % of gate pairs

Inter-pier gate-to-gate distances

Distance (m )

  Figure 5.8. The cumulative distribution of inter‐pier gate‐to‐gate distances between Piers B, C, D,  E, F and G for total and unaided distances. 

In the current practice, not all intra‐pier and inter‐pier gate pairs in AAS are assigned  to handle transfer traffics. Unfortunately, there is no clear information on this matter.  Cross analysis of processing time and walking distance for O/D passengers The cut‐off times for check‐in and baggage drop‐off are 30 and 60 minutes before the  Scheduled  Time  of  Departure  (STD)  for  EURO  and  ICA  flights,  respectively  (KLM  Royal  Dutch  Airlines  (KLM),  2009a).  These  times  are  set  in  order  to  ensure  that  passengers  and  their  baggage  can  reach  the  aircraft  in  time,  thus  avoiding  delays.  Nevertheless, study shows that a number of passengers still arrive at the airport front  in the last 30 minutes before STD (Van Dijk and Van der Sluis, 2006). The gates close  10  minutes  before  STD  (KLM,  2009b).  Hence,  passengers  who  completed  check‐in  and  baggage  drop‐off  exactly  at  the  cut‐off  time  will  have  20  minutes  (for  EURO  flights)  or  50 minutes (for  ICA  flights) to  reach  their gates  while  following  the  next  departure  processes.  Table  5.2  estimates  the  time  required  to  undergo  departure 

 

74   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

processes  after  check‐in  and  baggage  drop‐off,  as  illustrated  in  Figure  5.3.  The  estimation takes service time as well as queuing time into account.    Table 5.2. Estimation of the time required for departure processes of a passenger  Time (minutes)  EURO‐S  EURO‐NS  ICA  Ticket (and passport) control  2  3  3  Security check  4  5  5  High risk flight (HRF) screening  ‐  ‐  8  Boarding  4  4  5  Total with/without HRF screening  10  12  21/13  Sources:  Ashford  (1988),  Competition  Commission  (2002a,  2002b),  Horstmeier  and  De  Haan  (2001), IATA (2004).  Process 

  AAS  assumes  an  average  walking  speed  of  1.17  m/s  for  its  terminal  design,  which  takes  into  account  the  slowing  down  of  passengers  due  to  bringing  hand  luggage,  pushing  shoppers  (i.e.  small  airport  trolleys)  and  way  finding.  At  this  speed,  the  farthest  Schengen  gate  can  be  reached  in  slightly  over  11  minutes.  Additionally  walking  on  the  CMWs,  which  cover  40%  of  the  way,  gives  a  2  minute  advantage.  Walking  to  the  farthest  away  Non‐Schengen  gate  takes  slightly  under  11  minutes,  with a 1 minute advantage if walking on the CMWs that cover just 20% of the way.  Since  the  boarding  procedure is carried  out  at the  gate, EURO‐S passengers will  be  able to reach the farthest Schengen gate around 4 minutes before it closes, giving just  enough  time  to  complete  their  process.  For  EURO‐NS  and  ICA  passengers,  the  security check is also carried out at the gate so the farthest Non‐Schengen gate can be  reached  before  it  closes.  However,  the  remaining  time  for  EURO‐NS  passengers  is  only around 7 minutes, so completing their processes can delay the gate closing time.  In  this  case,  the  maximum  lounge‐to‐gate  distance  that  enables  the  completion  of  passenger  processes  before  the  scheduled  gate  closing  time  is  600  m.  For  ICA  passengers, the remaining time is sufficient to not interrupt the gate closing time.  Cross analysis of processing time and walking distance for transfer passengers The established MCTs have to provide passengers with sufficient time to reach their  connecting gate while following the required transfer processes. Table 5.3 estimates  the time  required  to  undergo transfer  processes as  illustrated in  Figure  5.3,  starting  from the moment the blocks are placed on the aircraft landing gear at the arrival gate,  which  marks  the  start  of  the  MCT.  The  estimation  takes  service  time  as  well  as  queuing time into account.  The MCT ends at the moment the blocks are removed from the connecting  aircraft,  such that it can move from the gate. This implies that the closing time of the gates at  10 minutes before STD  is within the MCT. Hence, with  MCTs  as given  in Table 5.1 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

75 

 

and total processing times as in Table 5.3, the available walking times and maximum  gate‐to‐gate distances are estimated in Table 5 .4 below.    Table 5.3. Estimation of the time required for transfer processes of a passenger  Time (minutes)  EURO/EURO  EURO/ICA  ICA/EURO  ICA/ICA  Disembarking  7  7  12  12  Passport controla  3  3  3  ‐  Security check  5  5  5  5  High risk flight (HRF) screening  ‐  8  ‐  8  Boarding  4  5  4  5  Total with/without HRF screening  19  28/20  24  30/22  Note:  a  Passport  control  is  carried  out  only  for  transfers  that  cross  between  the  Schengen  and  Non‐Schengen zones.  Sources:  Ashford  (1988),  Competition  Commission  (2002a,  2002b),  Horstmeier  and  De  Haan  (2001), IATA (2004).  Process 

  Table 5.4. Available walking time and maximum transfer distance for each transfer MCTb  EURO/EURO  EURO/ICA ICA/EURO  ICA/ICA  (40 min)  (50 min)  (50 min)  (50 min)  Walking time to connecting gate (min)  11  12/20  16  10/18  Max. distance walk on corridor (m)  770  840/1,400  1,120  700/1,260  Max. distance 30% walk on CMW (m)  860  935/1,565  1,250  780/1,405  Note: b  This assumes transfers that cross between the Schengen and Non‐Schengen zones.   

  The available walking times are generally sufficient to cover intra‐pier transfers. This  is particularly because such transfers do not require passport control, so passengers  have  slightly  more  walking  times  than  those  stated  in  Table  5.4.  However,  not  all  inter‐pier  gate  pairs  can  be  covered  within  the  MCTs.  This  is  even  more  so  for  transfers  that  cross  the  Schengen  and  Non‐Schengen  zones.  It  is  quite  complex  to  determine how many inter‐pier gate pairs are, in fact, unsuitable for transfers within  the MCTs. This would require closer inspections of the regular gate assignments for  airlines  and  destinations  in  AAS,  and  the  division  of  the  Schengen  and  Non‐ Schengen zones. Information on the former is, unfortunately, insufficient.  A projection on Pier-A Details of the planned Pier‐A are not yet defined. Assuming that the expansion will  follow  the  illustration in  Figure  5.4, Pier‐A and  its preceding corridor  will  have  the  same  design  as  Pier‐B  and  the  corridor  before  it.  The  distance  from  the  entrance  of  Lounge 1 to the first gate in Pier‐A will thus be at least 850 m, whereas the distance to  the  last  gate  can  reach  almost  1,100  m.  The  check‐in  cut‐off  time  will  then  be  insufficient for EURO‐S passengers to reach the gates. 

 

76   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

Whether  or  not  Pier‐A  will  handle  transfer  traffic  is  not  yet  known.  Intra‐pier  transfers  might  not  be  a  problem.  However,  the  walking  distances  for  inter‐pier  transfers to/from Pier‐A are likely to be long. It may be particularly difficult to assign  transfers from/to Non‐Schengen gates within the MCTs.  5.3.2 AMWs in Schiphol Centrum Possible locations As  discussed  in  Chapter  4,  the  recommended  minimum  length  at  which  AMWs  should  be  built  is  120  m.  At  this  length,  the  AMWs  offer  significant  travel  time  reduction compared to CMWs that may justify their installation. However, as seen in  Figure 5.2, Schiphol Centrum is already a built‐up area. Each part of the terminal has  certain  structure,  layout  and  function,  which  should  be  taken  into  account  when  planning for AMWs of at least 120 m long.  Lounges 1 and 2, for example, are around 160 and 180 m long, respectively. Having  AMWs  in  these  locations  would  be  particularly  useful  for  passengers  who  need  to  transfer  from,  for  instance,  Pier‐C  to  Pier‐E.  However,  the  lounges  house  various  commercial  retails  and  service  facilities.  Installing  AMWs  here  can  limit  crossing  pedestrian  flows,  thus  reducing  the  accessibility  of  passengers  to  the  amenities.  Considering  the  growing  importance  of  retailing  as  part  of  the  revenue  generating  strategy of airports (Freathy and O’Connell, 1998), this effect will not be desired.  Similarly, installing AMWs at floor level at the piers could help reduce the amount of  walking  and  travel  time,  especially  for  passengers  with  gates  at  the  pier  end.  However,  the  AMWs  may  limit  access  to  other  gates  located  along  the  way.  Passengers  with  gates  far  from  the  entrance  and  exit  of  the  AMWs  cannot  benefit  from the investment. Crossing pedestrian flows, which may occur during intra‐pier  transfers, will also be disturbed.  Hence,  parts  of  Schiphol  Centrum  viewed  most  suitable  for  AMW  installations  are  the  corridors.  Because  corridors  function  to  connect  lounges  and  piers,  travel  time  and walking distance reductions in the corridors will contribute to those of lounge‐ to‐gate and inter‐pier gate‐to‐gate journeys. There are four corridors in AAS, namely  the BC‐corridor between Piers B and C, the Holland Boulevard between Piers E and F,  the G‐corridor between Lounge 3 and Pier‐G, and the M‐corridor between Lounge 4  and  Pier‐H/M.  These  corridors  have  lengths  between  150  to  300  m  and  are  all  currently served by CMWs.  The  BC‐corridor,  G‐corridor  and  M‐corridor,  in  particular,  do  not  house  any  commercial retails or service facilities. Furthermore, there are no access points at the  sides  of  these  corridors.  Hence,  no  crossing  pedestrian  flow  occurs.  Since  a  bidirectional pedestrian traffic is mainly present, there are possibilities to install long  AMWs  in  these  locations.  For  these  empty  corridors,  it  is  expected  that  the  AMWs 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

77 

 

will not only reduce walking distance and travel time but also improve passengers’  perception on the corridors, which may otherwise seem longer than they actually are.  However,  a  different  situation  applies  to  Holland  Boulevard.  One  side  of  this  corridor is used as a lounge, housing commercial retails and service facilities. At the  other  side,  CMWs  are  currently  installed.  This  leaves  the  area  in  the  middle  for  pedestrian circulation. With such a layout, an initial evaluation suggests that it may  be  possible  to  replace  the  CMWs  with  a  long  AMW  without  disturbing  the  pedestrian  circulation.  There  may  be  concerns  that  the  commercial  retails  will  be  affected  because  passengers  using  the  long  AMW  will  directly  bypass  them.  However, a significant fraction of AAS transfer passengers traverse through Holland  Boulevard every day, so travel time reduction in this location can help maintain the  MCTs. This presents two opposite needs. Airlines would like passengers to be able to  move quickly through the terminal. In contrast, owners of commercial retails would  like  them  to  stay  as  long  as  possible  in  the  lounge.  For  AAS,  both  interests  are  important for the airport’s revenue and competition.  Related  to  the  airport  expansion  plan,  a  corridor  will  connect  Pier‐A  to  Pier‐B  as  illustrated in Figure 5.3. If this new AB‐corridor has a similar concept as the current  BC‐corridor, then AMWs can be installed without interrupting any crossing flows.  Transport demand In  their  design  guideline,  AAS  requires  moving  walkways  in  the  airport  to  have  a  minimum width of 1.4 m. Furthermore, the moving walkways must be able to handle  117 passengers per minute or 7,020 p/h/d. The width and effective capacity of present  day AMWs do not fulfil these requirements. However, the currently installed CMWs  in Schiphol Centrum do not exactly fulfil the requirements either. Some of them are  not 1.4 m wide. Those that have widths of 1.4 m typically operate at 0.75 m/s, giving  an  effective  capacity  of  only  6,750  p/h/d  based  on  the  assumption  that,  due  to  practicality  and  comfort,  only  two  passenger  lanes  will  form.  This  somewhat  suggests  that  deviation  from  the  guideline  is  possible  provided  that  the  moving  walkway can still accommodate the peak hour demand in the location.  Based on data in 2006, the peak hour demands in the above mentioned corridors are  all under 2,000 p/h/d. This is less than half of the effective capacity of a 1.2 m wide  AMW,  which  is  5,580  or  5,850  p/h/d  for  an  entry  speed  of  0.62  or  0.65  m/s,  respectively. Even when estimated to follow the 4 to 5% growth in passenger number,  the AMW will still be able to meet the peak hour demands in the year 2015, i.e. when  the maximum capacity of Schiphol Centrum will have been reached.  Expected benefits I  evaluate  the  expected  benefit  from  applying  AMWs  in  the  aforementioned  corridors,  specifically  in  terms  of  reducing  travel  time  and  walking  distance.  The  current  situations  and  the  proposed  modifications  are  described  in  Table  5.5.  The 

 

78   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

travel times of the alternative modes in each corridor are presented in Table 5.6. Here  I  assume  an  average  walking  speed  of  1.17  m/s,  a  CMW  speed  of  0.75  m/s,  and  an  AMW  entry  and  maximum  speed  of  0.62  and  2.5  m/s  respectively.  Walkers  on  the  moving walkways have an average speed of 1.04 m/s as stated in Chapter 4.    Table 5.5. Current situations and proposed modifications in the corridors  Total  length  290 m  210 m  160 m  210 m 

Proposed AMW  per directionc  BC  2 x 60 m + 1 x 48 m, landing 10 m  245 m  G  2 x 63 m, landing 13 m  180 m  M  2 x 58 m, landing 16 m  135 m  175 m  Holland Boulevard  Direction‐1: 98 m + 62 m, landing 10 m  d  105 m  Direction‐2: 98 m 290 m  2 x 60 m + 1 x 48 m, landing 10 m  245 m  ABe  Note: c  The proposed AMW should leave sufficient free space at both ends of the corridor for safe  pedestrian circulations due to intersection of walking areas.  d The other 62 m CMW is not installed because there is a baggage pre‐sorter system below    the location (Schiphol Group, 2009b). Thus, the floor is not deep enough for the CMW pit.  e  It is assumed that the AB‐corridor has the same concept as the current BC‐corridor.    Corridor 

Current CMWs per direction 

  Table 5.6. Travel times of alternative modes in the corridors, expressed in minutesf  Walk the  Use CMW  Use AMW  Corridor  whole  Stand  Walk  Stand  Walk  length  BC  4.13 (1.0)  5.47 (1.32)  3.30 (0.8)  2.35 (057)  1.91 (0.46)  G  2.99 (1.0)  4.00 (1.34)  2.37 (0.79)  1.71 (0.57)  1.39 (0.47)  M  2.28 (1.0)  3.20 (1.41)  1.71 (0.75)  1.34 (0.59)  1.11 (0.49)  2.99 (1.0)  4.27 (1.43)  2.20 (0.74)  1.75 (0.58)  1.44 (0.48)  Holland Boulevard‐1g  2.99 (1.0)  3.77 (1.26)  2.51 (0.84)  2.28 (0.76)  2.11 (0.71)  Holland Boulevard‐2h  AB  4.13 (1.0)  5.47 (1.32)  3.30 (0.8)  2.35 (0.57)  1.91 (0.46)  f  Note:  Numbers  in  the  brackets  are  the  relative  travel  time  of  a  mode  when  referred  to  the  walking time on the whole length of the corridor.  g  The direction with two CMWs, from Pier‐E to Pier‐F    h  The direction with one CMW, from Pier‐F to Pier‐E   

  Table  5.6  shows  that,  if  a  passenger  uses  the  CMWs  in  a  corridor  as  riders  (i.e.  standing on the treadway), he will travel approximately 34% slower than if he simply  walks the whole way. If he uses the CMWs as walkers, he reduces his travel time by  around 22 and 43% compared to walking on the corridor and standing on the CMWs,  respectively. The CMWs can, thus, function to reduce travel time only if passengers  can  walk  on  the  treadway.  Otherwise,  it  only  serves  to  reduce  physical  efforts.  Walking  on  the  CMW  still  require  physical  effort  but  at  a  lower  level  because  passengers generally lower their pace (Young, 1999). 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

79 

 

In contrast, a long AMW in the corridor provides the possibility to not only reduce  the physical effort but also travel time regardless of whether the passenger stands or  walks on the treadway. Travel time savings of around 42 and 53% are reached when  a passenger traverses the corridor making use of the AMW by standing and walking,  respectively, compared to when walking on the corridor the whole way. Furthermore,  by standing and walking on the AMW, the corridor can be travelled approximately  58  and  39%  faster  than  by  standing  and  walking  on  the  CMWs,  respectively.  Even  when a passenger chooses to just stand on the AMW, he can still travel around 26%  faster than when walking on the CMW.  As discussed in Section 5.3.1, O/D ICA passengers have sufficient time to reach their  gates  if they enter  the  lounge directly  after  the  cut‐off times, whereas  O/D  EURO‐S  passengers  have  just  enough  time  to  reach  the  farthest  Schengen  gate.  For  these  passengers, the presence of AMWs in Schiphol Centrum increases the possibility to  reach their gates and complete their processes within the allotted time. On the other  hand,  although  CMWs  are  provided,  O/D  EURO‐NS  passengers  with  last  minute  check‐in cannot complete their processes in time if their gates are beyond 600 m from  the  lounge.  Such  gates  are  found  in  Pier‐DI  (13  gates)  and  Pier‐H  (3  gates).  Unfortunately, none of the proposed AMWs in Table 5.6 can contribute to reduce the  lounge‐to‐gate  walking  times  to  Pier‐DI.  The  AMW  proposed  for  the  G‐corridor  reduces the lounge‐to‐gate walking times to Pier‐H by a maximum of 12% compared  to the CMWs. This only gives an additional travel distance of around 74 m. The last  two gates are, thus, still unreachable within the cut‐off time.  The  extent  to  which  the  proposed  AMWs  contribute  towards  reducing  inter‐pier  gate‐to‐gate  travel  times  depends  on  how  many  percent  of  the  route  they  cover.  In  average, for long inter‐pier gate‐to‐gate distances, the AMWs provide assistance for  around  21%  of  the  journey,  leaving  19%  to  be  covered  by  CMWs  and  the  rest  unaided.  Hence,  the  travel  time  can  be  reduced  by  8  or  11%  when  standing  or  walking  on  the  AMWs,  respectively.  This  increases  the  possibility  of  transfer  passengers  to  reach  their  connecting  gates  in  time,  thus  reducing  the  risk  of  departure  delays  or  passenger  misconnections.  Subsequently,  it  may  avoid  airlines  from having to pay direct costs associated with delays and misconnections, as well as  indirect  costs  due  to  the  loss  of  goodwill  (Hafizogullari  et  al.,  2002).  Alternatively,  farther  inter‐pier  distances  can  be  reached  within  the  available  walking  times  as  shown in Table 4.7 below. This opens the possibility to assign short connection times  to an additional 45 inter‐pier gate pairs for each transfer type, which increases gate  utilization and airport productivity. Exceptions from the above apply for gate pairs  between Piers C, D, and E because no AMWs can be installed between them.  To evaluate the contribution of the proposed AMWs towards the future Pier‐A, it is  assumed  that  the  number  and  positions  of  gates  in  Pier‐A  are  identical  to  those  in  Pier‐B, and similar CMWs as in Pier‐B are installed in Pier‐A. With the availability of 

 

80   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

AMWs  in  the  AB‐corridor,  O/D  EURO‐S  passengers  with  last  minute  check‐in  can  complete  their  processes  in  time  if  their  gates  are  located  up  to  990  m  from  the  lounge, assuming they stand on the AMWs. This leaves five gates inaccessible within  the cut‐off time. If they walk on the AMWs, passengers with gates up to 1,075 m from  the lounge can complete their processes, leaving one gate inaccessible within the cut‐ off  time.  With  respect  to  long  inter‐pier  gate‐to‐gate  distances  with  Pier‐A,  the  proposed AMWs provide assistance for an average of 33.5% of the journey, leaving  23.5% to be covered by CMWs and the rest unaided. If passengers only stand on the  AMWs,  the  maximum  distances  for  transfer  within  the  MCTs  are  1,030  m  for  EURO/EURO and 1,500 m for ICA/EURO. For EURO/ICA, the maximum distance is  1,885 or 1,125 m, the latter if HRF screening is required. Finally, due to its position in  the Schengen part of the terminal, Pier‐A is not expected to handle ICA/ICA transfers.    Table 5.7. Maximum inter‐pier transfer distance for each transfer MCT when using AMWsi  EURO/EURO  EURO/ICA ICA/EURO  ICA/ICA  (40 min)  (50 min)  (50 min)  (50 min)  Walking time to connecting gate (min)  11  12/20  16  10/18  Max. distance if standing on AMW (m)  930  1,015/1,695  1,355  845/1,525  Max. distance if walking on AMW (m)  960  1,050/1,755  1,400  875/1,580  i  Note:  This assumes transfers that cross between the Schengen and Non‐Schengen zones.   

5.4 Evaluation of AMWs for inter-terminal transport AAS plans to build Schiphol Noordwest to accommodate long term capacity demand.  In this section, how AMWs may connect this future terminal with Schiphol Centrum  is  evaluated.  Since  details  on  Schiphol  Noordwest  are  not  yet  available,  this  evaluation can only be done based on preliminary descriptions from limited sources.  5.4.1 A projection on Schiphol Noordwest Schiphol  Noordwest  came  into  plan  due  to  the  need  to  have  extra  capacity  for  aircraft  buffer  positions  and  passenger  handlings  after  the  year  2015.  Its  location  at  the  northwest  part  of  the  airport  across  the  A4  highway  was  selected  based  on  considerations  of  land  availability,  position  with  regards  to  Schiphol  Centrum  and  the  runways,  as  well  as  planning  suitability.  For  the  initial  phase,  Schiphol  Noordwest should be able to provide its first aircraft buffer position in the year 2010.  Around  the  year  2015,  it  should  be  ready  to  receive  the  first  overflow  of  passenger  handling  that  cannot  be  carried  out  anymore  in  Schiphol  Centrum.  By  2020,  the  entire infrastructure of Schiphol Noordwest should be ready for passenger handlings.  It  is  then  important  that  the  terminal  has  access  to  the  nearby  A4,  A5  and  A9  highways.  Furthermore,  a  good  connection  with  Schiphol  Centrum  is  required, 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

81 

 

particularly  to  access  the  (inter)national  and  high‐speed  rail  network  located  underneath it (Schiphol Centrum, 2007c).  5.4.2 AMWs between Schiphol Noordwest and Schiphol Centrum Considering that the hub activities of KLM and its partners will remain in Schiphol  Centrum,  the  travel  between  Schiphol  Noordwest  and  Schiphol  Centrum  is  not  necessarily subjected to constraint from the MCTs. Nevertheless, an acceptable travel  time should be provided in order to maintain a good service level. As a comparison, I  refer  to  the  shuttle  buses  currently  used  to  transport  passengers  between  the  long‐ term  parking  area  P3  and  the  entrance  of  the  departure  hall  in  Schiphol  Centrum.  The  bus  departs  every  10  minutes  and  the  journey  takes  8  minutes  (Amsterdam  Airport  Schiphol,  2009).  Taking  half  of  the  headway  as  the  mean  waiting  time,  the  total travel time of the average bus passengers is thus 13 minutes.  The  straight  distance  between  Schiphol  Centrum  and  Schiphol  Noordwest  at  the  points  shown  Figure  5.9  is  estimated  to  be  around  2,000  m.  This  is  within  the  potential coverage of AMWs, as previously discussed in Chapter 3. If a single‐span of  approximately  2,000  m  long  AMW  per  direction  is  applied  in  this  case,  the  travel  time  will  be  around  13.4  minutes  if  passengers  stand  or  around  9.5  minutes  if  they  walk on the treadway. This is competitive to the average travel plus waiting time of  passengers  with  the  shuttle  buses.  With  AMWs  there  is  no  waiting  time  involved,  which  as  stated  in  Chapter  3,  is  generally  valued  more  negatively  than  in‐vehicle  time by a factor of two (Brand and Preston, 2003).  Another alternative is to have a series of two AMWs per direction with a landing at  the  long‐term  parking  P3,  as  shown  in  Figure  5.10,  based  on  the  following  consideration. Anticipating the need for more parking spots for the growing number  of passengers and employees of companies in the airport, AAS has a mid‐term plan  to expand P3. To add value to this area, facilities will be built with specific targets for  those who park their cars at P3 and, of course, their cars. There are ideas for a hotel,  restaurants,  shops,  entertainment,  car  service  and  rental,  and  even  check‐in  and  baggage drop‐off services (Schiphol Group, 2007b). Passengers and employees using  P3 may need to go to either Schiphol Noordwest or Schiphol Centrum. Then, it may  be  an  option  to  have  a  pair  of  AMWs  connecting  Schiphol  Centrum  to  P3  and  another pair connecting P3 to Schiphol Noordwest. Each AMW may have a length of  around  1,000  m.  The  travel  time  for  each  leg  will  be  around  6.7  minutes  when  passengers stand on the treadway. There will be a small additional walk between the  two  AMW  sections  for  those  who  need  to  travel  directly  between  Schiphol  Noordwest and Schiphol Centrum. Those with more time can visit the facilities in P3.  Because  Schiphol  Noordwest  is  not  intended  for  flights  involved  in  transfers,  passengers do not have to remain in the non‐public part of the terminal. The AMWs  can  be  placed  at  the  public  part  of  the  airport.  A  possibility  will  be  to  have  them 

 

82   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

underground so that they do not interfere with the apron and runway. In this way,  they can be at the same level as the underground train station in Schiphol Centrum.  The concept will be somewhat similar to the AMW system in the Paris metro station.   

NW P3 ±2000 m SC

  Figure 5.9. The position of Schiphol Noordwest (NW) with respect to Schiphol Centrum (SC) and  the  long‐term  parking  area  (P3).  (Figure  taken  from  Schiphol  Group,  KLM  and  Luchtverkeers‐ leiding Nederland (2005), courtesy of Schiphol Group) 

NW

±1000 m P3 SC

±1000 m

  Figure  5.10.  An  alternative  connection  between  Schiphol  Noordwest  (NW)  and  Schiphol  Centrum (SC) via the long‐term parking area (P3). (Figure taken from Schiphol Group, KLM and  Luchtverkeersleiding Nederland (2005), courtesy of Schiphol Group) 

The transport demand between Schiphol Noordwest and Schiphol Centrum via P3 is  not yet known. A rough estimation on the contribution of the parking area P3 toward  the transport demand may be based on the capacity of the current shuttle buses. The  transport  capacity  between  P3  and  Schiphol  Centrum  is  estimated  to  be  600  p/h/d, 

Chapter 5. A study on the application of AMWs in Amsterdam Airport Schiphol 

83 

 

assuming  six  buses  per  hour  per  direction  carrying  100  passengers  per  bus.  It  is  presumed that such a shuttle bus schedule was taken to provide an optimal balance  between  good  passenger  service  levels  and  efficient  bus  operations.  Following  a  passenger  growth  rate  of  4%,  the  transport  demand  between  P3  and  Schiphol  Centrum  will  be  1,120  p/h/d  in  the  year  2025.  The  transport  demand  for  the  leg  between  P3  and  Schiphol  Noordwest  may  be  estimated  to  be  40%  of  this  figure,  based on the capacity ratio between Schiphol Noordwest and Schiphol Centrum.  Some  passengers  may  also  access  the  airport  via  the  train  station  below  Schiphol  Centrum.  In  2006,  the  share  of  access  by  train  was  around  35.4%  (Schiphol  Group,  2007b).  With  the  prediction  of  the  number  of  O/D  passengers  in  2025,  a  rough  estimation would lead to around 2,000 passengers per hour by train. Considering the  capacity  ratio  between  Schiphol  Noordwest  and  Schiphol  Centrum,  it  may  be  estimated  that  only  40%  of  this  figure  would  go  to  Schiphol  Noordwest,  giving  a  transport  demand  of  around  800  p/h/d  between  Schiphol  Centrum  and  Schiphol  Noordwest.  The  transport  demand  in  the  year  2025  is  thus  estimated  to  be  around  2,000  p/h/d  between  Schiphol  Centrum  and  P3,  and  around  1,250  p/h/d  between  Schiphol  Noordwest and P3. These figures are within the effective capacity of an AMW system. 

5.5 Conclusions This study has presented the application of Accelerating Moving Walkways (AMWs)  in  Amsterdam  Airport  Schiphol  (AAS)  for  intra‐terminal  transport  in  Schiphol  Centrum  and  for  inter‐terminal  transport  between  Schiphol  Centrum  and  Schiphol  Noordwest. As part of this thesis, the study served as an example to show how the  characteristics  of  a  location  impose  requirements  and  boundaries  towards  the  application of AMWs.  In the case of AMWs for intra‐terminal transport in Schiphol Centrum, the fact that  the terminal is already a built‐up area contributes to the complexity of the planning  process.  Although,  from  the  point‐of‐view  of  walking  distances  alone,  a  number  of  locations  may  benefit  from  having  AMWs,  the  current  functions,  layouts  and  passenger  activities  in  those  locations  do  not  allow  for  AMW  installations  at  floor  level.  In  the  end,  only  corridors  are  deemed  suitable  for  installing  AMWs  without  resulting  in  too  many  disturbances  or  modifications  to  the  current  situation.  The  proposed  AMWs  can  bring  40  to  50%  travel  time  reduction  in  each  corridor  where  they  are  installed.  In  terms  of  overall  travel  times  in  the  terminal,  the  AMWs  only  contribute to around 8 to 12% reduction. Even so, this opens the possibility to assign  additional  gates  for  handling  passenger  processes  within  the  established  time  schedules and MCTs. 

 

84   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

The evaluation of AMWs for inter‐terminal transport between Schiphol Centrum and  Schiphol  Noordwest  could  only  be  presented  briefly  due  to  lack  of  information  regarding  the  new  terminal.  As  in  the  previous  case,  the  planning  process  for  this  purpose  has  to  take  into  account  the  functions,  layouts  and  passenger  activities  in  Schiphol  Centrum  as  well  as  Schiphol  Noordwest.  Existing  infrastructures  located  between the two terminals, such as the long‐term parking P3 and the runways, also  need to be considered. However, because these areas will still undergo developments  in  the  mid‐  and  long‐terms,  the  concepts  for  installing  long  AMWs  can  be  incorporated into the overall development and construction plans.  The  discussions  in  this  chapter  have  mainly  evaluated  the  application  of  AMWs  in  AAS  from  the  point‐of‐view  of  passenger  travel  time  and  transport  demand.  A  complete  study  should  also  evaluate  these  aspects  against  the  required  capital  and  operational  costs  for  the  systems.  To  identify  the  elements  of  the  costs,  a  more  detailed design concept for the AMW installations would be required, but this is not  within the scope of this chapter. 

Chapter 6 Analysing drive-related application aspects in long accelerating moving walkways

6.1 Introduction Previous  chapters  have  discussed  aspects  in  the  application  of  long  Accelerating  Moving  Walkways  (AMWs)  for  moderate  distance  people  transport  by  evaluating  the  influence  of  the  elements  involved,  i.e.  the  AMW  itself,  its  passengers  and  the  location.  From  the  discussions  in  the  first  part  of  this  thesis,  it  has  been  concluded  that  the  competitiveness  of  AMWs  for  moderate  distance  transport  can  only  be  achieved  if  a  long  single  span  system  is  used  to  cover  the  whole  travel  distance.  Related to this, it has been identified that some application aspects are still similar to  those of relatively short AMWs, whereas other application aspects are affected when  the  systems  become  longer.  These  include  technical  as  well  as  non‐technical  issues  (Kusumaningtyas  and  Lodewijks,  2006).  Reflecting  on  the  experience  of  long  (overland)  bulk  material  belt  conveyor  operations,  one  of  the  expected  technical  issues  stems  from  the  use  of  the  single  drive  unit.  For  long  AMW  systems,  it  is  envisaged that a multiple‐drive configuration will have to be applied.  This chapter focuses the discussion to the second research objective, i.e. to study the  effects  of  applying  multiple  drives  in  long  AMWs.  To  provide  background  for  this  research  direction,  Section  6.2  presents  a  number  of  application  aspects  from  the  previous chapters, selecting those that are related to the drive system and describing  them  from  this  point‐of‐view.  The  influence  of  the  system  dynamics  towards  these  aspects is also explained. The approach of applying multiple drives and, eventually,  drive control in long AMWs is discussed in Section 6.3. The effects of this approach is  analysed by means of simulations. For this, the components of the considered AMW  system  is  described  in  Section  6.4,  followed  by  the  description  of  the  models  in  Section 6.5. Section 6.6 gives the conclusions.    85 

86 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

6.2 Drive-related aspects Drive‐related issues in the application of long AMWs arise from the fact that longer  systems  require  more  drive  power.  It  is  expected  that  continuing  to  use  the  single  drive configuration of present day AMW may lead to some technical problems.  6.2.1 Components and support structure requirements If a long AMW is driven by a single drive unit, either at the head or at the tail, a very  large motor will have to be used to provide the required amount of power. The large  drive force from the motor will be applied at a single point and transferred along the  pallet‐chain, in the case of a pallet‐type AMW, or along the belt, in the case of a belt‐ type AMW. This will result in a high peak in the chain or belt tension at the location  of  the  drive.  Hence,  the  chain/belt  has  to  be  strong  enough  to  withstand  the  maximum  transient  tension.  For  the  belt‐type  AMW,  an  additional  requirement  holds that the belt has to be stiff enough to support the passengers without exceeding  the prescribed sag limits.  If the chain/belt strength is too high, there is a possibility that the chain/belt becomes  too  stiff  to  bend  over  a  normal  sprocket  or  pulley.  In  this  case,  larger  sprockets/pulleys  may  have  to  be  used.  The  high  chain/belt  tension  also  applies  a  higher pull, thus leading to the requirement of stronger sprockets/pulleys as well as  shafts. Larger  and stronger components  are typically  heavier  so  they exert  a higher  load  on  the  support  structure  or  frame,  which  consequently  needs  to  be  made  stronger  as  well.  Finally,  although  its  width  may  be  kept  the  same,  such  a  large  construction will require a deeper pit space for installation. As exampled in Chapter  5, the availability of space under the floor can be limited, particularly if the location is  already built‐up. The necessity to have non‐standard components and structure can  also  add  to  the  capital  costs.  All  this  implies  that  there  is  a  practical  limit  to  the  strength of chain or belt used in long moving walkways (Lodewijks et al., 2006).  Although  it  is  possible  to  use  a  series  of  shorter  (and,  hence,  smaller)  AMWs  with  intermediate  landings  to  span  the  desired  transport  distance,  as  discussed  in  the  Chapters 3 and 4, in terms of travel time reduction a long single‐span AMW is more  beneficial. Such a layout is also  considered advantageous from the point‐of‐view of  capital  costs  because  the  accelerating  and  decelerating  sections  are  typically  more  expensive than the high‐speed part. Furthermore, as stated in Chapter 4, passengers  may  also  find  a  single‐span  AMW  more  convenient  since  they  do  not  need  to  repeatedly step on and off a number of shorter systems, which may expose them to  more body jerks (Kusumaningtyas and Lodewijks, 2007). 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

87 

 

6.2.2 System and passenger safety From  the  drive  system  point‐of‐view,  the  safety  of  the  AMW  and  its  passengers  is  influenced by how the pallet‐chain or belt responds towards the applied drive force.  This  is  particularly  important  to  consider  for  transient  conditions  such  as  starting,  stopping, loading and unloading. When a drive force is applied to the chain or belt, a  stress  wave  is  induced.  During  starting,  for  example,  the  chain/belt  section  at  the  location  of  the  motor  starts  moving  gradually  and,  as  the  wave  propagates,  its  successive  sections  are  put  into  motion  (Zür,  1986).  Due  to  the  combination  of  the  chain/belt’s  elastic  properties  and  distributed  mass,  the  propagation  of  these  longitudinal  waves  is  damped  by  internal  friction  and  motion  resistances  in  the  system. This results in variations of the chain or belt dynamics. Experience from bulk  material belt conveyors shows that failure to include transient elastic response in the  system  design  can  lead  to  operational  problems  and  even  damage,  particularly  in  long  and  high‐capacity  systems  and  those  with  varying  load  distributions  (Nordell  and Ciozda, 1984).  For normal starting and stopping of the AMW, a long start‐up and stopping time can  be  chosen  to  minimize  the  transient  dynamics,  thus  avoiding  high  tensions  in  the  system. Furthermore, in normal operations, the AMWs are not allowed to be started  or stopped with passengers onboard. Hence, the effect of transient dynamics towards  passengers during normal starting and stopping can be waived.  A different situation may occur, however, in the case of starting and stopping related  to the application of a power saving scheme, such as those stated in Chapter 4. When  using the stop‐and‐go or idle‐to‐nominal method, the system has to accelerate to its  nominal speed within the limited time between the moment a passenger is detected  and the moment he/she steps foot on the treadway. Based on the experience of bulk  material  conveyor  operations,  it  is  expected  that  a  longer  AMW  will  need  a  longer  starting time to achieve a smooth start‐up and reach a steady nominal speed for the  entire  length  of  the  system.  Such  a  longer  required  starting  time  might  not  be  available within the present power saving scheme. On the other hand, reducing the  starting  time  will  influence  the  system  tension  and  acceleration  dynamics,  which  may affect the safety of the system and the passengers.  Another  important  situation  is  emergency  stopping,  in  which  there  are  still  passengers  onboard.  When  a  sensor  detects  a  problem  or  when  an  emergency  stop  button is pressed, the AMW breaking system must be able to stop the AMW as soon  as possible to prevent injury, e.g. passenger entrapment. On the other hand, the stop  should not be achieved too harshly such that the passengers fall (Al‐Sharif, 2004). For  the  stopping  of  Conventional  Moving  Walkways  (CMWs),  EN  115‐1:2008  (Comité  Européen de Normalisation  (CEN), 2008)  and  ASME  A17.1  (Donoghue,  1981)  have  set  standards for the stopping distance, deceleration or jerk. No guidelines are available 

 

88 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  for  AMWs,  but  it  may  be  expected  that  the  same  standards  will  apply  in  order  to  enable  the  same  prevention  of  danger.  For  a  long  AMW,  aiming  for  the  same  stopping  targets  as  for  a  shorter  or  slower  system  may  involve  the  use  of  a  high  breaking load, which can bring unexpected stopping dynamics and higher jerks. 

6.3 Research approach As discussed in the previous section, it can be expected that a long AMW will require  different  system  specifications  compared  to  a  shorter  AMW  if  the  single  drive  configuration  is  kept.  Furthermore,  the  dynamic  behaviour  of  a  long  single‐drive  AMW is also expectedly different from a short single‐drive AMW when the starting  and stopping settings are the same. However, it is not yet clear to what extent these  aspects  will  differ  and  whether  that  will  lead  to  the  inapplicability  of  present  day  (accelerating)  moving  walkway  standards,  designs,  and custom practices for longer  AMWs.  On  the  other  hand,  research  in  the  field  of  long  bulk  material  belt  conveyors  have  also found that the dynamic belt behaviour of a single‐driven system is comparable  to  the dominant behaviour found  in a system with  multiple drives,  when the  drive  station  spacing  is  set  equal  to  the  belt  length  of  the  single‐driven  system  (Nuttall,  2007).  Then,  the  components  of  the  multiple‐driven  system  can  be  designed  according  to  those  of  the  single‐driven  system.  Taking  analogy,  it  may  be  expected  that applying multiple drives may enable a long AMW to use the same components  and  operational  settings  of  present  day  AMWs.  Nevertheless,  whether  the  multiple  drives can bring the advantages that justify their application is not yet clear.  The  above  questions  mainly  rise  from  the  fact  that  AMWs  carry  passengers,  who  have free minds to choose when to ‘load’ and how to ‘distribute’ themselves on the  system.  Hence,  multiple‐drive  settings  that  would  succeed  in  bulk  material  belt  conveyors,  which  load  rate  and  distribution  can  be  determined  by  the  operator,  might  not  work  as  expected  in  passenger  conveyors.  In  this  chapter,  the  above  questions are investigated by means of comparing the operating  behaviour of short  single‐driven  AMWs  with  that  of  long  single‐driven  and  long  multiple‐driven  AMWs. First, the theories underlying the multiple‐drive approach are explained.  6.3.1 Multiple drives In  a  multiple‐drive  belt  conveyor  system,  the  multiple  drives  are  installed  at  a  number  of  positions  along  the  length  of  the  conveyor.  Due  to  this,  such  a  drive  configuration is also known as a distributed‐drive system. Each drive station directly  supplies  the  required  power  to  overcome  the  resistances  generated  in  the  previous  section. The main idea behind the use of multiple drives is to find the right balance  between  the  locally  applied  drive  power  and  the  occurring  resistance,  so  the  belt  tension  stays  within  the  safety  margins  in  a  controlled  manner.  With  proper 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

89 

 

positioning of the drive stations, the maximum system tension can be limited to the  desired  specifications  (Alspaugh,  2003;  Nuttall  and  Lodewijks,  2004).  The  effect  of  implementing distributed drives to limit tension is shown in Figure 6.1. The amount  of  tension  drop  after  passing  a  drive  unit  is  equal  to  the  amount  of  drive  force  required to run the conveyor section before that drive.    

  Figure  6.1.  Effect  of  distributed  drives  to  limit  the  belt  tension.  (Figure  from  Nuttall  and  Lodewijks (2004)) 

If applied to a long AMW, the lower maximum tension may give way to the use of  pallet‐chain or belt with a lower strength, which is also lighter. It further leads to the  possibility to use lighter as well as standardized components and support structure,  regardless of the system length. In a long belt conveyor, the cost of the belt typically  represents  25  to  30%  of  the  total  capital  investment  (Romani,  2000).  Hence,  the  possibility  to  use  a  lighter  belt  may  help  to  keep  the  costs  of  long  conveyors  reasonably low.  To implement a multiple‐drive configuration, the system designer need to determine  the  required  number  of  drive  stations  and  their  positions,  and  determine  how  to  control  and  coordinate  the  motors  during  start‐up,  stopping,  and  steady‐state  running.  The  aspects  that  affect  the  choice  of  number  of  drive  stations  and  their  positions have been explained by Nuttall and Lodewijks (2004).  6.3.2 Drive control To  successfully  apply  multiple  drives  in  a  long  conveyor  system,  including  a  long  AMW, attention have to be paid on how to match the power at each drive location to  all  the  possible  load  variations  that  might  exist  (Alspaugh,  2003).  For  this,  proper  control  for  the  drives  is  required.  The  drive  control  must  be  able  to  accurately  and  reliably  compensate  for  varying  load  and  friction  conditions,  as  well  as  dynamic  behaviours in the system, to produce a smooth and safe operation during transient as  well  as  normal  running.  Good  coordination  among  the  multiple  drives  during  all  phases  of  the  operation  will  be  required  to  minimize  the  stresses  on  the  system  components. How this coordination should be carried out is the question.  

 

90 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Perhaps the simplest way of controlling multiple drives is by load sharing. If all drive  stations in a multiple‐drive AMW are equipped with the same motors and given the  same input frequency and voltage signals, then the drive stations will have more or  less  the  same  speed‐torque  characteristics.  Provided  that  the  system  is  started  or  stopped smoothly, the pallet‐chain or belt dynamics will be small and the velocity of  every point along the chain/belt will be virtually the same. When the system reaches  its operational speed, the chain/belt speed will have equalized throughout the system.  Then,  being linked by a common drive rail, i.e. the chain or belt, each  drive  station  will apply the same amount of drive force and, thus, equally share the total load. One  central controller can be used for all motors, which keeps the conveyor system at the  desired speed (Cowie, 2001; Nuttall, 2007).  When  controlling  the  multiple  drives  by  way  of  load  sharing,  attention  should  be  given  to  the  possibility  of  unexpected  rise  or  fall  of  tension  when  there  is  an  imbalance  between  the  sized  motors  and  the  actual  occurring  loads  (Nuttall,  2007).  This can be a problem for the case of AMWs, since the occurring passenger load may  continuously vary in time and space from the designed situation. It may then make  sense to have drive stations utilising the same motor to supply different amounts of  power based on the load demand on the specific section that they support. For this,  the drive stations should be controlled individually.  From the above description, it can be stated that the control of the multiple drives in  an AMW requires knowledge of the resistances met by the pallet chain or belt. This  resistance is affected by the geometry of the system and the load on it. The effect of  the geometry can be determined beforehand at the design stage. The influence of the  load  depends  on  the  number  of  passengers  on  the  moving  walkway  and  their  positions. Therefore, the drive control will depend on the accuracy of the knowledge  of  the  distribution  of  the  passengers.  Due  to  the  different  nature  of  the  loads  in  passenger conveyors and bulk conveyors, as has been described in the beginning of  this  section,  the  control  procedures  normally  used  for  the  multiple  drives  in  bulk  conveyors might not be suitable for the multiple drives in AMWs.  6.3.3 Dynamic simulations To  investigate  the  performance  of  short  and  long  AMWs  with  single  and  multiple  drives, a simulation approach is adopted. This is considered the best way to conduct  the  analysis  without  jeopardizing  the  safety  of  either  the  AMW  system  or  the  passengers,  particularly  when  observing  transient  conditions.  Furthermore,  performing  the  research  experimentally  entails  high  costs  and  a  large  space  for  building  the  AMW  setups,  which  need  to  be  tested  for  the  short,  long,  single‐drive  and  multiple‐drive  cases  with  and  without  passengers.  The  variation  of  transient  conditions  that  can  be  tested  experimentally  can  be  limited  and  investigations  of  worst  case  scenarios  might  not  be  possible.  Experimental  verifications  of  the 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

91 

 

simulation  results  is  still  of  importance,  but  the  risks  can  be  made  lower  with  the  insights gained from the simulations.  A dynamic model is constructed to represent the AMW system. This model includes  a representation of the main system dynamics and features the multiple drive units.  With this model, the effects of using multiple drives in long AMWs when subjected  to different operational stages, load conditions and control strategies are studied. 

6.4 AMW system considered The belt‐type AMW, namely the Gateway, is selected as the system to be modelled.  Descriptions of the Gateway have been given in Chapter 2 and 3. In this section, the  system is further elaborated. Specifications data of the system were obtained through  personal  communications  with  the  AMW  and  belt  manufacturers,  i.e.  Constructions  Industrielles de la Méditerranée (CNIM) and Dunlop Conveyor Belting, respectively.  6.4.1 Main components The  Gateway  can  be  distinguished  into  three  major  parts:  the  accelerating  and  decelerating rollers, the high‐speed belt conveyor, and the handrail. Each major part  has  its  own  mechanism,  but  they  all  work  synchronously.  Figure  6.2  sketches  the  construction  of  the  Gateway  based  on  the  design  of  the  system  in  Paris.  The  main  components are briefly described.   

  Figure  6.2.  A  general  sketch  of  the  construction  of  the  belt‐type  AMW.  (Figure  from  Luiting‐ Maten and Lodewijks (2002)) 

 

92 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Accelerating and decelerating rollers A  roller  in  the  accelerating  or  decelerating  section  comprises  of  a  shaft  forming  an  axle, with carrying disks for carrying the passengers and drive disks for driving the  roller  assembly.  The  drive  disks  have  diameters  that  vary  progressively  between  successive  rollers,  so  that  the  rotational  speeds  of  several  successive  rollers  and  the  tangential  speeds  of  their  carrying  disks  produce  the  acceleration  or  deceleration  effect  desired.  The  carrying  disks  are  of  the  same  diameter,  i.e.  25  mm  (Cote  and  Gempp,  1997).  As  shown  in  Figure  6.3,  they  are  specially  designed  to  intermesh.  A  description of the mechanism is given in US Patent 5234095 (Patin, 1993).   

  Figure 6.3. Intermeshing of accelerating/decelerating rollers. (Figure courtesy of Jan Carel Paro) 

The transitions between the accelerating/decelerating rollers and the high‐speed belt  conveyor  are  accommodated  by  means  of  transfer  plates,  as  depicted  in  Figure  6.4.  Small rollers are assembled on transfer plate forming a surface on which passengers  can glide from the accelerating/decelerating rollers to/from the belt. Details about the  transfer plate are described in the US Patent 6978875 B2 (Diaz, 2005).    Transfer  plate 

  Figure  6.4.  A  transfer  plate  is  fitted  between  the  accelerating/decelerating  rollers  and  the  belt.  (Figure courtesy of Jan Carel Paro) 

Belt The  high‐speed  belt  conveyor  is  designed  following  existing  rules  and  practices  developed  for  CMWs.  The  conveyor  uses  the  Starglide  passenger  belt  (Dunlop  Conveyor  Belting,  2009a),  which  is  a  steel‐reinforced  rubber  belt  specially  designed  for passenger transport. The top rubber cover has grooves that fit with the combs of 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

93 

 

the transition plate, which avoids objects from getting trapped into the system. The  steel  cords  provide  the  required  rigidity.  A  cross‐section  of  the  belt  is  shown  in  Figure 6.5.  The  top  and  bottom  steel  cords  are  oriented  in  the  lateral  (weft)  direction.  This  provides  high  transverse  rigidity  to  support  the  passengers.  The  steel  cords  in  the  middle,  which  are  oriented  in  the  longitudinal  (warp)  direction,  provide  a  lower  flexural rigidity. The belt needs to be strong enough to transmit tension forces, but it  also need to be able to wrap around the pulleys.    Grooves Lateral  steel cords 

Longitudinal  steel cords 

  Figure 6.5. The steel‐reinforced belt is grooved in the longitudinal direction. (Figure courtesy of  Gabriel Lodewijks) 

The  breaking  strength  of  the  belt  per  unit  belt  width  is  500  N/mm.  Combined  with  the belt width and the safety factors, the allowable belt tension during operation can  be determined. The DIN 22101 standard (Deutsches Institut für Normung (DIN), 2000)  defines safety factors for transient and stationary conditions by SA and SB respectively.  For steel‐cord belts in normal operating condition, the actual safety factor S along a  belt has to fulfil SA ≥ 5.4 during starting and stopping and SB ≥ 8.0 during steady state  operation. This is in accordance with the ASME A17.1‐1981 (Donoghue, 1981) and the  EN  115‐1:2008  (CEN,  2008)  standards,  which  prescribe  a  safety  factor  of  at  least  5.0  for the belt.  The actual safety factor is defined as   

S=

kN ⋅ B  ,  T

(Eq. 6.1) 

where  kN  is  the  breaking  strength  of  the  belt,  B  is  the  belt  width  and  T  is  the  belt  tension, which may vary along the belt. The width of the Starglide belt in the AMW,  including the part under the skirts, is 1,270 mm. This leads to a maximum allowable  belt  tension  of  79.4  kN  during  steady  state  operation  and  117.6  kN  during  starting  and stopping.  Under  normal  operating  conditions,  the  belt  material  exhibits  a  linear  strain‐stress  characteristic.  The  belt  stiffness  can,  thus,  be  represented  by  a  constant  modulus  of 

 

94 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  elasticity  Eb.  This  is  667  N/mm2  for  the  Starglide  belt  (Dunlop  Conveyor  Belting,  personal communications, 1 December 2006). This value is calculated over the entire  cross sectional area of the belt, which has a thickness of 30 mm.  The belt is spanned between the head and tail pulleys that are 800 mm in diameter.  The wrap angle of the belt around these pulleys is increased by using bend pulleys or  snubs,  which  are  500  mm  in  diameter.  Besides  giving  more  contact  surface  for  traction, this also reduces the required pit depth for the return belt strand.  A tensioning device or take‐up is applied to compensate for belt stretch and to allow  for  the  transfer  of  drive  force.  This  sets  a  pre‐tension  level  to  the  belt  and  ensures  sufficient slack‐side belt tension, which prevents belt slip and provides the required  contact  pressure  on  the  drive  pulley  to  transmit  the  effective  drive  force.  In  the  present AMW, a screw take‐up is applied at the tail pulley, giving a pre‐tensioning  force  per  unit  belt  width  of  20  N/mm.  This  is  a  manual  or  fixed  take‐up,  typically  used  for  relatively  short  belt  conveyors.  Such  a  take‐up  is  usually  not  applied  in  relatively  long  systems  due  to  its  inability  to  compensate  for  changes  in  the  belt  tension during starting, stopping and varying loading conditions (Jackson et al, 1993;  James,  1994).  Based  on  EN  115‐1:2008  (CEN,  2008),  the  belt  of  a  moving  walkway  should be tensioned continuously and automatically. This can be done, for example,  with an electrical winch.  Support rolls The upper (carrying) strand of the belt is supported at its edges by a series of support  rolls or idlers, as shown in Figure 6.6.    Skirt 

Side rolls 

Support rolls  (idlers)                     

 

      (a) 

(b) 

Figure  6.6.  (a) The upper belt strand is supported by idlers at its edges. (b) The idler features a  plastic shell fitted with a ball bearing. (Figure (a) courtesy of Schindler, Figure (b) from Luiting‐ Maten and Lodewijks (2002)) 

These  idlers  have  a  diameter  of  85  mm  and  a  width  of  35  mm.  They  are  made  of  Acetal  Poly‐Oxy‐Methylene  Copolymer  (POM),  a  type  of  material  that  is  rigid  and  tough,  has  good  abrasion  and  creep  resistance,  as  well  as  low  coefficient  of  friction 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

95 

 

(AZoM, 2001). It is also a slow burning material with little of no smoke generation,  which  is  an  important  characteristic  for  a  system  intensively  used  by  people.  The  density  of  the  material  is  1,410  kg/m3.  The  idlers  are  fitted  with  single  row  deep  groove ball bearings of type 6305‐2RS1 (SKF Group, 2009a). The inner diameter of the  bearing is 25 mm, whereas the outer diameter is 62 mm. By means of a threaded shaft,  the idler is bolted onto the support structure. The idler spacing is 150 mm.  The  lower  (return)  strand  is  supported  by  full‐width  support  rollers,  which  have  a  diameter of 89 mm and are spaced 2 m apart. No information was available about the  bearings in these rollers, so similar bearing type as above is assumed.  Drive unit The  present  belt‐type  AMW  is  powered  by  a  single  drive  unit  consisting  of  an  AC  motor  and  a  gear  box.  The  drive  force  is  transferred  to  the  belt  through  the  head  pulley, which also makes it a drive pulley. This single drive unit is also used to drive  the accelerating and decelerating rollers as well as the handrail. The drive forces for  these units are derived from the belt. Consequently, a high pre‐tension in the belt is  required (Luiting‐Maten and Lodewijks, 2002).  The above drive configuration is quite similar to that of typical Conventional Moving  Walkways (CMWs) nowadays. A possible difference is the location of the drive unit,  which,  for  the  Gateway  system,  is  underneath  the  decelerating  section.  For  CMWs,  the drive unit may be placed after and at the same level as the drive pulley, as shown  in  Figure  6.7(a),  which  enables  the  use  of  a  smaller  pit‐depth.  Such  a  position  may  not be possible for the AMW because the motor may interfere with the mechanism of  the accelerating or decelerating section.  The  motor  of  the  Gateway  system  in  Paris,  depicted  in  Figure  6.7(b),  has  a  power  rating of 200 kW. This motor rating is actually an overkill because, even when fully  loaded,  the  system  would  not  require  all  this  power  (Rémi  Besson,  personal  communication, 22 March 2007). Furthermore, the motor is placed in the basement of  the metro station underneath the AMW belt, which is quite large. Such a space may  not be available in other locations, putting restrictions to the choice of the drive unit.  Handrail As  seen  in  Figure  6.8  below,  the  handrail  system  consists  of  a  continuous  handrail  guide,  on  which  individual  handgrips  are  mounted.  The  spacing  between  these  handgrips varies from the entrance to the exit of the AMW depending on the speed  of the treadway. This is enabled by a mechanism that comprises of a guiderail and a  series  of  moving  carts.  Each  block  has  two  caterpillar  belts  of  a  fix  length.  Each  caterpillar belt links two adjacent carts to two adjacent handgrips. The distance of the  guiderail  to  the  handrail  guide  is  specially  made  such  that,  when  the  carts  move  along the guiderail, the caterpillar belts retain their fix length resulting in the sliding 

 

96 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  of the handgrips that is synchronized with the speed of the treadway. More on this  mechanism can be found in the US Patent 6367608 B1 (Franceschi, 2002).   

 

 

(a) 

(b) 

Figure 6.7. The drive unit of the belt‐type AMW is quite similar to that of a CMW. However, the  drive unit of the CMW (a) can be placed at the same level as the drive pulley, whereas that of the  AMW (b) need to be placed underneath the conveyor. (Figure (a) from private collection, Figure  (b) courtesy of Gabriel Lodewijks) 

Handrail guide

Guiderail 

Individual handgrip

Cart

Caterpillar belt   

Figure  6.8.  A  special  handrail  mechanism  enables  the  individual  handgrips  to  move  synchronously  with  speed  of  the  treadway.  (Figures  courtesy  of  CNIM  (left)  and  Gabriel  Lodewijks (right)) 

It  should  be  noted  that  this  study  focuses  only  on  the  high‐speed  belt  conveyor,  which comprises of the belt, the support rolls and the drive unit. Other parts, namely  the  accelerating/decelerating  rollers  and  the  handrail,  are  not  taken  into  further  consideration.  Although  they  contribute  to  the  total  required  drive  power  for  the  system, they do not influence the dynamics of the belt because their mechanisms are  separate.  Furthermore,  if  the  system  will  be  powered  by  multiple  drives,  the  accelerating/decelerating  rollers  and  handrails  can  be  driven  separately  from,  but  coordinated with, the high‐speed belt. 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

97 

 

6.4.2 Assumptions for investigating multiple drives To investigate the application of multiple drives in the belt‐type AMW, a number of  assumptions have to be taken. This is due to the fact that the present belt‐type AMW  is  a  single‐drive  system  and  no  multiple‐drive  AMW  has  ever  been  developed.  Hence,  there is no practical example  of how  the  multiple drives  are positioned  and  how the drive forces are applied.  The  closest  case  may  be  the  multiple‐drive  escalators  from  Westinghouse  (Westinghouse  Electric  Corporation,  1973)  and  Mitsubishi  (Kitamura  et  al.,  1993),  which  are  constant  speed  systems.  To  move  the  steps,  these  escalators  employed  a  toothed  rack,  which  they  called  step  link,  instead  of  a  step  chain.  The  rack  teeth  would  engage  to  the  polyurethane  rollers  of  a  drive  chain,  which  is  driven  by  the  drive  sprocket  in  each  drive  unit,  hence  pulling  the  steps  up  or  down.  Such  drive  units  can  also  be  used  for  a  multiple‐drive  pallet‐type  CMW.  However,  it  can  be  complex  to  install  it  for  a  multiple‐drive  pallet‐type  AMW  because  the  accelerating/decelerating  sections  of  the  present  day  pallet‐type  AMW  are  continuous with the high‐speed section. Due to the way the pallets extend and retract,  having multiple drives in such a system may require drive units with different tooth‐ pitches for different locations along the AMW.  In this study, it is assumed that the drives of the belt‐type AMW are applied with the  same principle as those of the Enerka Becker System (EBS). This is a special type of  closed  bulk  material  belt  conveyor  that  has  multiple  drives  along  the  belt  (Dunlop  Conveyor  Belting,  2009b;  Enclosed  Bulk  Systems,  2009).  As  seen  in  Figure  6.9,  each  drive station in this system has two identical symmetrical AC motors, each connected  to  a  drive  wheel.  The  drive  wheels  press  onto  the  surface  of  slightly  curved  triangular  rubber  profiles  that  are  vulcanized  to  the  edges  of  the  main  belt.  This  transfers  the  drive  forces  to  the  belt.  In  an  EBS  conveyor,  the  distance  between  the  drive units can be 40 to 100 m. The drives may be connected directly on‐line to the  supply, through a soft starter or through an inverter.   

 

 

Figure 6.9. The drive unit of the Enerka Becker System. (Figures courtesy of Fenner Dunlop B.V.) 

 

98 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  An  assumed  modification  of  the  EBS  drive  principle  for  application  in  the  AMW  is  depicted  in  Figure  6.10.  Note  that  this  figure  should  not  be  considered  as  the  definitive  drive  layout.  It  simply  serves  to  illustrate  a  possibility  to  apply  the  drive  forces to the belt. In fact, whether the drive forces are transferred by means of drive  wheels, drive pulleys, belt‐on‐belt, or any other methods do not significantly alter the  dynamics of the belt. The EBS drive system is adopted in this study merely to enable  the modelling of the AMW multiple drives based on a tested system, such that actual  parameters are available for performing the simulations. For this reason, it was also  assumed  that  the  same  dimensions  of  the  drive  wheel  and  its  contact  patch  are  applied in  the model. This, in reality, would be too large for implementation in the  AMW.  When  the  effects  of  applying  multiple  drives  in  long  AMWs  have  been  understood and can be regarded beneficial, then the optimum design of drive layout  for the system should be sought for.   

  Figure 6.10. Sketch of an assumed drive layout for the long AMW belt, not drawn to scale. 

Another  assumed  modification  is  the  type  of  take‐up  used  in  the  long  AMWs.  It  is  generally considered that a fixed take‐up, such as a screw, is not suitable for long and  high‐capacity  conveyors,  particularly  which  load  constantly  varies.  Hence,  an  automatic take‐up system will be applied in the model. The specific type of the take‐ up is not yet defined, but an example may be a high‐speed electrical winch. The main  importance  is  that  changes  in  belt  tension  can  be  compensated  by  the  travel  of  the  take‐up pulley. The position of the take‐up can be either at the head or at the tail. 

6.5 Modelling the AMW high-speed belt conveyor The  model  of  the  AMW  belt  conveyor  is  developed  based  on  the  finite  element  model of Lodewijks (1991), which has been extended by Nuttall (2007). 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

99 

 

6.5.1 Belt dynamics Since this study is mainly focused on how the belt tensions and accelerations react in  a  multiple‐drive  configuration,  only  the  longitudinal  elastic  response  of  the  belt  is  investigated. Furthermore, in an AMW, transverse oscillation of the belt is expected  to be low because the system uses a stiff belt and a small idler spacing.  To study the longitudinal elastic response using the finite element approach, the belt  is  divided  into  a  finite  number  of  elements  that  are  modelled  as  strings.  The  distributed  mass  of  the  belt  and  the  mass  of  the  passengers  in  each  element  is  divided  equally  over  the  element  nodes.  The  mass  of  the  idlers  in  each  element  is  also accounted by dividing their reduced mass (i.e. the rotational inertia of the idlers  expressed as a mass moving in the direction of the belt) to the element nodes. These  lumped mass elements are connected by linear spring elements, which represent the  stiffness of the belt.  The belt is then split at the location of the tensioning device, such that the system can  be laid out in the  x‐direction. The elements and the nodes are numbered in sequence  starting  from  the  tensioning  devise  and  increasing  in  the  direction  of  the  belt’s  movement.  This  is  depicted  in  Figure  6.11  for  a  simplified  version  of  the  sketch  in  Figure 6.2.   

  Figure 6.11. Finite element model of a simplified AMW belt conveyor with n belt elements. 

The  first  and  last  nodes  in  the  above  figure  represent  the  locations  where  the  belt  leaves and enters the take‐up pulley, respectively. The tensioning force  Ft is equally  divided over these two nodes, whereas the dynamic mass of the tensioning device is  divided  based  on  the  relationship  that  describes  the  displacement  of  the  take‐up  pulley yt as follows   

yt =

1 ( u1 − un )  ,  2

(Eq. 6.2) 

 

100 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  where u1 and un are the displacements of the first and the last nodes.  In  the  finite  element  model  above,  the  entrance  is  placed  at  the  same  node  as  the  tensioning  device,  whereas  the  exit  is  at  the  same  node  as  the  drive  station.  This  is  acceptable  because  the  distance  between  the  entrance  and  the  tensioning  device,  as  well  as  the  distance  between  the  exit  and  the  drive  station,  are  relatively  short  compared  to  the  total  length  of  the  belt.  Accordingly,  if  a  drive  station  is  located  directly next to the tensioning device then both components can be considered as one  mass  element.  Due to  the short  belt  section between the two components,  they  will  most likely be within one belt element.  The  influence  of  the  belt  speed  on  the  longitudinal  elastic  response  of  the  belt  is  negligible  (Lodewijks,  1996).  This  is  due  to  the  fact  that  the  maximum  operating  speed of the AMW belt, which is 2.5 m/s, is far lower than the propagation speed of  longitudinal  stress  waves  in  the  belt.  The  wave  propagation  speed  c1  can  be  calculated with the equation   

c1 =

Eb A  ,  m ʹb + m ʹl

(Eq. 6.3) 

where m’b and m’l are the mass of the belt and the load per unit length, respectively,  and  A  is  the  area  of  the  belt  cross  section.  The  1,270  mm  wide  Starglide  belt  has  a  thickness of 30 mm and it weighs 52.27 kg/m. Hence, the wave propagation speed is  697  m/s  for  an  empty  belt.  An  example  of  the  influence  of  load  on  the  wave  propagation  speed  is  given  for  the  case  of  a  belt  with  passengers  standing  at  the  comfortable interpersonal spacing as discussed in Chapter 4. Here, a strip of belt 1 m  long  and  1.2  m  wide  will  effectively  be  occupied  by  2.5  passengers.  Assuming  a  weight  of  100  kg  per  person,  derived  from  the  design  load  in  EN  115‐1:2008  (CEN,  2008),  the  load  per  unit  belt  length  is  250  kg/m.  This  results  in  a  minimum  wave  propagation speed of 290 m/s for the above loading condition.  If modelled as a string, the natural frequencies ωn of a moving belt element spanning  the distance L between two idler sets can be calculated by (Lodewijks, 1996)   

nπ ⎛ vb 2 ⎞ ωn = c1 ⎜ 1 − 2 ⎟  ,  n = 1, 2, 3,...   L ⎝ c1 ⎠

(Eq. 6.4) 

Using  the  above  equation,  if  the  belt  speed  vb  is  neglected  by  setting  it  to  zero,  the  maximum  error  in  the  frequency  of  the  first  harmonic  is  smaller  than  0.01%  for  a  loaded  belt  operating  at  2.5  m/s.  Hence,  the  belt  elements  can  be  considered  stationary  with  respect  to  the  support  structure  without  resulting  in  a  noticeable  error. By expressing the displacement of each node relative to the displacement of the  first node, the first node is effectively fixed to a stationary position whereas the other  nodes can move relative to this point as a result of the strain in the elastic belt. 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

101 

 

External  forces  acting  on  the  belt,  such  as  motion  resistances  and  drive  forces,  are  incorporated  into  the  dynamic  belt  model  by  allocating  them  to  the  corresponding  nodes.  In  this  way,  the  above  finite  element  model  can  be  easily  adapted  from  a  single‐drive  to  a  multiple‐drive  system.  The  additional  drive  stations  can  be  added  by directly applying the drive forces to the nodes where the drive stations are located.  This  consequently  affects  the  choice  of  the  belt  element  size,  as  the  nodes  need  to  coincide with the location of the drive stations.  The dynamic behaviour of the belt is represented by a set of equations derived based  on the principle of virtual work of the belt elements (Lodewijks, 1991). The system’s  internal  work  is  solely  contributed  to  the  stiffness  of  the  belt  elements.  The  components of the external work relate to:  (i)

the acceleration mass of the belt, idlers and passengers, 

(ii)

the  impulse  of  the  flowing  belt  and  passenger  mass  (due  to  the  stationary  representation of the elements), 

(iii) the displacement of the tensioning force,  (iv) the inertia of the take‐up pulley,  (v)

the system motion resistances, and 

(vi) the drive forces.  Note that the virtual work equations from components (ii), (iii) and (iv) function as  the connecting equations that turn the horizontal belt model into an endless system.  The  system  is  in  equilibrium  when  the  sum  of  the  internal  virtual  work  of  the  belt  elements  is  equal  to  the  sum  of  the  components  of  the  external  virtual  work.  Rearranging the terms results in the equation of motion   

(t ) + C(t ) ⋅ u (t ) + K(t ) ⋅ u(t ) = F(t , u (t ))  ,  M(t ) ⋅ u

(Eq. 6.5) 

where  M,  C, and  K  are  the  mass,  damping  and  stiffness matrices, respectively,  F  is    are  the  vectors  of  nodal  displacements,  velocities  the  force  vector,  and  u , u  and u and  accelerations,  respectively,  all  being  a  function  of  time  t.  The  mass  matrix  contains the mass of the belt elements, the reduced mass of the idlers, as well as the  mass  of  the  passengers.  The  stiffness  matrix  contains  the  elasticity  modulus  of  the  belt  elements.  Finally,  the  force  vector  represents  the  impulse  effect  of  the  flowing  mass,  the  tensioning  force,  the  motion  resistances,  as  well  as  the  drive  forces.  Note  that  in  the  dynamic  belt  conveyor  model,  the  viscous  aspect  from  the  damping  matrix  is  directly  incorporated  in  the  force  vector  through  the  definition  of  the  motion resistances. 

 

102 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  6.5.2 Motion resistances

The  DIN  22101  (DIN,  2000)  and  ISO  5048:1989  (International  Organization  for  Standardization  (ISO),  1989)  standards  classify  motion  resistances  in  conventional  bulk  material  belt  conveyors  into  four  groups,  namely  main  resistances,  secondary  resistances,  slope  resistances  and  special  resistances.  These  groups  are  further  categorized into more specific resistances based on the components or interactions of  components that cause the resistances. Such a classification has never been done for  the motion resistances in moving walkways. Because the belt‐part of the Gateway is  basically  a  belt  conveyor,  I  follow  the  classification  of  DIN  22101  and  ISO  5048  to  identify  the  motion  resistances  in  the  Gateway  belt,  taking  into  account  possible  differences in components and operational conditions of the system.  Main resistances

Main resistances in a belt‐type AMW may comprise of:  ƒ rolling resistance due to the indentation of the belt by the idlers, and  ƒ rotational resistance due to friction of the idler bearings and seals. 

These  resistances  occur  along  the  whole  length  of  the  belt,  so  they  have  a  large  influence  towards  the  system  power  consumption.  According  to  Hager  and  Hintz  (1993),  the  indentation  rolling  resistance  contributes  to  around  60%  of  the  total  resistance  in  a  horizontal  belt  conveyor,  thus  responsible  for  more  or  less  the  same  percentage of the total power consumption.  In DIN 22101 and ISO 5048:1989, the main resistances are simplified into an artificial  friction factor f. With this factor, the total main resistance force FM in each belt section  i that has a length l can be calculated as    

(

)

FM ,i = fi ⋅ li ⋅ g ⋅ m ʹr ,i + ( m ʹb ,i + m ʹl ,i ) ⋅ cos δ i  , 

(Eq. 6.6) 

where g is the gravitational acceleration, m’r is the reduced mass of the idlers per unit  length and δ is the inclination angle of the belt.  The  standards  for  bulk  material  belt  conveyors  prescribe  a  basic  value  of  0.02  for  f,  based  on  a  broad  range  of  tests  (ISO,  1989).  This  value  applies  to  a  certain  belt  conveyor  design  and  operating  conditions.  For  different  operating  conditions,  the  value  of  f  can  vary  from  0.01  to  0.04  (DIN,  2000).  As  an  example,  the  EBS  was  measured to have an f value of 0.015 (Nuttall, 2007).  The calculation of the  main resistance force based on DIN 22101 and  ISO 5048:1989  only use the Coulomb friction law. The single value of f suggests that the calculation  is  carried  out  for  steady  state  conditions.  Transient  conditions  involving  speed  variation (e.g. during starting or stopping) and load variation (e.g. during loading or  unloading) are not considered to change the friction value of the system. 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

103 

 

In his dynamic belt model, Lodewijks (1991) calculated the main resistance force by  incorporating the Coulomb and viscous friction laws using the equation   

(

)

FM ,i = fi ⋅ ( cvo + c ʹv ⋅ u i ) ⋅ li ⋅ g ⋅ m ʹr ,i + ( m ʹb ,i + m ʹl ,i ) ⋅ cos δ i  , 

(Eq. 6.7) 

where  cvo  and  c’v  represent  the  Coulomb  and  viscous  friction  components,  respectively. The main resistances are allocated to the corresponding element nodes,  so  ui  is  the  velocity  of  the  node  i.  The  drawback  of  this  model  appears  when  simulating  stopping  procedures  and  stationary  conditions.  If  the  Coulomb  friction  component  cvo  is  present  and  the  belt  is  stopped  with  the  motors  switched  off,  the  resistance  force  does  not  disappear,  causing  the  modelled  belt  to  move  backwards  (Nuttall, 2007).  Nutall  (2007)  returned  to  use  Equation  6.6  for  modelling  the  main  resistance  force.  However, to improve the description of the friction effects, he calculated the friction  factor  fi  based  on  the  LuGre  dynamic  friction  model  (Canudas  de  Wit  et  al.,  1995),  which has been adjusted to represent the phenomena in a belt conveyor. The model  can  be  visualized  by  two  rigid  bodies  making  contact  through  bristles.  When  a  tangential  force  is  applied,  the  bristles  deflect  like  a  spring.  If  the  force  is  large  enough, the bristles will slip. The average deflection of the bristles zi is modelled by  Olsson et al. (1998) as   

z i = vi − σ 0

vi zi  .  g( vi )

(Eq. 6.8) 

In  the  above  equation,  vi  is  the  relative  velocity  between  the  surfaces,  σ0  is  the  stiffness  of  the  bristle,  whereas  g(vi)  is  a  positive  function  that  models  the  Stribeck  effect. The index i in the notations indicates the individual bristle state of each node  in the dynamic belt model. Additionally, in the belt model, the relative velocity vi is  equal to the node velocity  ui .  The Stribeck effect represents the behaviour of a typical idler bearing friction, which  decreases continuously when the velocity increases from zero. A reasonable choice of  g(vi) that gives a good approximation of this effect is   

g( vi ) = α 0 + α 1 ⋅ e

− ( vi v0 )

2

 , 

(Eq. 6.9) 

where  α0  represents  the  dynamic  (or  Coulomb)  friction  coefficient  and  α1  the  additional  bearing  friction  that  disappears  once  reaching  the  speed  v0.  Correspondingly, the sum of α0 + α1 is the static friction (or stiction) coefficient.  With the bristle deflection modelled, the actual resistance factor is calculated by   

fi = σ 0 zi + σ 1 z i + α 2 vi  , 

(Eq. 6.10) 

where  σ1  is  a  damping  coefficient.  The  last  term  α2vi  accounts  for  linear  viscous  friction from the indentation rolling resistance. 

 

104 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  To determine the parameters of the dynamic friction model, the relationship between  the steady state belt velocity and the friction is considered. At a constant velocity, the  rate of change of bristle deflection is constant, thus  z = 0 . By combining Equations 6.8,  6.9 and 6.10, the steady state friction factor fss,i is   

fss ,i = g( vi ) ⋅ sgn( vi ) + α 2 vi  . 

(Eq. 6.11) 

The  value  of  fss,i  can  be  determined  from  the  system’s  artificial  friction  factor  f.  The  typical  dynamic  friction  coefficient  α0  of  a  deep  groove  single  row  ball  bearing  as  used in the AMW belt is 0.0015, whereas the stiction friction value α0 + α1 can be up  to twice of the dynamic friction value (SKF Group, 2009b). Here it is assumed to be  0.0025.  Secondary resistances

In the belt‐type AMW, secondary resistances may consist of:  ƒ resistance due to friction in the pulley bearings, and  ƒ resistance due to the wrapping of the belt on the pulleys. 

As can be seen, these resistances only occur locally. In DIN 22101 and ISO 5048:1989,  the  influence  of  the  secondary  resistances  for  bulk  material  belt  conveyors  is  approximated  by  a  factor  C,  which  decreases  exponentially  with  increasing  belt  length. With this factor, the total secondary resistance FS is calculated by   

FS = ( C − 1) ⋅ FM  . 

(Eq. 6.12) 

The  values  of  C  are  indicated  in  Table  6.1  for  a  range  of  belt  length  within  the  potential travel distance of an AMW.    Table 6.1. Some values of C as given by DIN 22101  Head to tail pulley distance (m)  C  Source: DIN (2000). 

100  1.78 

200  1.45 

500  1.20 

1000  1.09 

1500  1.06 

≥2000  1.05 

Slope resistances

Slope resistance is not necessarily related to friction. Instead, it represents forces that  are  related  to  the  lifting  or  lowering  of  the  belt  and  the  passengers  on  inclined  or  declined  conveyor  sections.  The  resistance  is  positive  for  an  inclined  section  and  negative for a declined one. In DIN 22101, the slope resistance FSl for every inclined  or declined belt section i is calculated by   

FSl ,i = hi ⋅ g ⋅ ( m ʹb ,i + m ʹl ,i )  , 

where hi is the change of elevation of the corresponding belt section. 

(Eq. 6.13) 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

105 

 

This  study  focuses  on  horizontal  AMW  systems.  Hence,  the  slope  resistance  is  not  further dealt with.  Special resistances

Special resistances are only present in some belt conveyor systems, depending on the  additional  components  installed.  If  compared  to  a  bulk  material  belt  conveyor,  the  additional component in the belt‐type AMW is the handrail. The handrail may add to  the total system resistances in the form of:  ƒ resistances due to friction of the handrail inner ply sliding on the handrail guide,  ƒ resistances due to friction of the handrail on the rollers of the tension bow, and  ƒ resistances due to the lifting or lowering of the handrail in an inclined or declined  belt section. 

Resistances  from  the  handrail  are  not  further  considered  in  this  study  because,  as  stated in Section 6.4.1, it is assumed that the handrail will be driven separately from  the belt conveyor.  The  total  motion  resistance  in  a  horizontal  AMW  belt  is  thus  equal  the  sum  of  the  main and the secondary resistances. These motion resistances can vary along the belt.  With the models above, the motion resistances in each belt element can be calculated  for every simulation step.  A  power  consumption  test  was  carried  out  on  the  previously  installed  horizontal  Starglide passenger belt in Amsterdam Airport Schiphol (AAS), which ran at a speed  of  0.65 m/s and has a travel distance of around 96 m (in mid 2007,  this system  was  retrofitted into a new CMW). The test was performed using an empty belt, resulting  in a power reading of approximately 3 kW. Taking into account the motor efficiency  and  the  characteristics  of  the  belt  and  idlers,  a  friction  factor  of  around  0.019  was  found for this Starglide belt. Note that this friction factor is in fact a combination of  the factors f∙C. No data was available for the Starglide belt used in the AMW system  in Paris. It is thus assumed that the same friction value as above applies.  6.5.3 Passenger flow

As  discussed in  the  previous section,  the  number of passengers on each  part  of  the  AMW  belt  influences  the  amount  of  motion  resistances  in  the  belt  elements.  In  the  model,  the  passengers  are  represented  by  passenger  blocks,  which  are  uniformly  distributed loads with certain masses and lengths. This representation is  acceptable  since the dynamic belt model only requires knowledge of the total mass in each belt  element, which is then converted into lumped mass at the element nodes.  In  the  simulation,  the  flow  of  passengers  entering  the  AMW  belt  is  described  by  loading patterns, which define the variation of mass entry rate for the duration of the  simulation. An example of a loading pattern is given in Figure 6.12. In this example,   

106 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  the  entry  rate  between  time  t  =  0  and  t  =  t1  is  500  kg/s,  which  may  represent  five  passengers  entering  the  belt  per  second.  From  t  =  t1  to  t  =  t2  there  is  no  passenger  entering the belt. Then, between t = t2 and t = t3, passengers arrive again at a rate of  two passengers per second.   

  Figure 6.12. Example of a loading pattern of passengers entering the belt‐part of the AMW. 

It should be noted that there exists a maximum mass entry rate, which is defined by  the  maximum  capacity  of  the  system.  In  reality,  this  depends  on  the  width  of  the  system and the minimum interpersonal spacing that passengers are willing to adopt  when entering the AMW. This has been extensively discussed in Chapter 4. However,  standards may dictate a different rule about the rated capacity, which mainly relates  to structural design and power requirement. This is explained in Chapter 7.  During  the  simulation,  the  mass  balance  of  the  passengers  in  each  belt  element  is  determined for every time step. The  passenger blocks enter  the system through the  belt  element  grid  that  denotes  the  entrance  and  then  move  through  the  following  elements  towards  the  exit  (Kusumaningtyas  and  Lodewijks,  2007).  However,  with  such  an  algorithm,  the  passengers  can  only  be  simulated  as  riders  (i.e.  standing  on  the belt) because the movement of the mass is governed by the belt speed.  If a mix of standing and walking passengers is present, it is considered best to first  generate  the  belt’s  passenger  mass  distribution  for  the  whole  duration  of  the  simulation  outside  of  the  simulation  framework  of  the  AMW  belt  conveyor.  It  is  perceived  that  this  may  be  performed  with  a  pedestrian  behaviour  model  that  has  been  calibrated  to  include  unidirectional  pedestrian  flow  in  bottlenecks,  such  as  NOMAD (Hoogendoorn and Bovy, 2004). The spatial and temporal distributions of  pedestrian  density  obtained  from  NOMAD  may  be  converted  into  the  variation  of  passenger mass distribution for each belt element (Kusumaningtyas and Lodewijks,  2007). The passenger mass data of the belt elements can then be inputted directly into  the  dynamic  belt  model  at  every  simulation  time  step,  thus  overriding  the  mass  balance algorithm above. By doing so, additional computation load from calculating  the more complex passenger mass movement can be avoided. 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

107 

 

6.5.4 Drive station

As  discussed  in  Section  6.4.2,  a  drive  station  in  the  AMW  belt  conveyor  consists  of  two  squirrel‐cage  induction motors, each of  which powers a drive  wheel  through  a  reduction  gear.  To  control  the  speed  of  the  belt,  an  inverter  is  applied  between  the  supply and the motor. The function of the inverter is to draw power from the fixed‐ frequency  constant‐voltage  mains  and  convert  it  to  variable  frequency  and  variable  voltage for driving the induction motor.  When  ac  motors  operate  on  variable  voltage/frequency  supplies,  system  instability  may  occur  due  to  pulsation  of  the  motor  torque  caused  by  the  voltage  harmonics  applied  to  the  machine.  Lodewijks  (1996)  pointed  out  that  the  frequency  of  this  torque  pulsation  is  higher  than  the  maximum  significant  frequency  of  longitudinal  vibrations in belt conveyor  systems longer than 1 km. Because the frequency of the  torque pulsation is at least 60 Hz, whereas the maximum significant frequency of the  axial  vibration  is  40  Hz,  no  important  interactions  between  the  dynamics  of  the  electrical  drive  and  the  dynamics  of  the  belt  conveyor  are  expected.  Hence,  no  separate mathematical model of the inverter is included in the belt conveyor model.  The electrical transients in the stator and rotor are not taken into account because the  electrical  time  constants  of  the  motor  are  much  smaller  than  the  mechanical  time  constants in the belt conveyor. The inverter is accounted for by directly changing the  motor  supply  frequency  and  voltage,  and  the  steady‐state  equation  of  the  torque  is  used in the equation of motion of the belt conveyor.  The induction motor is modelled based on the equivalent circuit approach (Chapman,  2005).  Figure  6.13  shows  the  per‐phase  equivalent  circuit  that  is  used  to  determine  the  output  or  induced  torque  Tind  as  a  function  of  the  input  frequency  fs  and  input  phase voltage Vs. In the figure, R1 and X1 represent the resistance and reactance of the  stator coils, X2 and R2/s represent the reactance and the resistance of the rotor coils,  whereas  XM  represents  the  mutual  reactance  between  the  stator  and  rotor  coils.  As  can be seen, the rotor resistance is a function of the motor slip s.   

  Figure 6.13. The per‐phase equivalent circuit of an induction motor. 

 

108 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  The  reactances  X1,  X2  and  XM  are  established  for  a  certain  supply  frequency  (Chapman,  2005).  If  the  motor  is  operated  at  variable  frequencies,  these  reactances  depend on the synchronous speed ωsync as follows   

X1 = ωsync ⋅ Ls  ,  X2 = ωsync ⋅ Lr   ,  X M = ωsync ⋅ LM  , 

(Eq. 6.14) 

where Ls and Lr are the inductances of the stator and rotor, whereas LM is the mutual  inductance between the stator and rotor. The synchronous speed is a function of the  supply frequency fs and the number of pole pairs p as defined by  ωsync = 2π ⋅

 

fs  .  p

(Eq. 6.15) 

A simplified way to solve the circuit above is to determine the Thevenin equivalent  of the portion of the circuit to the left of X2. Thevenin’s theorem states that any linear  circuit  that  can  be  separated  by  two  terminals  from  the  rest  of  the  system  can  be  replaced  by  a  single  voltage  source  in  series  with  an  equivalent  impedance  (Chapman,  2005).  If  this  were  done  to  the  induction  motor  equivalent  circuit,  the  resulting  circuit  would  be  a  simple  series  combination  of  elements  as  shown  in  Figure 6.14.   

  Figure 6.14. The simplified per‐phase equivalent circuit of an induction motor. 

The magnitude of the Thevenin voltage VTH in Figure 6.14 is   

VTH = Vs

XM R1 + ( X1 + X M ) 2

2

 . 

(Eq. 6.16) 

The Thevenin resistance RTH and reactance XTH are given by  RTH =

 

and   

XTH =

R1 ⋅ X M 2

R12 + ( X1 + X M )

2

 

R12 ⋅ X M + X12 ⋅ X M + X1 ⋅ X M 2 R12 + ( X1 + X M )

2

(Eq. 6.17) 

 . 

(Eq. 6.18) 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

109 

 

From this approach, the magnitude of the current I2 is   

I2 =

VTH

( RTH + R2 s ) + ( XTH + X2 )2 2

 . 

(Eq. 6.19) 

The rotor induced torque is given by   

Tind =

3 ⋅ VTH 2 ⋅ R2 s

(

ωsync ⋅ ( RTH + R2 s ) + ( XTH + X2 ) 2

2

)

 , 

(Eq. 6.20) 

with the factor ‘3’ representing the three phase induction motor.  With the motor shaft speed ωm known, the motor slip s can be calculated by    

s=

ωsync − ωm  .  ωsync

(Eq. 6.21) 

The parameters of the equivalent circuit can be derived based on data from induction  motor catalogues using the approximation procedure described by Lodewijks (1996)  or the curve fitting method carried out by Nuttall (2007).  In order to move the system, the motor has to generate enough torque to overcome  motion  resistances  in  the  belt  conveyor,  compensate  for  losses  in  the  gearbox,  and  accelerate  the  rotating  components  of  the  drive.  The  fraction  of  power  for  overcoming motion resistances is applied to the belt through the drive wheel in the  form of the drive force  Fd. Gearbox losses depends on the gearbox efficiency  ηg. The  amount  of  power  to  accelerate  the  rotating  drive  components  is  influenced  by  the  inertia of the rotor Jr, gear Jg and drive wheel Jd. When seen from the motor side of the  gearbox,  the  relationship  between  the  angular  motor  shaft  speed,  the  motor  torque  and the drive force is defined as   

⎛ J + J + Jd ⎞ ⋅ ω = T − F ⋅ rd  ,  ⎜ r g 2⎟ m ind d i ⎠ i ⋅η g ⎝

(Eq. 6.22) 

where i is the gearbox ratio and rd is the radius of the drive wheel.  To solve the above equation of motion, a traction model (Nuttall, 2007) is used to link  the  motor  model  with  the  dynamic  belt  conveyor  model.  This  model  describes  the  relationship  between  the  applied  drive  force  and  the  resulting  slip  or  creep  ratio  between  the  drive  wheel  and  the  belt.  With  this  traction  model,  it  is  possible  to  represent situations where the applied drive force approaches friction limit, resulting  in excessive slip between the belt and the drive wheel.  When the drive wheel applies a drive force Fd to the viscoelastic surface of the belt, a  speed  difference  occurs  between  the  drive  wheel  outer  diameter  and  the  belt.  This  speed  difference arises due to elastic deformation  and sliding in  the contact region.  The speed difference is expressed as the slip or creep ratio δ as defined by 

 

110 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

δ=

 

vb − ωd ⋅ rd  ,  vb

(Eq. 6.23) 

where vb is the belt velocity and ωd is the angular velocity of the drive wheel.  Through experiments, Nuttall (2007) obtained the actual traction‐slip relationship of  the  drive  unit  in  the  EBS.  The  resulting  traction‐slip  curve  is  approximated  by  the  function 

 

b ⎧ δ 2 ⎪−2 δ ( a ⋅ δ − b ⋅ δ ) ,  δ ≤ 2 a ⎪ Fd = ⎨  ,  2 ⎪2 δ ⋅ b                  ,  δ > b ⎪⎩ δ 4 a 2a

(Eq. 6.24) 

where  a  and  b  are  constants  that  have  been  determined  by  curve  fitting  the  data  measured from the experiments (Nuttall, 2007). The factor ‘2’ is added because there  are two drive wheels in each drive station.  With  the  above  equation,  a  drive  wheel  generates  drive  or  break  forces  when  it  is  running  respectively  faster  or  slower  than  the  belt.  When  the  motor  produces  a  torque that is larger than the friction allows, the excess force will accelerate the drive  wheel and cause an increasing slip without an increase in drive force. Based on the  traction‐slip  curve  obtained  through  the  experiments,  a  drive  wheel  can  apply  a  maximum drive  force  of  approximately  850  N  to  the  belt  when  the  normal  force  of  the wheels pressing on the belt is 1000 N (Nuttall, 2007).  6.5.5 Simulation framework

The  AMW  belt  conveyor  model  was  built  in  Simulink,  with  the  components  of  the  model  built  as  Matlab  functions  and  scripts.  The  relationship  between  the  components  of  the  AMW  belt  conveyor  model  is  presented  in  Figure  6.15  (Kusumaningtyas and Lodewijks, 2007).   

  Figure 6.15. Structure of the AMW belt conveyor model. 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs 

111 

 

A numerical integration routine was used to simulate the dynamics of the system as  a function of time.  For every time step, the  simulation generates output  data of the  system  performance.  This  includes  the  belt’s  nodal  acceleration  and  velocities,  belt  element tensions, drive force per station, motor slip, and creep. 

6.6 Conclusions This chapter has presented a number of drive‐related aspects that potentially emerge  in AMWs when their lengths are extended. These issues mainly rise due to the higher  power requirements in longer systems. When a long AMW continue to implement a  single‐drive system to deliver the high drive force, there are concerns with regards to  the  strength  requirements  of  the  system’s  components  and  structure,  as  well  as  the  operational safety of the system and its passengers.  To  analyse  the  extent  of  the  above  concerns,  a  model  of  an  AMW  high‐speed  belt  conveyor was developed. With this model, in Chapter 7, I will simulate and compare  the  behaviour  of  a  long  single‐drive  AMW  belt  against  that  of  a  short  single‐drive  system.  Furthermore,  reflecting  on  the  experience  of  long  (overland)  bulk  material  belt  conveyors,  the  application  of  multiple  drives  in  long  AMW  belts  will  be  simulated  in  order  to  evaluate  the  effects  of  these  drives  towards  the  system’s  performance. At this stage, the study in Chapter 7 will apply a scalar open‐loop drive  control for starting and stopping, as well as a drive load‐sharing approach. 

 

112 

   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

Chapter 7 Performance of long accelerating moving walkway belts with single and multiple drives

7.1 Introduction In this chapter, the performance of long Accelerating Moving Walkway (AMW) belt  conveyors  is  investigated  by  way  of  simulations  using  the  dynamic  belt  conveyor  and drive station models described in Chapter 6. The objective is, firstly, to evaluate  the extent to which the dynamics of long AMW belts differ from those of short AMW  belts  when  a  single‐drive  configuration  is  used.  Secondly,  the  investigation  aims  to  analyse the effects of applying multiple drives toward the dynamic behaviour of long  AMW belts. How the applied drive configurations affect the required specifications  for long AMW belts and whether current moving walkway operational strategies can  still be applied are evaluated. Although initial indications may be derived from the  findings of studies on long bulk material belt conveyors, the influence of the varying  load distributions in AMWs has to be taken into account.  To  perform  the  simulations,  the  model  parameters  are  first  defined  in  Section  7.2.  Then,  Section  7.3  presents  a  number  of  case  studies  for  comparing  the  operating  behaviour of short and long single‐drive AMW belts. The performance of long AMW  belts  with  multiple  drives  is  discussed  in  Section  7.4  for  similar  cases  as  the  long  single‐drive  belts.  The  implications  of  the  system  dynamics  towards  drive‐related  application aspects in long AMWs are discussed in Section 7.5. Some conclusions are  given in Section 7.6. 

7.2 Model parameters The  parameters  for  the  belt  conveyor  model  are  based  on  the  specifications  of  the  high‐speed belt conveyor in the AMW system in Paris, which have been described in  Chapter 6. The parameters are listed in Table 7.1 below.    113 

114 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Table 7.1. Belt conveyor parameters  Parameter  Belt width  Belt thickness  Belt stiffness  Belt mass  Reduced idler mass  Tensioning force  Dynamic friction factor  Additional friction when static  Viscous friction factor  Maximum passenger mass 

Notation  w  h  Eb  m’b  m’r  Ft  α0  α1  α2  m’l,max 

Value  1,270 mm  30 mm  667 N/mm2  52.27 kg/m  1.34 kg/m  20 N/mm  0.0015  0.0010  0.0074  500 kg/m 

  Moving  walkway  standards  prescribe  load  ratings  for  the  calculation  of  structural  design  and  power  transmission.  For  an  exposed  treadway  width  of  1.2  m,  the  guidelines  translate  to  a  load  rating  of  no  less  than  440  kg/m  according  to  ASME  A17.1‐1981  (Donoghue,  1981)  and  around  610  kg/m  according  to  EN  115‐1:2008  (Comité Européen de Normalisation (CEN), 2008). Referring to Chapter 4, if simply the  human  body  dimension  is  considered,  a  1.2  m  wide  treadway  of  one  meter  length  can  hold  five  people.  This  results  in  a  maximum  theoretical  passenger  mass  of  500  kg/m,  which  is  between  the  prescribed  load  ratings  above.  Nevertheless,  when  the  comfortable  interpersonal  spacing  of  pedestrians  is  also  considered,  the  above  treadway  area  may  in  practice  only  hold  2.5  people.  Furthermore,  the  load  distribution entering the high‐speed belt is actually affected by the load distribution  in  the  section  before  it.  If  passengers  are  assumed  to  board  the  accelerating  rollers  with  a  headway  of  0.8  m  and  for  safety  reasons  they  only  stand  while  being  accelerated, once entering the high‐speed belt they will be spaced 2.75 m apart. This  gives  a  passenger  mass  of  just  73  kg/m,  which  will  be  maintained  if  passengers  continue to stand on the belt. ASME A17.1‐1981 recognized this ‘thinning of the load’  from the acceleration zone to the high‐speed zone. However, it further explained that  because  the  treadway  may  have  to  deal  with  the  crowding  of  passengers  due  to  walking, then each driven section should still be designed to carry the full rated load.  With these considerations, the rated load for the model parameter is set to 500 kg/m.  For the drive station model of the multiple‐drive AMW belt, the parameters are taken  from  the  properties  of  the  drive  station  in  the  Enerka  Becker  System  (EBS)  pilot  installation  that  was  constructed  in  Almere,  the  Netherlands  (Nuttall,  2007).  These  parameters are listed in Table 7.2. Since the multiple AMW drives are assumed to be  based on the drive system of the EBS, the motor in each drive is also sized according  to the EBS motors, i.e. with a rated output power of 3 kW per motor. The properties  of  the  drive  wheel  and  contact  surface  in  the  EBS  drive  system  only  allow  a  maximum applied drive force of 850 N per drive wheel, above which then slip occurs.  This means that the maximum useable power from each drive line is around 2.1 kW 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

115 

 

when  operating  the  AMW  belt  at  2.5  m/s.  Hence,  installing  a  3  kW  motor  in  each  drive  line  is  sufficient.  The  additional  available  power  may  serve  as  a  margin  to  compensate for the efficiency of the reduction gear. Having a larger motor per drive  line will not be necessary because the drive wheel will not be able to transfer all the  available power anyway.    Table 7.2. Drive station parameters  Parameter  Nominal motor power  Nominal phase voltage  Nominal phase current  Nominal frequency  Number of pole pairs  Nominal speed  Drive wheel diameter  Gear reduction  Traction constant 1  Traction constant 2 

Notation  Pn  Vs,n  Is,n  fs,n  p  nn  dd  i  a  b 

Value  3 kW  230 V  6.3 A  50 Hz  2  1,400 rpm  250 mm  7.33  3.96∙104  1.16∙104 

  The  equivalent  circuit  parameters  of  the  3  kW  motor  were  determined  using  data  from  the manufacturer’s motor catalogue and  following  the  curve‐fitting  procedure  from Nuttall (2007). The parameters are listed in Table 7.3.    Table 7.3. Equivalent circuit parameters for the 3 kW motor  Parameter  Stator resistance  Rotor resistance  Stator inductance  Rotor inductance  Mutual inductance 

Notation  R1  R2  Ls  Lr  LM 

Value  0.375 Ω  1.34 Ω  4.82 mH  24.5 mH  11.8 mH 

  For  the  investigation  in  this  chapter,  the  motors  are  controlled  based  on  the  typical  control  method  of  the  EBS  drive,  i.e.  with  an  open  loop  scalar  speed  control  where  the ratio between the supply voltage and the supply frequency is kept constant up to  the  nominal  frequency.  Furthermore,  all  motors  are  supplied  with  the  same  input  signal  so  they have  more or less the same speed‐torque  characteristics.  Hence, they  will equally share the total load when operating at steady state condition. 

7.3 Behaviour of single-drive AMW belts In  this  section,  the  operating  behaviours  of  short  and  long  single‐drive  AMW  belts  are studied. The objective is to obtain insights on the extent to which the dynamics of   

116 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  the two belt lengths differ and how that affects the drive‐related application aspects  of the long AMW belts. Based on these insights, it is evaluated whether extending the  belt  length  will  affect  the  possibility  to  still  use  present  AMW  specifications  and  common moving walkway settings.  7.3.1 System layout Figure 7.1 presents a layout of a single‐drive AMW belt with the drive station located  at the head of the conveyor. In the figure, the automatic tensioning device is placed at  the tail. The influence of placing the tensioning device at the head is also studied.   

  Figure 7.1. Layout of a single‐drive AMW belt. 

The  short  AMW  belt  conveyor  is  assumed  to  have  a  total  length  of  200  m.  This  represents  a  conveyor  with  a  travel  distance  Lconv  of  100  m.  If  combined  with  the  accelerating and decelerating sections of 10 m each, a 120 m long AMW is obtained.  This  is  the  recommended  minimum  length  of  an  AMW  system that  was  derived  in  Chapter 3.  Using the formula from DIN 22101 (Deutches Institut für Normung (DIN),  2000) as stated in Equation 6.6, the resistances in the belt can be estimated. For a belt  mass,  reduced  idler  mass  and  passenger  mass  as  given  in  Table  7.1  and  a  friction  factor  as  discussed  in  Section  6.5,  the  200  m  belt  is  calculated  to  have  a  total  resistance of around 11.9 kN when fully loaded. It is expected that a 45 kW motor is  sufficient to drive such a belt conveyor at its nominal speed, including compensating  for efficiencies.  A total belt length of 2,000 m is taken for the long system, resulting in a belt conveyor  with a travel distance of 1,000 m. This approximates the length of the inter‐terminal  AMW proposed in Chapter 5. The resistance in this configuration is 119 kN, i.e. ten  times  that  of  the  200  m  long  belt.  A  450  kW  motor  is  required  to  power  this  belt  conveyor.  7.3.2 Starting Starting procedure Standards  require  the  starting  of  moving  walkways  to  be  carried  out  with  no  passengers on  the system. There is no specific guideline on the  selection of  starting 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

117 

 

times  for  moving  walkways.  For  bulk  material  belt  conveyors,  a  number  of  rules  have been established for determining starting times in order to minimize the system  dynamics. One rule states that the starting time should be at least five times the time  it  takes  for  a  longitudinal  acceleration  wave  to  travel  from  head  to  tail  (Lodewijks,  1996). This is expressed as 

Ta ≥ 5 ⋅

 

Lconv  .  c1

(Eq. 7.1) 

For an empty 100 m belt conveyor, this gives a very low limit of 0.72 s. Another rule  sets a starting time of 60 s for every 1 km belt length, giving a starting time of 12 s for  a 200 m belt. The last rule is derived from the DIN 22101, where the starting time is a  function of the target belt speed, artificial friction factor and safety factors (Lodewijks,  1996) as defined by  Ta =

 

⎛ SA ⎞ vb ⋅⎜ ⎟  .  C ⋅ f ⋅ g ⎝ SB − SA ⎠

(Eq. 7.2) 

The variation of starting time is thus governed by the secondary resistance factor C,  which varies according to the length of the system. For the 100 m conveyor, this gives  a starting time of 14.87 s.  For  the  long  belt  conveyor,  with  a  total  belt  length  of  2,000  m,  the  recommended  starting time is 120 s when based on the 60 s per 1 km belt length rule. This differs  quite  far  from  the  starting  times  based  on  the  other  rules,  which  are  only  7.17  and  24.28 s.  For  the  AMW  belt  conveyor  in  this  study,  a  gradual  speed  ramp‐up  is  selected  to  prevent  excessive  belt  oscillations  and  limit  the  transient  belt  dynamics.  Harrison  (1983)  has  derived  an  S‐curve  speed  profile  for  the  starting  of  bulk  material  belt  conveyors based on simulations and experimental verifications. This speed profile is  used for the starting of the AMW belt. The ramp‐up of the belt speed vb during the  starting time Ta is carried out following the formula   

vb ( t ) =

vb ,t 2

⎛ ⎛ π ⋅t ⎞⎞ ⋅ ⎜⎜ 1 − cos ⎜ ⎟ ⎟⎟  , 0 ≤ t ≤ Ta  ,  ⎝ Ta ⎠ ⎠ ⎝

(Eq. 7.3) 

where vb,t is the target belt speed.  As stated in Section 7.2, the AMW drives are controlled in an open loop manner. In  the simulation, the above speed profile is converted into a ramp‐up profile of the AC  motor supply frequency. The gradual increase of supply frequency up to the nominal  frequency of 50 Hz is accompanied with the increase of supply voltage, such that the  voltage  to  frequency  ratio  remains  constant.  With  the  stiff  torque‐slip  characteristic  and the gradual speed increase, the motor will closely follow the synchronous speed. 

 

118 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Analysis of normal starting

For  the  starting  of  the  200  m  belt,  a  starting  time  of  5  s  is  initially  selected.  This  starting  time  is  between  the  two  lower  starting  times  derived  from  the  aforementioned rules. The system is started using the S‐curve speed profile and it is  simulated each for a tensioning device at the tail and at the head. The former is the  common  take‐up  location  in  moving  walkways.  Figure  7.2  presents  the  starting  behaviour of the 200 m belt when the take‐up is placed at the tail.    3

Apre

2.5 Belt speed [m/s]

Adrive

2 1.5 1 0.5 0 0

2

Time [s]

4

6

 

12

T1 Drive force [kN]

Tpre T2

10 8 6 4 2 0 0

1

2

3 Time [s]

4

5

6

 

Figure 7.2. Starting of a 200 m belt with a single drive station and a tail take‐up in 5 s. 

As  shown  in  the  upper  left  graph,  the  short  ramp‐up  time  results  in  a  maximum  acceleration  almost  reaching  1  m/s2.  In  this  graph,  the  green  line  is  the  belt  acceleration directly  after the drive  (Adrive) and  the red line is that at the location of  the take‐up (Apre). Since there is no passenger onboard, this is considered acceptable.  The drive force from the motor, depicted in the lower right graph, is relatively high  but  not  resulting  in  any  slip.  The  change  of  belt  tension,  depicted  in  the  lower  left  graph,  does  not  exhibit  significant  oscillations.  The  blue  line  represents  the  belt  tension just before the belt passes the drive station, i.e. the tight‐side tension (T1). The  green line is the belt tension right after the belt passes the drive station, i.e. the slack‐ side  tension  (T2).  The  red  line  is  the  pretension  level  (Tpre).  The  maximum  transient  and steady state belt tension is well within the allowable limit specified by the safety 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

119 

 

factor, as calculated in Section 6.4.1. For a tail take‐up belt, care has to be taken that  the belt tension after the motor does not drop too low to compression.  When comparing the influence of the take‐up position, it was observed that the belt  conveyor  with  a  head  take‐up  has  slightly  more  dynamics  that  the  one  with  a  tail  take‐up  when  the  same  starting  time  is  applied.  Nevertheless,  the  overall  starting  performances of both systems are quite similar. The only main difference is the belt  tension profile, as seen in Figure 7.3.    T1

T1

T2 = Tpre

Tpre T2

 

  (a) 

(b) 

Figure 7.3. Difference in belt tension profile along the length of a single‐drive 200 m belt with (a)  a tail take‐up and (b) a head take‐up for a starting time of 5 s. 

The  maximum  belt  tension  is  higher  for  the  system  with  a  head  take‐up.  This  is  because the resistances in such a system are accumulated for the whole length of the  belt before reaching the location of the drive. The belt tension after the drive is thus  the  same  as  the  pretension  level;  hence  the  green  line  overlaps  the  red  line.  Furthermore,  it  is  noticed  from  Figure  7.3(b)  that,  after  the  5  s  starting  period  has  elapsed, the belt tension of the head take‐up belt has not completely reached steady  state. This indicates that the belt is still slightly accelerating. The jerk at the end of the  starting  period  is  only  around  0.4  m/s3,  which  is  within  the  0.5–0.6  m/s3  limit  recommended  for  human  balance  (Vuchic,  1981).  Setting  the  starting  time  to  10  s  improves the dynamics of the head take‐up belt, resulting in smoother profiles that 

 

120 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  directly  damp  out  after  the  starting  period.  A  10  s  starting  time  is  close  to  the  12  s  starting time calculated with the 60 s per 1 km belt length rule.  For  the  2,000  m  belt,  a  starting  time  of  10  s  was  initially  tested.  This  is  close  to  the  lowest starting time derived from the abovementioned rules. The applied drive force  did  not  reach  friction  limit,  so  the  system  could  reach  the  target  speed  within  the  starting  time.  However,  as  shown  in  Figure  7.4,  severe  oscillations  occur.  The  oscillations remain in the system long after the starting period has elapsed, causing  high jerks that prevent the system from directly being used by passengers. Note that  in the acceleration graph of the head take‐up belt, the green line overlaps the red line.  For  the  tail  take‐up  system,  the  large  drive  force  caused  the  belt  tension  after  the  drive to drop significantly into compression, as depicted in the lower graph of Figure  7.4(a). In the head take‐up belt, the belt only entered compression slightly. For a 10 s  starting time, both cases result in undesirable starting performances.    Apre

Apre = Adrive

Adrive

 

  T1

T1 Tpre

T2 = Tpre

T2

 

  (a) 

(b) 

Figure 7.4. Starting of a 2,000 m belt with a single drive station for (a) a tail take‐up and (b) a head  take‐up in 10 s. 

Based  on  the  simulations,  it  was  found  that  60  s  is  the  minimum  starting  time  that  enables a 2,000 m belt with a tail take‐up to avoid compression during starting. This  is depicted in Figure 7.5, along with a comparison for the case of a head take‐up belt. 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

121 

  30

Drive force [kN]

Drive force [kN]

30

20

10

0 0

20

40 Time [s]

60

20

10

0 0

80

 

20

40 Time [s]

60

80

 

Apre = Adrive

Apre

Adrive

  T1 T1 Tpre T2

T2 = Tpre

  (a) 

(b) 

Figure 7.5. Starting of a 2,000 m belt with a single drive station for (a) a tail take‐up and (b) a head  take‐up in 60 s. 

Although  compression  is  avoided,  as  can  be  seen  in  Figure  7.5(a)  the  slack‐side  tension of the tail take‐up belt is still quite low, even at steady state. This is no longer  influenced  by  the  starting  time,  but  is  due  to  large  drive  force  that  is  applied  to  overcome the resistances in the long belt. Even if the starting time is extended further,  the slack‐side tension will remain as low. This indicates that the amount of take‐up  force designed for present day AMW belts are not suitable when used in long single‐ drive  systems,  particularly  when  applied  at  the  tail,  which  is  normally  the  take‐up 

 

122 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  location  in  moving  walkways.  To  solve  this,  the  pretension  of  the  tail  take‐up  belt  would have to be increased significantly, implying a larger take‐up device.  Compared to the tail take‐up belt, the starting behaviour of the 2,000 m head take‐up  belt shows more oscillations, as seen in Figure 7.5(b). However, they are not severe.  Furthermore, at the end of the starting time the remaining acceleration only results in  jerks  that  are  practically  zero,  so  passengers  can  already  use  the  system.  If  the  60  s  per 1 km belt length rule is adopted, the 120 s starting time will result in an improved  dynamics  through  the  reduction  of  the  oscillations.  Nevertheless,  the  60  s  starting  time can be considered sufficient to obtain an acceptable starting performance for the  2,000 m head take‐up belt.  7.3.3 Influence of passenger distribution Loading pattern

When  passengers  enter  an  empty  AMW  running  at  its  nominal  speed,  the  steady  state  of  the  system  is  perturbed.  The  drive  system  applies  more  drive  force  in  response to the increase of load. The change of drive force initiates the propagation  of acceleration waves from the drive location, resulting in belt dynamics. The extent  of this depends on the number and distribution of passengers on the system.  In order to, step by step, understand the effect of loading, the passengers are initially  assumed to just stand while being transported. Hence, their movement is governed  only by the belt speed, i.e. 2.5 m/s. The short AMW belt conveyor has a 100 m travel  distance  so  it  requires  40  s  to  pass  through  it.  For  the  long  system,  400  s  (equals  to  6.67 minutes) is required to pass the 1,000 m travel distance by standing.  As  explained  in  Section  6.5.3,  the  standing  passengers  are  modelled  as  uniformly  distributed loads with certain masses and lengths. The loading patterns in Figure 7.6  are  assumed  as  the  mass  entry  rate  of  the  passengers.  These  relatively  simple  patterns  were  selected  as  to  be  able  to  identify  the  influence  of  the  passenger  distributions in the change of drive force and belt tension profiles.  The first loading pattern in the figure represents a continuous and uniform stream of  passenger that would give the belt its rated load, i.e. 500 kg/m. At a speed of 2.5 m/s,  the  passenger  mass  entry  rate  is  1,250  kg/s.  The  second  loading  pattern  models  an  intermittent  stream  that  varies  from  the  rated  load  to  half  of  the  rated  load  at  an  interval of 30 s, with a zero entry rate in between. A 30 s interval can be considered  as a typical inter‐arrival time between vehicles in a transit station, especially one with  multiple  platforms.  The  variation  of  load  rate  results  in  a  system  that  is  partially  loaded if referred to the design condition.   

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

123 

  Continuous entry of passengers at rated load

1500 Passenger mass entry rate [kg/s]

      (a)              (b) 

1000 500 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

120

140

160

Intermittent entry of passengers at varying load

1500 1000 500 0 0

20

40

60

80 Time [s]

100

 

Figure 7.6. Loading patterns for the simulation of standing passengers for (a) continuous full load,  and (b) intermittent varying load. 

Analysis of loading for standing passengers

The  results  of  the  loading  simulations  for  the  200  m  AMW  belt  are  presented  in  Figure 7.7 for the case of a take‐up at the head.  The figure shows that the drive system in the short AMW belt can respond smoothly  to the increase of load, including when the mass entry rate is varying. For the case of  continuous loading at a uniform rate, as depicted in the graphs at the left side, once  the whole length of the belt is loaded, the  drive force and thus  belt tension reach a  new steady state. The maximum belt tension for a fully loaded belt as shown in the  middle  left  graph  is  within  the  maximum  allowable  limit.  For  partial  loading  resulting from the varying entry rate, the belt tension varies between this maximum  tension  and  the  pretension,  as  shown  in  the  middle  right  graph.  Another  aspect  to  assess is the drop of belt speed due to the transition from empty to fully loaded. As  shown in the bottom graphs, the change in load condition causes a small deceleration,  which would be unfelt by passengers. This results in a 3% speed drop when the belt  is fully loaded, which is within the 5% limit from EN 115‐1:2008 (CEN, 2008). For the  same loading pattern, a 200 m tail take‐up belt gives similar results in terms of drive  force,  deceleration  and  speed  profiles  as  the  head  take‐up  belt.  The  tight‐side  belt  tension profile follows a similar pattern as the tight‐side tension in the head take‐up  belt  but  at  a  lower  value,  whereas  the  slack‐side  tension  continues  the  same  slack‐ side tension after starting.   

 

124 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  15

Drive force [kN]

Drive force [kN]

15

10

5

0 0

20

Time [s]

40

10

5

0 0

60

50

100 Time [s]

 

150

 

T1

T1

T2

T2

 

 

  (a) 

  (b) 

Figure  7.7.  Loading  of  a  200  m  belt  with  a  single  drive  station  and  a  head  take‐up  for  (a)  continuous full load and (b) intermittent varying load. 

The loading behaviour of a 2,000 m belt with a head take‐up is depicted in Figure 7.8.  For  the  continuous  uniform  loading,  the  drive  is  able  to  gradually  increase  the  applied  drive  force.  However,  it  was  noticed  that  the  maximum  belt  tension  at  the  rated load is far above the 62.5 N/mm steady state tension limit. Assuming the belt  does  not  fail,  the  drop  of  belt  speed  at  full  load  is  3%.  For  the  case  of  intermittent  loading  with  varying  entry  rate,  disregarding  the  fact  that  the  system  would  fail,  it  was  found  that  the  drive  force  changed  in  a  staggering  manner.  This  staggering  follows the varying gradient of load increase in the belt due to the varying entry rate.  The drive force increases for a longer period of time due to the longer length of the  belt. Here the simulation was only carried out for 450 s, which is only slightly longer 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

125 

 

than  the  time  it  takes  for  the  first  passenger  to  exit  the  system.  Hence,  the  above  graph  has  not  yet  shown  the  effect  of  exiting  passengers.  For  the  long  system,  the  increasing  and  decreasing  pattern  of  drive  force  and  belt  tension  as  in  the  right  graphs in Figure 7.7 may occur if the interval between the entry rates is much longer.  The  loading  of  a  2,000  m  tail  take‐up  belt  results  in  similar  profiles  of  drive  force,  deceleration and speed. When fully loaded, the maximum belt tension is lower than  in  the  head  take‐up  belt,  but  still  above  the  allowable  limit.  Another  concern  is  the  constantly low slack‐side tension, which is almost zero. Based on these simulations, it  is  clear  that  the  present  AMW  belt  rating  is  not  strong  enough  to  handle  the  rated  load of long single‐drive AMW belts, either with a head or a tail take‐up.    150

Drive force [kN]

Drive force [kN]

150

100

50

0 0

100

200

300

Time [s]

100

50

0 0

400

 

100

200 300 Time [s]

400

 

T1 T1 T2

T2

 

  (a) 

(b) 

Figure  7.8.  Loading  of  a  2,000  m  belt  with  a  single  drive  station  and  a  head  take‐up  for  (a)  continuous full load and (b) intermittent varying load. 

7.3.4 Stopping Stopping procedure

As with normal starting, the normal stopping of moving walkways has to be carried  out when the system is empty. The only situation where stopping may be carried out  with  passengers  onboard  is  for  emergency  stopping.  In  both  cases,  the  stopping  procedure  should  result  in  a  largely  uniform  deceleration  (CEN,  2008).  Once  the  system has stopped, it has to be maintained stationary.   

126 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Normal stopping is most likely carried out at the end of the daily operational hours.  In this case, the stopping procedure can be selected without many constraints. It may  be initiated by simply cutting off the supply frequency and voltage, then letting the  system  coast  to  a  stop  due  to  its  internal  resistance.  It  may  also  be  carried  out  by  gradually reducing the supply frequency and, correspondingly, supply voltage such  that a controlled speed ramp down is obtained. In this study, the stopping procedure  is carried out following a reversed S‐curve speed profile.  Emergency  stopping  has  to  achieve  two  somewhat  conflicting  requirements,  i.e.  to  stop  the  moving  walkway  as  fast  as  possible  to  prevent  injury  (e.g.  passenger  entrapment)  and  to  not  stop  too  harshly  that  may  cause  passenger  falls  (Al‐Sharif,  1996b). In EN 115‐1:2008 (CEN, 2008), the stopping distances for moving walkways  are prescribed as margins, with a lower limit for an unloaded system and an upper  limit  for  a  loaded  system.  However,  the  guideline  is  only  available  for  moving  walkways  running  at  nominal  speeds  of  0.5  to  0.9  m/s.  The  standard  further  states  that  the  deceleration  in  the  direction  of  travel  should  not  exceed  1  m/s2.  With  this  maximum deceleration, a 2.5 m/s belt will need at least 2.5 s to stop. The minimum  stopping distance for such a belt is thus 3.125 m.  Analysis of normal stopping

The stopping time for normal stopping is initially tested for the same amount of time  that  produced  an  acceptable  performance  for  the  normal  starting  of  the  same  belt  configuration. For the 200 m belt, this is 5 s. The stopping behaviour of the 200 m belt  with a head take‐up is depicted in Figure 7.9.  The upper left graph in the figure shows the drive station reducing the applied drive  force in the process to stop. In order to follow the imposed speed profile given to the  drive, the drive starts braking. In practice, the drive may accomplish this by entering  the regenerative braking quadrant or by dissipating the electric power using braking  resistors (Trzynadlowski, 2001). The change of belt tension is generally smooth. The  tight‐side tension drops below the pretension level, but this does not pose a problem  due  to  compression.  No  oscillations  occurred  during  the  stopping  time  because  the  system was able to directly respond to the change in drive force. However, as shown  in  the  lower  left  graph,  after  the  stopping  period  elapsed  and  the  input  frequency  signal is zero, the belt has not completely stopped. It may be that, due to the system  inertia  and  the  relatively  short  stopping  time,  a  small  amount  of  energy  is  still  present  in  the  system  even  though  the  drive  does  not  deliver  anymore  power.  The  remaining energy is shown by the occurrence of oscillating deceleration as depicted  in the lower right graph. This energy is gradually consumed by the system internal  resistance and the belt finally comes to a complete stop.   

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

127 

  5

Drive force [kN]

T2 0

T1

-5

-10 0

2

4 6 Time [s]

8

10

 

 

 

 

Figure 7.9. Stopping of a 200 m belt with a single drive station and a head take‐up in 5 s. 

For the same stopping time, the stopping performance of the tail take‐up belt is quite  similar  to  that  of  the  head  take‐up  belt  with  respect  to  the  drive  force  and  speed  profile. The belt tension profile is naturally different as a result of the different take‐ up position. In this case, the tension drop in the tight side is not as low as that of the  head take‐up system, but the slack‐side tension increases, see Figure 7.10.    T2

Tpre

T2 = Tpre

T1 T1

  (a) 

  (b) 

Figure 7.10. Difference in belt tension profile along the length of a single‐drive 200 m belt with (a)  a tail take‐up and (b) a head take‐up for a stopping time of 10s. 

 

 

128 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  The acceleration profile of the 200 m tail take‐up belt is somewhat similar to that of  the 200 m head take‐up belt. A small speed is still present after the stopping period  and gradually reducing to zero, but in this case the deceleration oscillation does not  occur. By adopting a slightly longer stopping time, e.g. 10 s, the head take‐up belt can  come  to  a  stop  without  the  oscillating  deceleration.  With  this  stopping  time,  the  braking force and the tension drop are reduced. The 5 s stopping time resulted in a  maximum  deceleration  of  almost  1  m/s2,  which  is  still  within  the  limit.  The  10  s  stopping time lowers the maximum deceleration to less than 0.5 m/s2.  The  2,000  m  belt  is  tested  for  a  stopping  time  of  60  s,  which  previously  gave  an  acceptable  performance  for  normal  starting.  Figure  7.11  presents  the  result  for  the  head take‐up belt, which would risk going through a larger tension drop than the tail  take‐up belt.   

25

Drive force [kN]

20

T1

15 10 5

T2

0 -5 0

10

20

30 40 Time [s]

50

60

70

 

  Figure 7.11. Stopping of a 2,000 m belt with a single drive station and a head take‐up in 60 s. 

The 60 s stopping time resulted in a very smooth starting performance for the long  head take‐up belt. The reduction of drive force was very gradual such that the belt  speed  can  directly  return  to  zero  once  the  supply  frequency  was  zero.  A  largely  uniform deceleration below 0.1 m/s2, which fulfils the guidelines from EN 115‐1:2008,  could  be  achieved  throughout  the  stopping  period.  The  belt  tension  only  dropped  slightly below the pretension level. 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

129 

 

The 2,000 m tail take‐up belt also presented a smooth stopping performance within  60 s, with the drive force, deceleration and speed profiles similar as above. The tight‐ side  tension  and  the  slack‐side  tension  only  slightly  dropped  and  increased,  respectively,  around  the  pretension  level.  It  should  be  added  that  a  120  s  stopping  time, based on the 60 s per 1 km belt length rule, obviously gave a smoother stop for  both types of take‐up belt. In such a case, the belt tension did not even go across the  pretension  level  and  the  drive  force  did  not  even  need  to  brake.  However,  the  60  s  stopping time can already be considered sufficient.  Analysis of emergency stopping

The emergency stopping of the 200 m belt is initially tested for a 3 s stopping time,  which  is  slightly  above  the  2.5  s  time  derived  earlier  in  this  section.  The  stopping  procedure  simply  follows  the  reversed  S‐curve  speed  profile  and  no  additional  braking  force  is  applied  to  the  belt.  It  was  found  that,  for  both  empty  and  fully  loaded, the 200 m belt cannot be stopped within 3 s because slip occurs. This causes  uncontrolled  decelerations  exceeding  the  1  m/s2  limit  and  unacceptable  jerks.  The  shortest stopping time that can be imposed to an empty 200 m belt without causing  slip  is  5  s,  which  is  similar  to  the  time  previously  tested  for  normal  stopping.  However, the belt still drifted for around 10 s after the power supply was stopped. A  similar occurrence is found for the emergency stopping of a fully loaded 200 m belt,  where the belt can avoid slip with a 15 s stopping time, but cannot stop completely  within that time. For the same stopping time, similar performances in terms of drive  force, belt speed and acceleration were found for the 200 m tail take‐up belt.  Based on the above, it can be directly inferred that a 2,000 m single‐drive belt in any  loading  condition  will  not  be  able  to  stop  within  3  s.  From  the  simulations,  it  was  found that the shortest time in which a 2,000 m system with a head take‐up can stop  acceptably  from  empty  condition,  i.e.  without  drive  slippage,  high  decelerations  or  belt  compression,  is  25  s.  For  an  empty  tail  take‐up  belt,  an  acceptable  stopping  performance  can  be  achieved  in  15  s.  The  shorter  acceptable  stopping  time  for  the  empty tail take‐up belt may be explained by the possibility of the deceleration waves  to propagate away from the drive station at the head into two directions before being  reflected  by  the  tail  take‐up.  The  shorter  propagation  distance  in  both  travel  directions results in a more uniform and faster belt speed reduction along the length  of  the  upper  and  lower  strands  compared  to  that  in  the  head  take‐up  belt.  In  the  latter system, the deceleration wave has to travel the whole length of the belt before  being  reflected  by  the  head  take‐up.  The  delayed  reaction  causes  higher  speed  differences  along  the  belt  length,  which  results  in  a  larger  tension  drop  for  a  15  s  stopping of the head take‐up system.  If  the  2,000  m  system  is  fully  loaded,  the  acceptable  stopping  time  extends  to  50  s,  which  is  required  to  avoid  belt  compression.  In  this  case,  the  acceptable  stopping  time is similar for both types of take‐up since the deceleration wave propagation in 

 

130 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  the  system  is  dominated  by  the  load  condition  in  the  carrying  strand,  which  produces  resistances  ten  times  larger  than  that  in  the  return  strand.  The  performances of the fully loaded 2,000 m head take‐up belt for a stopping time of 50 s  are depicted in Figure 7.12(a). The same stopping time is also tested on the partially  loaded belt from Figure 7.8(b). The result is shown in Figure 7.12(b).    100

100

80

80

Drive force [N]

120

Drive force [kN]

120

60 40 20 0 -20 0

60 40 20 0

20

Time [s]

40

-20 0

60

20

 

Time [s]

40

60

 

T1 T1 T2

T2

 

 

 

   (a) 

(b) 

Figure 7.12. Emergency stopping of a 2,000 m belt with a single drive station and a head take‐up  in 50 s when (a) fully loaded and (b) partially loaded. 

For the same stopping time and loading conditions, the stopping behaviour of the tail  take‐up belt only differs from that of the head take‐up belt in terms of the belt tension 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

131 

 

profile, which is also acceptable for a 50 s stopping time. It should be noted that, for  both the head and the tail take‐up belts, the tight‐side tension drop during the 50 s  stopping  procedure  is  quite  close  to  zero.  This  tension  drop,  in  fact,  becomes  the  main reason for the need to use a longer stopping time. With the 50 s stopping time,  the  drive  station  only  slightly  enters  regenerative  braking  and  the  resulting  decelerations and jerks are well within the allowable limits.  The 50 s stopping time for the fully loaded 2,000 m belt is actually quite long for an  emergency  stop.  With  such  a  time,  the  belt  would  travel  for  another  70  m  before  stopping.  In  order  to  obtain  a  shorter  stopping  time  and  distance  for  emergency  stopping,  additional  brake  load  would  have  to  be  applied  to  the  belt,  besides  the  drive’s regenerative brake due to the imposed speed reduction signal. The amount of  brake load that should be applied to stop a moving walkway of a given belt length  and width is prescribed in EN 115‐1:2008 (CEN, 2008). However, the additional brake  load will most likely increase the deceleration level and the risk of belt compression.  Attention  should  be  given  to  ensure  that  the  deceleration  level  is  still  safe  for  passengers  and  the  belt  compression  will  not  cause  system  failure  that  may,  again,  endanger the passengers. 

7.4 Behaviour of long multiple-drive AMW belts The discussions in the previous section have pointed out a number of difficulties for  the  application  of  long  AMW  belts  if  a  single‐drive  configuration  is  used.  In  this  section,  the  influence  of  implementing  multiple  drives  in  long  AMW  belts  is  investigated.  7.4.1 System layout

To  enable  comparisons  between  the  long  single‐drive  and  the  long  multiple‐drive  AMW  belts,  the  total  length  of  the  multiple‐drive  belt  is  also  set  at  2,000  m.  A  separate  consideration  is  made  with  regard  to  the  required  power  for  the  carrying  (upper) and the return (lower) belt strands due to the different amount of resistances  in  the  strands.  The  drives  in  the  carrying  strand  have  to  be  sized  to  handle  passengers  at  maximum  capacity,  whereas  those  in  the  return  strand  only  have  to  handle an empty belt. In this case, the per‐meter resistance in the carrying strand is  ten  times  higher  than  that  in  the  return  strand.  If  the  belt  tension  in  each  driven  section of the carrying strand is to be kept approximately equal to that in each driven  section of the return strand when handling the rated load, then the drive spacing in  the  return  strand  should  be  made  ten  times  larger  than  that  in  the  carrying  strand.  All drive stations are hence installed with the same amount of power.  A  layout  of  a  2,000  m  belt  with  multiple  drives  is  presented  in  Figure  7.13.  In  this  example, the drive spacing in the carrying stand is 100 m, so it has ten drive stations.  The return strand has only one drive station located 1,000 m from the last drive in the   

132 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  carrying  strand.  As  stated  in  Chapter  6,  the  numbering  of  the  drive  stations  begins  from  the  position  of  the  tensioning  device  following  the  direction  of  the  belt’s  movement.  For  a  system  with  a  tail  take‐up  as  in  the  figure  below,  the  first  drive  station  is  in  the  carrying  strand.  A  system  with  a  head  take‐up,  which  is  also  simulated in this study, has its first drive station in the return strand.   

  Figure 7.13. Layout of a multiple‐drive AMW belt. 

As described in Section 6.4.2, the multiple drives of the AMW belt are assumed to be  based  on  the  drive  system  of  the  EBS.  Hence,  to  provide  the  required  transferable  drive power, each drive station in the above figure is modelled as eight very closely  spaced EBS type drive stations. This gives a total installed power of 528 kW, which is  larger than the total power installed in the previously discussed 2,000 m single‐drive  belt.  In  the  model,  the  higher  total  power  resulted  from  the  rounding  up  of  the  number  of  required  EBS  type  drive  stations  when  the  amount  of  resistances  in  a  driven section is divided by the maximum transferable drive force from an EBS drive.  In practice, this larger total power can be attributed to the fact that the multiple‐drive  belt consists of a number of short driven sections, which results in a higher fraction  of secondary resistances when compared to the long single‐drive belt.  For ease of discussion, the multiple‐drive belt conveyor with 10 drive stations in the  carrying strand and 1 drive station in  the return strand is further referred to as the  10C/1R system.  7.4.2 Starting Starting procedure

Nuttall  (2007)  studied  the  dynamics  of  multiple‐drive  EBS  conveyors  with  a  head  take‐up. He stated that the multiple‐drive configurations can be seen as a number of  linked single‐drive systems with a single tensioning device. When the resistances in  all driven sections are more or less equal, the dominant dynamic behaviour occurs in  the  belt  section  between  the  head  take‐up  and  the  first  drive  station,  which  has  to  accelerate  the  longest  length  of  belt.  As  a  result,  the  dynamic  in  this  section  determines the starting time that is acceptable. It was further observed that the tight‐ side tension in this dominant belt section approximately follows the same profile as 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

133 

 

that of a single‐drive system, when single‐drive belt length is equal to the length of  the dominant belt section. The acceptable starting time for the multiple‐drive belt can,  thus, be approximated from the starting time of this single‐drive belt.  In Section 7.3.2, the 2,000 m single‐drive belt with a head take‐up could perform an  acceptable  starting  procedure  with  a  60  s  starting  time.  Based  on  this,  an  initial  starting  time  of  30  s  is  deduced  for  a  10C/1R  system  with  a  head  take‐up,  corresponding to the 1,000 m belt section between the tensioning device and the first  drive  station.  The  S‐curve  speed  profile  is  again  used  as  the  starting  procedure  for  the motors in the multiple‐drive configuration.  Nuttall  did  not  carry  out  studies  on  multiple‐drive  systems  with  a  tail  take‐up.  However,  it  can  be  expected  that  the  starting  time  for  such  a  belt  will  also  be  governed  by the dynamics of the longest belt section. The 2,000  m single‐drive belt  with a tail take‐up in Section 7.3.2 required a 60 s starting time to give an acceptable  starting behaviour. The 10C/1R system with a tail take‐up is, thus, initially tested for  a 30 s starting time.  Analysis of normal starting

The starting behaviours of the 10C/1R belt with a head and a tail take‐up in 30 s are  presented in Figure 7.14. As shown in the upper graphs in the figure, the 30 s starting  time  results  in  a  relatively  high  starting  curve  for  the  drive  force  from  the  drive  station in the return strand. This refers to the first drive station for the head take‐up  belt  and  the  last  drive  station  for  the  tail  take‐up  belt.  These  drive  stations  delivers  the most drive power because they have to accelerate the longest length of belt. The  least  amount  of  power  is  applied  by  the  last  drive  station  in  the  head  take‐up  belt  and,  reversely,  the  first  drive  station  in  the  tail  take‐up  belt.  Once  the  30  s  starting  time has elapsed and the belt is running at a constant and uniform speed, the drive  stations share the total belt load equally and, hence, the applied drive forces become  the same for all drive stations. The oscillations of drive forces are more apparent for  the head take‐up belt.  The  middle  graphs  show  the  transition  of  belt  tensions  during  the  starting  of  the  empty  belt.  The  solid  lines  denote  the  tight‐side  tension  of  each  drive  station,  whereas the dashed lines represent the slack‐side tension. As seen in the left graph,  the  belt  tension  profile  for  the  starting  of  the  head  take‐up  belt  is  reasonably  good.  Although  some  oscillations  occur,  they  are  not  severe.  Notice  that  the  steady  state  tensions of the belt sections in the carrying strand are at different levels, even though  they  have  the  same  amount  of  resistances.  This  is  caused  by  the  load  sharing  behaviour  of  the  drive  stations,  where  the  total  load  in  the  system  is  equally  supported by the drive stations when the belt have reached its operational speed.   

 

134 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  4

D1

Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

4 3 2 1

D11 0 0

10

20 30 Time [s]

40

D11 3 2 1

D1

0 0

50

10

 

20 30 Time [s]

40

50

 

T2,D1

T1,D1

T1,D11

T2,D11

T2,D1 T1,D1

T1,D11

T2,D11 T1,D10

T2,D10

 

 

D11 D1

D10

D1

D11

  (a) 

(b) 

Figure 7.14. Starting of a 2,000 m belt with 10C/1R drive stations for (a) a head take‐up and (b) a  tail take‐up in 30 s. 

The drive stations in the carrying strand are sized to carry the rated load. However,  when  the  belt  is  started  empty,  these  drive  stations  become  temporarily  oversized.  This results in an imbalance between the occurring resistance and the delivered drive  force.  Due  to  the  load  sharing  behaviour,  the  total  resistances  in  the  empty  10C/1R  belt is divided equally between 11 drive stations. The drive stations in the  carrying  strand thus deliver 91% of the required power, while the strand only generates 50%  of the total resistances. Because each drive station delivers more drive force than the  amount  of  resistances  in  their  belt  section,  every  increase  of  belt  tension  due  to  the 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

135 

 

motion resistance is followed by a larger drop of belt tension due to the applied drive  force.  This is  a  particular  concern  for  the  case  of  the  tail  take‐up  belt,  since  the  belt  tension drops lower and lower with each passed carrying drive station.  It is additionally noted that with a starting time of 60 s, the drive force oscillations in  the head take‐up belt can be significantly reduced to a maximum of around 2.5 kN  for  the  first  drive  station.  This  also  lowers  the  maximum  transient  belt  tension  to  around 20 N/mm. For the tail take‐up belt, this longer starting time enables a slight  lift of the minimum transient belt tension to a little above 2 N/mm.  The maximum acceleration during starting is generally low, as depicted in the lower  graphs.  The  acceleration  level  at  the  end  of  the  starting  period  is  very  small,  only  resulting  in  a  0.01  m/s3  jerk  in  the  head  take‐up  belt.  The  acceleration  after  starting  even directly goes to zero for the tail take‐up system. Hence, the belt conveyor can be  used by passengers as soon as the starting period has elapsed.  I  additionally  observe  the  application  of  more  drive  stations  in  the  2,000  m  belt  by  using 50 m spacing for the drive stations in the carrying strand and a 500‐m spacing  in  the  return  strand.  This  configuration  is  referred  as  the  20C/2R  system.  Due  to  halving  the  drive  station  spacing,  each  drive  station  in  the  20C/2R  system  now  has  half  the  power  of  a  drive  station  in  the  10C/1R  system.  The  starting  time  for  the  20C/2R system is initially tested at 15 s, deduced from the expected starting time of  the 500 m belt section in the return strand. The results are presented in Figure 7.15 for  a head take‐up and a tail take‐up belt.  The 15 s starting time does not give satisfactory starting behaviour for either the head  take‐up  or  the  tail  take‐up  belt.  As  can  be  seen  in  the  upper  graphs,  after  the  high  overshoot  of  applied  drive  force,  the  first  drive  station  in  the  return  strand  of  the  head take‐up drive has to brake in order to catch up with the imposed starting speed  profile. The same occurs for the last drive station in the tail take‐up belt, although it  does  not  enter  braking  as  long  as  the  drive  station  in  the  head  take‐up  belt.  Additionally, the belt tension in the tail take‐up belt drops too low into compression.  The  starting  performances  for  both  types  of  take‐up  belt  were  improved  when  the  starting time is changed to 30 s.  In  terms  of  belt  tension,  for  head  take‐up  it  is  always  above  the  compression  limit,  although  very  near  to  pretension  level.  The  30  s  starting  time  does  not  result  in  braking,  still  positive  drive  force  but  there  is  a  drop  almost  reaching  zero.  The  acceleration  after  the  starting  period  directly  damps  out  to  zero.  Hence,  passengers  should be able to enter the system. Compared to the 10C/1R configuration with the  same  starting  time,  the  maximum  belt  tension  is  slightly  lower  but  the  minimum  tension  is  very  similar.  The  additional  drive  stations  only  cause  additional  belt  tension profiles in between the maximum and the minimum belt tensions.   

 

136 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  6

D1

Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

6 4 2 0

D22

-2 0

5

10

15 Time [s]

T1,D2

20

25

30

4 2

D1

0 -2 0

5

 

T2,D2 T1,D1

T2,D22

D22

T1,D22

10

15 20 Time [s]

25

30

 

T1,D1

T1,D22

T1,D20

T2,D20

  (a) 

  (b) 

Figure 7.15. Starting of a 2,000 m belt with 20C/2R drive stations for (a) a head take‐up and (b) a  tail take‐up in 15 s. 

The  results  for  the  case  of  20C/2R  drive  configuration  revealed  that  the  additional  eleven  drive  stations  do  not  provide  significant  benefit  compared  to  the  10C/1R  configuration. Firstly, the reduction in the maximum transient belt tension  is small,  which  corresponds  with  the  fact  that  the  attainable  reduction  diminishes  with  the  increasing  number  of  drives  (Alspaugh,  2003).  Secondly,  the  shorter  drive  spacing  does not allow for the reduction of the system starting time. Hence, the 10C/1R drive  configuration can be considered sufficient.  7.4.3 Influence of passenger distribution Loading pattern

For  this  section  onwards,  the  focus  is  only  on  the  2,000  m  belt  with  10C/1R  drive  stations. The same loading patterns, in Section 7.3.3, which have been tested for the  long single‐drive belt, are now tested for this multiple‐drive system.  Analysis of loading for standing passengers

The loading behaviour of the 10C/1R system from empty to fully loaded is depicted  in Figure 7.16. 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

137 

  12

D11

10

Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

12

D1

8 6 4

D1

2

D11

0 0

100

200 Time [s]

300

D11 10

D1

8 6

D1

4 2

D11

0 0

400

100

200 Time [s]

300

400

T1,D2 T1,D1

T1,D1 T1,D11

T1,D11

T2,D11

T2,D1

T2,D2 T1,D10

T2,D10

T2,D11

T2,D1

  (a) 

(b) 

Figure  7.16.  Continuous  full  loading  of  a  2,000  m  belt  with  10C/1R  drive  stations  for  (a)  a  head  take‐up and (b) a tail take‐up. 

As  passengers  enter  the  system  in  a  continuous  and  uniform  rate,  the  load  distribution  in  each  belt  section  gradually  increases.  Correspondingly,  the  drive  stations  gradually  apply  more  drive  force  as  the  load  progresses  along  the  belt,  following a linear profile just as in the case of the long single‐drive belt. During the  loading period, the drive stations do not deliver the same amount of power. Because  the motion resistance first increases at the beginning of the carrying strand, the drive  stations near this part initially deliver more power. The share of power shifts as the  passengers  shift  through  the  belt.  When  the  load  has  filled  up  to  the  middle  of  the  carrying  strand,  which  is  around  halfway  of  the  simulation  time,  the  middle  drive  station in the carrying strand delivers most of the power. Just before the passengers  fills the whole length of the carrying strand, half of the drive stations at the end of the  carrying strand generate a peak in drive force. The largest amount of power  at this  moment is delivered by the drive station at the head of the conveyor. Once the whole  length of the carrying strand is filled, the drives again equally share the total load.  The lower graphs in Figure 7.16 show the increase and decrease of local belt tension  in the carrying strand as the belt sections are gradually loaded with passengers. For 

 

138 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  each  driven  section,  the  belt  tension  increases  until  the  moment  the  first  passenger  passes the location of the drive. The highest peak of tight‐side tension occurs when  the passengers first pass the drive station at the middle of the carrying strand. After  the whole carrying strand is filled, the resistance in each driven section matches the  sized drive. Hence, the steady state tight and slack‐side tensions of all drive stations  settle at the same level. The peak tension during this loading period should be taken  into account when evaluating the required strength of the system components.  A different situation occurs when the rate of passengers entering the conveyor is not  continuous and uniform, as can be seen in Figure 7.17 below.  6

6

D1

Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

 

D11

4

D1

2

D11

0 0

100

T1,D1

T1,D2

200 300 Time [s]

4

2

D1 D11 D1

D11

0 0

400

100

 

T2,D2 T1,D11

T1,D11 T2,D11

200 300 Time [s]

400

T1,D1 T2,D1

T2,D1 T1,D10

T2,D10

T2,D11

  (a) 

(b) 

Figure  7.17.  Intermittent  varying  loading  of  a  2,000  m  belt  with  10C/1R  drive  stations  for  (a)  a  head take‐up and (b) a tail take‐up. 

The  upper  graphs  of  Figure  7.17  show  that  the  increase  of  drive  forces  follows  staggering lines, with the gradients corresponding to the varying load rate entering  the system with an interval of 30 s. The imbalance in the applied drive forces occur  throughout  the  loading  period  because  the  occurring  resistance  in  the  belt  sections  never matches the sized drives. At the beginning of the loading from an empty belt,  the drive at the entrance delivers the highest amount of power. At the end of the first 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

139 

 

loading interval, when there is no passenger entering the system, the drive stations  try to equalize the load sharing. When the next wave of passengers enters the system  at a lower loading rate, the drive force imbalance occurs again. Notice that, as more  passengers  enter  the  system,  it  becomes  more  difficult  to  achieve  a  balanced  load  sharing  of  the  drive  stations  during  the  intervals  where  no  passengers  are  entering  the  system.  This  is  due  to  the  fact  that,  although  no  more  passengers  enter,  the  passengers that are already on board continue to shift through the belt sections and  change  the  distribution  of  the  motion  resistances  that  have  to  be  handled  by  each  drive stations.  For a varying loading condition, the transition of local belt tensions is not as obvious  compared  to  the  changes  in  applied  drive  forces.  The  increase  and  decrease  of  the  local belt tension for drive stations the entrance until the centre of the carrying strand  can  be  followed  corresponding  to  the  change  of  loading  rate,  up  to  the  moment  where the first passenger passes the middle drive station. The imbalance between the  occurring resistance and the applied drive power at the moment just before the first  passenger  enters  the  last  driven  section  in  the  carrying  strand  results  in  a  tension  drop  in  the  slack‐side  belt  tension.  Since  the  belt  sections  are  partially  loaded,  the  resistances  do  not  match  the  sized  drive  so  the  belt  tension  of  the  driven  sections  cannot settle at the same level.  Just  like  in  the  loading  of  the  single‐drive  belt,  the  increase  of  load  in  the  system  causes belt speed drop. For the multiple‐drive belt, the speed drop is not the same for  every  drive  station  during  the  loading  period  because  each  drive  station  handles  different  amount  of  loads.  It  is  important  that  the  varying  speed  drop  between  the  drive stations do not cause major speed differences between the belt sections. From  both  simulated  loading  conditions,  it  was  found  that  the  changes  of  belt  speed  during  loading  was  largely  uniform  and  did  not  result  in  any  significant  decelerations that may affect the balance of passengers.  It is additionally noted that the 20C/2R system results in a significantly lower steady  state  belt  tension  compared  to  the  10C/1R  system  once  it  is  fully  loaded.  However,  the  peak  of  tight‐side  tension  during  the  loading  period  is  only  around  2  N/mm  lower than that in the 10C/1R system. Hence, the utilized belt specification will most  likely be similar. This once again confirms that the 10C/1R configuration is sufficient.  7.4.4 Stopping Stopping procedure

The  normal  stopping  of  the  10C/1R  belt  is  initially  tested  for  a  30  s  stopping  time,  which  is  half  of  what  was  found  acceptable  for  the  2,000  m  single‐drive  belt  in  Section 7.3.4. The stopping procedure still applies the reversed S‐curve speed profile  by  gradually  reducing  the  supply  frequency  and,  correspondingly,  the  supply  voltage. Additional brake load is not yet applied to the system during stopping. 

 

140 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Analysis of normal stopping

The  stopping  behaviour  of  the  2,000  m  belt  with  10C/1R  drive  configuration  is  depicted in Figure 7.18.  3

3 Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

 

2

D11

1 0 -1

D1

-2 0

10

20 Time [s]

30

2 1

D1

0 -1

D11

-2 0

40

10

20 Time [s]

 

30

40

 

D11

T1,D1 T1,D1

T2,D1 T1,D11

T2,D11

T2,D11

T1,D11 T1,D10 T2,D10

  (a) 

(b) 

Figure 7.18. Stopping of a 2,000 m belt with 10C/1R drive stations for (a) a head take‐up and (b) a  tail take‐up in 30 s. 

For  both  a  head  take‐up  and  a  tail  take‐up  belt,  the  30  s  stopping  time  enabled  the  system  to  stop  with  acceptable  dynamics.  In  the  upper  graphs,  it  is  shown  that  the 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

141 

 

applied  drive  forces  are  gradually  reduced  following  the  decrease  in  the  input  frequency  and  voltage.  In  order  to  achieve  the  imposed  speed  profile,  the  drive  stations  have  to  enter  regenerative  braking.  In  the  head  take‐up  belt,  the  first  drive  station applies the most braking force because it has to decelerate the longest length  of  belt.  For  the  tail  take‐up  belt,  the  largest  braking  is  carried  out  by  the  last  drive  station.  Approaching  the  end  of  the  stopping  time,  the  drive  stations  reduce  their  braking force in order to set the belt to zero speed. The relatively fast release of brake  resulted  in  some  oscillating  decelerations  after  the  stopping  period  was  over,  as  shown in the middle graphs. For the head take‐up belt, the oscillating decelerations  at  the  end  of  the  stopping  time  are  not  uniform  for  the  whole  length  of  the  belt.  Nevertheless, the resulting jerk is less than 0.1 m/s3. Furthermore, the belt was able to  directly  reach  zero  speed  after  the  stopping  time  was  over;  hence  additional  brake  load is not necessary.  The change in belt tension in the systems is smooth, as shown in the lower graphs.  No oscillations occur since the belt was able to directly react towards the change of  applied drive forces. During stopping, the belt tension in the head take‐up belt drops  below the  pretension  level due to the applied  braking force. The tension drop does  not cause the belt to enter compression, so it does not pose any problem. For the tail  take‐up belt, belt tension rises over the pretension level during stopping, except for  the tight slide tension of the driven section in the return strand.  Analysis of emergency stopping

Looking at the results from the stopping procedure of the 2,000 m single‐drive belt, it  is  logical  that  the  2,000  m  10C/1R  belt  cannot  stop  within  3  s.  However,  unlike  normal starting and normal stopping, using half the time that was acceptable for the  emergency  stopping  of  the  2,000  m  single‐drive  belt  did  not  give  an  acceptable  emergency stopping for the 2,000 m 10C/1R belt. From the simulations, it was found  that an empty 2,000 m 10C/1R belt can stop without drive slip and belt compression  when the stopping time is 15 s. The maximum deceleration during the stopping time  is almost 0.3 m/s2 and oscillating decelerations are present after the stopping time is  over. The level of jerk is generally below 0.1 m/s3.  For  a  fully  loaded  belt,  a  20  s  stopping  time  was  required  to  enable  the  10C/1R  system  to  achieve  acceptable  emergency  stopping  dynamics.  The  stopping  performance of this belt is presented in Figure 7.19 for a head and a tail take‐up belt.  The  motion  resistance  in  the  belt  sections  are  the  same  when  the  system  is  fully  loaded.  Hence,  as  seen  in  the  middle  graphs,  the  tight‐side  and  the  slack‐side  tensions  of  all  drive  stations  are  at  more  or  less  the  same  level  before  the  stopping  procedure starts. The levels of tight‐side and slack‐side tensions are the same for both  the  head  and  the  tail  take‐up  belts,  so  the  gradual  reduction  of  drive  force  follows 

 

142 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  more or less the same profile for both types of take‐up belts, as depicted in the upper  graphs. The drives carry out regenerative braking at more or less the same level.   

12 Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

12 8 4 0 -4

D11 D1

-8 0

10

T2,D1

Time [s]

20

8 4

D11 0 -4

D1

-8 0

30

10

  T2,D1

T2,D6

Time [s]

20

30

 

T2,D6

T2,D11

T2,D11 T1,D1

T1,D11

T1,D1

T1,D11

 

 

D11

  (a) 

(b) 

Figure 7.19. Emergency stopping of a fully loaded 2,000 m belt with 10C/1R drive stations for (a) a  head take‐up and (b) a tail take‐up in 20 s. 

The transition of belt tension is also approximately similar, although the belt tension  oscillation at the end of the stopping time is slightly more for the head take‐up belt.  The  lower  graphs  show  the  deceleration  profile  during  the  emergency  stopping  period. The maximum deceleration is around 0.2 m/s2, which is well within the 1 m/s2  limit. The level of jerk is also generally low, with a maximum jerk of around 0.02 m/s3. 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

143 

 

The 20 s stopping time is also applied to test the emergency stopping of the 10C/1R  belt that is partially loaded due to the loading pattern in Section 7.3.3. As presented  in Figure 7.20, the stopping dynamics are generally acceptable. Different drive force  and  belt  tension  dynamics  occur  for  the  emergency  stopping  of  a  head  and  a  tail  take‐up  belt  when  the  system  is  partially  loaded.  The  deceleration  profiles  of  both  types of belt are more or less similar to those of the fully loaded belt.    6 Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

6 4 2

D11

0 -2

D1

-4 -6 0

10

Time [s]

20

4 2 0 -2 -4

D11

-6 0

30

10

 

Time [s]

20

30

 

T2,D11

T1,D11 T2,D11

T1,D11 T1,D1

  (a) 

  (b) 

Figure 7.20. Emergency stopping of a partially loaded 2,000 m belt with 10C/1R drive stations for  (a) a head take‐up and (b) a tail take‐up in 20 s. 

With a 20 second stopping time, the stopping distance is around 30 m. This may still  be  considered  to  far  for  an  emergency  stopping.  A  slight  reduction  of  the  stopping  time to 15 s still enables a stopping of the fully loaded as well as partially loaded belt  without drive slip and belt compression, at the expense of more tension oscillations  at the end of the stopping time. The drive force and deceleration profiles from a 15 s  stopping time are still acceptable. 

 

144 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

7.5 Implications towards drive-related application aspects Based on the discussions in the previous sections, how the operating behaviour and  dynamics  of  long  single‐drive  and  multiple‐drive  AMW  belts  affect  the  following  drive‐related application aspects is evaluated.  7.5.1 System components and support structure

When  the  length  of  a  single‐drive  AMW  belt  conveyor  is  significantly  extended,  in  this case to 2,000 m, the long system cannot continue to use the same belt rating as  that  used  in  present  day  (short)  AMWs.  When  handling  the  design  load,  the  maximum  belt  tension  in  the  system  exceeds  the  allowable  limit  derived  from  the  belt’s breaking strength and safety factors. A belt with a higher rating will have to be  used,  but  such  a  passenger  belt  is  not  readily  available.  Stronger  belts  available  for  bulk  material  conveyors  cannot  be  used  because  they  do  not  have  sufficient  transverse  rigidity  that  is  required  to  support  the  passengers.  Hence,  a  new  passenger belt would have to be produced.  Even if a stronger belt can be made available, another issue is still present. The higher  tight‐side  tension  at  the  drive  pulley  of  the  long  AMW  belt  causes  higher  resultant  tension acting on the drum. To withstand this new level of tension, the diameters of  the  end  pulleys  have to  be  increased.  In  the  case  of  the  2,000  m  single‐drive  belt,  it  has  been  calculated  that  the  pulley  diameters  will  need  to  be  around  1,100  mm  in  order to accommodate the maximum belt tension when carrying the rated load. This  is around two standard pulley diameters larger than what is used now.  A lower maximum belt tension when fully loaded can be provided by the application  of  multiple  drives.  The  proposed  10C/1R  drive  configuration  can  reduce  the  maximum  operating  tension  to  less  than  half  of  that  in  a  single  drive  system.  The  current belt rating can thus be applied to longer AMW belts as well. By limiting the  maximum  tension  in  the  2,000  m  multiple‐drive  AMW  to  the  same  limit  as  that  found in a 200 m single‐drive system, the components and specifications of the 200 m  system can be applicable for the 2,000 m system as well.  For  a  long  single‐drive  belt  with  a  take‐up  positioned  at  the  tail,  an  additional  concern is the low drop of slack‐side tension when starting. However, this problem  was  not  solved  by  the  use  of  multiple  drives.  As  explained  in  front,  the  multiple  drives  in  this  study  equally  share  the  total  load  in  the  belt,  so  an  imbalance  occurs  between  the  applied  drive  forces  and  the  locally  occurring  belt  resistances  during  empty  starting.  This  causes  a  progressive  tension  drop  each  time  the  belt  passes  a  drive station. To solve this, the amount of take‐up tension will have to be increased,  which may also contribute to the necessity for a larger take‐up device and pit‐depth.   For multiple‐drive belts, the two take‐up positions have their own limitations. A belt  with  a  take‐up  at  the  head  generally  results  in  operating  performances  that  have 

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives 

145 

 

higher dynamics compared to a belt with a take‐up at the tail. However, the tail take‐ up belt risks from belt tension drop due to the load sharing of the drives.  7.5.2 System and passenger safety

For empty starting and stopping, provided that a sufficient ramp time is selected, the  belt  can  have  generally  uniform  accelerations  and  jerks  that  are  within  the  limits  given for passenger safety. Variations of loading conditions when passengers use the  system  do  not  cause  any  discernable  accelerations  or  jerks  related  to  belt  velocity  changes.  For  a  long  belt,  the  ramp  time  is  dictated  by  the  transition  of  belt  tension  and  the  occurrence of slip at the drive stations. A too short starting and stopping times may  cause  belt  compression.  For  long  multiple‐drive  belts,  the  risk  of  belt  slip  is  somewhat  higher  than  that  in  single‐drive  belts.  This  is  due  to  the  assumed  design  that  the  multiple  drive  forces  are  applied  with  friction  wheels,  which  have  a  lower  limit of slip when compared to a drive pulley.   The  emergency  stopping  of  the  long  single‐drive  belt  is  cannot  be  carried  out  in  a  short time due to the risk of belt compression during stopping. When the system is  fully loaded, a 50 s stopping time is required. Such a stopping time will still carry the  passengers  for  another  70  m  before  actually  stopping.  With  the  multiple‐drive  configuration,  the  stopping  of  the  2,000  m  belt  can  be  carried  out  in  a  relatively  shorter time. In this case, a fully loaded belt can carry out an emergency stop in 15 s  while  still  maintaining  acceptable  belt  tension  and  jerks.  This  stopping  time  still  results  in  a  relatively  long  stopping  distance  that  does  not  yet  comply  with  the  current moving walkway standards. However, if a shorter stopping time is taken in  order  to  fulfil  the  stopping  distance  in  the  standards,  higher  jerk  and  belt  compression may occur. Bunching hazard at the exit may be the risk when the longer  stopping time is used. On the other hand, the shorter stopping time may impose risk  to all passengers since the high jerk occurs along the system.  7.5.3 Power consumption

As  mentioned  above,  the  2,000  m  single‐drive  AMW  belt  needs  60  s  to  carry  out  normal  starting  and  normal  stopping  procedures  with  smooth  operating  dynamics.  Due to this longer ramp time, power consumption saving modes of CMWs based on  the  stop‐and‐go  or  idle‐to‐nominal  schemes  (as  explained  in  Chapter  4),  cannot  be  implemented  in  long  AMWs.  To  provide  the  acceptable  starting  time  for  the  long  single‐drive  AMW  belt,  the  passenger  detection  sensor  for  the  stand‐by  modes  would  have  to  be  placed  very  far  before  the  comb  intersection  line.  Because  it  is  necessary to prevent non‐users from triggering the detection sensor and users from  approaching the AMW without triggering it, some form of barrier are usually placed 

 

146 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  to  distinguish  the  path  towards  the  comb.  This  may  be  an  issue  because  the  long  barrier can also disturb other pedestrian flow.  Unfortunately, the multiple‐drive configuration cannot enable the implementation of  such  stand‐by  mode  either.  The  minimum  start‐up  time  of  a  multiple‐drive  belt  is  still governed by the longest section in the system, i.e. the section in the return strand.  Hence,  the  acceptable  ramp  time  is  still  not  sufficiently  low.  From  the  alternatives  previously mentioned in Chapter 4, this leaves only the power optimiser method that  regulates voltage according to the amount of load in the system. 

7.6 Conclusions This chapter has extensively discussed the operating performance of long AMW belt  conveyors  with  single  and  multiple  drives  during  starting,  loading  and  stopping  processes.  Based  on  the  simulation  results,  a  number  of  aspects  have  been  pointed  out  with  regards  to  the  implication  of  the  system  dynamics  towards  drive‐related  application aspects of long AMW belts.  As  was  envisaged  in  the  beginning  of  this  chapter,  a  single  drive  unit  is  not  a  practical  drive  configuration  for  long  AMWs,  mainly  because  the  occurring  system  tension  cannot  be  accommodated  by  the  currently  available  passenger  belt  rating.  Applying multiple drives will enable the long AMW to continue using the same belt  rating as well as system components and structure as in present day AMW systems.  The optimum arrangement of the multiple drives for drive force transfer still needs  to be sought for.  From  simulations,  it  appears  that  applying  a  load‐sharing  approach  to  control  the  multiple drives still brings some issues to the overall performance of the AMW belt.  The  load‐sharing  behaviour  causes  imbalance  between  the  applied  drive  force  and  the  occurring  resistances  in  a  driven  section  when  the  load  in  that  section  does  not  reach its design capacity. This results in undesirable tension increase in head take‐up  belts  and  tension  drop  in  tail  take‐up  belts.  In  order  to  match  the  generated  power  with  the  amount  of  load  in  the  belt  section,  the  drives  should  be  controlled  individually.  The  influence  of  such  a  method  towards  the  performance  of  the  multiple‐drive AMW belt is evaluated in the next chapter. 

Chapter 8 Performance of long multiple-drive accelerating moving walkway belts with voltage control

8.1 Introduction In Chapter 7 it was shown that imbalance between the occurring motion resistances  and  the  applied  drive  force  in  the  driven  sections  of  a  multiple‐drive  Accelerating  Moving  Walkway  (AMW)  belt  can  lead  to  undesirable  rise  and  fall  of  belt  tension.  The tail take‐up belt, in particular, can have a very low slack‐side tension at the drive  station furthest away from the take‐up position due to the load‐sharing behaviour of  the  drives.  For  the  head  take‐up  belt,  the  imbalance  can  cause  a  belt  tension  rise  during loading, which may peak up to twice of the belt tension when empty. In order  to provide a drive force that correspond to the amount of motion resistances in each  driven belt‐section, each drive station need to be controlled individually.  This chapter analyses the influence of applying individual drive control based on the  amount  of  motion  resistances  in  the  corresponding  belt  section  towards  the  performance  of  the  long  AMW  belt.  The  analysis  uses  the  belt  conveyor  model  described in Chapter 6, which has also been used in Chapter 7. First, the method of  drive control and how it is implemented in the simulation framework are described  in Section 8.2. Applying this control method, the operating behaviours of long AMW  belts with multiple drives are once again simulated and analysed in Section 8.3. The  implications  of  the  new  dynamic  behaviours  towards  the  system’s  drive‐related  applications  aspects  are  discussed  in  Section  8.4,  focusing  on  whether  the  applied  drive  control  can  bring  added  benefits  to  the  operation  of  the  system.  Section  8.5  concludes the chapter. 

  147 

148 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

8.2 Drive control 8.2.1 Method of drive control As stated above, the main requirement of the drive control is to match the amount of  drive  force  applied  from  each  drive  station  with  the  amount  of  motion  resistances  occurring in each corresponding belt section. By doing so, the load sharing behaviour  of the multiple‐drive stations no longer applies. Hence, each drive station will only  handle the load in the belt section directly before it.  In  practice,  the  above  objective  depends  on  the  possibility  to  predict  the  motion  resistances along the belt at each moment in time. One method could be to monitor  the boarding headway and boarding speed of passengers into the AMW with sensors,  and predict their movement through the system. It is envisaged that the latter may be  carried  out  using  algorithms  of  a  pedestrian  behaviour  model.  With  the  predicted  passenger mass distribution, the algorithms of the dynamic belt conveyor model can  be used to estimate the distribution of the motion resistances in the system.   If a reliable monitoring and prediction method is available, the drive control can use  the information to change the input signal to the motors such that the applied drive  forces can be adjusted according to the predicted motion resistances. A restriction is  that,  as  long  as  the  system  is  loaded,  the  belt  speed  has  to  remain  at  its  nominal  speed  within  a  5%  tolerance.  This  means  that  the  supply  frequency  to  the  drive  stations  has  to  be  maintained  at  the  nominal  frequency  value  fs,n.  Hence,  one  of  the  possibilities  to  adjust  the  applied  drive  forces,  i.e.  through  the  adjustment  of  the  induced torques from the motors, is by altering the input stator voltage to each drive  station according to the amount of load in the preceding belt section.  The  stator  voltage  control  is  also  known  as  the  variable  voltage  constant  frequency  operation. The voltage is reduced either by resistance or auto‐transformer connected  in series with the supply voltage. Recently, phase controlled thyristor configurations  have  been  used  to  vary  the  supply  voltage  instead  of  the  auto‐transformer  (Nigim  and DeLyser, 2001).  As  defined  by  Equation  6.20  in  Section  6.5.4,  the  torque  induced  by  a  motor  is  dependent on the square of the supplied stator voltage. For the AMW belt conveyor  with 10C/1R drive stations, each drive station in the carrying strand is sized to power  a fully loaded 100 m belt section before it. At steady state condition carrying its rated  load,  the  drive  station  is  supplied  with  the  nominal  stator  voltage  Vs,n.  If  the  belt  section is empty, the motion resistance is ten times lower than that at full load. Hence,  the belt section only requires ten times less drive force, implying ten times less torque  from  the  drive  station.  To  generate  one‐tenth  of  the  nominal  torque,  the  stator  voltage supplied to this drive station should now be Vs,n/√10. 

Chapter 8. Performance of long multiple‐drive AMW belts with voltage control 

149 

 

For  any  level  of  load  from  empty  to  fully  loaded,  the  stator  voltage  supplied  to  a  drive station in the carrying strand Vs,carry can be determined with the relation   

Vs ,carry = Vs ,n ⋅

FM ,carry FM , full

 , 

(Eq. 8.1) 

where Vs,n is the nominal supply voltage, FM,carry is the local motion resistance due to  the carried load and FM,full is the motion resistance at the designed full load.  For the drive station in the return strand, because it is sized to power an empty belt  and the return strand is always empty, then the stator voltage supplied to the return  strand at steady state is always at the nominal voltage.  8.2.2 Implementation in the simulation framework In this study, the main objective of the analysis is to evaluate whether adjusting the  stator voltage of individual drive can improve the operating performance of the long  multiple‐drive AMW belt. The simulation building block of the control system itself,  which would include the load monitoring and mass distribution prediction model, is  not  yet  the  focus.  Hence,  in  this  chapter,  the  stator  voltage  adjustment  is  implemented in the belt conveyor simulation framework using a relatively straight‐ forward approach.  From the simulations in Chapter 7, data of the distribution of load in the belt sections  during the whole length of the simulations can be made available. With this data, the  locally  occurring  motion  resistance  in  each  driven  section  and  the  corresponding  stator  voltage  that  would  generate  the  matching  drive  force  are  calculated.  The  resulting  adjusted  stator  voltage  profiles  are  then  inserted  into  the  belt  conveyor  simulation framework as input to the induction motor model.  Descriptions  of  the  stator  voltage  profiles  for  starting,  loading  and  stopping  processes are further explained in the next sections. 

8.3 Behaviour of long multiple-drive AMW belts with voltage control 8.3.1 System layout This study focuses only on the long AMW belt with ten drive stations in the carrying  strand and one drive stations in the return strand, which is referred to as the 10C/1R  belt. The layout of the system has been presented in Figure 7.13 in Chapter 7. The belt  is simulated for a take‐up at the tail as well as at the head. 

 

150 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  8.3.2 Starting Starting procedure To  maintain  a  consistent  study,  the  S‐curve  speed  profile  is  again  used  for  the  starting procedure. For the drive station in the return strand, the supply frequency is  gradually  ramped  up  from  zero  to  the  nominal  frequency  of  50  Hz  within  the  selected starting time, following the S‐curve profile. Because this drive station will be  handling  its  rated  load  upon  steady  state  operation,  the  supplied  stator  voltage  is  also  ramped  up  following  the  S‐curve  profile  by  keeping  a  constant  voltage  to  frequency ratio at a value of Vs,n/fs,n.   For  the  drive  stations  in  the  carrying  strand,  the  supply  frequency  profiles  are  the  same as that for the drive station in the return strand. However, the carrying strand  is still empty. Hence, as explained in Section 8.2.1, the stator voltages to the carrying  drive  stations  are  only  ramped  up  from  zero  to  Vs,n/√10  within  the  starting  time,  following  the  S‐curve  profile.  The  voltage  to  frequency  ratios  for  the  drives  in  the  carrying strand are also kept constant, but at a value of 1/√10 times Vs,n/fs,n.  Analysis of normal starting The  10C/1R  belt  with  a  head  take‐up  is  initially  tested  for  a  starting  time  of  30  s,  which is similar to that used in Section 7.4.2.  As  can  be  seen  in  the  upper  graph  of  Figure  8.1(a),  this  starting  time  resulted  in  a  drive  force  that  exceeds  the  friction  limit  for  the  drive  station  in  the  return  strand.  This  differs  from  the  result  of  the  30  s  starting  for  the  10C/1R  belt  without  supply  voltage reduction in Section 7.4.2, where all the drive stations are equally sharing the  load.  Because  the  drive  stations  are  now  assigned  to  handle  only  the  loads  in  their  own preceding belt sections, the drive station in the return strand no longer receives  support  from  the  drive  stations  in  the  carrying  strand  so  it  has  to  deliver  a  much  higher drive force. Applying this higher drive force within a 30 s starting time now  causes some slip. This could be avoided by adopting a 45 s starting time, as shown in  Figure  8.1(b).  For  both  starting  time,  the  drive  forces  are  much  less  oscillating  compared to the case where stator voltage regulation was not applied.  Although slip occurred at the return drive station for a 30 s starting time, it did not  significantly  effect  the  belt  accelerations  or  the  belt  tensions.  Comparing  to  the  belt  accelerations  in  Figure  7.14(a),  the  belt  accelerations  in  Figure  8.1(a)  are  not  so  different. The maximum tight‐side belt tension resulting from the 30 s starting time is  more or less the same for either applying or not applying the drive control strategy  because this tension is dictated by the drive in the return strand, which is not affected  by  the  adjustment  of  the  stator  voltage.  However,  the  belt  tension  profiles  for  the  drives  in  the  carrying  strand  are  now  converging  to  the  same  tight‐side  and  slack‐ side  tensions.  This  is  a  logical  result  of  reducing  the  stator  voltage  supplied  to  the  drives,  which  now  matches  the  locally  applied  drive  force  to  the  locally  occurring 

Chapter 8. Performance of long multiple‐drive AMW belts with voltage control 

151 

 

motion  resistance  in  each  driven  section.  Using  a  45  s  starting  time,  the  belt  accelerations and tensions damp out faster, giving a smoother starting performance.   

14

D1

12

Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

14

10 8 6 4 2 0 0

10

20 30 Time [s]

40

D1

12 10 8 6 4 2 0 0

50

20

 

Time [s]

40

60

 

D11 D11

D10 D10 D1

D1

  T1,D1 T1,D1 T1,D2 T1,D2 T2,D1

T2,D11

T2,D1

  (a) 

  (b) 

Figure 8.1. Starting of a 2,000 m belt with 10C/1R drive stations and a head take‐up in (a) 30 s and  (b) 45 s with stator voltage control. 

As seen in Figure 8.2, the starting behaviour of the 10C/1R belt with a tail take‐up is  relatively  similar  to  that  of  the  head  take‐up  belt  when  the  stator  voltage  control  is  applied.  This  is  particularly  true  for  the  belt  tension  profile,  which  in  Section  7.4.2  was significantly different between the tail and head take‐up systems. By balancing  the  locally  applied  drive  force  to  the  local  resistances,  the  progressive  drop  of  belt 

 

152 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  tension at each passing of a drive station can be avoided. Hence, there is no risk of  belt compression, even if the total length of the belt is increased further.  8.3.3 Influence of passenger distribution Loading pattern The same passenger loading patterns as described in Section 7.3.3 are now tested for  the  loading  of  a  10C/1R  belt  with  drive  control,  which  adjusts  the  supplied  stator  voltage  according  to  the  amount  of  load  in  each  driven  belt  section.  During  the  loading  process,  the  return  strand  remains  at  its  empty  condition  so  the  supply  frequency  and  voltage  are  kept  at  their  nominal  values.  The  drive  stations  in  the  carrying  strand  are  also  kept  at  the  nominal  frequency  to  maintain  the  rated  belt  speed. However, their stator voltages are gradually adjusted to follow the increase or  decrease  of  motion  resistances  due  to  the  change  of  passenger  mass  in  the  belt  sections.  Analysis of loading for standing passengers The  loading  behaviour  of  the  10C/1R  belt  with  a  head  take‐up  from  empty  to  full  load  is  depicted  in  Figure  8.3.  As  seen  in  the  left  graph,  each  drive  station  in  the  carrying strand gradually increases its applied drive force according to the increase  of  load  in  its  preceding  belt  section.  Once  a  belt  section  is  fully  loaded,  the  corresponding  drive  station  applies  the  nominal  voltage  and  the  generated  drive  force  is now at more or less the  same  level as the drive force  from the return drive  station. Then the next drive station starts to increase its drive force. The duration of  each  drive‐force  increase  is  around  40  s,  which  relates  to  the  length  of  the  driven  section and the belt speed. Notice that the drive forces slightly peaked at the moment  when the whole length of the carrying strand is fully loaded and passengers begin to  exit the belt. This is similar to what occurred in the 10C/1R belt without drive control  in  Section  7.4.3.  Due  to  the  influence  of  the  load,  there  is  a  3%  drop  in  belt  speed  when  fully  loaded.  Nevertheless,  the  belt  accelerations  and  jerks  remain  practically  zero during the whole loading process.  Because the drive forces are gradually and individually increased to match the local  resistances,  the  increase  of  belt  tensions  also  occurred  locally  for  one  carrying  belt  section  at  a  time,  as  seen  in  the  right  graph  of  Figure  8.3  above.  This  gives  the  advantage  of  preventing  undesirable  increase  of  tensions  in  the  subsequent  belt  sections, which occurs when all drive stations share the load and increase their drive  forces at the same time. Hence, the peaking of belt tensions as previously observed in  Figure 7.16 does not appear.  The same principle holds for the case where passengers enter the belt according to an  intermittent  varying  loading  pattern.  As  seen  in  the  left  graph  in  Figure  8.4,  each 

Chapter 8. Performance of long multiple‐drive AMW belts with voltage control 

153 

 

drive  station  in  the  carrying  strand  increases  and  decreases  its  applied  drive  force  according to the number of passengers in the preceding belt section.    Drive force per station [kN]

14 12 10 8

T1,D11 D11 T1,D1

6

T2,D10

4 2 0 0

20

40

60

Time [s]

 

 

Figure  8.2.  Starting  of  a  2,000  m  belt  with  10C/1R  drive  stations  and  a  tail  take‐up  in  45  s  with  stator voltage control. 

Drive force per station [kN]

12

D1

D2

T1,D1

10

T1,D11

8 6

T2,D1

D11

4

T2,D11

2 0 0

100

200 Time [s]

300

400

 

 

Figure 8.3. Loading of a 2,000 m belt with 10C/1R drive stations and a head take‐up for continuous  full load with stator voltage control. 

Drive force per station [kN]

12 10

T1,D1

D1 D2

8 6 4

D11

2 0 0

T2,D1

T2,D11

T1,D11

D2 100

200 300 Time [s]

400

 

 

Figure  8.4.  Loading  of  a  2,000  m  belt  with  10C/1R  drive  stations  and  a  head  take‐up  for  intermittent varying load with stator voltage control. 

 

154 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  The change of gradients in the drive force profiles can be easily linked to the tested  passenger loading pattern, with its loading time intervals and varying loading rates,  as  well  as  the  travel  time  through  each  driven  section.  In  contrary  to  the  case  in  Section  7.4.3,  the  variation  of  loading  condition  in  each  driven  section  is  clearly  reflected in the rise and fall of belt tensions as depicted in the right graph of Figure  8.4. Notice that during the moment when the first passengers begin exiting the belt,  i.e. around the simulation time of 400 s, a number of the drive forces slightly peaked.  This  is  comparable  to  the  case  of  full  rate  loading  shown  in  Figure  8.3.  Due  to  this  slight peak, a number of the belt tensions dropped below pretension level.  The loading behaviours of the tail take‐up belt for the same continuous full load and  intermittent  varying  load  patterns  are  very  similar  to  the  graphs  in  Figures  8.3  and  8.4. This is due to the fact that, with the supply voltage reduction control, the steady  state conditions of both types of belt after starting are alike.  8.3.4 Stopping Stopping procedure The  stopping  procedure  applies  the  reverse  S‐curve  speed  profile.  For  normal  stopping, at which there are no passengers on board, the input frequency to the drive  station  in  the  return  strand  is  ramped  down  from  the  nominal  frequency  to  zero,  with the stator voltage decreased accordingly to maintain a constant ratio of Vs,n/fs,n.  For  the  drive  stations  in  the  carrying  strand,  the  supply  frequencies  are  also  decreased  gradually  from  the  nominal  frequency  to  zero.  On  the  other  hand,  the  stator  voltages  are  gradually  ramped  down  from  Vs,n/√10  to  zero  following  the  reversed S‐curve profile. The starting value of Vs,n/√10 is the voltage adjustment that  corresponds  to  the  empty  condition  of  the  belt  at  the  beginning  of  the  normal  stopping procedure.  For emergency stopping, the ramp down of the input frequency and voltage signal to  the  return  drive  station  is  the  same  as  in  the  case  of  normal  stopping  above.  The  ramp down of the supply frequencies to the carrying drive stations is also similar to  that for normal stopping. The difference is that the ramp down of supply voltages for  the carrying drive stations will begin from the stator voltage values that are currently  being supplied to each drive stations just before the emergency stopping procedure  is initiated, which corresponds to the locally carried load at that moment. The initial  value of the stator voltage profiles for emergency stopping procedure may, thus, be  different between one carrying drive station and the other.  Analysis of normal stopping Figure 8.5 presents the dynamics of the 10C/1R belt with a head take‐up for a normal  stopping procedure carried out in 30 s. 

Chapter 8. Performance of long multiple‐drive AMW belts with voltage control 

155 

 

In contrast to the normal starting procedure, the 30 s stopping time did not result in  any slip at the return drive station. As seen in the left graph in Figure 8.5, the drive  force  of  the  return  drive  station  can  smoothly  ramp  down  to  zero  in  30  s,  during  which  the  motors  slightly  entered  the  regenerative  braking  quadrant.  The  smooth  change of drive force resulted in a smooth belt tension profile, as shown in the right  graph. The tight‐side belt tension of the return drive station drops slightly below the  pretension level due to the applied braking force, but it is still far from compression.  The belt  acceleration profile resulting from this normal stopping procedure is more  or  less  similar  to  that  depicted  in  Figure  7.18(a),  which  a  30  s  stopping  of  the  same  belt configuration without stator voltage control.    Drive force per station [kN]

12 10

T1,D1

8

D1

6 4 2 0 -2 -4 0

10

20 30 Time [s]

40

50

 

 

Figure 8.5. Stopping of a 2,000 m belt with 10C/1R drive stations and a head take‐up in 30 s with  stator voltage control. 

Due  to  similar  belt  tension  and  drive  force  states  prior  to  stopping,  the  same  performances  as  in  Figure  8.5  above  are  obtained  for  the  normal  stopping  of  an  empty tail take‐up belt.  Analysis of emergency stopping The emergency stopping behaviour of the 10C/1R belt from fully loaded is depicted  in Figure 8.6 for a stopping time of 20 s, which is similar to the stopping time used in  the emergency stopping case in Section 7.4.4. Comparing to the graphs in Figure 7.19,  for  the  same  belt  configuration,  we  can  see  that  the  stopping  dynamics  are  similar  between  applying  and  not  applying  the  stator  voltage  control.  When  the  system  is  fully  loaded,  all  drive  stations  are  running  at  their  nominal  frequency  and  voltage.  Hence, regardless of whether or not the stator voltage control is applied, the belt will  be stopped from the same initial states.   

 

156 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  12 Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

12 8 4

D11

0 -4

D1

-8 0

5

10

15 20 Time [s]

T2,D6

25

8 4

D11

0

D1

-4 -8 0

30

5

 

10

15 Time [s]

20

25

30

 

T2,D6 T1,D6

T1,D6

T2,D11

T2,D11 T2,D1

T1,D11

T2,D1

T1,D1

T1,D1

  (a) 

T1,D11

  (b) 

Figure 8.6. Emergency stopping of a fully loaded 2,000 m belt with 10C/1R drive stations for (a) a  head take‐up and (b) a tail take‐up in 20 s with supply voltage reduction. 

Different dynamics occur for the emergency stopping of a partially loaded belt when  the stator voltage control is applied, as seen in Figure 8.7 for a head take‐up and the a  take‐up  belt.  Compared  to  the  case  without  stator  voltage  control  as  depicted  in  Figure  7.20,  the  partially  loaded  belt  initiates  the  emergency  stopping  from  various  drive  force  levels  because  now  there  is  no  load  sharing  of  the  drives.  The  different  levels of applied drive forces correspond to the different amount of load present in  each driven section at the time the emergency stop is initiated.  For  a  stopping  time  of  20  s,  the  partially  loaded  belt  can  stop  smoothly  in  time.  By  applying the stator voltage control to each drive station, the braking force  from the  drive  station  in  the  return  strand  now  stays  the  same  for  any  level  of  belt  load,  as  observed when comparing the drive force graph in Figure 8.6 and Figure 8.7. Because  the  load  sharing  behaviour  of  the  drives  no  longer  applies,  the  return  drive  station  will  always  be  handling  the  same  amount  of  motion  resistances  as  dictated  by  the  empty  state  of  the  return  strand.  Variation  of  load  in  the  carrying  strand  now  only  affects the level of braking forces for the carrying drive stations.  The belt tension profile during the 20 s emergency stopping is generally acceptable.  Although oscillations occur at the end of the stopping period, they quickly damp out.  Compared  to  the  case  without  stator  voltage  control  as  depicted  in  Figure  7.20,  the 

Chapter 8. Performance of long multiple‐drive AMW belts with voltage control 

157 

 

belt  tension  dynamics  of  the  partially  loaded  belts  are  now  quite  different,  particularly  for  the  tail  take‐up  belt.  With  the  stator  voltage  control,  the  slack‐side  tensions of the tail take‐up belt remain approximately at the pretension level.   

12

8

Drive force per station [kN]

Drive force per station [kN]

12

8

D1

4

4

0

0

-4 -8 0

D11

-4

5

10

15 20 Time [s]

25

-8 0

30

5

 

10

15 20 Time [s]

25

30

 

T2,D11

T2,D11

T1,D11

T1,D1

  (a) 

  (b) 

Figure 8.7. Emergency stopping of a partially loaded 2,000 m belt with 10C/1R drive stations for (a)  a head take‐up and (b) a tail take‐up in 20 s with supply voltage reduction. 

Observing  Figure  8.6  and  8.7,  the  belt  tension  profile  for  the  drive  station  in  the  return strand is more or less the same between a fully loaded and a partially loaded  belt when the stopping time is the same. Furthermore, for the head take‐up belt, the  maximum belt tension drop during stopping occurs at the return drive station, which  is the first drive after the take‐up in the direction of the belt’s movement. In this case,  for the same stopping time, the maximum belt tension drop is the same regardless of  the passenger loading condition. For the tail take‐up belt, the maximum belt tension  drop varies according to the passenger loading condition. For a fully loaded belt, the  maximum drop occurs for the first drive after the take‐up in the direction of the belt’s  movement, which is the carrying drive station closest to the entrance. For a partially  loaded  belt,  the  maximum  belt  tension  drop  will  occur  at  the  drive  station  that  is  handling the highest amount of motion resistances. 

 

158 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

8.4 Implications towards drive-related application aspects The influence of applying the stator voltage drive control in the long multiple‐drive  AMW belts is discussed with regards to their implication towards a number of drive‐ related application aspects. Whether the drive control strategy brings added benefits  towards  the  operation  of  the  system  is  evaluated,  as  compared  to  the  cases  in  Chapter 7 where the stator voltage control was not applied.  8.4.1 System components and support structure For the same starting time, the maximum transient belt tension during starting is the  same  for  a  system  applying  or  not  applying  the  stator  voltage  control.  A  positive  impact of the stator voltage control is mainly seen for the empty starting of the tail  take‐up  belt.  Now  the  belt  tensions  can  be  maintained  well  above  the  compression  limit, with the slack‐side tension staying around the pretension level. Hence, even if  the  length  of  the  tail  take‐up  belt  is  further  extended,  there  will  be  no  risk  of  belt  compression.  During  passenger  loading,  the  application  of  the  supply  voltage  control  could  improve  the  system  dynamics  in  terms  of  avoiding  undesirable  peaking  of  belt  tensions.  In  the  case  where  stator  voltage  control  was  not  applied,  the  occurring  peaks  were  almost  twice  of  the  full  load  belt  tension  level.  With  the  drive  control  strategy,  the  slack‐side  tension  stayed  fairly  close  to  the  pretension  level  and  the  tight‐side tension remained within the full load belt tension level.  There  is  no  significant  improvement  in  the  stopping  behaviours  of  the  belt  when  applying  the  stator  voltage  reduction,  as  compared  to  not  using  it.  For  the  same  stopping time, the margins of the belt tension dynamics are more or less the same.  Based on the above, it may be said that the applied stator voltage reduction strategy  contributes  to  a  better  control  of  the  limits  of  belt  tension  during  all  phases  of  the  system  operation.  This  is  particularly  beneficial  when  the  long  multiple‐drive  belt  system  has  a  tensioning  device  at  the  tail,  which  is  the  typical  take‐up  position  in  nowadays  passenger  conveyors.  Because  the  very  low  belt  tension  drop  during  the  empty  starting  of  such  a  system  can  be  avoided,  the  belt  pretension  level  does  not  have to be increased. This avoids the need for a larger tensioning device. The AMW  belt conveyor will still have to use the same belt rating as before, due to the fact that  there  is  no  passenger  belt  with  a  lower  rating  than  what  is  currently  being  used.  However, the ability to control the maximum transient belt tension to a lower level,  compared to that in a system with no stator voltage control, may open the possibility  to reduce the size of the end pulleys and shafts. 

Chapter 8. Performance of long multiple‐drive AMW belts with voltage control 

159 

 

8.4.2 Passenger safety The simulations applying stator voltage control demonstrated that the drive control  strategy  did  not  cause  detrimental  accelerations  or  decelerations  during  starting,  loading as well as stopping. The level of accelerations, decelerations and jerks were  more or less similar to those in the systems that did not apply voltage control, which  were  well  within  the  recommended  limit  for  human  balance.  In  this  respect,  the  voltage control strategy did not contribute to any significant improvement.  8.4.3 Power consumption The stator voltage control did not enable the long multiple‐drive AMW belts to use a  shorter starting time. Because the drive stations no longer equally share the total load,  the  return  drive  station  has  to  apply  a  higher  force  to  drive  its  own  belt  section.  Hence, slip can occur at the return drive station when the starting time is too short.  Due  to  this,  the  long  multiple‐drive  AMW  belt  still  cannot  achieve  power  consumption saving based on the stop‐and‐go or idle‐to‐nominal schemes.  Nevertheless, the reduction of the stator voltages, which initially aims to balance the  applied drive forces to the occurring loads, may still provide a possibility to reduce  the power consumption of the induction motors. It is known that the applied stator  voltage  affects  the  copper  losses  and  the  core  loss  in  an  induction  motor  (Mohan,  2003).  With  a  reduction  in  the  stator  voltage,  the  amount  of  core  loss  comes  down.  Initially, the amount of copper losses also decreases. However, this occurs only up to  a  certain  sufficiently  low  stator  voltage  value,  after  which  the  copper  losses  would  increase again. Hence, for a given loading condition, there is a certain stator voltage  value  at  which  the  total  motor  losses  are  minimal,  in  other  words  the  power  consumption efficiency is optimal (Kumar, 2004).  As  explained  in  Section  8.2.2,  the  stator  voltage  adjustments  in  this  study  were  determined  based  on  a  straight‐forward  approach  that  only  considered  the  distribution  of  the  load  on  the  system.  The  selected  stator  voltages  were  not  yet  a  result of a power efficiency optimization algorithm. There may be a possibility that  the  stator  voltage  that  would  generate  a  matching  drive  force  to  the  load  is  not  exactly the stator voltage that would lead to minimal  motor losses. In this case, the  drive  control  algorithm  would  have  to  be  able  to  determine  a  stator  voltage  value  that  can  give  a  trade‐off  between  achieving  optimal  power  consumption  efficiency  and balancing the applied drive force to the belt resistance. 

8.5 Conclusions This  chapter  has  discussed  the performance  of  long  multiple‐drive  AMW  belts  that  applied  stator  voltage  adjustment  to  the  drive  stations  in  the  carrying  strand.  This  control  strategy  matched  the  locally  applied  drive  force  to  the  locally  occurring 

 

160 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  motion  resistances  in  the  belt  sections.  The  main  objective  was  to  evaluate  whether  adjusting  the  stator  voltage  of  individual  drive  can  improve  the  operating  performance  of  the  long  multiple‐drive  AMW  belt.  A  straight‐forward  calculation  was applied to determine the profile of the adjusted stator voltages as a function of  the  part‐load  motion  resistance,  full‐load  motion  resistance  and  nominal  voltage.  Although  a  complete  simulation  building  block  of  the  drive  control  was  not  yet  implemented  into  the  belt  conveyor  simulation  framework,  the  above  straight‐ forward  approach  could  provide  initial  insights  into  the  influence  of  the  stator  voltage adjustment.  Applying the above drive control strategy resulted in good operating performances  from the point‐of‐view of the system dynamics. The belt tension can be maintained  within  desirable  limits  during  all  phases  of  the  operation.  The  acceleration/deceleration  and  jerks  are  also  still  within  acceptable  levels  for  passenger  safety.  In  general,  improvements  were  noticed  when  compared  to  the  results in Chapter 7. However, the study has not taken into account the effect of the  selected stator voltage values towards the amount of losses in the induction motors.  This  can  only  be  carried  out  by  incorporating  a  core  resistance  element  in  the  induction  motor  equivalent  circuit  model  from  Chapter  6,  and  building  a  power  efficiency  model  into  the  complete  belt  conveyor  simulation  framework.  This  is  suggested for further extension of this research.   

Chapter 9 Conclusions and recommendations

The  main  objective  of  this  thesis  was  to  investigate  the  possibility  of  applying  Accelerating  Moving  Walkways  (AMWs)  for  moderate  distance  continuous  people  transport.  In dealing with this main research objective, the following questions were posed:  (1)  What  aspects  influence  the  possibility  to  apply  AMWs  for  moderate  distance  transport? Do application aspects of CMWs and present day AMWs also hold for  long AMWs?  (2)  Is  the  single‐drive  design  of  present  day  AMWs  still  suitable  for  long  AMWs?  What  are  the  effects  of  applying  multiple  drives  along  the  AMW  toward  the  system performance? 

9.1 Conclusions Based  on  the  discussions  in  this  thesis,  it  is  concluded  that  AMWs  can  be  an  interesting  alternative  transport  system  for  moderate  distance  people  transport.  Many  of  the  application  aspects  for  long  AMWs  can  still  follow  from  those  commonly used for CMWs and the presently applied short AMWs. Naturally, there  are  a  number  of  other  application  aspects  that  differ  from  those  of  CMWs  and  present day short AMWs, and these have to be taken into account when planning for  the  implementation  of  such  long  AMWs.  Furthermore,  to  improve  their  suitability  for the purpose of moderate distance transport, a few adjustments on the design are  necessary,  particularly  with  regards  to  the  applied  drive  configuration.  These  are  summarized in the following sections. 

  161 

162 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  9.1.1 On aspects influencing the application of long AMWs Three  elements  are  involved  in  the  application  of  AMWs,  i.e.  the  system  itself,  the  passengers,  and  the  location.  The  characteristics  of  each  element  and  their  interactions impose requirements and boundaries towards the application of AMWs  for  moderate  distance  transport.  In  this  section,  only  application  aspects  for  long  AMWs that differ from those for CMWs and short AMWs are discussed.  An  important  consideration  related  to  the  potential  to  use  AMWs  for  moderate  distance  transport  is  their  position  with  regard  to  other  transport  systems,  which  may also operate in the same range of distance. The comparative study in Chapter 3  has  pointed  out  that,  in  terms  of  transport  capacity,  capital  and  operational  costs,  space utilization as well as environmental impacts, AMWs are competitive compared  to  buses,  light rail, Automated People Movers  (APMs) and  Personal Rapid  Transits  (PRTs). The total travel time on AMWs can be also competitive to that of the above  discontinuous  transport  systems  when  the  walking  time,  waiting  time,  and  dwell  time in stations are taken into account. This, however, depends on the possibility to  use one long continuous span of AMW to cover the whole transport distance. Based  on speed and travel time alone, AMWs can be applied to cover a total travel distance  of  up  to  3  km  for  general  purposes,  e.g.  recreational.  For  accessing  other  transport  systems,  e.g.  as  a  feeder  to  transit  stations,  a  total  travel  distance  of  1.5  km  is  considered  in  order  to  limit  the  travel  time  to  a  maximum  of  10  minutes.  The  challenge  will  be  to  have  a  long  terrain  for  installing  such  long  single  span  AMWs  without  crossing  other  traffics.  This  sets  boundaries  to  the  type  of  locations  where  long AMWs can be applied.  Related  to  the  above,  the  main  limiting  factor  in  the  application  of  AMWs  for  moderate  distance  transport  still  stems  from  their  ability  to  only  provide  point‐to‐ point  transport  over  straight  routes.  Having  intermediate  entrances  and  exits  along  the length of the AMW will increase the likeliness of having long single span AMWs  to carry passengers over longer transport distances. Technology‐wise, although this  is not a trivial attempt, it is achievable. The challenge would be more to the ability of  passengers to coordinate themselves for boarding to and alighting from a number of  access points along the route.  Having  faster  AMW  systems  would  increase  the  competitiveness  of  AMWs  against  discontinuous  transport  systems,  enabling  them  to  be  more  applicable  for  longer  transport  distances.  This  may  come  with  a  trade‐off.  As  discussed  in  Chapter  4,  humans  inherently  have  a  wide  range  of  limitations  in  their  motor  ability  to  withstand speed, acceleration and jerk. Increasing the maximum speed, even though  still within the maximum limit given by the standards, may exclude the possibility of  certain pedestrian groups to access the system. 

Chapter 9. Conclusions and recommendations 

163 

 

Compared  to  passengers  of  CMWs,  passengers  of  AMWs  are  expected  to  have  a  different  composition  with  regards  to  their  personal  characteristics  due  to  the  influence of the higher speed. Furthermore, the fraction of riders and walkers on the  AMW is expected to also differ from that on CMWs. It is envisaged that more riders  will  be  present  on  AMWs,  or  walkers  with  walking  speeds  lower  than  those  found  on CMWs. When the AMW span gets longer, it is expected that the faction of riders  will increase. These aspects should be taken into account when planning for applying  long AMWs, e.g. to evaluate the inclusion of all pedestrian groups and to predict the  travel times through the transport corridor.  Another  aspect  that  also  relates  to  the  passengers  is  power  consumption.  In  situations where passenger flow is not continuous, moving walkways typically apply  some  form  of  power  saving  measures.  The  most  commonly  used  is  the  stand‐by  mode, which stops or reduces the system speed when there is no passenger on board.  The stand‐by mode can only perform when the inter‐arrival time between passengers  is  longer  than  the  time  to  pass  the  whole  length  of  the  system.  With  regards  to  the  application  of  long  AMWs,  the  chance  that  another  passenger  enters  the  system  before the previous passenger has left the system becomes smaller as the system gets  longer. The stand‐by modes might not be a suitable power saving measure for long  AMWs.  A  study  on  the  application  of  Accelerating  Moving  Walkways  (AMWs)  in  Amsterdam  Airport  Schiphol  (AAS)  was  carried  out  in  Chapter  5  to  evaluate  the  application  of  AMWs  in  a  location.  The  system  was  evaluated  for  intra‐terminal  transport  in  Schiphol  Centrum  and  for  inter‐terminal  transport  between  Schiphol  Centrum  and  the  planned  Schiphol  Noordwest.  The  general  conclusion  is  that  planning  for  AMW  application  in  a  built‐up  area  imposes  more  complexity  than  if  the AMW will be applied in a still‐to‐be‐developed facility.  In  a  built‐up  area,  the  current  function,  layout  and  pedestrian  activities  in  the  location  would  impose  boundaries  towards  the  installation  of  the  system,  for  example in terms of the achievable system length, the availability of floor space and  pit depth, and the possibility to include all groups of pedestrians to access the system.  In Schiphol Centrum, for example, a number of locations actually had long walking  distances, but the presence of crossing traffic flow did not allow for the installation of  AMWs at the minimum recommended length of 120 m. Under this length, the AMW  will not be able to provide the transport time benefit that can justify their installation.  In  Schiphol  Centrum,  only  corridors  with  bidirectional  traffic  flows  were  deemed  suitable  to  install  AMWs  without  resulting  in  too  complicated  disturbance  or  modification  to  the  current  situation.  This  affects  the  extent  to  which  AMWs  can  contribute  toward  reducing  the  overall  travel  time  and  walking  distance  in  the  terminal. 

 

164 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  If  the  area  of  interest  will  still  undergo  developments,  the  planning  of  AMW  installations can be incorporated into the overall construction plan of the area. This is  considered  to  be  the  case  in  the  example  of  AMWs  for  inter‐terminal  transport  between  Schiphol  Centrum  and  Schiphol  Noordwest.  Although  presented  briefly  due  to  lack  of  background  data,  two  alternatives  of  applying  long  AMWs  were  proposed: one directly between the two terminals and another with an intermediate  landing  at  the  long‐term  parking  area  between  the  terminals.  Because  of  the  possibility  to  apply  long  AMW  spans,  these  alternatives  were  evaluated  to  provide  competitive transport times compared to the currently operating bus shuttle service.  The planning process for this purpose still has to consider the functions, layouts and  airport  processes  in  existing  infrastructures  between  the  two  terminals,  but  due  to  the planned development then the possibility for modifications are still open.  9.1.2 On the effects of using multiple drives in long AMWs It is clear from this thesis that a long AMW will face obstacles for its application if the  system  continues  to  apply  the  present‐day  single‐drive  configuration.  The  simulations conducted in this study have shown that a long single‐drive AMW has  different operating behaviours compared to a short single‐drive AMW, which hinder  the suitability of the current moving walkway design and common practices for long  AMWs.  The  concern  does  not  necessarily  stem  from  the  high  transient  dynamics  when starting empty, but more to the high belt tension that occurs when the system  is  carrying  its  rated  load.  The  currently  applied  belt  rating  could  not  accommodate  this high maximum tension, so the system may fail.  The above problem implicates to a number of application aspects pointed out in the  previous  section.  To  resist  the  higher  maximum  system  tension,  the  minimum  required specifications for the system components and support structure would have  to  be  increased.  This  can  increase  the  capital  costs  and  affect  the  required  floor  specifications  for  the  installation,  e.g.  floor  depth  and  foundation  strength.  The  typical  starting  and  stopping  time  of  nowadays  moving  walkways,  particularly  for  emergency  stopping,  can  no  longer  be  applied  for  long  AMWs.  Using  the  same  setting has shown to cause severe system dynamics, which would risk the safety of  the system and the passengers, the latter being limited by the inherent motor skill of  human. Also related to this, because a short starting time cannot provide acceptable  belt  tension  behaviour  in  a  long  single‐drive  AMW,  the  stand‐by  mode  cannot  be  used as a power saving measure.  The solution to the above problems is not as easy as replacing the current belt with a  stronger one, since a higher rating is currently not available for passenger conveyor  belts. However, as demonstrated by the simulations in this thesis, the application of  multiple drives in long AMW belts provided a way to reduce the maximum transient  dynamics  as  well  as  steady  state  belt  tension,  such  that  the  currently  available  belt 

Chapter 9. Conclusions and recommendations 

165 

 

rating can continue to be used. By limiting the maximum tension in a long AMW to  more or less the same level as the maximum tension in present day short AMWs, the  components and specifications of present day AMWs can be applied for long AMWs  as  well.  This  is  advantageous  from  the  point‐of‐view  of  the  possibility  to  use  standardized  components  already  available  in  the  market,  thus  avoiding  high  costs  due to having to produce new ones.  During  normal  operation,  the  application  of  the  multiple  drives  enabled  relatively  low accelerations and  jerks  in the long  AMW, which fulfils  the guidelines given  by  current  standards.  A  limitation,  however,  was  found  with  regards  to  emergency  stopping with passengers on board. In order to limit the maximum deceleration and  jerk for the safety of all passengers on board, as well as to maintain limits of tension  and  drive  force  to  avoid  system  failure,  the  acceptable  stopping  time  and  hence  stopping distance  during the  emergency stopping of  a long  AMW still cannot fulfil  the guidelines prescribed by the standards. Applying the multiple drives enabled the  use of  a much lower stopping  time  as compared to  when using  a single drive  unit,  but this stopping time still resulted in a too long emergency stopping distance.  The  typical  setting  for  the  drive  system  in  moving  walkways  applies  an  open  loop  scalar control. When using this control approach in the multiple‐drive configuration,  all  drive  stations  were  given  the  same  input  signals  (i.e.  supply  frequency  and  voltage)  during  all  phases  of  the  operation.  This  results  in  an  equal  load‐sharing  behaviour  between  the  drives.  However,  this  load‐sharing  approach  caused  imbalance  between  the  applied  drive  force  and  the  occurring  resistances  in  each  driven section. This resulted in undesirable rise and fall of the belt tension when the  system  is  not  loaded  to  its  rated  capacity,  which  is  what  typically  occurs  for  a  significant time during the AMW operational hours.  A  stator  voltage  adjustment  strategy  was,  therefore,  tested  for  the  control  of  individual drive stations in the carrying strand of a long multiple‐drive AMW belt.  The objective of this drive control was to match the locally applied drive force to the  locally  occurring  motion  resistances  in  the  belt  sections.  This  approach  resulted  in  good  operating  performances  from  the  point‐of‐view  of  the  system’s  dynamic  behaviour.  The  belt  tension  can  be  maintained  within  desirable  limits  during  all  phases of the operation, even when the system is not fully loaded. The accelerations,  decelerations and jerks are also kept within acceptable levels for passenger safety.  From the simulations, it was found that the long multiple‐drive AMWs still required  relatively  long  starting  times.  Related  to  power  saving  measures,  this  implies  that  applying  multiple  drives  in  long  AMW  belts  still  could  not  provide  short  enough  starting times that would enable the application of a stand‐by mode. The application  of the stator voltage control did not provide any reduction in the starting time either.  However,  the  regulation  of  the  stator  voltages  according  to  the  amount  of  motion  resistances  in  the  belt  sections  may  provide  a  possibility  to  reduce  power 

 

166 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  consumption  in  the  system.  This  comes  back  to  the  characteristics  of  the  induction  motors used in the AMW drive system, where changes in the applied stator voltage  will  change  the  amount  of  motor  losses.  However,  the  stator  voltage  adjustment  in  this research has not taken into account the effect of voltage variation towards motor  losses. 

9.2 Recommendations This study is regarded as a step towards better understanding of AMWs, particularly  related  to  the idea  of using such systems  for moderate  distance people  transport in  the  modern  time.  Naturally,  not  all  aspects  could  be  covered  by  this  single  study.  Furthermore,  during  the  course  of  this  research,  the  limited  availability  of  information  regarding  AMWs  in  general  as  well  as  on  various  aspects  related  to  AMW  applications  was  recognized.  Therefore,  further  investigations  to  the  more  detailed aspects have to be performed should a long AMW be developed.  The  application  of  long  AMWs  in  a  public  area  can  be  based  on  a  well‐informed  decision  if  the  behaviours  of  pedestrians/passengers  related  to  AMW  use  are  better  understood.  The  choice  behaviour  to  use  or  not  use  the  AMW  and  the  choice  behaviour to stand or walk on the AMW influence the effectiveness of the system to  accommodate the transport demand, the accuracy of the travel‐time planning, etc. In  this thesis, an attempt has been made to project such behaviours based on the limited  information  about  CMW  passengers  and  pedestrians  on  bottlenecks.  It  is  recommended  that  observations  and  experiments  are  carried  out  to  confirm  these  projections. Observations in a public site will provide empirical data on the natural  behaviours  of  pedestrians/passengers.  Experiments  with,  perhaps,  an  AMW  prototype in a manufacturer site will enable investigation on certain behaviours that  are  of  interest  by  controlling  certain  parameters.  Because  AMWs  are  currently  only  available  outside  of  the  Netherlands,  collaborations  with  foreign  parties  may  help  reduce logistics issues, which were faced in this work.  Results  from  the  recommended  studies  above  can  support  the  development  of  a  proper  model  to  simulate  pedestrian/passenger  behaviours  related  to  AMW  use.  During  the  planning  phase  of  a  transportation  project,  insights  provided  by  such  a  model  can  be  used  to  evaluate  the  effectiveness  of  a  proposed  AMW  in  a  certain  location.  Furthermore,  outputs  from  the  pedestrian/passenger  behaviour  model  can  be  used  to  provide  a  more  realistic  representation  for  the  passenger  loading  distribution, i.e. with a mix of standing and walking passengers, when evaluating the  performance of long AMWs with multiple drives. In this thesis, although variations  in  passenger  loading  rates  and  loading  intervals  have  been  taken  into  account,  the  simulations only assumed standing passengers. With this assumption, the change of  load  in  each  belt  section  is  more  or  less  gradual.  It  is  expected  that  the  presence  of  walking  passengers  will  introduce  a  certain  degree  of  variance  in  the  way  that  the 

Chapter 9. Conclusions and recommendations 

167 

 

load in the belt sections increase or decrease. This may influence the behaviour of the  belt and the motors.  It has been demonstrated through this thesis that a multiple‐drive configuration will  be  required  for  long  AMWs.  The  main  issue  is  how  to  coordinate  these  multiple  drives.  The  simulations  have  provided  initial  insights  that  a  decentralized  voltage  control strategy, which adjusts the voltage of individual drive according to the load,  can  improve  the  system  operating  performance  compared  to  the  centralized  open  loop  scalar  control,  which  lets  the  drives  follow  their  inherent  load‐sharing  behaviour. Nevertheless, a detailed investigation that implements a full model of the  control  system  is  recommended.  The  straight‐forward  approach  for  implementing  the voltage adjustment strategy in this thesis has a limitation that it does not capture  possible transients in the control system. These transients may relate to the response  speed  of  the  control  system  towards  changes  in  the  states  of  the  belt.  With  a  full  control model, the appropriate setting for the control parameters can be determined.  This voltage control strategy is also considered to open the possibility to save power  consumption. If this is to be pursued, the model of the control system needs to also  include a power optimization algorithm. Then, a core resistance element should also  be incorporated in the induction motor model.  A  noticed  limitation  of  the  10C/1R  multiple‐drive  configuration,  which  was  investigated in this thesis, was that it could not  provide a sufficiently low stopping  time  during  emergency  stopping.  Further  research  should  also  be  directed  to  find  solutions  that  will  allow  emergency  stopping  to  be  carried  out  as  soon  as  possible,  without  imposing  risks  to  either  the  passengers  (due  to  excessive  deceleration  and  jerks) or the system (due to drive slip and too low belt tension drop). 

 

168 

   

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

Nomenclature

Table 1. List of abbreviations  Abbreviation  AAS  AC  AMW  APM  APTA  ASME  ATRA  CEN  CfIT  CMW  CNIM  CPI  DIN  EBS  EURO  EURO‐NS  EURO‐S  GAO  HRF  IATA  ICA  ISO  KLM  MCT  NS  NTDB  O/D  POM  PRT  S  SIM 

Description  Amsterdam Airport Schiphol  Alternating Current  Accelerating Moving Walkway  Automated People Mover  American Public Transport Association  American Society of Mechanical Engineers  Advanced Transit Association  Comité Européen de Normalisation (European Committee for Standardization)  Commission for Integrated Transportation  Conventional Moving Walkway  Constructions Industrielles de la Méditerranée  Consumer Price Index  Deutches Institut für Normung  Enerka Becker System  European (flights)  European Non‐Schengen  European Schengen  Government Accountability Office  High Risk Flight  International Air Transport Association  Intercontinental (flights)  International Organization for Standardization  Koninklijke Luchtvaart Maatschappij (KLM Royal Dutch Airlines)  Minimum Connecting Time  Non‐Schengen  National Transit Database  Origin/Destination  Poly‐Oxy‐Methylene  Personal Rapid Transit  Schengen  Samenwerking Innovatieve Mainport (Innovative Main Port Alliance) 

  169 

170 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Table 1. List of abbreviations (continued)  Abbreviation  Description  STD  Schedule Time of Departure  ULSD  Ultra Low Sulphur Diesel  UK  United Kingdom  US  United States      Table 2. List of capital variables  Capital  A  B  C  C t  C  Eb  F  Fd  FM  FS  FSl  Ft  I1  I2  Jd  Jg  Jr  K  L  Lacc  Lconv  Ldec  LM  Lr  Ls  M  Pn  R1  R2  RTH  S  SA  SB  T  T1  T2 

Unit  m2  mm  ‐  p/h/d  N∙s/m  N/m2  N  N  N  N  N  N/mm  A  A  kg∙m2  kg∙m2  kg∙m2  N/m  m  m  m  m  H  H  H  kg  kW  Ω  Ω  Ω  ‐  ‐  ‐  N  N/mm  N/mm 

Description  Belt cross‐sectional area  Belt width  Secondary resistance factor  Theoretical transport capacity in passenger per hour per direction  Damping matrix  Modulus of elasticity of the belt  Force vector  Drive force  Main resistance force  Secondary resistance force  Slope resistance force  Pre‐tensioning force per unit belt width  Stator current  Rotor current  Drive wheel inertia  Gearbox inertia  Rotor inertia  Stiffness matrix  Distance between two idler sets  Length of the acceleration section  Length of conveyor  Length of the deceleration section  Mutual inductance  Rotor inductance  Stator inductance  Mass matrix  Nominal motor power  Stator resistance  Rotor resistance  Thevenin equivalent resistance  Actual safety factor  Safety factor during starting and stopping  Safety factor during steady state operation  Belt tension  Tight‐side belt tension per unit belt width  Slack‐side belt tension per unit belt width 

Nomenclature 

171 

  Table 2. List of capital variables (continued)  Capital  Unit  Description  T a  s  Conveyor starting time  Te  N/mm  Belt pre‐tension per unit belt width  Nm  Induced motor torque  Tind  V  Stator phase voltage  Vs  V  Thevenin equivalent voltage  VTH  Ω  Stator reactance  X1  Ω  Rotor reactance  X2  Ω  Magnetizing reactance  XM  Ω  Thevenin equivalent reactance  XTH      Table 3. List of non‐capital variables  Non‐capital  a  b  c1  cvo  c’v  d d  f  fs  fss  g  h  hb  j  k  kN  l  m’b  m’l  m’r  nn  p  r d  s  t  tAMW,stand  tAMW,walk  tCMW,stand  tCMW,walk  tmode  twalk  u 

 

Unit  ‐  ‐  m/s  ‐  ‐  m  ‐  Hz  ‐  m/s2  m  m  ‐  ‐  N/mm  m  kg/m  kg/m  kg/m  rpm  ‐  m  ‐  s  s  s  s  s  s  s  m 

Description  Traction constant 1  Traction constant 2  Longitudinal wave propagation speed  Coulomb friction component  Viscous friction component  Drive wheel diameter  DIN artificial friction factor  Stator supply frequency  Steady state friction factor  Gravitational acceleration  Change of elevation  Belt thickness  Gearbox ratio  Factor related to the nominal treadway width  Standardized belt strength per unit belt width  Length of belt section  Mass of belt per unit length  Mass of load (passenger) per unit length  Reduced mass of idlers per unit length  Nominal motor speed  Pole pair  Radius of drive wheel  Motor slip  Time  Time to travel through an AMW by standing  Time to travel through an AMW by walking  Time to travel through an CMW by standing  Time to travel through an CMW by walking  Travel time on a transport mode  Time to walk through a corridor  Nodal displacement 

172 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Table 3. List of non‐capital variables (continued)  Non‐capital  Unit  Description  u  m  Vector of nodal displacements  m/s  Nodal velocity  u   m/s  Vector of nodal velocities  u   2    m/s   Vector of nodal accelerations  u v  m/s  Velocity, speed  m/s  Stribeck velocity  v 0  m/s  Speed of AMW at the entrance  vAMW,entry  m/s  Speed of AMW at the high‐speed section  vAMW,high  m/s  Belt velocity  vb  m/s  Target belt velocity  vb,t  m/s  Speed of CMW  vCMW  vr  m/s  Relative speed between contacting surfaces  m/s  Walking speed  vwalk  m/s  Walking speed relative to the treadway  vwalk,MW  w  m  Nominal treadway width  m  Displacement of take‐up pulley  y t  z  m  Bristle deflection      Table 4. List of Greek symbols  Greek symbol  α 0  α 1  α 2  δ  η g  θ  σ0  σ1  ωd  ωm  ωn  ωsync   

Unit  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  o 

N/m  N/m  rad/s  rad/s  rad/s  rad/s 

Description  Coulomb friction coefficient  Additional friction when static  Viscous friction coefficient  Creep ratio  Gearbox efficiency  Belt inclination angle  Bristle stiffness  Bristle damping  Drive wheel angular velocity  Motor shaft speed  Natural frequency of axial string vibration  Synchronous motor speed 

References

Abe, Y., Beniya, Y. and Masuda, H. (2001), “Accelerating moving walkway ‘ACCEL‐LINER’”,  Proceedings of the Eighth International Conference on Automated People Movers, American Society of  Civil Engineers, Reston, Virginia, 665–674.  Advanced Transit Association (2003), Personal automated transportation: Status and potential of  Personal Rapid Transit – Technology evaluation, Advanced Transit Association. Available at:  http://advancedtransit.org/%5Cpub%5C2002%5Cprt%5Ctech6.pdf (Accessed 5 October 2005).  Allan, A. (2001), “Walking as a local transport modal choice in Adelaide”, World Transport Policy  & Practice 7(2), 44–51. Available at: http://www.eco‐logica.co.uk/pdf/wtpp07.2.pdf (Accessed 7  October 2008).  Al‐Sharif, L. (1996a), “Escalator handling capacity”, Elevator World, December, 134–137.  Al‐Sharif, L. (1996b), “Escalator stopping, braking and passenger falls”, Lift Report 22(6),  November/December, 42–46.  Al‐Sharif, L. (2004), “Intelligent braking systems for public service escalators”, Proceedings of the  First IEE International Conference on Building Electrical Technology, The Institution of Engineering  and Technology, Herts, UK, 158–166.  Alspaugh, M.A. (2003), “The evolution of intermediate driven belt conveyor technology”, Bulk  Solids Handling 23(3), 168–173.  American Public Transportation Association (2004a), Bus and trolleybus statistics, American Public  Transportation Association, Washington, DC. Available at:  http://www.apta.com/research/stats/bus/index.cfm (Accessed 15 November 2005).  American Public Transportation Association (2004b). Rail statistics, American Public  Transportation Association, Washington, DC. Available at:  http://www.apta.com/research/stats/rail/index.cfm (Accessed 15 November 2005).  Amsterdam Airport Schiphol (2009), Parking at Schiphol, Amsterdam Airport Schiphol, Schiphol,  The Netherlands. Available at: http://www.schiphol.nl/Transport/ParkingAtSchiphol.htm  (Accessed 27 March 2009).  Anderson, J.E. (1999), “A response to arguments in opposition to Personal Rapid Transit”,  Innovative Transportation Technologies. Available at:  http://faculty.washington.edu/jbs/itrans/oppseprt.htm (Accessed 27 June 2006).    173 

174 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Anderson, J.E. (2000), “A review of the state of the art of Personal Rapid Transit”, Journal of  Advanced Transportation 34(1), 3–29.  Andréasson, I. (2001), Innovative transit systems: Survey of current developments, VINNOVA Report  VR 2001:3, The Swedish Agency of Innovation Systems, Stockholm. Available at:  http://advancedtransit.org/pub/2002/prt/andreasson.pdf (Accessed 27 June 2006).  Anon (1892), “The travelling sidewalk at the World’s Columbian Exposition”, Scientific American  66(3), 31.  Anon (1900), “Moving platform at the Paris Exposition”, Electrician 46(1), 4.  Ashford, N. (1988), “Level of service design concept for airport passenger terminals – A European  view”, Transportation Planning and Technology 12(1), 5–21.  AZoM (2001), Acetal Polyoxymethylenen Copolymer – POM, The A to Z of Materials, Warriewood,  Australia. Available at: http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=381 (Accessed 11 December  2006).  Blocken, B. and Carmeliet, J. (2004), “Pedestrian wind environment around buildings: Literature  review and practical examples”, Journal of Thermal Envelope and Building Science 28(2), 107–159.  Bonnet, A.H. (1994), “An update on AC induction motor efficiency”, IEEE Transactions on Industry  Applications 30(5), 1362–1372.  Brand, C. and Preston, J. (2003a), The supply of public transport – A manual of advice, Working paper  Ref 949, Transport Studies Unit, University of Oxford, Oxford. Available at:  http://www.tsu.ox.ac.uk/research/test/MoA_d2(v2)_print.pdf (Accessed 29 May 2006).  Brand, C. and Preston, J. (2003b), “Which technology for urban public transport? A review of  system performance, cost and impacts”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Transport  156(4), 1–10.  Brög, W. and Mense, N. (2003), “Eight cities walking: Comparative data on walking as a transport  mode from cities in Europe, Australia and the US, Portland”, Proceedings of the Fourth International  Conference on Walking in the 21st Century (Walk21‐IV: Health, Equity and Environment), Walk 21,  Portland, Oregon. Available at: http://www.walk21.com/papers/Brog.pdf (Accessed 7 October  2008). Browning, A.C. (1974), “City transport of the future – The high speed pedestrian conveyor. Part 1:  Ergonomic considerations of accelerators, decelerators and transfer sections”, Applied Ergonomics  5(4), 225–231.  Canudas de Wit, C., Olsson, H., Åström, K.J. and Lischinksy, P. (1995), “A new model for control  of systems with friction”, IEEE Transactions on Automatic Control 40(3), 419–425.  Chapman, S.J. (2005), Electric Machinery Fundamentals, 4th ed., McGraw‐Hill, New York.  Comité Européen de Normalisation (1998), EN 115:1998 Safety rules for the construction and  installation of escalators and passenger conveyors (includes amendment A1: 1998), Comité Européen de  Normalisation, Brussels.  Comité Européen de Normalisation (2008), EN 115‐1:2008 Safety of escalators and moving walks –  Part 1: Construction and installation, Comité Européen de Normalisation, Brussels. 

References 

175 

  Commission for Integrated Transportation (2005), Affordable mass transit – Guidance, Commission  for Integrated Transportation, London. Available at:  http://www.cfit.gov.uk/docs/2005/amt/pdf/amt.pdf (Accessed 22 May 2006).  Competition Commission (2002a), BAA plc: A report on the economic regulation of the London airports  companies (Heathrow Airport Ltd, Gatwick Airport Ltd and Stansted Airport Ltd), Competition  Commission, London. Available at: http://www.competition‐ commission.org.uk/rep_pub/reports/2002/473baa.htm#full (Accessed 18 February 2009).  Competition Commission (2002b), Manchester Airport PLC: A report on the economic regulation of  Manchester Airport PLC, Competition Commission, London. Available at:  http://www.competition‐commission.org.uk/rep_pub/reports/2002/474manchester.htm#full  (Accessed 18 February 2009).  Cote, A. and Gempp, A. (1997), “The high‐speed passenger conveyor – Reflections on comfort”,  Proceedings of the Sixth International Conference on Automated People Movers, American Society of  Civil Engineers, Reston, Virginia, 634–643.  Cowie, C.J. (2001), “Load sharing applications with adjustable frequency drives”, Drivesmag, 16  January. Available at:  http://www.drivesmag.com/index.php?option=com_content&task=view&id=19&Itemid=77  (Accessed 12 May 2009).  Daamen, W. (2003), “Controlled experiment to derive walking behaviour”, European Journal of  Transport and Infrastructure Research 3(1), 39–59.  Daamen, W. (2004), Modelling passenger flows in public transport facilities, PhD thesis, Delft  University of Technology, The Netherlands.  Dailymotion (2007), Edison moving sidewalk 1900 Paris, Online video. Available at:  http://www.dailymotion.com/video/x23xo1_edison‐moving‐sidewalk‐1900‐paris (Accessed 28  August 2008).  Davis, P. and Dutta, G. (2002), “Estimation of capacity of escalators in London Underground”,  IIMA Working Papers No. 2002‐1‐01, Indian Institute of Management Ahmedabad, Gujarat, India.  Available at: http://www.iimahd.ernet.in/publications/data/2002‐11‐01GoutamDutta.pdf  (Accessed 19 September 2006).  De Graaf, B. and Van Weperen, W. (1997), “The retention of balance: An exploratory study into  the limits of acceleration the human body can withstand without losing equilibrium”, Human  Factors 39(1), 111–118.  Dembart, L. (2003), “International Traveler / Update: In Paris, the Concorde of all sidewalks”,  International Herald Tribune, 30 April. Available at:  http://www.iht.com/articles/2003/04/30/trav_ed3_.php (Accessed 15 September 2005).  Deutsches Institut für Normung (2000), DIN 22101 Gurtförderer für schüttgüter ‐ Grundlagen für die  berechnung und auslegung, Deutsches Institut für Normung, Berlin.  Diaz, B. (2005), Conveyor for carrying devices such as pedestrian conveyors, US Patent 6978875 B2.  Donoghue, E.A. (1981), Handbook on A17.1 Safety code for elevators and escalators, 1981 ed.,  American Society for Mechanical Engineers, New York. 

 

176 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Donoghue, E.A. (2007), ASME A17.1 / CSA B44 Handbook: ASME A17.1‐2007, Safety code for  elevators and escalators, CSA B44‐07, Safety code for elevators, 2007 ed., American Society for  Mechanical Engineers, New York.  Dunlop Conveyor Belting (2009a), Starglide (Passenger Conveyor Belt), Dunlop Conveyor Belting,  Drachten, The Netherlands. Available at: http://eu.dunlopconveyorbelting.com/starglide_spec  (Accessed 27 April 2009).  Dunlop Conveyor Belting (2009b), EBS closed conveyor, Dunlop Conveyor Belting, Drachten, The  Netherlands. Available at: http://www.dunlop‐enerka.com/en/belting_products/EBS.aspx  (Accessed 5 May 2009).  Electrical & Mechanical Services Department (2007), Guidelines on energy efficiency of lift & escalator  installations, 2007 ed., Electrical & Mechanical Services Department, Hong Kong. Available at:  http://www.emsd.gov.hk/emsd/eng/pee/eersb.shtml (Accessed 3 July 2008).  Enclosed Bulk Systems (2009), EBS conveyor, Enclosed Bulk Systems BV, Beverwijk, The  Netherlands. Available at: http://www.enclosedbulk.com/EN/index_en.htm (Accessed 5 May  2009).  Fenner Dunlop Conveyor Belting Europe (2004), Starglide passenger conveyor belt, Product  catalogue, Fenner Dunlop Conveyor Belting Europe.  Fouracre, P., Dunkerley, C. and Gardner, G. (2003), “Mass rapid transit systems for cities in the  developing world”, Transport Reviews 23(3), 299–310.  Franceschi, J‐C. (2002), Device forming a moving handrail for an accelerated moving walkway, US  Patent 6367608 B1.  Freathy, P. and O’Connell, F. (1998), European Airport Retailing, Macmillan, London.  Fruin, J.J. (1971), Pedestrian Planning and Design, Metropolitan Association of Urban Designers  and Environmental Planners, New York, New York.  Fruin, J.J. (1973), “Service and capacity of people mover systems”, Journal of the Transportation  Engineering Division 99(3), 489–497.  Fruin, J.J. (1992), “Designing for pedestrians”, in G.E. Gray and L.A. Hoel (eds.), Public  Transportation, 2nd ed., Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 212–242.  Fujitec (2002), Accelerating autowalk Speedmove, General product catalogue, Fujitec Corporation.  Available at: http://fujitec.com.ar/english/information/catgen/SpeedMove.pdf (Accessed 11  September 2005).  Gallina, R. (1991), “Decreasing tensions in a belt conveyor by using multiple‐pulley drives”, Bulk  Solids Handling 11(4), 829–832.  Gibson, T (2002), “Still in a class of its own”, Progressive Engineer, March. Available at:  http://www.progressiveengineer.com/PEWebBackissues2002/PEWeb%2024%20Mar%2002‐ 2/PRT.htm (Accessed 11 November 2008).  Gleave, S.D. and Halden, D. (2001), The application of accessibility methodologies to land use planning,  Final report, Steer Davies Gleave and Derek Halden Consultancy, London. Available from:  http://wales.gov.uk/desh/research/planning/accessmethodologies/finalreporte.pdf?lang=en  (Accessed 22 May 2006). 

References 

177 

  Gonzalez‐Alemany, M.A. and Cuello, M.A. (2003), “Accelerating walkway”, ThyssenKrupp  techforum, English ed., July, 52–55. Available at:  http://www.thyssenkrupp.com/documents/Publikationen/Techforum/techforum_E_7_2003.pdf  (Accessed 1 December 2005).  Gonzalez‐Alemany, M.A., Soffritti, M., Behrend, M. and Eisele, T. (2007), “TurboTrack – Making  long distances shorter”, ThyssenKrupp techforum 1, 68–75. Available at:  http://www.thyssenkrupp.com/documents/Publikationen/Techforum/techforum_1_2007_en.pdf  (Accessed 14 September 2007).  Gossop, C. (2005), Cambridgeshire guided busway order: Inspector’s report, Report to the Secretary of  State for Transport TWA/04/APP/02, The Planning Inspectorate, Bristol, UK. Available at:  http://www.dft.gov.uk/stellent/groups/dft_about/documents/pdf/dft_about_pdf_610693.pdf  (Accessed 20 June 2006).  Government Accountability Office (2001), Mass Transit: Bus Rapid Transit shows promise, Report to  Congressional Requesters GAO‐01‐984, US General Accounting Office, Washington, DC.  Hafizogullari, S., Chinnusamy, P. and Tunasar, C. (2002), “Simulation reduces airline  misconnections: A case study”, Proceedings of the 2002 Winter Simulation Conference, IEEE,  Piscataway, New Jersey, 1192–1198.  Hager, M. and Hintz, A. (1993), “The energy saving design of belts for long conveyor systems”,  Bulk Solids Handling 13(4), 749–758.  Hager, M., Overmeyer, L. and Scholl, F. (2005), “Investigations on causes and value of the  indentation rolling resistance of belt conveyors”, Bulk Solids Handling 25(2), 84–91.  Hall, E.T. (1966), The Hidden Dimension, Doubleday, Garden City, New York.  Harrison, A. (1983), “Criteria for minimizing transient stress in conveyor belts”, Mechanical  Engineering Transactions Institute of Engineers Australia 8(3), 129–134.  Hawkins, N.M. and Atha, J. (1976), “A study of passenger behaviour on a slow speed travellator  system”, Ergonomics 19(4), 499–517.  Henderson, C. (1992), “New public transportation technology”, in G.E. Gray and L.A. Hoel (eds.),  Public Transportation, 2nd ed., Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 654–692.  Hoogendoorn, S.P. and Bovy, P.H.L. (2004), “Pedestrian route‐choice and activity scheduling  theory and models”, Transportation Research Part B: Methodology 38(2), 169–190.  Hoogendoorn, S.P. and Daamen, W. (2005), “Pedestrian behaviour at bottlenecks”, Transportation  Science 39(2), 147–159.  Horstmeier, T. and De Haan, F. (2001), “Influence of ground handling on turn round time of new  large aircraft”, Aircraft Engineering and Aerospace Technology 73(3), 266–270.  Hydén, C., Nilsson, A. and Risser, R. (1998), WALCYNG – How to enhance WALking and CYcliNG  instead of shorter car trips and to make these modes safer, Deliverable D6, Department of Traffic  Planning and Engineering, University of Lund, Sweden & FACTUM Chaloupka, Praschl & Risser  OHG,Vienna, Austria. Available at: http://www.ocs.polito.it/biblioteca/mobilita/WALCYNG.pdf  (Accessed 24 May 2006). 

 

178 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Ikizawa, K., Nagai, H., Aoe, S., Sato, T., Okuno, R. and Yanagisawa, T. (2001), “Development of  an accelerating walkway”, NKK Technical Review 84, 66–70. Available at: http://www.jfe‐ steel.co.jp/archives/en/nkk_giho/84/pdf/84_10.pdf (Accessed 14 August 2005).  International Air Transport Association (2004), Airport Development Reference Manual, 9th ed.,  International Air Transport Association, Montreal, Quebec.  International Organization for Standardization (1989), ISO 5048:1989 Continuous mechanical  handling equipment – Belt conveyors with carrying idlers – Calculation of operating power and tensile  forces, International Organization for Standardization, Geneva.  Ishikawajima‐Harima Heavy Industries (2004), Topics of the year for April 2003 to March 2004 –  Land machinery and plants: Curved moving walkway using rubber belt completed in Japan,  Ishikawajima‐Harima Heavy Industries. Available at:  http://www.ihi.co.jp/ihi/ihitopics/enterprise/0304‐0403‐land‐e.html#(5) (Accessed 17 May 2006).  Jackson, K.D., McCulloch, M.D. and Landy, C.F. (1993), “A study of the suitability of electric  drives to the task of driving conveyors”, Conference Record of the 1993 IEEE Industry Applications  Society Annual Meeting, IEEE, Piscataway, New Jersey, 488–495.  Jakes, A.S. (2002), “Reasons why people movers are overly expensive for airport applications”,  Proceedings of the 27th International Air Transport Conference, American Society of Civil Engineers,  Reston, Virginia, 1–10.  James, G.L. (1994), “A review of conveyor take‐up design”, Proceedings of the International  Mechanical Engineering Congress and Exhibition ‐ Mech 94, Institution of Engineers, Australia, 103– 111.  Jie, P. (2003), “Spiral escalators in Shanghai”, Elevator World, July, 100–103.  Kazuo, A., Kenro, M., Masakuni, H., Katsumi Y. and Tomoyoshi, K. (2003), “Feature and prospect  of accelerating moving walks”, Nippon Kikai Gakkai Gijutsu Koenkai Koen Ronbunshu, January, 41– 44. Available at: http://sciencelinks.jp/j‐east/article/200308/000020030803A0210219.php (English  abstract, accessed 18 March 2006).  Kitamura, S., Kamaike, H. and Haruta, Y. (1993), “The multi‐drive system for long‐travel moving  stairways”, Elevator World, December, 98–103.  Kittelson & Associates, KFH Group, Parsons Brinckerhoff Quade & Douglass and Hunter‐ Zaworski, K. (2003), TCRP report 100 – Transit capacity and quality of service manual, 2nd ed.,  Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC.   Klein, H. (2003), “A helping hand for long walks: Moving walkways made in northern Spain’s  Asturia region accelerate smoothly and safely”, ThyssenKrupp Magazine 2, 108–111. Available at:  http://www.thyssenkrupp.com/documents/Publikationen/Magazin/Magazin‐Bewegung‐eng.pdf  (Accessed 5 March 2007).  KLM Royal Dutch Airlines (2009a), Check‐in: options and times, KLM Royal Dutch Airlines,  Schiphol, The Netherlands. Available at:  http://www.klm.com/travel/nl_en/travel_information/checkin_options/index.htm (Accessed 12  February 2009).  KLM Royal Dutch Airlines (2009b), Security checks and boarding time, KLM Royal Dutch Airlines,  Schiphol, The Netherlands. Available at:  http://extra.klmtransfer.schiphol.nl/web/show/id=156607/langid=42 (Accessed 18 February 2009). 

References 

179 

  Kuhn, F. (2001), “The VAL: Lille urban community metro’s experience”, Presentation to the  Korean Railway Research Institute, Seoul, July. Available at: http://www.tsd.org/papers/VAL‐ 2001%20CUDL.pdf (Accessed 20 June 2006).  Kumar, S. (2004), “Stator voltage control of induction motors”, Technical articles in electrical  engineering, National Institute of Technology Calicut. Available at:  http://sureshks.netfirms.com/article/stator/stator.htm (Accessed 1 July 2009).  Kuner, R. (1972), “Human/machine interface in moving walk design”, Proceedings of the  Man/Transportation Interface Specialty Conference, American Society of Civil Engineering, New  York, New York, 139–155.  Kusumaningtyas, I. and Lodewijks, G. (2006), “Issues for the application of accelerating moving  walkways for moderate distance people transport,” Proceedings of the  9th TRAIL Congress 2006 –  TRAIL in Motion, TRAIL Research School, Delft, The Netherlands, CD‐ROM, 1–15.  Kusumaningtyas, I. and Lodewijks, G. (2007), “Toward intelligent power consumption  optimization in long high‐speed passenger conveyors”, Proceedings of the Tenth IEEE Intelligent  Transportation Systems Conference 2007, IEEE, Piscataway, New Jersey, 597–602.   Kusumaningtyas, I., Paro, J.C., and Lodewijks, G. (2007), “Accelerating moving walkways for  quality people transport in airports: An assessment of their applicability in Amsterdam Airport  Schiphol”, Proceedings of the European Transport Conference 2007, Association for European  Transport, London, 1–13.  Kusumaningtyas, I. and Lodewijks, G. (2008), “Accelerating Moving Walkway: A review of the  characteristics and potential application”, Transportation Research Part A: Policy and Practice 42(4),  591–609.  Leder, W.H. (1991), “Review of four alternative airport terminal passenger mobility systems”,  Transportation Research Record 1308, 134–141.  Loder, J. (1998), “The in‐line accelerating moving walkway”, Elevator World, September, 94–97.  Lodewijks, G. (1991), Het modelleren van een bandtransporteur, Report No. 91.3.TT.2830 (in Dutch),  Section of Transport Engineering and Logistics, Delft University of Technology, The Netherlands.  Lodewijks, G. (1995), “Rolling resistance of conveyor belts”, Bulk Solids Handling 15(1), 15–22.  Lodewijks, G. (1996), Dynamics of belt systems, PhD thesis, Delft University of Technology, The  Netherlands.  Lodewijks, G. (2000), “Research and development in closed belt conveyor systems”, Bulk Solids  Handling 21(6), 592–599.  Lodewijks, G., Nuttall, A.J.G. and Kusumaningtyas, I. (2006), “Long distance passenger  conveyors”, Proceedings of the Ninth IEEE Intelligent Transportation Systems Conference 2006, IEEE,  Piscataway, New Jersey, 707–712.  Lowson, M. (2002), “Sustainable personal transport”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers:  Municipal Engineers 151(1), 73–81.  Lowson, M. (2003), “Service effectiveness of PRT vs. collective‐corridor transport”, Journal of  Advanced Transportation 37(3), 231–241.  Lowson, M. (2005), “Personal Rapid Transit for airport applications”, Transportation Research  Record 1930, 99–106. 

 

180 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Luiting‐Maten, J.H.D. and Lodewijks, G. (2002), Wear of Starglide belts in AWS‐applications, Report  No. 2002.TT.5665, Section of Transport Engineering and Logistics, Delft University of Technology,  The Netherlands.  Marigold, D.S. and Patla, A.E. (2008), “Visual information from the lower visual field is important  for walking across multi‐surface terrain”, Experimental Brain Research 188(1), 23–31.  Mayo, A.J. (1966), A study of escalators and associated flow systems, MSc thesis, Imperial College of  Science and Technology, University of London, London.  Moerman, S. (2006), Overview and characteristics of long distance overland belt conveyor systems.  Report No. 2005.TL.7027, Section of Transport Engineering and Logistics, Delft University of  Technology, The Netherlands.  Mohan, N. (2003), Electric Drives: An Integrative Approach, MNPERE, Minneapolis, MN.  Muller, P.J. and Allee, W. (2005), “Personal Rapid Transit, an airport panacea?”, Paper presented  at the 84th Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington, DC. Available at:  http://www.prtcons.com/docs/PRT%20Airport%20Panacea.pdf (Accessed 22 May 2006).  Murakami, S. and Deguchi, K. (1981), “New criteria for wind effects on pedestrians”, Journal of  Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 7(3), 289–309.  National Transit Database (2004), 2004 data tables, National Transit Database, Washington, DC.  Available at:  http://www.ntdprogram.com/NTD/NTDData.nsf/DataTableInformation?OpenForm&2004  (Accessed 15 November 2005).  Nigim and DeLyser (2001), “Using MathCad in understanding the induction motor  characteristics”, IEEE Transactions on Education 44(2), 165–169.  Nordell, L.K. and Ciozda, Z.P. (1984), “Transient belt stresses during starting and stopping:  elastic response simulated by finite element methods”, Bulk Solids Handling 4(1), 93–98.  Nordell, L.K. (1991), “Channar 20 km overland – A flagship of modern belt conveyor technology”,  Bulk Solids Handling 11(4), 781–784.  Nuttall, A.J.G. and Lodewijks, G. (2004), “An overview of multi‐actuator belt conveyors”,  Proceedings of the Eighth International Conference on Bulk Materials Storage, Handling, and  Transportation, Wollongong, Australia, July 5–8, 278–282.  Nuttall, A.J.G. (2007), Design aspects of multiple driven belt conveyors, PhD thesis, Delft University of  Technology, The Netherlands.  Olsson, H., Åström, K.J., Canudas de Wit, C., Gäfvert, M. and Lischinsky, P. (1998), “Friction  models and friction compensation”, European Journal of Control 4(3), 176–195.  Parkinson, T. and Fisher, I. (1996), TCRP report 13: Rail transit capacity, Transportation Research  Board, National Research Council, Washington, DC. Available at:  http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/tcrp/tcrp_rpt_13‐a.pdf (Accessed 22 May 2006).  Paro, J.C. (2007), Application of accelerated moving walkways at Amsterdam Airport Schiphol, Report  No. 2007.TEL.7152, Section of Transport Engineering and Logistics, Delft University of  Technology, The Netherlands.  Parsons Brinckerhoff, Lea + Elliot, JKH Mobility Services and Infrastructure Services (2001),  Central area loop study: Final report, Ohio‐Kentucky‐Indiana Regional Council of Governments, 

References 

181 

  Cincinnati, Ohio. Available at: http://www.oki.org/pdf/loopfinalreport.pdf (Accessed 22 May  2006).  Patin, P. (1993), Conveying device, especially with high speed conveying element, US Patent 5234095.  Pikora, T.J., Giles‐Corti, B. and Donovan, R. (2001), “How far will people walk to facilities in their  local neighbourhoods”, Proceedings of the Second International Conference on Walking in the 21st  Century (Australia: Walking the 21st Century), Walk 21, Perth, Australia. Available at:  http://www.dpi.wa.gov.au/mediafiles/walking_21centconf01bpaper_pikora.pdf (Accessed 22  May 2006).  Ray, C.T., Horvat, M., Croce, R., Mason, R.C. and Wolf, S.L. (2008), “The impact of vision loss on  postural stability and balance strategies in individuals with profound vision loss”, Gait & Posture  28(1), 58–61.  RECONNECT (2000), Reducing congestion by introducing new concepts of transport: Final report,  European Research Project RECONNECT. Available at: http://www.transport‐ research.info/Upload/Documents/200310/reconnect.pdf (Accessed 19 November 2005).  Richards, B. (1966), New Movement in Cities, Studio Vista, London.  Richardson, R. (2005), “Toronto airport people mover gets ready to roll”, Design Engineering, June,  16–17.  Roberts, A.W., Harrison, A. and Hayes, J.W. (1985), “Economic factors relating to the design of  belt conveyors for long distance transportation of bulk solids”, Bulk Solids Handling 5(6), 1143– 1149.  Rodgers, L. (2007), “Are driverless pods the future?”, BBC News Online, 18 December. Available  at: http://news.bbc.co.uk/2/hi/uk_news/7148731.stm (Accessed 10 November 2008).  Romani, N.K. (2000), “Going the distance: Alternative controlled‐start techniques can benefit long  overland conveyors”, Pit & Quarry, October.  Saeki, H. (1996), “Mitsubishi Speedwalk: Development of accelerating moving walk”, Proceedings  of the Fifth International Conference on Automated People Movers, American Society of Civil  Engineers, Reston, Virginia, 571–581.  Schiphol Group, KLM and Luchtverkeersleiding Nederland (2005), Werken aan de toekomst van  Schiphol en de regio, Schiphol Group, Schiphol, the Netherlands. Available at:  http://www.schiphol.nl/pdf/schiphol_samenleving/pp_deel_v1_m56577569830798229.pdf  (Accessed 29 January 2007)  Schiphol Group (2006), Analyst presentation: Schiphol Group 2006 interim financial results, Schiphol  Group, Schiphol, The Netherlands. Available at:  http://www.schipholgroup.nl/web/file?uuid=023f98c7‐d1e2‐4014‐9052‐ 4fc73fcda454&owner=9e0fea1f‐13d2‐46e5‐bb71‐d5131fd8ef27&langid=43 (Accessed 29 January  2007).  Schiphol Group (2007a), Statistical Annual Review 2006, Schiphol Group, Schiphol, The  Netherlands. Available at:  http://www.schipholgroup.com/Onderneming/Informatie/FeitenCijfers/StatisticalAnnualReview/ StatisticalAnnualReview.htm (Accessed 27 March 2007).  Schiphol Group (2007b), Ruimtelijk Ontwikkelingsplan Schiphol 2015, Schiphol Group, Schiphol,  The Netherlands. Available at: http://www.schipholgroup.com/web/file?uuid=08f2ca68‐70ce‐

 

182 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  4698‐b62b‐6a1c810d58c7&owner=ce03cf16‐bea6‐4c18‐9a9e‐ed754692d123&langid=42 (In Dutch,  accessed 28 June 2007).  Schiphol Group (2007c), Lange termijn visie op de ontwikkeling van de mainport Schiphol: Een  wereldwijd netwerk voor een concurrerende randstad, Schiphol Group, Schiphol, The Netherlands.  Available at: http://www.schipholgroup.com/web/file?uuid=e53aa001‐8c81‐4a8c‐9020‐ db770d6a44d2&owner=21c6d4d0‐8b40‐46f9‐bfe2‐fef180802874&langid=42 (In Dutch, accessed 28  June 2007).  Schiphol Group (2009a), Schiphol timetable: April – October 2009, Schiphol Group, Schiphol, The  Netherlands. Available at: http://www.schipholgroup.com/web/file?uuid=13cc847f‐f98d‐413a‐ b16c‐938f7c067784&owner=ca813fc0‐6642‐4892‐a5a5‐0d528f2776f9&langid=42 (Accessed 27 March  2009).  Schiphol Group (2009b), Your suitcaseʹs passage through an international airport, Schiphol Group,  Schiphol, The Netherlands. Available at:  http://www.schipholgroup.com/AboutUs/NewsMedia/SchipholFactSheets./SchipholFactSheets..h tm (Accessed 24 February 2009).  Schultz, G. (1995), “Comparison of drives for long belt conveyors”, Bulk Solids Handling 15(2),  247–251.  Sheehy, D.J. (2003), “Balancing of multi‐drive conveyor motors with wound rotor motors”, Bulk  Solids Handling 23(3), 182–185.  Shen, L.D., Huang, J. and Zhao, F. (1996), “Automated People Mover applications: A worldwide  review”, Paper presented at the 75th Annual Meeting of the Transportation Research Board,  Washington, DC. Available at: http://web.tongji.edu.cn/~yangdy/apm/apmrev.html (Accessed 19  September 2005).  Shepp, J.W. and Shepp, D.B. (1893), Shepp’s World’s Fair Photographed, Globe Bible Publishing Co.,  Chicago, IL.  Shirakihara, T. (1997), “Speedwalk – An accelerating moving walkway”, Proceedings of the Sixth  International Conference on Automated People Movers, American Society of Civil Engineers, Reston,  Virginia, 624–633.  SKF Group (2009a), Deep groove ball bearings, single row, seal on both sides, SKF Group, Göteborg,  Sweden. Available at:  http://www.skf.com/skf/productcatalogue/Forwarder?action=PPP&lang=en&imperial=false&win dowName=null&perfid=105027&prodid=1050270305 (Accessed 11 December 2006)  SKF Group (2009b), Constant coefficient of friction μ for unsealed bearings, SKF Group, Göteborg,  Sweden. Available at:  http://www.skf.com/skf/productcatalogue/jsp/viewers/tableViewer.jsp?tableName=1_0_t6.tab&m aincatalogue=1&lang=en (Accessed 24 April 2009).  Srinivasan, M. (2009), “Optimal speeds for walking and running, and walking on a moving  walkway”, Chaos 19(2), 026112.  Suplée, H.H. (1900), “Local transportation at the Paris Exposition”, Engineering Magazine 19, 697– 704.  Tanaboriboon, Y., Hwa, S.S. and Chor, C.H. (1986), “Pedestrian characteristics study in  Singapore”, Journal of Transportation Engineering 112(3), 229–235. 

References 

183 

  Tegner, G. (1999), “Market demand and economic viability of a Personal Rapid Transit system in  Stockholm – The use of EMME/2”, Paper presented at the 14th Annual emme/2 International  Users’ Group Conference, Chicago, Illinois. Available at:  http://www.inro.ca/en/pres_pap/international/ieug99/paper5.pdf (Accessed 7 November 2005).  Tegner, G. (2003), EDICT ‐ Comparison of costs between bus, PRT, LRT and metro/rail, Transek AB,  Gotenburg, Sweden. Available at: http://faculty.washington.edu/jbs/itrans/gorancomp.htm  (Accessed 7 November 2005).  ThyssenKrupp (2004a), Questions and answers: How loud are escalators or walkways?, ThyssenKrupp  Fahrtreppen GmbH. Available at: http://www.thyssenkrupp‐ fahrtreppen.com/en/products/questions_and_answers/index.php?navi=_0_5#9 (Accessed 15  November 2005).  ThyssenKrupp (2004b), ThyssenKrupp AG Planning General, ThyssenKrupp Fahrtreppen.  Available at: http://www.thyssenkrupp‐ fahrtreppen.de/en/planning/general/index.php?navi=_1_1 (Accessed 11 August 2008).  ThyssenKrupp (2007), TurboTrack – Accept no limits, Product catalogue, ThyssenKrupp Elevator  (ES/PBB). Available at: http://www.thyssenkruppelevadores.com/pdf/es/catalogos/turbotrack.pdf  (Accessed 30 July 2008).  Todd, J.K. (1974), “Dunlop S‐type Speedway: A high‐speed passenger conveyor”, Transportation  Research Record 522, 65–75.  Tough, J.M. and O’Flaherty, C.A. (1971), Passenger Conveyors: An Innovatory Form of Communal  Transport, Ian Allan, London.  Trzynadlowski, A.M. (2001), Control of Induction Motors, Academic Press, San Diego, CA.  Turner, D.L. (1998), “Escalators and moving walks”, in G.R. Strakosch (ed.), The Vertical  Transportation Handbook, 3rd ed., John Wiley and Sons, New York, 219–244.  Van Dijk, N.M. and Van der Sluis, E. (2006), “Check‐in computation and optimization by  simulation and IP in combination”, European Journal of Operational Research 171(3), 1152–1168.  Veldhuis, J. (1997), “The competitive position of airline networks”, Journal of Air Transport  Management 3(4), 181–188.  Venter, M.S. (1997), “Lowering the cost of APM solutions”, Proceedings of the Sixth International  Conference on Automated People Movers, American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, 79– 87.  Vuchic, V.R. (1981), Urban Public Transportation – Systems and Technology, Prentice Hall,  Englewood Cliffs, New Jersey.  Warren, R. and Kunczynski, Y. (2000), “Planning criteria for Automated People Movers: Defining  the issues”, Journal of Urban Planning and Development 126(4), 166–188.  Westinghouse Electric Corporation (1973), “Modular electric stairways”, Elevator World, January,  11–13.  Wheeler, C.A. (2003), Analysis of the main resistances of belt conveyors, PhD thesis, The University of  Newcastle, Australia.  Winter, D.A. (1995), “Human balance and posture control during standing and walking”, Gait &  Posture 3(4), 193–214. 

 

184 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Yoder, S.L., Weseman, S.E. and DeLaurentiis, J. (2000), “Capital costs and ridership estimates of  Personal Rapid Transit”, Transportation Research Record 1704, 58–67.  Young, S.B. (1995), “Analysis of moving walkway use in airport terminal corridors”,  Transportation Research Record 1506, 44–51.  Young, S.B. (1999), “Evaluation of pedestrian walking speeds in airport terminals”, Transportation  Research Record 1674, 20–26.  Zür, T.W. (1986), “Viscoelastic properties of conveyor belts – Modelling of vibration phenomena  in belt conveyors during starting and stopping”, Bulk Solids Handling 6(3), 553–560. 

 

Summary

Mind Your Step Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways   With  the  growth  of  population,  cities  and  public  facilities  continue  to  expand,  resulting  in  longer  walking  distances.  This  inspired  the  development  of  modern  Accelerating Moving Walkways (AMWs), systems that accelerate pedestrians from a  low speed at the entrance to a higher speed at the middle section, and then decelerate  them to a low speed again at the exit. A unique characteristic of such systems is their  ability to continuously provide large transport capacity during operation. Combined  with their higher speed, as compared to Conventional Moving Walkways (CMWs), it  is  envisaged  that  AMWs  can  be  a  potential  transport  mode  to  fill  the  gap  between  short  and  moderate  distance  transport.  However,  present  day  AMWs  are  still  relatively  short,  so  there  is  no  knowledge  on  the  application  and  performance  of  these systems for longer distances. Although long AMWs are claimed to be possible,  so far there is no elaboration whether they will involve considerations for the same  application aspects as for CMWs and relatively short AMWs.  In  comparison  to  people  transport,  the  exploitation  of  conveyor  belts  for  long  distance transport of bulk materials has been carried out for many years. One of the  technologies that made the development of such long belt conveyors possible is the  distribution  of  power  along  the  belt  conveyor.  Because  moving  walkways  and  belt  conveyors  have  some  similarities  in  their  mechanism,  the  experience  in  developing  long  bulk  material  belt  conveyors  can  be  taken  as  analogy  for  developing  long  AMWs.  Nevertheless,  the  two  systems  have  different  characteristics  related  to  their  different application and load, one for people and the other for bulk materials. Hence,  it  is  still  unclear  whether  using  multiple  drives  in  long  AMWs  will  bring  the  same  effects and benefits to their application aspects and performance, as in long multiple‐ drive bulk material belt conveyors. 

  185 

186 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  This  thesis  aims  to  investigate  the  possibility  of  applying  AMWs  for  moderate  distance  continuous  people  transport.  In  approaching  this  main  research  objective,  the following research questions are posed: What aspects influence the possibility to  apply AMWs for moderate distance transport? Do application aspects of CMWs and  present day short AMWs also hold for long AMWs? Is the single‐drive configuration  of  present  day  short  AMWs  still  suitable  for  long  AMWs?  What  are  the  effects  of  applying multiple drives along the AMW toward the system performance?  For the first two questions, we distinguish three main elements in the application of  AMWs, i.e. the system itself, the passengers, and the location. The characteristics of  each  element  and  their  interactions  are  analysed  with  respect  to  how  they  impose  requirements  and  boundaries  towards  the  application  of  AMWs,  in  general  and  in  particular for moderate distance transport. Based on the analysis, it is concluded that  AMWs  can  be  an  interesting  alternative  of  transport  system  for  moderate  distance  people  transport.  Many  of  the  application  aspects  for  long  AMWs  can  still  follow  from  those  commonly  used  for  CMWs  and  present  day  short  AMWs.  Naturally,  there  are  a  number  of  other  application  aspects  that  differ,  which  have  to  be  taken  into account when planning for the implementation of such long AMWs.  The comparative study  in this thesis  points  out  that, in terms  of transport capacity,  capital  and  operational  costs,  space  utilization  as  well  as  environmental  impacts,  AMWs are competitive compared to buses, light rail, automated people movers and  personal  rapid  transits.  The  total  travel  time  on  AMWs  can  be  also  competitive  to  that  of  the  discontinuous  transport  systems  when  the  walking  time,  waiting  time,  and dwell time in stations are taken into account. This depends on the possibility to  use one long continuous span of AMW to cover the whole transport distance.  Increasing  the  speed  of  AMWs  would  increase  their  competitiveness  against  discontinuous  transport  systems,  but  it  may  come  with  a  trade  off.  Humans  inherently  have  limitations  in  their  motor  ability  to  withstand  speed,  acceleration  and jerk. Increasing the AMW speed, even though still within the maximum limit in  the  standards,  may  exclude  certain  pedestrian  groups  from  accessing  the  system.  Compared  to  passengers  of  CMWs,  passengers  of  AMWs  are  expected  to  have  a  different  composition  with  regards  to  their  personal  characteristics,  due  to  the  influence  of  the  higher  speed.  The  fraction  of  standing  and  walking  passengers  are  also projected to differ.  In terms of location, planning for AMW application in a built‐up area imposes more  complexity than if the AMWs will be applied in a still‐to‐be‐developed facility. In a  built‐up  area,  the  current  function,  layout  and  pedestrian  activities  in  the  location  would impose boundaries towards the installation of the system. If the area will still  undergo developments, the planning of AMW installations can be incorporated into  the overall construction plan of the area. 

Summary 

187 

 

The  third  and  fourth  research  questions  are  dealt  with  by  means  of  simulations.  A  dynamic  AMW  belt  conveyor  model  is  constructed.  This  model  includes  a  representation of the main system dynamics and the drive system, which can be set  as  a  single  drive  unit  or  multiple  drive  stations.  With  this  model,  the  dynamic  behaviour  and  operating  performance  of  long  AMWs  are  studied  for  cases  of  different  drive  configurations,  operational  stages,  load  conditions  and  control  strategies.  The  simulations  show  that  a  long  single‐drive  AMW  has  different  operating  behaviours compared to a short single‐drive AMW. It is concluded that a long AMW  will  face  obstacles  for  its  application  if  the  system  continues  to  use  such  a  drive  configuration. The problem does not necessarily stem from the high transient system  dynamics,  but  more  from  the  high  belt  tension  that  occurs  when  the  system  is  carrying its rated load. The currently applied belt specification cannot resist this high  maximum tension, so the system will break. This brings implication to a number of  application aspects pointed out by the analysis of the first two research questions.  The solution to this issue is not as easy as replacing the current belt with a stronger  one, since a higher rating is currently not available for passenger conveyor belts. As  demonstrated  by  the  simulations,  the  application  of  multiple  drives  in  long  AMW  belts  provides  a  way  to  reduce  the  maximum  transient  dynamics  as  well  as  steady  state belt tension. This allows the currently available belt specification to be used. By  limiting the maximum tension in a long AMW to more or less the same level as the  maximum tension in present day short AMWs, the components and specifications of  present day AMWs can be applied for long AMWs as well.  During normal operations, the application of the multiple drives gives relatively low  accelerations  and  jerks  in  the  long  AMW.  A  limitation,  however,  is  found  for  emergency stopping with passengers on board. The acceptable stopping time during  the emergency stopping of a long AMW still results in a too long stopping distance.  The  typical  open  loop  scalar  control  of  the  multiple  drives,  which  gives  an  equal  load‐sharing  behaviour,  also  causes  imbalance  between  the  applied  drive  force  and  the  occurring  motion  resistances  in  each  driven  belt  section.  This  results  in  undesirable rise and fall of the belt tension when the system is not loaded to its rated  capacity. A control strategy is tested to adjust the stator voltage of each drive station  in  the  carrying  strand  of  the  AMW  belt  according  to  the  amount  of  load.  This  improves  the  system  performance,  whereby  the  belt  tension  can  be  maintained  within  desirable  limits  during  all  phases  of  the  operation,  even  when  the  system  is  not  fully  loaded.  The  accelerations,  decelerations  and  jerks  are  also  acceptable  for  passenger safety.    Indraswari Kusumaningtyas  Delft, October 2009 

 

188 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

 

Samenvatting

Mind Your Step Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways   Met de groei van de bevolking  groeien ook steden en  openbare voorzieningen, wat  resulteert in langere loopafstanden. Dit inspireerde de ontwikkeling van de moderne  versnellende  rolpaden  (Accelerating  Moving  Walkways,  AMWs).  Deze  systemen  versnellen voetgangers van een lage snelheid bij de ingang naar een hogere snelheid  op het middelste gedeelte, en vertragen ze weer naar een lage snelheid bij de uitgang.  Een  uniek  kenmerk  van  de  AMWs  is  hun  grote  transportcapaciteit.  In  combinatie  met  hun  hogere  snelheid,  in  vergelijking  met  conventionele  rolpaden  (Conventional  Moving  Walkways,  CMWs),  wordt  er  verwacht  dat  AMWs  een  vervoerssysteem  kunnen  worden  dat  de  kloof  tussen  de  korte  en  middellange  vervoersafstanden  overbrugt. Toch zijn huidige AMWs nog relatief kort, dus is er nog geen kennis over  de toepassing en de prestaties van deze systemen voor langere afstanden. Hoewel er  wordt beweerd dat het mogelijk is om lange AMWs te maken, is er tot nu toe geen  concreet  ontwerp  waaruit  blijkt  of  er  voor  het  gebruik  van  lange  AMWs  rekening  wordt gehouden met dezelfde toepassingsaspecten als voor CMWs en korte AMWs.  In  vergelijking  met  personenvervoer,  worden  voor  het  vervoer  van  bulkmateriaal  over lange  afstanden  al langer transportbanden gebruikt. Een van de technologieën  die  de  ontwikkeling  van  dergelijke  lange  transportbanden  mogelijk  maakt  is  de  verdeling  van  het  aandrijfvermogen  langs  de  transportband.  Omdat  rolpaden  en  transportbanden  een  aantal  overeenkomsten  in  hun  mechanisme  hebben,  kan  de  ervaring  in  de  ontwikkeling  van  lange  transportbanden  voor  stortgoed  worden  genomen  als  analogie  voor  de  ontwikkeling  van  lange  AMWs.  Niettemin,  de  twee  systemen  hebben  verschillende  kenmerken  in  verband  met  hun  verschillende  toepassing en lading,  een voor  mensen en de andere voor stortgoed. Daarom is het  nog  niet  duidelijk  of  het  gebruik  van  meerdere  aandrijvingen  bij  lange  AMWs  dezelfde gunstige invloed zal hebben op hun toepassingsaspecten en prestaties, zoals  bij lange transportbanden voor bulkmateriaal.    189 

190 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

Dit  proefschrift  heeft  tot  doel  de  mogelijkheid  van  de  toepassing  van  AMWs  voor  continu  personenvervoer  over  middellange  afstanden  te  onderzoeken.  Bij  het  benaderen van deze doelstelling zijn de volgende onderzoeksvragen gesteld: Welke  aspecten  beïnvloeden  de  mogelijkheid  van  AMW  toepassing  voor  het  vervoer  over  middellange  afstanden?  Gelden  toepassingsaspecten  van  CMWs  en  huidige  korte  AMWs  ook  voor  lange  AMWs?  Is  de  enkele  aandrijfconfiguratie  van  de  huidige  korte  AMWs  nog  geschikt  voor  lange  AMWs?  Wat  zijn  de  effecten  op  de  systeemprestaties van de toepassing van meerdere aandrijvingen bij lange AMWs?  Voor  de  eerste  twee  vragen,  onderscheiden  wij  drie  belangrijke  elementen  in  de  toepassing van AMWs: het systeem, de passagiers en de locatie. De kenmerken van  elk  element  en  hun  interacties  worden  geanalyseerd  met  betrekking  tot  eisen  en  grenzen aan de toepassing van AMWs, in het algemeen en in het bijzonder voor het  vervoer over middellange afstanden. Op basis van de analyse wordt geconcludeerd  dat AMWs een interessant vervoersalternatief kunnen worden voor personenvervoer  over  middellange  transportafstanden.  Veel  toepassingsaspecten  van  lange  AMWs  komen  overeen  met  die  van  CMWs  en  huidige  korte  AMWs.  Natuurlijk  zijn  er  een  aantal  andere  toepassingsaspecten  die  verschillen,  waarbij  met  het  plannen  van  de  uitvoering van lange AMWs rekening moet worden gehouden.  De  vergelijkende  studie  in  dit  proefschrift  wijst  erop  dat,  in  termen  van  transportcapaciteit,  kapitaal‐  en  operationele  kosten,  ruimtegebruik  en  milieu‐ effecten,  AMWs  ten  opzichte  van  bus,  light  rail,  geautomatiseerde  people  movers  en  personal rapid transits concurrerend zijn. De totale reistijd op AMWs kan ook met die  van  de  bovenstaande  discontinue  vervoerssystemen  concurrerend  zijn,  als  de  looptijd,  wachttijd,  en  stoptijd  in  de  stations  in  aanmerking  worden  genomen.  Dit  hangt  af  van  de  mogelijkheid  om  met  een  lang,  ononderbroken  stuk  AMW  de  hele  vervoersafstand te overbruggen.  Het  verhogen  van  de  snelheid  van  AMWs  zou  hun  concurrentievermogen  ten  opzichte van discontinue vervoerssystemen verhogen, maar er zit ook een nadeel aan.  Mensen  hebben  van  nature  beperkingen  in  hun  motorisch  vermogen  om  snelheid,  versnelling  en  schokken  te  doorstaan.  Het  verhogen  van  de  snelheid  van  AMWs,  hoewel  nog  binnen  de  maximum  grens  in  de  normen,  kan  bepaalde  voetgangersgroepen  van  toegang  tot  het  systeem  uitsluiten.  Vergeleken  met  de  passagiers  van  CMWs,  wordt  er  verwacht  dat  de  passagiers  die  gebruikt  willen  maken  van  AMWs  een  andere  samenstelling  van  persoonlijke  kenmerken  zullen  hebben, als gevolg van de invloed van de hogere snelheid. De fracties van staande en  lopende passagiers zullen waarschijnlijk ook anders zijn.  Het  toepassen  van  AMWs  bij  een  al  bestaande  bebouwing  is  complexer  dan  in  een  nog‐te‐bouwen faciliteit. Bij een al bestaande bebouwing, zouden de huidige functie,  layout  en  voetgangersactiviteiten  grenzen  aan  de  installatie  van  het  systeem 

Samenvatting 

191 

 

opleggen.  Als  het  gebied  nog  in  ontwikkeling  is,  kan  de  planning  van  de  AMW  installaties worden opgenomen in het totale bouwplan.  De derde en vierde onderzoeksvraag worden behandeld door middel van simulaties.  Er  is  een  dynamisch  transportbandmodel  van  de  AMW  gebouwd.  Dit  model  bevat  een weergave van de belangrijkste systeemdynamica en het aandrijfsysteem, dat kan  worden  ingesteld  als  een  enkele  aandrijving  of  als  meerdere  aandrijvingen.  Met  dit  model  zijn  het  dynamische  gedrag  en  de  operationele  prestaties  van  lange  AMWs  bestudeerd  voor  verschillende  aandrijfconfiguraties,  operationele  fasen,  beladings‐ toestanden en regelstrategieën.  De simulaties laten zien dat een lange AMW met enkele aandrijving een verschillend  operationele gedrag heeft in vergelijking met een korte AMW met enkele aandrijving.  Er  wordt  geconcludeerd  dat  er  voor  het  gebruik  van  een  lange  AMW  problemen  zullen ontstaan, als er voor het systeem een enkele aandrijving wordt gebruikt. Het  probleem volgt niet noodzakelijkerwijs uit de hoge transient systeemdynamica, maar  is een gevolg van de hoge bandspanning die ontstaat bij nominale belasting. Banden  volgens  de  huidige  specificaties  zijn  niet  bestand  tegen  deze  spanningen  en  zullen  breken.  Dit  heeft  gevolgen  voor  een  aantal  toepasingsaspecten  die  door  de  analyse  van de eerste twee onderzoeksvragen zijn aangetoond.   De  oplossing  voor  dit  probleem  is  niet  zo  eenvoudig  als  de  vervanging  van  de  huidige  band door een  sterkere,  omdat  een hogere bandspecificatie momenteel niet  beschikbaar  is  voor  passagierstransportbanden.  Zoals  uit  de  simulaties  blijkt,  biedt  de toepassing van meerdere aandrijfstations in de lange AMW‐band een manier om  de maximale transient dynamica te verminderen, evenals de steady state bandpanning.  Daardoor kan de momenteel beschikbare bandspecificatie worden gebruikt. Door de  beperking van de maximale spanning in een lange AMW naar min of meer hetzelfde  niveau als de maximale spanning in het huidige korte AMWs, kunnen de onderdelen  en  specificaties  van  de  huidige  korte  AMWs  ook  voor  lange  AMWs  worden  toegepast.  Tijdens  de  normale  operaties,  heeft  de  toepassing  van  meerdere  aandrijfstations  relatief lage versnellingen en schokken in de lange AMW tot gevolg. Een beperking  is  echter  gevonden  voor  noodstoppen  met  passagiers  aan  boord.  De  aanvaardbare  stoptijd tijdens de noodstop van een lange AMW resulteert nog steeds in een te lange  remweg. De typische open‐loop scalaire regeling van de meerdere aandrijfstations, die  een  gelijk  load‐sharing  gedrag  geeft,  veroorzaakt  ook  onbalans  tussen  de  toegepaste  aandrijfkracht  en  de  voorkomende  bewegingsweerstanden  in  elke  aangedreven  bandsectie. Dit resulteert in ongewenst toenemen en afnemen van de bandspanning  wanneer het systeem niet tot de nominale capaciteit wordt belast. Een regelstrategie  is getest om de statorspanning van elke aandrijfstation in het bovenste gedeelte van  de AMW‐band aan te passen op basis van de hoeveelheid belading. Dit verbetert de  systeemprestaties,  waardoor  de  bandspanning  tijdens  alle  fasen  van  de  operatie 

 

192 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

binnen acceptabele grenzen kan worden gehouden, zelfs als het systeem niet volledig  beladen  is. De versnellingen, vertragingen en  schokken zijn ook aanvaardbaar  voor  de veiligheid van de passagiers.    Indraswari Kusumaningtyas  Delft, oktober 2009 

Acknowledgement

The email about my PhD position came exactly one day after a blue line appeared on  my test kit. Since then, it has been a challenge to take care of both “babies”. I would  like  to  thank  special  people,  whom  without  their  help  and  support  it  would  have  been more challenging to raise a child and finish my PhD.  First and foremost, I express my gratitude to Gabriel Lodewijks, my supervisor, for  always having confidence in me throughout the course of this project. It must have  been  a  big  surprise  when  I  informed  about  my  pregnancy  just  three  months  after  I  started. I remembered his first response: “Oh, wow”. And then he congratulated me  and happily spoke of his children, and I knew that I had his support. Gabriel trusted  me with the right amount of freedom to follow my ideas, and gave me the necessary  push  and  feedback  to  keep  me  going.  His  encouragement  towards  my  professional  and personal goals enabled me to finish this project quite on time.  I  thank  members  of  the  Section  of  Transport  Engineering  and  Logistics  for  making  the group a nice place to work. I enjoy the friendship of Adriana Lopez de la Cruz,  my roommate, with whom I started and finished my PhD at exactly the same dates.  The friendship of Kimberly Wu from next door is also a pleasure. Sharing stories and  encouragements with them ensured me that I still have my PhD sanity. I am grateful  to  Ad,  Jozephina,  Patty  and  Margriet  for  their  assistance  in  managing  the  administrative part of my project. Special thanks to Jozephina and Patty for putting  up with my daily request for ‘the key’. I value the support of Jaap Ottjes, who gave  kind attention and advice for my concerns. Thanks to Dick Mensch for his kindness  since  I  first  came  to  the  group  for  my  MSc  study  and  for  helping  me  with  Dutch  translations. Out‐of‐topic chats over coffee and cookie with Dingena, Svetlana, Sumin,  Jan‐Henk,  Hans,  Joan,  Karel,  Mark,  Wouter,  Albert,  Frans,  Mahbub,  and  also  Ben‐ Jaap, Yusong, Ton, Paul, Puspita and Rafael have been nice complements to my work.  I  particularly  thank  Ashley  Nuttall  for  his  help  at  the  start  of  this  project.  The  assistance  of  (former)  students  (Jan  Carel,  Niels,  Joris,  Jasper  and  Aziz),  who  took  parts of my research as their assignments, are greatly appreciated.    193 

194 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

I  cannot  go  without  saying  thank  you  to  Conchita  van  der  Stelt  from  TRAIL,  for  bearing  with  all  my  questions  and  nagging  for  every  little  thing  concerning  the  production of this thesis.  I have had the opportunity to get acquainted with many people outside of work, and  it is those people who allowed me to have a balance in life. I appreciate the kindness  of  Esther,  Jolanda,  everyone  at  Grote  Johannes,  who  gave  me  the  peace  of  mind  to  work knowing that my daughter is in good care. The warm neighbourly friendship  of Hans and Thea Renting as well as Leon, Astrid and Nena are greatly valued; they  have  made  me  and  my  family  feel  at  home.  I  thank  the  support  of  Annemiek  Hilberink,  my first  Dutch friend. I also thank  all Indonesian  friends whom I  met  in  Delft,  among  others  Archie‐Siska,  Saputra‐Pita,  Zaki‐Selly,  Hatami‐Euis,  and  Akil‐ Chandra, for being my extended family abroad.  I dedicate this work to my beloved family, for their constant love and prayers. To my  dad, Subagio, who drew my fascination to science and engineering when I was still a  small  child.  To  my  mum,  Astuti,  for  showing  that  it  is  possible  to  be  a  loving  wife  and mother, and have a fulfilling career. To my brother, Satya, who has always been  the truly caring person I can trust. To my father‐in‐law Parikesit, my late mother‐in‐ law  Mieke,  my  sister‐in‐laws  Aura  and  Dhita,  my  grandmother  Eyang  Uti,  Oma  Sumantri and Opa Hubert, for their tremendous support and encouragement. To my  daughter Naureen Hanifa, mijn lieve Naureentje, it is from her that I learn about what  matters in my life. To my husband, Gea, my partner and my best friend, for his love  and patience, for always being by my side, for sharing my dreams, joy and sorrow.  I thank Allah for His blessings and guidance, for all that He has given me. Praises be  to Him, al hamdu lillaahi rabbil ʹaalamiin.    Indraswari Kusumaningtyas  Delft, October 2009   

Curriculum vitae

Indraswari  Kusumaningtyas  was  born  on  September  16,  1978  in  Tanjungpandan,  Indonesia.  At  the  age  of  five,  she  followed  her  parents  to  live  in  Manchester,  UK,  where she began her primary education. The family returned to Indonesia in the end  of  1986  to  live  in  Yogyakarta.  In  this  city,  she  completed  her  education  up  to  undergraduate level.  Indraswari  attended  the  Bachelor  Programme  in  Mechanical  Engineering  at  Gadjah  Mada  University  in  Yogyakarta  from  September  1997  to  April  2002.  During  this  study,  she  carried  out  a  two‐month  industrial  research  internship  at  Leces  Paper  Factory  in  Probolinggo,  in  which  she  analysed  the  vibration  and  lubrication  problems  of  a  wood  pulper  agitator.  After  performing  a  final  research  project  to  analyse the structural and stability characteristics of becak (Indonesian rickshaw) as a  vehicle, she obtained her BEng degree cum laude.  Directly  after  graduation,  Indraswari  joined  the  Department  of  Mechanical  and  Industrial  Engineering  at  Gadjah  Mada  University  as  a  junior  lecturer.  During  this  appointment,  she  co‐taught  a  number  of  undergraduate  courses  and  co‐supervised  an  undergraduate practicum offered  by the Section of Vibration  and Acoustics. She  also  assisted  in  the  section’s  research  projects.  Indraswari  took  leave  from  this  position  in  September  2003  after  securing  a  StuNed  Scholarship  from  the  Dutch  Government  to  follow  a  Master  Programme  in  Mechanical  Engineering  at  Delft  University of Technology, the Netherlands. In July 2005, she received her MSc degree  cum  laude.  Her  final  research  project  was  carried  out  at  the  Section  of  Transport  Engineering  and  Logistics.  She  analysed  the  dynamics  of  multiple‐drive  bulk  material belt conveyors during starting.  Indraswari began working on her PhD research in August 2005, extending her stay at  the Section of Transport Engineering and Logistics. Her research shifted to the study  of  passenger  belt  conveyors.  She  investigated  the  possibility  of  using  accelerating  moving  walkways  for  moderate  distance  transport  and  analysed  the  effect  of  applying  multiple  drives  in  such  long  systems.  Within  this  period,  she  also    195 

196 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

 

supervised student assignments and final projects on a variety of topics related to her  research. The result of this research is presented in this thesis.  Indraswari  is  married  to  Gea  Parikesit  and  is  a  mother  of  currently  one  daughter,  Naureen Hanifa. Upon completing her PhD, Indraswari and her family will return to  Yogyakarta, Indonesia.     

TRAIL Thesis Series

The following list contains the most recent dissertations in the TRAIL Thesis Series.  For  a  complete  overview,  see  the  TRAIL  website:  www.rsTRAIL.nl.  The  TRAIL  Thesis  Series  is  a  series  of  the  Netherlands  TRAIL  Research  School  theses  on  transport, infrastructure and logistics.    Kusumaningtyas,  I.,  Mind Your Step: Exploring aspects in the application of long accelerating moving  walkways, T2009/10, October 2009, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Gong,  Y.,  Stochastic  Modelling  and  Analysis  of  Warehouse  Operations,  T2009/9,  September  2009,  TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Eddia,  S.,  Transport Policy Implementation and Outcomes: the Case of Yaounde in the 1990s,  T2009/8,  September 2009, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Platz,  T.E.,  The Efficient Integration of Inland Shipping into Continental Intermodal Transport Chains.  Measures and decisive factors, T2009/7, August 2009, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Tahmasseby, S., Reliability in Urban Public Transport Network Assessment and Design, T2009/6, June  2009, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Bogers,  E.A.I.,  Traffic  Information  and  Learning  in  Day‐to‐day  Route  Choice,  T2009/5,  June  2009,  TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Amelsfort,  D.H.  van,  Behavioural  Responses  and  Network  Effects  of  Time‐varying  Road  Pricing,  T2009/4, May 2009, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Li,  H.,  Reliability‐based  Dynamic  Network  Design  with  Stochastic  Networks,  T2009/3,  May  2009,  TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Stankova,  K.,  On  Stackelberg  and  Inverse  Stackelberg  Games  &  their  Applications  in  the  Optimal  Toll  Design  Problem,  the  Energy  Markets  Liberalization  Problem,  and  in  the  Theory  of  Incentives,  T2009/2,  February 2009, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Li, T., Informedness and Customer‐Centric Revenue, T2009/1, January 2009, TRAIL Thesis Series, the  Netherlands  Agusdinata,  D.B.,  Exploratory  Modeling  and  Analysis.  A  promising  method  to  deal  with  deep  uncertainty, T2008/17, December 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands    197 

198 

Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways 

  Kreutzberger,  E.,  The  Innovation  of  Intermodal  Rail  Freight  Bundling  Networks  in  Europe.  Concepts,  Developments, Performances, T2008/16, December 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Taale,  H.,  Integrated  Anticipatory  Control  of  Road  Networks.  A  game  theoretical  approach,  T2008/15,  December 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Li,  M.,  Robustness  Analysis  for  Road  Networks.  A  framework  with  combined  DTA  models,  T2008/14,  December 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Yu, M., Enhancing Warehouse Performance by Efficient Order Picking, T2008/13, October 2008, TRAIL  Thesis Series, the Netherlands  Liu,  H.,  Travel Time Prediction for Urban Networks,  T2008/12,  October  2008,  TRAIL  Thesis  Series,  the Netherlands  Kaa,  E.J.  van  de,  Extended  Prospect  Theory.  Findings  on  Choice  Behaviour  from  Economics  and  the  Behavioural Sciences and their Relevance for Travel Behaviour, T2008/11, October 2008, TRAIL Thesis  Series, the Netherlands  Nijland,  H., Theory and Practice of the Assessment and Valuation of Noise from Roads and Railroads in  Europe, T2008/10, September 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Annema,  J.A.,  The  Practice  of  Forward‐Looking  Transport  Policy  Assessment  Studies,  T2008/9,  September 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Ossen, S.J.L., Theory and Empirics of Longitudinal Driving Behavior, T2008/8, September 2008, TRAIL  Thesis Series, the Netherlands  Tu,  H.,  Monitoring Travel Time Reliability on Freeways,  T2008/7,  April  2008,  TRAIL  Thesis  Series,  the Netherlands  D’Ariano,  A.,  Improving Real‐Time Train Dispatching: Models, Algorithms and Applications,  T2008/6,  April 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Quak,  H.J.,  Sustainability  of  Urban  Freight  Transport.  Retail  Distribution  and  Local  Regulations  in  Cities, T2008/5, March 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Hegeman,  G.,  Assisted  Overtaking.  An  assessment  of  overtaking  on  two‐lane  rural  roads,  T2008/4,  February 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Katwijk,  R.T.  van,  Multi‐Agent Look‐ahead Traffic Adaptive Control,  T2008/3,  January  2008,  TRAIL  Thesis Series, the Netherlands  Argiolu. R., Office Location Choice Behaviour and Intelligent Transport Systems, T2008/2, January 2008,  TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Houtenbos,  M.,  Expecting  the  Unexpected.  A  study  of  interactive  driving  behaviour  at  intersections,  T2008/1, January 2008, TRAIL Thesis Series, the Netherlands  Negenborn,  R.R.,  Multi‐Agent  Model  Predictive  Control  with  Applications  to  Power  Networks,  T2007/14, December 2007, TRAIL Thesis Series, the Netherlands