210
Mind Your Step Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways Indraswari Kusumaningtyas

Aspects of Long Accelerating Moving walkways

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Design of Long Accelerating Moving walkways

Citation preview

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 

   

                            

           

 vii 

Contents

1 Introduction 1

  1.1  Background        1   1.2  Research objective        5   1.3  Research approach        5   1.4  Thesis outline        6  2 The story of accelerating moving walkways 9

  2.1  Historical development        9   2.2  Birth of conventional moving walkways        11   2.3  Revival of high‐speed moving walkways        11     2.3.1  In‐line belts        12     2.3.2  Sliding parallelograms        12     2.3.3  Sliding pallets        12     2.3.4  Accelerating/decelerating rollers with high‐speed belt        13   2.4  Conclusions        15  3 Characteristics and comparative evaluation of accelerating moving walkways 17

  3.1  Introduction        17   3.2  Research approach        18     3.2.1  Scope of analysis        18     3.2.2  Selection of data        19   3.3  Characteristics of the selected transport systems        20     3.3.1  Bus        20     3.3.2  Light rail        26     3.3.3  Automated people mover        27     3.3.4  Personal rapid transit        28     3.3.5  Conventional moving walkway        30 

viii  Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways  

    3.3.6  Accelerating moving walkway        32   3.4  Comparative evaluation        34   3.5  Conclusions        40  4 Characteristics and behaviour of pedestrians as passengers of

accelerating moving walkways 43

  4.1  Introduction        43   4.2  Human characteristics, abilities and limitations related to AMW design        44     4.2.1  Physical characteristics of human body        44     4.2.2  Ability to maintain balance and stability        46     4.2.3  Cognitive and sensory abilities        47   4.3  Human behaviours related to AMW use        48     4.3.1  Approaching the AMW        49     4.3.2  Boarding the AMW        53     4.3.3  Travelling on the high‐speed section        57     4.3.4  Exiting the AMW        59   4.4  Influence towards aspects in AMW applications        60     4.4.1  Effective capacity        60     4.4.2  AMW length        61     4.4.3  Safety        62     4.4.4  Alternative route        62     4.4.5  Power consumption        62   4.5  Conclusions        63  5 A study on the application of accelerating moving walkways in

Amsterdam Airport Schiphol 65

  5.1  Introduction        65   5.2  Amsterdam Airport Schiphol        66     5.2.1  The passenger terminal        66     5.2.2  Passenger processes        68     5.2.3  Expansion plans        69   5.3  Evaluation of AMWs for intra‐terminal transport        69     5.3.1  Current situation in Schiphol Centrum        70     5.3.2  AMWs in Schiphol Centrum        76   5.4  Evaluation of AMWs for inter‐terminal transport        80     5.4.1  A projection on Schiphol Noordwest        80     5.4.2  AMWs between Schiphol Noordwest and Schiphol Centrum        81   5.5  Conclusions        83   

Contents  ix  

 

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

  6.1  Introduction        85   6.2  Drive‐related aspects        86     6.2.1  Components and support structure requirements        86     6.2.2  System and passenger safety        87   6.3  Research approach        88     6.3.1  Multiple drives        88     6.3.2  Drive control        89     6.3.3  Dynamic simulations        90   6.4  AMW system considered        91     6.4.1  Main components        91     6.4.2  Assumptions for investigating multiple drives        97   6.5 Modelling the AMW high‐speed belt conveyor        98     6.5.1  Belt dynamics        99     6.5.2  Motion resistances        102     6.5.3  Passenger flow        105     6.5.4  Drive station        107     6.5.5  Simulation framework        110   6.6  Conclusions        111  7 Performance of long accelerating moving walkway belts with

single and multiple drives 113

  7.1  Introduction        113   7.2 Model parameters        113   7.3  Behaviour of single‐drive AMW belts        115     7.3.1  System layout        116     7.3.2  Starting        116     7.3.3  Influence of passenger distribution        122     7.3.4  Stopping        125   7.4  Behaviour of long multiple‐drive AMW belts        131     7.4.1  System layout        131     7.4.2  Starting        132     7.4.3  Influence of passenger distribution        136     7.4.4  Stopping        139   7.5  Implications towards drive‐related application aspects        144     7.5.1  System components and support structure        144     7.5.2  System and passenger safety        145     7.5.3  Power consumption        145   7.6  Conclusions        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        147   8.2  Drive control        148     8.2.1  Method of drive control        148     8.2.2  Implementation in the simulation framework        149   8.3  Behaviour of long multiple‐drive AMW belts with voltage control        149     8.3.1  System layout        149     8.3.2  Starting        150     8.3.3  Influence of passenger distribution        152     8.3.4  Stopping        154   8.4  Implications towards drive‐related application aspects        158     8.4.1  System components and support structure        158     8.4.2  System and passenger safety        159     8.4.3  Power consumption        159   8.5  Conclusions        159  9 Conclusions and recommendations 161

  9.1  Conclusions        161     9.1.1  On aspects influencing the application of long AMWs        162     9.1.2  On the effects of using multiple drives in long AMWs        164   9.2  Recommendations  166  Nomenclature 169  References 173  Summary 185  Samenvatting 189  Acknowledgement 193  Curriculum vitae 195  TRAIL Thesis Series 197

 1 

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 

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. 

 

 

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

Part I 

Part II 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of 

accelerating moving walkways 

Chapter 4. Characteristics and behaviour of pedestrians as 

passengers of accelerating moving walkways 

Chapter 2. The story of accelerating moving walkways 

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

Schiphol 

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 

8  Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways  

 

 

 9 

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 

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  

 

 

 17 

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. 

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. 

22  Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways  

 AMW 

Abe et al. (2001), 

Brow

ning (1

974), C

ote 

and Gem

pp (1

997), 

Don

oghu

e (1981), 

Fujitec (2

002), 

Gon

zalez‐Aleman

y an

d Cue

llo (2

003), 

Hende

rson (1

992), 

Ikizaw

a et al. (2001), 

Lode

r (1998), 

RECONNEC

T (2000), 

Saeki (1996), 

Shirakihara (1997), 

Turner (1

998). 

Abe et al. (2001), 

Brow

ning (1

974), 

Ikizaw

a et al. (2001), 

Lode

r (1998), Saeki 

(1996), Shirakiha

ra 

(1997), T

urner (1998). 

‐‐  Don

oghu

e (1981), 

Ikizaw

a et al. (2001), 

Lode

r (1998), Saeki 

(1996), Shirakiha

ra 

(1997). 

CMW 

CEN (1

998), 

Don

oghu

e (1981), 

Fruin (1992), K

ittelson 

& Associates et al. 

(2003), L

eder (1

991), 

Toug

h an

d O’Flaherty 

(1971), T

urner (1998), 

Youn

g (1995). 

CEN (1

998), Fruin 

(1992), K

ittelson & 

Associates et al. 

(2003), L

eder (1

991), 

Turner (1

998), Y

oung 

(1995). 

‐‐  CEN (1

998), 

Don

oghu

e (1981). 

PRT 

ATR

A (2

003), B

rand 

and Preston (2003a, 

2003b), H

ende

rson 

(1992), L

owson (2003, 

2005), Muller a

nd 

Allee (2005), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001), R

ECONNEC

T (2000), T

egner (1999), 

Warren an

d Kun

czyn

ski (2000). 

And

erson (2000), 

ATR

A (2

003), B

rand 

and Preston (2003a, 

2003b), H

ende

rson 

(1992), L

owson (2002, 

2005), Muller a

nd 

Allee (2005), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001). 

Lowson (2002, 2005). 

And

erson (1999, 2000), 

ATR

A (2

003), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001). 

APM 

Hende

rson (1

992), 

Kuh

n (2001), L

eder 

(1991), L

owson (2003), 

Muller a

nd Allee 

(2005), R

ECONNEC

T (2000), R

icha

rdson 

(2005), Shen et al. 

(1996), W

arren an

d Kun

czyn

ski (2000), 

Youn

g (1995). 

Hende

rson (1

992), 

Kuh

n (2001), L

eder 

(1991), M

uller a

nd 

Allee (2005), 

Richardson (2

005), 

Shen et a

l.(1996), 

Warren an

d Kun

czyn

ski (2000), 

Youn

g (1995). 

Kuh

n (2001), L

owson 

(2003), W

arren an

d Kun

czyn

ski (2000). 

Kuh

n (2001), Shen et 

al. (1996). 

Ligh

t Rail 

Bran

d an

d Preston 

(2003a, 2003b), 

Fouracre et a

l. (2003), 

GAO (2

001), K

ittelson 

& Associates et al. 

(2003), K

uhn (2001), 

Lowson (2003), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001). 

Bran

d an

d Preston 

(2003a, 2003b), CfIT 

(2005), Fou

racre et al. 

(2003), K

uhn (2001), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001). 

Fouracre et a

l. (2003), 

Lowson (2003). 

Bran

d an

d Preston 

(2003a, 2003b), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001). 

Bus 

Bran

d an

d Preston 

(2003a, 2003b), 

Fouracre et a

l. (2003), 

GAO (2

001), G

ossop 

(2005), K

ittelson & 

Associates et al. 

(2003), L

owson (2003), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001), 

RECONNEC

T (2000), 

Youn

g (1995). 

Bran

d an

d Preston 

(2003a, 2003b), CfIT 

(2005), Fou

racre et al. 

(2003), L

eder (1

991), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001), Y

oung 

(1995). 

Fouracre et a

l. (2003), 

Lowson (2003). 

Bran

d an

d Preston 

(2003a, 2003b), Gossop 

(2005), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001). 

Table 3.1.  Sou

rces of information on th

e characteristics of tran

sport systems 

  Speed 

Cap

acity 

Stop spa

cing 

Safety 

Chapter 3. Characteristics and comparative evaluation of AMWs  23  

 

 AMW 

Fujitec (2

002), L

oder 

(1998), Saeki (1

996), 

Shirakihara (1997). 

Saeki (1996). 

‐‐  Turner (1

998). 

Lode

r (1998), 

RECONNEC

T (2000). 

CMW 

Jakes (2002), M

uller 

and Allee (2005), 

Venter (1997). 

Muller a

nd Allee 

(2005). 

‐‐  Turner (1

998). 

Fenn

er Dun

lop 

Con

veyo

r Beltin

g Eu

rope (2

004), 

ThyssenK

rupp 

(2004a). 

PRT 

ATR

A (2

003), L

owson 

(2002, 2005), M

uller 

and Allee (2005), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001), T

egner 

(2003), Y

oder et a

l. (2000). 

ATR

A (2

003), 

And

erson (1999, 2000), 

Tegn

er (1

999, 2003), 

Lowson (2005), M

uller 

and Allee (2005), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001). 

And

erson (2000), 

ATR

A (2

003), 

Hende

rson (1

992), 

Lowson (2002, 2005), 

Muller a

nd Allee 

(2005), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001). 

ATR

A (2

003), B

rand 

and Preston (2003a). 

And

erson (2000), 

ATR

A (2

003), L

owson 

(2002, 2005), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001), R

ECONNEC

T (2000), T

egner (1999). 

APM 

Kuh

n (2001), M

uller 

and Allee (2005), 

Richardson (2

005), 

Shen et a

l. (1996), 

Venter (1997), Warren 

and Kun

czyn

ski 

(2000). 

Kuh

n (2001), M

uller 

and Allee (2005), 

NTD

B (2004). 

Hende

rson (1

992), 

Lede

r (1991), Muller 

and Allee (2005), Shen 

et al. (1996), W

arren 

and Kun

czyn

ski 

(2000), Y

oung (1

995). 

Kuh

n (2001). 

Kuh

n (2001), N

TDB 

(2004), R

ECONNEC

T (2000). 

Ligh

t Rail 

APT

A (2

004b), Bran

d an

d Preston (2003a, 

2003b), C

fIT (2005), 

GAO (2

001), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001), Shen et al. 

(1996), T

egner (2003), 

Venter (1997). 

APT

A (2

004b), CfIT 

(2005), G

AO (2

001), 

NTD

B (2004), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001), T

egner (2003). 

Fouracre et a

l. (2003), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001). 

Bran

d an

d Preston 

(2003a). 

Bran

d an

d Preston 

(2003a, 2003b), NTD

B (2004), P

arsons 

Brinckerho

ff et al. 

(2001). 

Bus 

APT

A (2

004a), Bran

d an

d Preston (2003a, 

2003b), C

fIT (2005) 

GAO (2

001), M

uller 

and Allee (2005), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001), T

egner 

(2003), V

enter (1997). 

APT

A (2

004a), CfIT 

(2005), G

AO (2

001), 

Muller a

nd Allee 

(2005), N

TDB (2004), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001), T

egner 

(2003). 

Fouracre et a

l. (2003), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001), Y

oung 

(1995). 

Bran

d an

d Preston 

(2003a). 

Bran

d an

d Preston 

(2003a, 2003b), Gossop 

(2005), N

TDB (2004), 

Parson

s Brinckerho

ff et al. (2001), 

RECONNEC

T (2000). 

Table 3.1.  Sou

rces of information on th

e characteristics of tran

sport systems (con

tinue

d) 

  Cap

ital cost 

Ope

ratio

nal cost 

Headw

ay 

Corrido

r width 

Environm

ental 

impa

ct 

(includ

ing 

energy use) 

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 

  = × ×3,600 0.4tC v k ,  (Eq. 2.1) 

where  tC  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)  0.6  0.8  1.0  1.2  1.4  1.6 Factor k  1  1.5  2  2.5  3  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 

Systems Average speed (km/h) 

Theoretical system capacity 

(p/h/d) 

Capital cost 

($ M/km) 

Operational cost ($/passenger‐km) 

Operational cost 

($/vehicle‐km) Bus:           ‐ mixed traffic  15–20  1,000–4,500  0.14–6.75  0.09–0.95  1.22–14.75 ‐ bus lane  15–25  4,500–7,500  1.14–26.41  0.09–0.95  1.22–14.75 ‐ busways  22–50  4,500–25,000  4.38–38.65  0.09–0.95  1.22–14.75 ‐ guided bus  30–50  4,500–25,000  2–7  0.09–0.95  1.22–14.75 ‐ airport  15–20  1,000–1,500  0.14–6.75  0.09–0.95  1.22–14.75 Light rail  15–45  1,000–30,000  8.5–83.5  0.15–5.42  2.95–22.44 APM  15–50  1,000–30,000  12.5–147.9  0.15–11.77  10.1–45.6 PRT  20–25  1,800–7,200  4.21–15.99  0.07–0.28  0.11 CMW  1.8–3  11,250–18,675a  29–36.3  0.07–0.28  0.11 AMW  7.2–9  13,000–14,625b  34.8–54.45  0.08–0.42  0.13–0.17 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  

Table 3.3.  Characteristics of the transport systems (continued) 

Systems Corridor width (two‐way) (m) 

Headway (s) 

Stop spacing (m) 

Noise level (dB(A)) 

Energy use (MJ/ passenger‐km) 

Bus:           ‐ mixed traffic  6–8.5c  600–1,800  200–600  70–84  0.3–1.56 ‐ bus lane  6–8  600–1,800  200–600  70–84  0.3–1.56 ‐ busways  8–13  600–1,800  500–1,000  70–84  0.3–1.56 ‐ guided bus  5.8–6.2  600–1,800  500–1,000  56–59d  0.3–1.56 ‐ airport  6–8.5  600–900  200–600  70–84  0.3–1.56 Light rail  5–6.5  600–1,800  250–1,000  60–74  0.7–2.5 APM  4.4–6.5  60–180  500–1,500  54–72  1.62–12.78 PRT  4–5  0.5–30  250–500  35–65  0.55 CMW  2.5–4.7e  0  0  <55  0.02–0.05 AMW  4.8f  0  0  76–82  0.11 Notes:  c 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  

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 Typical cost 

($ per passenger‐km/hour) Bus:   ‐ mixed traffic  140–1,500 ‐ bus lane  255–3,520 ‐ busway  975–1,545 ‐ guided bus  280–445 ‐ airport  140–4,500 Light rail  2,785–8,500 APM  4,390–12,500 PRT  2,210–2,340 CMW  2,420–3,220 AMW  3,630–3,865 Note: Costs are given as 2005 US dollars  

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  

 

 43 

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. 

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). 

46  Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways  

 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 

0.609 m

0.457 m 

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. 

 

 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 

A B 

Direction of travel

C D 

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 

  =walkwalk

Ltv

 ,  (Eq. 4.1) 

  =,CMW standCMW

Ltv

 ,  (Eq. 4.2) 

  ( )=+,

,CMW walk

CMW walk MW

Ltv v

 ,  (Eq. 4.3) 

  ( )( )

( )⋅ + − −= +

+,

,, ,

2 acc dec acc decAMW stand

AMW highAMW entry AMW high

L L L L Lt

vv v , and  (Eq. 4.4) 

  ( )( )

( )( )

⋅ + − −= +

+ +,

, , , ,

2 acc dec acc decAMW walk

AMW entry AMW high AMW high walk MW

L L L L Lt

v v v v ,  (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)  0.60  0.65  0.75  0.80 Effective capacity (passengers/hour/direction)  5400  5850  6750  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. 

 65 

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. 

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  Abbreviation  MCT European  European  EURO/EURO  40 minutes European  Intercontinental  EURO/ICA  50 minutes Intercontinental  European  ICA/EURO  50 minutes Intercontinental  Intercontinental  ICA/ICA  50 minutes Sources: Schiphol Group (2009a).   

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. 

 

 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 

1

2

3 4

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. 

 Lounge-to-gate distances

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

100%

0-50

50-1

00

100-

150

150-

200

200-

250

250-

300

300-

350

350-

400

400-

450

450-

500

500-

550

550-

600

600-

650

650-

700

700-

750

750-

800

Distance (m)

Cum

ulat

ive

% o

f gat

es

Total

Unaided

 

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. 

Intra-pier gate-to-gate distances

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

100%

0-50

50-1

00

100-

150

150-

200

200-

250

250-

300

300-

350

350-

400

400-

450

450-

500

500-

550

550-

600

600-

650

650-

700

700-

750

750-

800

Distance (m)

Cum

ulat

ive

% o

f gat

e pa

irs

Total

Unaided

 

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. 

 Inter-pier gate-to-gate distances

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

100%

0-10

0

100-

200

200-

300

300-

400

400-

500

500-

600

600-

650

650-

700

700-

800

800-

900

900-

1000

1000

-110

0

1100

-120

0

1200

-130

0

1300

-140

0

1400

-150

0

1500

-160

0

1600

-170

0

1700

-180

0

1800

-190

0Distance (m)

Cum

ulat

ive

% o

f gat

e pa

irs

Total

Unaided

 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) Process 

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).  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) Process 

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).  

Table 5.4. Available walking time and maximum transfer distance for each transfer MCTb 

 EURO/EURO 

(40 min) EURO/ICA(50 min) 

ICA/EURO (50 min) 

ICA/ICA (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 

Corridor Total length 

Current CMWs per direction Proposed AMW per directionc 

BC  290 m  2 x 60 m + 1 x 48 m, landing 10 m  245 m G  210 m  2 x 63 m, landing 13 m  180 m M  160 m  2 x 58 m, landing 16 m  135 m Holland Boulevard  210 m  Direction‐1: 98 m + 62 m, landing 10 m 

Direction‐2: 98 md 

175 m 105 m 

ABe  290 m  2 x 60 m + 1 x 48 m, landing 10 m  245 m 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.  

Table 5.6. Travel times of alternative modes in the corridors, expressed in minutesf 

Use CMW  Use AMW Corridor 

Walk the whole length  Stand  Walk  Stand  Walk 

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) Holland Boulevard‐1g  2.99 (1.0)  4.27 (1.43)  2.20 (0.74)  1.75 (0.58)  1.44 (0.48) Holland Boulevard‐2h  2.99 (1.0)  3.77 (1.26)  2.51 (0.84)  2.28 (0.76)  2.11 (0.71) AB  4.13 (1.0)  5.47 (1.32)  3.30 (0.8)  2.35 (0.57)  1.91 (0.46) Note: f  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 

(40 min) EURO/ICA(50 min) 

ICA/EURO (50 min) 

ICA/ICA (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 Note: i  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. 

 

 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) 

 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, 

±1000 mNW

SC

P3

±1000 m

±2000 m

NW

SC

P3

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. 

 85 

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. 

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). 

 

 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 

Transfer plate 

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. 

 

 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 

  ⋅= Nk BST

 ,  (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 

Grooves

Longitudinal steel cords 

Lateral steel cords 

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. 

 

                           (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 

Skirt 

Side rolls 

Support rolls (idlers) 

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) 

 

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. 

Handrail guide

Caterpillar belt 

Individual handgrip

Guiderail  Cart

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 

  ( )= −112t ny u u  ,  (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 

  =+1 ʹ ʹb

b l

E Acm m

 ,  (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) 

  πω⎛ ⎞

= − =⎜ ⎟⎝ ⎠

2

1 21

1   ,   1,2,3,...bn

vn c nL c

  (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 t t t t t t tM u C u K u F u  ,  (Eq. 6.5) 

where M, C, and K are  the mass, damping and stiffness matrices, respectively, F  is the  force  vector,  and  ,   and u u u  are  the  vectors  of  nodal  displacements,  velocities 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: 

rolling resistance due to the indentation of the belt by the idlers, and 

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 

   ( )( )δ= ⋅ ⋅ ⋅ + + ⋅, , , ,ʹ ʹ ʹ cosM i i i r i b i l i iF f l g m m m  ,  (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 

  ( ) ( )( )δ= ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + + ⋅, , , ,ʹ ʹ ʹ ʹ cosM i i vo v i i r i b i l i iF f c c u l g m m m  ,  (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  iu  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 

  σ= − 0 ( )i

i i ii

vz v z

g v .  (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  iu . 

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 

  ( )α α −= + ⋅2

00 1( ) iv v

ig v e  ,  (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 

  σ σ α= + +0 1 2i i i if z z v  ,  (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  0z = . By combining Equations 6.8, 6.9 and 6.10, the steady state friction factor fss,i is 

  α= ⋅ +, 2( ) sgn( )ss i i i if g v v v  .  (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: 

resistance due to friction in the pulley bearings, and 

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 

  ( )= − ⋅1S MF C F  .  (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)  100  200  500  1000  1500  ≥2000 C  1.78  1.45  1.20  1.09  1.06  1.05 

Source: DIN (2000). 

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 

  ( )= ⋅ ⋅ +, , ,ʹ ʹSl i i b i l iF h g m m  ,  (Eq. 6.13) 

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

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: 

resistances due to friction of the handrail inner ply sliding on the handrail guide, 

resistances due to friction of the handrail on the rollers of the tension bow, and 

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 

  1 2 ,     ,  sync s sync r M sync MX L X L X Lω ω ω= ⋅ = ⋅ = ⋅  ,  (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 

  2 ssync

fp

ω π= ⋅  .  (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 

 ( )

=+ + 22

1 1

MTH s

M

XV VR X X

 .  (Eq. 6.16) 

The Thevenin resistance RTH and reactance XTH are given by 

 ( )⋅

=+ +

21

221 1

MTH

M

R XRR X X

  (Eq. 6.17) 

and ( )

⋅ + ⋅ + ⋅=

+ +

2 2 21 1 1

221 1

M M MTH

M

R X X X X XXR X X

 .  (Eq. 6.18) 

 

Chapter 6. Analysing drive‐related application aspects in long AMWs  109  

 

From this approach, the magnitude of the current I2 is 

 ( ) ( )

=+ + +

2 2 22 2

TH

TH TH

VIR R s X X

 .  (Eq. 6.19) 

The rotor induced torque is given by 

 ( ) ( )( )ω

⋅ ⋅=

⋅ + + +

22

2 22 2

3 THind

sync TH TH

V R sT

R R s X X ,  (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 

  ω ωω−

= sync m

sync

s  .  (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 

  ωη

⎛ ⎞+ + ⋅ = − ⋅⎜ ⎟ ⋅⎝ ⎠2d d

r g m ind dg

J rJ J T Fi i

 ,  (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  

  ωδ − ⋅= b d d

b

v rv

 ,  (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 

 

δ δ δ δδ

δ δδ

⎧− ⋅ − ⋅ ≤⎪⎪= ⎨⎪ ⋅ >⎪⎩

2

2

2 ( ) , 2

2                  , 4 2

d

ba ba

Fb ba a

 ,  (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  

 

 113 

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. 

114  Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways  Table 7.1. Belt conveyor parameters 

Parameter  Notation  Value Belt width  w  1,270 mm Belt thickness  h  30 mm Belt stiffness  Eb  667 N/mm2 Belt mass  m’b  52.27 kg/m Reduced idler mass  m’r  1.34 kg/m Tensioning force  Ft  20 N/mm Dynamic friction factor  α0  0.0015 Additional friction when static  α1  0.0010 Viscous friction factor  α2  0.0074 Maximum passenger mass  m’l,max  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  Notation  Value Nominal motor power  Pn  3 kW Nominal phase voltage  Vs,n  230 V Nominal phase current  Is,n  6.3 A Nominal frequency  fs,n  50 Hz Number of pole pairs  p  2 Nominal speed  nn  1,400 rpm Drive wheel diameter  dd  250 mm Gear reduction  i  7.33 Traction constant 1  a  3.96∙104 Traction constant 2  b  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  Notation  Value Stator resistance  R1  0.375 Ω Rotor resistance  R2  1.34 Ω Stator inductance  Ls  4.82 mH Rotor inductance  Lr  24.5 mH Mutual inductance  LM  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 

  ≥ ⋅1

5 conva

LTc .  (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 

 ⎛ ⎞

= ⋅⎜ ⎟⋅ ⋅ −⎝ ⎠b A

aB A

v STC f g S S

 .  (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 

  π⎛ ⎞⎛ ⎞⋅= ⋅ − ≤ ≤⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

,( ) 1 cos  , 02b t

b aa

v tv t t TT

 ,  (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. 

 

0 2 4 60

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Time [s]

Bel

t spe

ed [m

/s]

 

0 1 2 3 4 5 60

2

4

6

8

10

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 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 

Apre

Adrive

T1

T2 Tpre

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. 

 

   (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 

T1

Tpre T2

T1

T2 = Tpre

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. 

 

   

   (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. 

Apre

Adrive Apre = Adrive

T1 Tpre

T2

T1

T2 = Tpre

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives  121  

 

0 20 40 60 800

10

20

30

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 0 20 40 60 80

0

10

20

30

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 

 

 (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 

T1

T1

Tpre

T2 T2 = Tpre

Apre

Adrive

Apre = Adrive

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  

 

   (a)       (b) 

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

500

1000

1500Continuous entry of passengers at rated load

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

500

1000

1500

Time [s]

Pas

seng

er m

ass

entry

rate

[kg/

s]

Intermittent entry of passengers at varying load

 

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  

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 

0 20 40 600

5

10

15

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 0 50 100 150

0

5

10

15

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 

   

   (a)  (b) 

T1 T1

T2 T2

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. 

 

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. 

0 100 200 300 4000

50

100

150

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 0 100 200 300 400

0

50

100

150

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 

   (a)  (b) 

T1

T2

T1

T2

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  

 

0 2 4 6 8 10-10

-5

0

5

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

   

   

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. 

 

   (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. 

 

T2

T1

T1 T1

T2 T2 = Tpre

Tpre

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. 

 

0 10 20 30 40 50 60 70-5

0

5

10

15

20

25

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 

 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. 

T2

T1

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). 

 

0 20 40 60-20

0

20

40

60

80

100

120

Time [s]

Driv

e fo

rce

[kN

]

 0 20 40 60

-20

0

20

40

60

80

100

120

Time [s]

Driv

e fo

rce

[N]

 

   

    (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 

T1 T1

T2 T2

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  

0 10 20 30 40 500

1

2

3

4

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 10 20 30 40 50

0

1

2

3

4

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 

   

 (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 

D1

D10

D11

T1,D11 T2,D11

T1,D1 T2,D1

D1

D11

D11

D1

T1,D11

T1,D10

T2,D11

T2,D10

T1,D1 T2,D1

D1

D11

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  

0 5 10 15 20 25 30-2

0

2

4

6

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 5 10 15 20 25 30

-2

0

2

4

6

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 

   (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. 

D1

D22

D22

D1

T1,D22 T2,D22

T1,D1 T1,D2 T2,D2

T1,D1 T1,D22

T1,D20 T2,D20

Chapter 7. Performance of long AMW belts with single and multiple drives  137  

 

0 100 200 300 4000

2

4

6

8

10

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

0 100 200 300 4000

2

4

6

8

10

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 (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 

D1

D1

D11

D11

T2,D11 T2,D1 T2,D2 T1,D11

T1,D1

T1,D2

D11

D1

D1

D11

T1,D1

T1,D11

T1,D10 T2,D10 T2,D11 T2,D1

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. 

 

0 100 200 300 4000

2

4

6

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 100 200 300 400

0

2

4

6

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 (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 

D1

D1

D11

D11

T2,D11 T2,D1

T2,D2 T1,D2

T1,D11

T1,D1

D1

D11

D1

D11

T1,D10 T2,D11

T1,D11 T1,D1

T2,D1

T2,D10

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. 

 

0 10 20 30 40-2

-1

0

1

2

3

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 10 20 30 40

-2

-1

0

1

2

3

Time [s]D

rive

forc

e pe

r sta

tion

[kN

 (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 

D1

D11

D11

T1,D1 T2,D1

T2,D11 T1,D11

D1

D11

T1,D11 T2,D11

T1,D1

T2,D10 T1,D10

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. 

 

0 10 20 30-8

-4

0

4

8

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 10 20 30

-8

-4

0

4

8

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 

   

 (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. 

D1

D11

D11

T2,D1

T1,D1 T1,D11

T2,D11

D1

D11

T2,D6

T2,D11

T1,D1

T2,D6

T1,D11

T2,D1

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. 

 

0 10 20 30-6

-4

-2

0

2

4

6

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 10 20 30

-6

-4

-2

0

2

4

6

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 

   (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. 

T1,D1

T1,D11

T2,D11

D1

D11

D11

T1,D11

T2,D11

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. 

 147 

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. 

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 

  = ⋅ ,, ,

,

M carrys carry s n

M full

FV V

F ,  (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. 

 

0 10 20 30 40 500

2

4

6

8

10

12

14

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 20 40 60

0

2

4

6

8

10

12

14

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 

 

   (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 

D1

D10

D11

D1

T1,D1

T1,D2

T2,D1 T2,D11

D1

D10 D11

D1

T1,D1

T1,D2

T2,D1

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. 

 

0 20 40 600

2

4

6

8

10

12

14

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

   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. 

0 100 200 300 4000

2

4

6

8

10

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

   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. 

0 100 200 300 4000

2

4

6

8

10

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

   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. 

D11

D1 D2 T1,D1

T1,D11

T2,D1 T2,D11

D11

D1

D2

D2

T1,D1

T1,D11 T2,D1 T2,D11

D11

T1,D11

T1,D1

T2,D10

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. 

 

0 10 20 30 40 50-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

   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. 

 

D1 T1,D1

156  Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways  

0 5 10 15 20 25 30-8

-4

0

4

8

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 5 10 15 20 25 30

-8

-4

0

4

8

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 

   (a)  (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 

D1

D11 D11

D1

T2,D6 T1,D6

T1,D11

T2,D11

T2,D1

T1,D1

T2,D11

T2,D1

T2,D6

T1,D6

T1,D11 T1,D1

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. 

 

0 5 10 15 20 25 30-8

-4

0

4

8

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 0 5 10 15 20 25 30

-8

-4

0

4

8

12

Time [s]

Driv

e fo

rce

per s

tatio

n [k

N]

 

   (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. 

D1

T2,D11

T1,D1

D11

T2,D11

T1,D11

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. 

 

 161 

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. 

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  

 

 169 

Nomenclature

Table 1. List of abbreviations 

Abbreviation  Description AAS  Amsterdam Airport Schiphol AC  Alternating Current AMW  Accelerating Moving Walkway APM  Automated People Mover APTA  American Public Transport Association ASME  American Society of Mechanical Engineers ATRA  Advanced Transit Association CEN  Comité Européen de Normalisation (European Committee for Standardization) CfIT  Commission for Integrated Transportation CMW  Conventional Moving Walkway CNIM  Constructions Industrielles de la Méditerranée CPI  Consumer Price Index DIN  Deutches Institut für Normung EBS  Enerka Becker System EURO  European (flights) EURO‐NS  European Non‐Schengen EURO‐S  European Schengen GAO  Government Accountability Office HRF  High Risk Flight IATA  International Air Transport Association ICA  Intercontinental (flights) ISO  International Organization for Standardization KLM  Koninklijke Luchtvaart Maatschappij (KLM Royal Dutch Airlines) MCT  Minimum Connecting Time NS  Non‐Schengen NTDB  National Transit Database O/D  Origin/Destination POM  Poly‐Oxy‐Methylene PRT  Personal Rapid Transit S  Schengen SIM  Samenwerking Innovatieve Mainport (Innovative Main Port Alliance) 

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  Unit  Description A  m2  Belt cross‐sectional area B  mm  Belt width C  ‐  Secondary resistance factor Ct  p/h/d  Theoretical transport capacity in passenger per hour per direction C  N∙s/m  Damping matrix Eb  N/m2  Modulus of elasticity of the belt F  N  Force vector Fd  N  Drive force FM  N  Main resistance force FS  N  Secondary resistance force FSl  N  Slope resistance force Ft  N/mm  Pre‐tensioning force per unit belt width I1  A  Stator current I2  A  Rotor current Jd  kg∙m2  Drive wheel inertia Jg  kg∙m2  Gearbox inertia Jr  kg∙m2  Rotor inertia K  N/m  Stiffness matrix L  m  Distance between two idler sets Lacc  m  Length of the acceleration section Lconv  m  Length of conveyor Ldec  m  Length of the deceleration section LM  H  Mutual inductance Lr  H  Rotor inductance Ls  H  Stator inductance M  kg  Mass matrix Pn  kW  Nominal motor power R1  Ω  Stator resistance R2  Ω  Rotor resistance RTH  Ω  Thevenin equivalent resistance S  ‐  Actual safety factor SA  ‐  Safety factor during starting and stopping SB  ‐  Safety factor during steady state operation T  N  Belt tension T1  N/mm  Tight‐side belt tension per unit belt width T2  N/mm  Slack‐side belt tension per unit belt width 

Nomenclature  171  

 

Table 2. List of capital variables (continued) 

Capital  Unit  Description Ta  s  Conveyor starting time Te  N/mm  Belt pre‐tension per unit belt width Tind  Nm  Induced motor torque Vs  V  Stator phase voltage VTH  V  Thevenin equivalent voltage X1  Ω  Stator reactance X2  Ω  Rotor reactance XM  Ω  Magnetizing reactance XTH  Ω  Thevenin equivalent reactance   Table 3. List of non‐capital variables 

Non‐capital  Unit  Description a  ‐  Traction constant 1 b  ‐  Traction constant 2 c1  m/s  Longitudinal wave propagation speed cvo  ‐  Coulomb friction component c’v  ‐  Viscous friction component dd  m  Drive wheel diameter f  ‐  DIN artificial friction factor fs  Hz  Stator supply frequency fss  ‐  Steady state friction factor g  m/s2  Gravitational acceleration h  m  Change of elevation hb  m  Belt thickness j  ‐  Gearbox ratio k  ‐  Factor related to the nominal treadway width kN  N/mm  Standardized belt strength per unit belt width l  m  Length of belt section m’b  kg/m  Mass of belt per unit length m’l  kg/m  Mass of load (passenger) per unit length m’r  kg/m  Reduced mass of idlers per unit length nn  rpm  Nominal motor speed p  ‐  Pole pair rd  m  Radius of drive wheel s  ‐  Motor slip t  s  Time tAMW,stand  s  Time to travel through an AMW by standing tAMW,walk  s  Time to travel through an AMW by walking tCMW,stand  s  Time to travel through an CMW by standing tCMW,walk  s  Time to travel through an CMW by walking tmode  s  Travel time on a transport mode twalk  s  Time to walk through a corridor u  m  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 u   m/s  Nodal velocity u   m/s  Vector of nodal velocities u   m/s2  Vector of nodal accelerations v  m/s  Velocity, speed v0  m/s  Stribeck velocity vAMW,entry  m/s  Speed of AMW at the entrance vAMW,high  m/s  Speed of AMW at the high‐speed section vb  m/s  Belt velocity vb,t  m/s  Target belt velocity vCMW  m/s  Speed of CMW vr  m/s  Relative speed between contacting surfaces vwalk  m/s  Walking speed vwalk,MW  m/s  Walking speed relative to the treadway w  m  Nominal treadway width yt  m  Displacement of take‐up pulley z  m  Bristle deflection   Table 4. List of Greek symbols 

Greek symbol  Unit  Description α0  ‐  Coulomb friction coefficient α1  ‐  Additional friction when static α2  ‐  Viscous friction coefficient δ  ‐  Creep ratio ηg  ‐  Gearbox efficiency θ  o  Belt inclination angle σ0  N/m  Bristle stiffness σ1  N/m  Bristle damping ωd  rad/s  Drive wheel angular velocity ωm  rad/s  Motor shaft speed ωn  rad/s  Natural frequency of axial string vibration ωsync  rad/s  Synchronous motor speed  

 173 

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). 

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..htm (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&windowName=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&maincatalogue=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. 

 

 185 

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. 

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  

 

 189 

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. 

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 

 193 

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. 

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  

 195 

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 

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. 

 

 

 197 

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 

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 

Propositions accompanying the PhD thesis 

“Mind Your Step: Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways” to be defended on Tuesday, 27 October 2009 at 12:30 in Delft 

by Indraswari Kusumaningtyas   1. In contrary to bulk material belt conveyors, the possibility of applying high‐speed passenger 

belt conveyors for long distance transport is more limited by the load than by the conveyor technology. 

2. Conducting  emergency  stopping  of  long  accelerating moving walkways with  the  aim  to achieve short stopping distances, as can be extrapolated  from  the EN 115‐1:2008 standard, entails high risk for everyone on board. (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) 

3. The growing number of  independent  elderly  traveler  (Alsnih  and Hensher,  2003) poses  a threat towards the acceptance of accelerating moving walkways as a public transport system. (Alsnih, R. and Hensher, D. (2003), “The mobility and accessibility expectations of seniors in an aging population”, Transportation Research Part A: Policy and Practice 37(10), 903–916) 

4. The  findings  of  Williams  and  Bargh  (2008)  are  not  yet  sufficient  to  conclude  that experiencing physical warmth promotes interpersonal warmth, because the influence of the ambient  temperature  is  not  yet  addressed.  (Williams,  L.E.  and  Bargh,  J.A.  (2008), “Experiencing physical warmth promotes interpersonal warmth”, Science 322(5901), 606–607) 

5. Scientific  publications  should  present  both  the  positive  and  negative  results  of  research. Otherwise,  they will be  like promotional advertisements:  they do not  lie,  they  just do not give all facts. 

6. While  science  is  defined  as  the  belief  in  the  ignorance  of  experts  (Feynman,  1999), monotheistic religions can be defined as the belief in the ignorance of all men. (Feynman, R.P. (1999), The pleasure of finding things out: The best short works of Richard Feynman, Perseus Books Group, New York) 

7. When practiced at its two extremes, freedom of speech can lead to ignorance. 

8. The key to work and life balance is the acceptance of the consequences of our choices. 

9. If an adult sleeps like a baby, he/she has sleeping problems. 

10. As much as eating is not done in order to defecate, PhD research should not be done in order to make  a  dissertation. Of  course  a  final  output will  have  to  be  produced,  but what  is absorbed in between is the essential. 

 These propositions are regarded as opposable and defendable and as such have been approved 

by the supervisor, Prof. Dr. Ir. G. Lodewijks. 

Stellingen behorende bij het proefschrift 

“Mind Your Step: Exploring aspects in the application of long accelerating moving walkways” te verdedigen op dinsdag, 27 oktober 2009 om 12:30 te Delft 

door Indraswari Kusumaningtyas   1. In tegenstelling tot transportbanden voor het transport van bulkmateriaal, is de mogelijkheid 

van  de  toepassing  van  snel  passagierstransportbanden  voor  het  vervoer  over  lange afstanden meer beperkt door de lading dan door de transportbanden technologie. 

2. Het uitvoeren van een noodstop van lange versnellende rolpaden met het doel om een korte remweg te realiseren, zoals kan worden afgeleid uit de EN 115‐1:2008 norm, brengt een hoog risico voor  iedereen aan boord.  (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) 

3. Het groeiende aantal oudere onafhankelijke reizigers (Alsnih and Hensher, 2003) vormt een bedreiging  voor  de  aanvaarding  van  versnellende  rolpaden  als  een  openbaar vervoersysteem.  (Alsnih,  R.  and  Hensher,  D.  (2003),  “The  mobility  and  accessibility expectations  of  seniors  in  an  aging  population”,  Transportation Research Part A: Policy  and Practice 37(10), 903–916) 

4. De bevindingen van Williams en Bargh (2008) zijn nog niet voldoende om te concluderen dat het ervaren van  fysieke warmte de  interpersoonlijke warmte bevordert, omdat de  invloed van de omgevingstemperatuur nog niet onderzocht is. (Williams, L.E. and Bargh, J.A. (2008), “Experiencing physical warmth promotes interpersonal warmth”, Science 322(5901), 606–607) 

5. Wetenschappelijke publicaties moeten zowel de positieve als de negatieve resultaten van het onderzoek  presenteren.  Anders  lijken  zij  op  promotiereclame:  ze  liegen  niet,  ze  geven gewoon niet alle feiten. 

6. Terwijl de wetenschap als het geloof  in de onwetendheid van deskundigen  is gedefinieerd (Feynman,  1999),  kan monotheïstisch  religies  als  het  geloof  in  de  onwetendheid  van  alle mensen worden gedefinieerd. (Feynman, R.P. (1999), The pleasure of finding things out: The best short works of Richard Feynman, Perseus Books Group, New York) 

7. Indien  uitgevoerd  op  zijn  twee  extremen,  kan  vrijheid  van meningsuiting  in  ‘ontkennen’ resulteren. 

8. De sleutel tot werk en leven balans is de aanvaarding van de consequenties van onze keuzes. 

9. Als een volwassen slaapt als een baby, dan heeft hij/zij slaapproblemen. 

10. Zo veel  als het  eten niet worden  gedaan  om  te defeaceren, moet promotieonderzoek niet worden  gedaan  om  een  proefschrift  te  maken.  Natuurlijk  zal  een  eindresultaat  moeten worden geproduceerd, maar wat is geabsorbeerd in de tussentijd is de essentie. 

 Deze stellingen worden opponeerbaar en verdedigbaar geacht en zijn als zodanig goedgekeurd 

door de promotor, prof. dr. ir. G. Lodewijks.