無人駕駛，讓地鐵如虎添翼？

安瀾

近日，北京地鐵燕房線傳出消息：這條線路已進(jìn)入列車調(diào)試階段，預(yù)計將于2017年正式開通。作為中國大陸首條采用自主知識產(chǎn)權(quán)設(shè)備，而且開通之初便能實現(xiàn)無人駕駛運營的城市地鐵線路，燕房線獨特的運行模式一直引人關(guān)注。

事實上，聽起來頗為神奇的無人駕駛地鐵，如今已不再是高不可攀的技術(shù)。經(jīng)過30多年的試煉，它不僅憑借智能化的優(yōu)勢，降低了城市軌道交通的管理和運營成本，而且為地鐵線路賦予了更多提升運力的潛能。

自動輕軌橫空出世

城市地鐵有沒有可能像自動化工廠一樣，依靠計算機系統(tǒng)和傳感器實現(xiàn)全自動運行？這樣的設(shè)想聽起來沒有什么問題，因為相比于國家鐵路，城市地鐵一般沒有與公路的平交道口，運營時間里人員走上路軌的可能性也很小。也就是說，城市地鐵是一個相對“簡單”的系統(tǒng)，完全有可能接受類似于工業(yè)程控的控制方式。

早在20世紀(jì)80年代初，無人駕駛地鐵系統(tǒng)就分別在日本和法國悄悄萌芽。1981年，日本神戶修建了第一條無人駕駛單軌列車線路以連通人工島。但如今在世界各地廣泛使用的無人駕駛地鐵系統(tǒng)，其技術(shù)源頭卻要追溯到法國北部城市里爾。

1983年4月25日，里爾地鐵1號線一期工程竣工開線。這條運載量并不大的線路，卻使用了一項前所未有且在當(dāng)時看來頗為科幻的技術(shù)：由里爾北方大學(xué)研發(fā)的VAL（Véhicule Automatique Léger），也就是自動駕駛輕軌列車系統(tǒng)。

VAL是一種“套餐”式的城市軌道交通解決方案，包括三個主要組件，即（兩節(jié)編組的）膠輪列車、專用計算機控制的自動駕駛系統(tǒng)和車站月臺屏蔽門。正是這三者的有機配合，方才使無人駕駛地鐵成為可能。

當(dāng)VAL誕生的時候，膠輪列車在法國早已是一項成熟的技術(shù)，并為公眾所認(rèn)可。雖然將傳統(tǒng)鋼輪地鐵改為膠輪線路費用高昂，但這種新系統(tǒng)的優(yōu)勢也顯而易見。膠輪列車的爬坡性能強，噪聲相對較小，更重要的是，它加速減速都很快，這就意味著更大的發(fā)車密度和更高的平均速度。而對于運算能力并不高的早期計算機系統(tǒng)來說，膠輪列車剎車距離短的特點，提供了比鋼輪列車更大的安全冗余。正因如此，VAL才選擇了膠輪與自動駕駛系統(tǒng)的組合。

而車站月臺屏蔽門則是VAL的另一項重要創(chuàng)舉，自瑞士進(jìn)口的高品質(zhì)玻璃將月臺和路軌完全隔離，屏蔽門只有在列車停穩(wěn)之后，才會隨著車門打開，杜絕了乘客墜下站臺或是向路軌拋擲雜物的可能。這些嚴(yán)密的安全措施，使地鐵在自動駕駛的狀態(tài)下，也可以保證運營安全。

通過安裝在車站、站臺、車頭下方和車廂內(nèi)等多處的傳感器、監(jiān)視器，作為整個方案的“總指揮”的計算機就可以“知曉”整條線路上的情況，并在每一天的運營中，指揮配屬全線的所有列車，完成自動“喚醒”、系統(tǒng)自檢、行車載客，以及收班后自動“休眠”等地鐵運營涉及的全套操作。

膠輪列車的誕生

在第二次世界大戰(zhàn)期間，巴黎曾被納粹德國占領(lǐng)4年多，法國引以為榮的巴黎地鐵被超負(fù)荷使用卻疏于維護(hù)，及至終戰(zhàn)已然破敗。為了重振民眾自信，巴黎迫切需要找到大幅提升地鐵運力和舒適度的方法。于是，法國輪胎業(yè)巨頭米其林公司提出了膠輪地鐵計劃，又與汽車巨頭雷諾公司合作，在1951年制成了第一列樣車。

解巴黎交通之困

在里爾之后，圖盧茲、雷恩和里昂等法國城市的地鐵，也引入了類似的技術(shù)。而在巴黎地鐵14號線，無人駕駛地鐵更是獲得了空前的成功，成為解決城市交通問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

?14號線是巴黎地鐵的新銳線路

巴黎地鐵路網(wǎng)大多規(guī)劃和興建于20世紀(jì)初，狹窄而多彎道的隧道，以及當(dāng)年為方便市民出行設(shè)計的平均500米左右的短站距，都制約著當(dāng)?shù)氐牡罔F速度和運力的提升。隨著城市人口的不斷增長，以及西北部拉德芳斯商務(wù)區(qū)的崛起，溝通巴黎東部和西部的地鐵1號線，以及高運量的RER（Réseau Express Régional，法蘭西島快軌系統(tǒng)）線路都迅速飽和。這意味著巴黎需要一條新的東西向軌道交通線路，而且必須擁有出色的運力。

基于這樣的思想，14號線在1998年建成通車。這條大體沿著塞納河修建的地鐵線路，沿途有多個巴黎最容易出現(xiàn)大客流的地點：兩座大型火車站，盧浮宮、國家圖書館等地標(biāo)建筑，以及全球僅有的城市軌道交通8線換乘站查特萊站（Ch?telet）。為了適應(yīng)這樣的沿途狀況，14號線將平均站間距延長到1100多米，隧道盡可能“拐大彎”，使用加速度更快的膠輪列車，并大膽地在世界各國首都的地鐵線路當(dāng)中首次引入了無人駕駛技術(shù)。由于列車依靠全無感情的計算機來駕駛，因此避免了每次進(jìn)站前夕，列車司機因心情緊張而過早減速的可能。

所有這些優(yōu)勢的配合，令14號線列車的平均速度可以達(dá)到每小時40千米，而其他地鐵線路的平均速度則不超過每小時30千米。這條新銳地鐵線路，轟動了巴黎，法國人甚至創(chuàng)造出一個混合“地鐵（métro）”和“流星（météore）”的新詞“météor”，以形容這條線路驚人的運力和無人駕駛列車“快如流星”的特質(zhì)。

除了更高的行駛速度，無人駕駛技術(shù)帶給14號線最大的優(yōu)勢，或許是無駕駛室列車獨特的乘坐體驗，以及更小的車輛段（整備區(qū)）。傳統(tǒng)的地鐵列車必須在運營結(jié)束后回到車輛段，以便司機下班回家;但無人駕駛地鐵可以直接在車站上“存車”。這不僅意味著節(jié)能，第二天早班車發(fā)車也會更為方便。

運用14號線積累的技術(shù)經(jīng)驗，巴黎在2012年底完成了對1號線的無人駕駛改造，為這條早已不堪重負(fù)的老線路進(jìn)行了最后的“挖潛”。另一方面，14號線也開始進(jìn)行擴建工程，以期為巴黎的交通帶來更多的活力。

無人駕駛地鐵蓬勃興起

在巴黎之后，無人駕駛地鐵進(jìn)入了越來越多大城市的交通網(wǎng)絡(luò)。丹麥?zhǔn)锥几绫竟臒o人駕駛地鐵系統(tǒng)，自2002年10月交付使用以來，至今沒有出現(xiàn)過嚴(yán)重障礙和重大安全事件，而且乘客滿意度高達(dá)98%，創(chuàng)造了行業(yè)奇跡，被譽為“全球最完美的地鐵”。2011年6月開通的德國紐倫堡地鐵3號線，更是實現(xiàn)了無人駕駛列車和傳統(tǒng)列車混跑，使既有運力資源被充分利用。

在中國，北京為2008年奧運會修建的機場快軌，是第一條擁有無人駕駛條件的地鐵線路。但因為準(zhǔn)時抵離機場事關(guān)重大，出于穩(wěn)妥起見，它并沒有真的采用無人駕駛方式運營，在開通近8年后，仍然配備司機進(jìn)行人工控制。

?里昂地鐵的無人駕駛列車，只有兩節(jié)車廂，但可以滿足這座城市不大的客流

盡管如此，無人駕駛地鐵的發(fā)展仍然是難以忽視的趨勢。這是因為，作為有人駕駛地鐵系統(tǒng)漫長應(yīng)用經(jīng)驗的總結(jié)與優(yōu)化，無人駕駛地鐵可以有效地降低司機人為失誤或突發(fā)健康問題而導(dǎo)致的安全風(fēng)險，而且在設(shè)計之時，就為自動控制系統(tǒng)留出更多的安全冗余，比如全自動的屏蔽門等，其安全性與傳統(tǒng)的有人駕駛地鐵相當(dāng)甚至更高。

而且，自動化相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，也讓走過30多年的無人駕駛地鐵系統(tǒng)變得更為“智能”。更快速的計算機提供了更多的反應(yīng)時間，使無人駕駛列車也用上了鋼輪，從而有可能與傳統(tǒng)的路軌兼容。不僅如此，一些最先進(jìn)的無人駕駛地鐵系統(tǒng)，比如北京燕房線的無人駕駛列車，還可以通過裝在車頭下方的傳感器判斷前方路軌上障礙物的質(zhì)量，進(jìn)而推斷其性質(zhì)，使計算機決定列車是緊急剎車還是無視障礙繼續(xù)前行。如果車輛遇到足以妨礙運行的障礙物，系統(tǒng)可以在1.4秒內(nèi)啟動緊急剎車程序，使時速80千米的列車，在200米之內(nèi)完全停下來。

得益于計算機控制程序一經(jīng)設(shè)定便會嚴(yán)格執(zhí)行的特性，近年來興起的大數(shù)據(jù)技術(shù)，也可以在無人駕駛地鐵系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用。在線路開通運行一段時間之后，人們就可以根據(jù)每天不同時段和每周不同日期的客流數(shù)據(jù)，對線路控制程序進(jìn)行調(diào)整，使運力和客流更為契合。

開線需謹(jǐn)慎，測試要完善

根據(jù)北京的軌道交通規(guī)劃，如若燕房線在無人駕駛方面“試水”成功，那么同樣的技術(shù)就會被引入到一些市區(qū)的新建線路，以及19號線這樣的“快線”當(dāng)中，以應(yīng)對未來地鐵網(wǎng)絡(luò)擴充之后更大的客流。

但讓無人駕駛地鐵提供高質(zhì)量服務(wù)的前提，是在開線之前，對其進(jìn)行完善的測試。這是因為，盡管計算機系統(tǒng)有助于避免“人誤”，但同樣是由人設(shè)計的計算機程序，在編寫階段很容易出現(xiàn)缺陷，往往需要反復(fù)測試查找方能發(fā)現(xiàn)問題。如若程序不夠完善，或者信號系統(tǒng)的故障處置不及時，也可能會讓地鐵列車失控，造成比較嚴(yán)重的事故。

在中國，上海地鐵網(wǎng)絡(luò)中首條具備無人駕駛能力的線路10號線，就因為信號系統(tǒng)紊亂，在2011年連續(xù)發(fā)生列車開錯方向和追尾兩起事故。原來，因為急于開線，這條線路的信號系統(tǒng)測試時間被大幅壓縮，以至于開線之后仍然需要進(jìn)行一些信號測試工作。同時，10號線又是上海地鐵中第一條設(shè)置支線的線路，而信號系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制列車的走向，使列車輪流駛?cè)雰蓷l支線。

7月28日晚高峰時，一列本應(yīng)開往航中路的列車由于信號阻塞，使用了開往虹橋火車站的前一趟列車的數(shù)據(jù)，因而“走進(jìn)了歧路”，究其原因，正是復(fù)雜而不完善的信號系統(tǒng)所致。9月27日，同是這條線路，由于信號故障而臨時轉(zhuǎn)為人工調(diào)度，卻因為隨后的指揮人員失誤，導(dǎo)致列車追尾，271名旅客受傷。這個事故帶給我們深刻的教訓(xùn)：即使在引入自動駕駛技術(shù)之后，工作人員應(yīng)對突發(fā)故障的技能培訓(xùn)也同樣需要跟上。

地鐵作為一種公眾經(jīng)常使用的“大客流”交通運輸系統(tǒng)，其最重要的屬性應(yīng)該是安全可靠。無人駕駛的軌道交通系統(tǒng)盡管有助于提升運力，但它的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，也有賴于有力的監(jiān)控機制和排障人員，貿(mào)然“大撒把”是很危險的。相比于傳統(tǒng)的地鐵系統(tǒng)，無人駕駛地鐵在確保系統(tǒng)可靠性方面，需要大量嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試，使其服務(wù)逐漸臻于完美。從這個角度來講，北京首先在燕房線這個地鐵網(wǎng)絡(luò)的“末梢”上嘗試無人駕駛技術(shù)，可以說是在為其他更重要的線路摸索和積累經(jīng)驗;為列車安裝人工駕駛室作為備份，也不失為一種穩(wěn)健的思路。