無(wú)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(chē)調(diào)試階段，預(yù)計(jì)將于2017年正式開(kāi)通。作為中國(guó)大陸首條采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)備，而且開(kāi)通之初便能實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛運(yùn)營(yíng)的城市地鐵線路，燕房線獨(dú)特的運(yùn)行模式一直引人關(guān)注。

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

自動(dòng)輕軌橫空出世

城市地鐵有沒(méi)有可能像自動(dòng)化工廠一樣，依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和傳感器實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行？這樣的設(shè)想聽(tīng)起來(lái)沒(méi)有什么問(wèn)題，因?yàn)橄啾扔趪?guó)家鐵路，城市地鐵一般沒(méi)有與公路的平交道口，運(yùn)營(yíng)時(shí)間里人員走上路軌的可能性也很小。也就是說(shuō)，城市地鐵是一個(gè)相對(duì)“簡(jiǎn)單”的系統(tǒng)，完全有可能接受類(lèi)似于工業(yè)程控的控制方式。

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

1983年4月25日，里爾地鐵1號(hào)線一期工程竣工開(kāi)線。這條運(yùn)載量并不大的線路，卻使用了一項(xiàng)前所未有且在當(dāng)時(shí)看來(lái)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(dòng)駕駛輕軌列車(chē)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(gè)主要組件，即（兩節(jié)編組的）膠輪列車(chē)、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和車(chē)站月臺(tái)屏蔽門(mén)。正是這三者的有機(jī)配合，方才使無(wú)人駕駛地鐵成為可能。

當(dāng)VAL誕生的時(shí)候，膠輪列車(chē)在法國(guó)早已是一項(xiàng)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(fèi)用高昂，但這種新系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)也顯而易見(jiàn)。膠輪列車(chē)的爬坡性能強(qiáng)，噪聲相對(duì)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(chē)密度和更高的平均速度。而對(duì)于運(yùn)算能力并不高的早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，膠輪列車(chē)剎車(chē)距離短的特點(diǎn)，提供了比鋼輪列車(chē)更大的安全冗余。正因如此，VAL才選擇了膠輪與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的組合。

而車(chē)站月臺(tái)屏蔽門(mén)則是VAL的另一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)舉，自瑞士進(jìn)口的高品質(zhì)玻璃將月臺(tái)和路軌完全隔離，屏蔽門(mén)只有在列車(chē)停穩(wěn)之后，才會(huì)隨著車(chē)門(mén)打開(kāi)，杜絕了乘客墜下站臺(tái)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(dòng)駕駛的狀態(tài)下，也可以保證運(yùn)營(yíng)安全。

通過(guò)安裝在車(chē)站、站臺(tái)、車(chē)頭下方和車(chē)廂內(nèi)等多處的傳感器、監(jiān)視器，作為整個(gè)方案的“總指揮”的計(jì)算機(jī)就可以“知曉”整條線路上的情況，并在每一天的運(yùn)營(yíng)中，指揮配屬全線的所有列車(chē)，完成自動(dòng)“喚醒”、系統(tǒng)自檢、行車(chē)載客，以及收班后自動(dòng)“休眠”等地鐵運(yùn)營(yíng)涉及的全套操作。

膠輪列車(chē)的誕生

在第二次世界大戰(zhàn)期間，巴黎曾被納粹德國(guó)占領(lǐng)4年多，法國(guó)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(yùn)力和舒適度的方法。于是，法國(guó)輪胎業(yè)巨頭米其林公司提出了膠輪地鐵計(jì)劃，又與汽車(chē)巨頭雷諾公司合作，在1951年制成了第一列樣車(chē)。

解巴黎交通之困

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

?14號(hào)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(jì)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(yùn)力的提升。隨著城市人口的不斷增長(zhǎng)，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(hào)線，以及高運(yùn)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(yùn)力。

基于這樣的思想，14號(hào)線在1998年建成通車(chē)。這條大體沿著塞納河修建的地鐵線路，沿途有多個(gè)巴黎最容易出現(xiàn)大客流的地點(diǎn)：兩座大型火車(chē)站，盧浮宮、國(guó)家圖書(shū)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(hào)線將平均站間距延長(zhǎng)到1100多米，隧道盡可能“拐大彎”，使用加速度更快的膠輪列車(chē)，并大膽地在世界各國(guó)首都的地鐵線路當(dāng)中首次引入了無(wú)人駕駛技術(shù)。由于列車(chē)依靠全無(wú)感情的計(jì)算機(jī)來(lái)駕駛，因此避免了每次進(jìn)站前夕，列車(chē)司機(jī)因心情緊張而過(guò)早減速的可能。

所有這些優(yōu)勢(shì)的配合，令14號(hào)線列車(chē)的平均速度可以達(dá)到每小時(shí)40千米，而其他地鐵線路的平均速度則不超過(guò)每小時(shí)30千米。這條新銳地鐵線路，轟動(dòng)了巴黎，法國(guó)人甚至創(chuàng)造出一個(gè)混合“地鐵（métro）”和“流星（météore）”的新詞“météor”，以形容這條線路驚人的運(yùn)力和無(wú)人駕駛列車(chē)“快如流星”的特質(zhì)。

除了更高的行駛速度，無(wú)人駕駛技術(shù)帶給14號(hào)線最大的優(yōu)勢(shì)，或許是無(wú)駕駛室列車(chē)獨(dú)特的乘坐體驗(yàn)，以及更小的車(chē)輛段（整備區(qū)）。傳統(tǒng)的地鐵列車(chē)必須在運(yùn)營(yíng)結(jié)束后回到車(chē)輛段，以便司機(jī)下班回家;但無(wú)人駕駛地鐵可以直接在車(chē)站上“存車(chē)”。這不僅意味著節(jié)能，第二天早班車(chē)發(fā)車(chē)也會(huì)更為方便。

運(yùn)用14號(hào)線積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，巴黎在2012年底完成了對(duì)1號(hào)線的無(wú)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(hào)線也開(kāi)始進(jìn)行擴(kuò)建工程，以期為巴黎的交通帶來(lái)更多的活力。

無(wú)人駕駛地鐵蓬勃興起

在巴黎之后，無(wú)人駕駛地鐵進(jìn)入了越來(lái)越多大城市的交通網(wǎng)絡(luò)。丹麥?zhǔn)锥几绫竟臒o(wú)人駕駛地鐵系統(tǒng)，自2002年10月交付使用以來(lái)，至今沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重障礙和重大安全事件，而且乘客滿(mǎn)意度高達(dá)98%，創(chuàng)造了行業(yè)奇跡，被譽(yù)為“全球最完美的地鐵”。2011年6月開(kāi)通的德國(guó)紐倫堡地鐵3號(hào)線，更是實(shí)現(xiàn)了無(wú)人駕駛列車(chē)和傳統(tǒng)列車(chē)混跑，使既有運(yùn)力資源被充分利用。

在中國(guó)，北京為2008年奧運(yùn)會(huì)修建的機(jī)場(chǎng)快軌，是第一條擁有無(wú)人駕駛條件的地鐵線路。但因?yàn)闇?zhǔn)時(shí)抵離機(jī)場(chǎng)事關(guān)重大，出于穩(wěn)妥起見(jiàn)，它并沒(méi)有真的采用無(wú)人駕駛方式運(yùn)營(yíng)，在開(kāi)通近8年后，仍然配備司機(jī)進(jìn)行人工控制。

?里昂地鐵的無(wú)人駕駛列車(chē)，只有兩節(jié)車(chē)廂，但可以滿(mǎn)足這座城市不大的客流

盡管如此，無(wú)人駕駛地鐵的發(fā)展仍然是難以忽視的趨勢(shì)。這是因?yàn)?，作為有人駕駛地鐵系統(tǒng)漫長(zhǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)與優(yōu)化，無(wú)人駕駛地鐵可以有效地降低司機(jī)人為失誤或突發(fā)健康問(wèn)題而導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且在設(shè)計(jì)之時(shí)，就為自動(dòng)控制系統(tǒng)留出更多的安全冗余，比如全自動(dòng)的屏蔽門(mén)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(dòng)化相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，也讓走過(guò)30多年的無(wú)人駕駛地鐵系統(tǒng)變得更為“智能”。更快速的計(jì)算機(jī)提供了更多的反應(yīng)時(shí)間，使無(wú)人駕駛列車(chē)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(wú)人駕駛地鐵系統(tǒng)，比如北京燕房線的無(wú)人駕駛列車(chē)，還可以通過(guò)裝在車(chē)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(jì)算機(jī)決定列車(chē)是緊急剎車(chē)還是無(wú)視障礙繼續(xù)前行。如果車(chē)輛遇到足以妨礙運(yùn)行的障礙物，系統(tǒng)可以在1.4秒內(nèi)啟動(dòng)緊急剎車(chē)程序，使時(shí)速80千米的列車(chē)，在200米之內(nèi)完全停下來(lái)。

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

開(kāi)線需謹(jǐn)慎，測(cè)試要完善

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

但讓無(wú)人駕駛地鐵提供高質(zhì)量服務(wù)的前提，是在開(kāi)線之前，對(duì)其進(jìn)行完善的測(cè)試。這是因?yàn)?，盡管計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有助于避免“人誤”，但同樣是由人設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序，在編寫(xiě)階段很容易出現(xiàn)缺陷，往往需要反復(fù)測(cè)試查找方能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。如若程序不夠完善，或者信號(hào)系統(tǒng)的故障處置不及時(shí)，也可能會(huì)讓地鐵列車(chē)失控，造成比較嚴(yán)重的事故。

在中國(guó)，上海地鐵網(wǎng)絡(luò)中首條具備無(wú)人駕駛能力的線路10號(hào)線，就因?yàn)樾盘?hào)系統(tǒng)紊亂，在2011年連續(xù)發(fā)生列車(chē)開(kāi)錯(cuò)方向和追尾兩起事故。原來(lái)，因?yàn)榧庇陂_(kāi)線，這條線路的信號(hào)系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間被大幅壓縮，以至于開(kāi)線之后仍然需要進(jìn)行一些信號(hào)測(cè)試工作。同時(shí)，10號(hào)線又是上海地鐵中第一條設(shè)置支線的線路，而信號(hào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制列車(chē)的走向，使列車(chē)輪流駛?cè)雰蓷l支線。

7月28日晚高峰時(shí)，一列本應(yīng)開(kāi)往航中路的列車(chē)由于信號(hào)阻塞，使用了開(kāi)往虹橋火車(chē)站的前一趟列車(chē)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(hào)系統(tǒng)所致。9月27日，同是這條線路，由于信號(hào)故障而臨時(shí)轉(zhuǎn)為人工調(diào)度，卻因?yàn)殡S后的指揮人員失誤，導(dǎo)致列車(chē)追尾，271名旅客受傷。這個(gè)事故帶給我們深刻的教訓(xùn)：即使在引入自動(dòng)駕駛技術(shù)之后，工作人員應(yīng)對(duì)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(yùn)輸系統(tǒng)，其最重要的屬性應(yīng)該是安全可靠。無(wú)人駕駛的軌道交通系統(tǒng)盡管有助于提升運(yùn)力，但它的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，也有賴(lài)于有力的監(jiān)控機(jī)制和排障人員，貿(mào)然“大撒把”是很危險(xiǎn)的。相比于傳統(tǒng)的地鐵系統(tǒng)，無(wú)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(cè)試，使其服務(wù)逐漸臻于完美。從這個(gè)角度來(lái)講，北京首先在燕房線這個(gè)地鐵網(wǎng)絡(luò)的“末梢”上嘗試無(wú)人駕駛技術(shù)，可以說(shuō)是在為其他更重要的線路摸索和積累經(jīng)驗(yàn);為列車(chē)安裝人工駕駛室作為備份，也不失為一種穩(wěn)健的思路。