无人驾驶，让地铁如虎添翼？

安澜

近日，北京地铁燕房线传出消息：这条线路已进入列车调试阶段，预计将于2017年正式开通。作为中国大陆首条采用自主知识产权设备，而且开通之初便能实现无人驾驶运营的城市地铁线路，燕房线独特的运行模式一直引人关注。

事实上，听起来颇为神奇的无人驾驶地铁，如今已不再是高不可攀的技术。经过30多年的试炼，它不仅凭借智能化的优势，降低了城市轨道交通的管理和运营成本，而且为地铁线路赋予了更多提升运力的潜能。

自动轻轨横空出世

城市地铁有没有可能像自动化工厂一样，依靠计算机系统和传感器实现全自动运行？这样的设想听起来没有什么问题，因为相比于国家铁路，城市地铁一般没有与公路的平交道口，运营时间里人员走上路轨的可能性也很小。也就是说，城市地铁是一个相对“简单”的系统，完全有可能接受类似于工业程控的控制方式。

早在20世纪80年代初，无人驾驶地铁系统就分别在日本和法国悄悄萌芽。1981年，日本神户修建了第一条无人驾驶单轨列车线路以连通人工岛。但如今在世界各地广泛使用的无人驾驶地铁系统，其技术源头却要追溯到法国北部城市里尔。

1983年4月25日，里尔地铁1号线一期工程竣工开线。这条运载量并不大的线路，却使用了一项前所未有且在当时看来颇为科幻的技术：由里尔北方大学研发的VAL（Véhicule Automatique Léger），也就是自动驾驶轻轨列车系统。

VAL是一种“套餐”式的城市轨道交通解决方案，包括三个主要组件，即（两节编组的）胶轮列车、专用计算机控制的自动驾驶系统和车站月台屏蔽门。正是这三者的有机配合，方才使无人驾驶地铁成为可能。

当VAL诞生的时候，胶轮列车在法国早已是一项成熟的技术，并为公众所认可。虽然将传统钢轮地铁改为胶轮线路费用高昂，但这种新系统的优势也显而易见。胶轮列车的爬坡性能强，噪声相对较小，更重要的是，它加速减速都很快，这就意味着更大的发车密度和更高的平均速度。而对于运算能力并不高的早期计算机系统来说，胶轮列车刹车距离短的特点，提供了比钢轮列车更大的安全冗余。正因如此，VAL才选择了胶轮与自动驾驶系统的组合。

而车站月台屏蔽门则是VAL的另一项重要创举，自瑞士进口的高品质玻璃将月台和路轨完全隔离，屏蔽门只有在列车停稳之后，才会随着车门打开，杜绝了乘客坠下站台或是向路轨抛掷杂物的可能。这些严密的安全措施，使地铁在自动驾驶的状态下，也可以保证运营安全。

通过安装在车站、站台、车头下方和车厢内等多处的传感器、监视器，作为整个方案的“总指挥”的计算机就可以“知晓”整条线路上的情况，并在每一天的运营中，指挥配属全线的所有列车，完成自动“唤醒”、系统自检、行车载客，以及收班后自动“休眠”等地铁运营涉及的全套操作。

胶轮列车的诞生

在第二次世界大战期间，巴黎曾被纳粹德国占领4年多，法国引以为荣的巴黎地铁被超负荷使用却疏于维护，及至终战已然破败。为了重振民众自信，巴黎迫切需要找到大幅提升地铁运力和舒适度的方法。于是，法国轮胎业巨头米其林公司提出了胶轮地铁计划，又与汽车巨头雷诺公司合作，在1951年制成了第一列样车。

解巴黎交通之困

在里尔之后，图卢兹、雷恩和里昂等法国城市的地铁，也引入了类似的技术。而在巴黎地铁14号线，无人驾驶地铁更是获得了空前的成功，成为解决城市交通问题的关键环节。

 14号线是巴黎地铁的新锐线路

巴黎地铁路网大多规划和兴建于20世纪初，狭窄而多弯道的隧道，以及当年为方便市民出行设计的平均500米左右的短站距，都制约着当地的地铁速度和运力的提升。随着城市人口的不断增长，以及西北部拉德芳斯商务区的崛起，沟通巴黎东部和西部的地铁1号线，以及高运量的RER（Réseau Express Régional，法兰西岛快轨系统）线路都迅速饱和。这意味着巴黎需要一条新的东西向轨道交通线路，而且必须拥有出色的运力。

基于这样的思想，14号线在1998年建成通车。这条大体沿着塞纳河修建的地铁线路，沿途有多个巴黎最容易出现大客流的地点：两座大型火车站，卢浮宫、国家图书馆等地标建筑，以及全球仅有的城市轨道交通8线换乘站查特莱站（Ch?telet）。为了适应这样的沿途状况，14号线将平均站间距延长到1100多米，隧道尽可能“拐大弯”，使用加速度更快的胶轮列车，并大胆地在世界各国首都的地铁线路当中首次引入了无人驾驶技术。由于列车依靠全无感情的计算机来驾驶，因此避免了每次进站前夕，列车司机因心情紧张而过早减速的可能。

所有这些优势的配合，令14号线列车的平均速度可以达到每小时40千米，而其他地铁线路的平均速度则不超过每小时30千米。这条新锐地铁线路，轰动了巴黎，法国人甚至创造出一个混合“地铁（métro）”和“流星（météore）”的新词“météor”，以形容这条线路惊人的运力和无人驾驶列车“快如流星”的特质。

除了更高的行驶速度，无人驾驶技术带给14号线最大的优势，或许是无驾驶室列车独特的乘坐体验，以及更小的车辆段（整备区）。传统的地铁列车必须在运营结束后回到车辆段，以便司机下班回家;但无人驾驶地铁可以直接在车站上“存车”。这不仅意味着节能，第二天早班车发车也会更为方便。

运用14号线积累的技术经验，巴黎在2012年底完成了对1号线的无人驾驶改造，为这条早已不堪重负的老线路进行了最后的“挖潜”。另一方面，14号线也开始进行扩建工程，以期为巴黎的交通带来更多的活力。

无人驾驶地铁蓬勃兴起

在巴黎之后，无人驾驶地铁进入了越来越多大城市的交通网络。丹麦首都哥本哈根的无人驾驶地铁系统，自2002年10月交付使用以来，至今没有出现过严重障碍和重大安全事件，而且乘客满意度高达98%，创造了行业奇迹，被誉为“全球最完美的地铁”。2011年6月开通的德国纽伦堡地铁3号线，更是实现了无人驾驶列车和传统列车混跑，使既有运力资源被充分利用。

在中国，北京为2008年奥运会修建的机场快轨，是第一条拥有无人驾驶条件的地铁线路。但因为准时抵离机场事关重大，出于稳妥起见，它并没有真的采用无人驾驶方式运营，在开通近8年后，仍然配备司机进行人工控制。

 里昂地铁的无人驾驶列车，只有两节车厢，但可以满足这座城市不大的客流

尽管如此，无人驾驶地铁的发展仍然是难以忽视的趋势。这是因为，作为有人驾驶地铁系统漫长应用经验的总结与优化，无人驾驶地铁可以有效地降低司机人为失误或突发健康问题而导致的安全风险，而且在设计之时，就为自动控制系统留出更多的安全冗余，比如全自动的屏蔽门等，其安全性与传统的有人驾驶地铁相当甚至更高。

而且，自动化相关技术的发展，也让走过30多年的无人驾驶地铁系统变得更为“智能”。更快速的计算机提供了更多的反应时间，使无人驾驶列车也用上了钢轮，从而有可能与传统的路轨兼容。不仅如此，一些最先进的无人驾驶地铁系统，比如北京燕房线的无人驾驶列车，还可以通过装在车头下方的传感器判断前方路轨上障碍物的质量，进而推断其性质，使计算机决定列车是紧急刹车还是无视障碍继续前行。如果车辆遇到足以妨碍运行的障碍物，系统可以在1.4秒内启动紧急刹车程序，使时速80千米的列车，在200米之内完全停下来。

得益于计算机控制程序一经设定便会严格执行的特性，近年来兴起的大数据技术，也可以在无人驾驶地铁系统中发挥更大的作用。在线路开通运行一段时间之后，人们就可以根据每天不同时段和每周不同日期的客流数据，对线路控制程序进行调整，使运力和客流更为契合。

开线需谨慎，测试要完善

根据北京的轨道交通规划，如若燕房线在无人驾驶方面“试水”成功，那么同样的技术就会被引入到一些市区的新建线路，以及19号线这样的“快线”当中，以应对未来地铁网络扩充之后更大的客流。

但让无人驾驶地铁提供高质量服务的前提，是在开线之前，对其进行完善的测试。这是因为，尽管计算机系统有助于避免“人误”，但同样是由人设计的计算机程序，在编写阶段很容易出现缺陷，往往需要反复测试查找方能发现问题。如若程序不够完善，或者信号系统的故障处置不及时，也可能会让地铁列车失控，造成比较严重的事故。

在中国，上海地铁网络中首条具备无人驾驶能力的线路10号线，就因为信号系统紊乱，在2011年连续发生列车开错方向和追尾两起事故。原来，因为急于开线，这条线路的信号系统测试时间被大幅压缩，以至于开线之后仍然需要进行一些信号测试工作。同时，10号线又是上海地铁中第一条设置支线的线路，而信号系统负责控制列车的走向，使列车轮流驶入两条支线。

7月28日晚高峰时，一列本应开往航中路的列车由于信号阻塞，使用了开往虹桥火车站的前一趟列车的数据，因而“走进了歧路”，究其原因，正是复杂而不完善的信号系统所致。9月27日，同是这条线路，由于信号故障而临时转为人工调度，却因为随后的指挥人员失误，导致列车追尾，271名旅客受伤。这个事故带给我们深刻的教训：即使在引入自动驾驶技术之后，工作人员应对突发故障的技能培训也同样需要跟上。

地铁作为一种公众经常使用的“大客流”交通运输系统，其最重要的属性应该是安全可靠。无人驾驶的轨道交通系统尽管有助于提升运力，但它的稳定运转，也有赖于有力的监控机制和排障人员，贸然“大撒把”是很危险的。相比于传统的地铁系统，无人驾驶地铁在确保系统可靠性方面，需要大量严谨的测试，使其服务逐渐臻于完美。从这个角度来讲，北京首先在燕房线这个地铁网络的“末梢”上尝试无人驾驶技术，可以说是在为其他更重要的线路摸索和积累经验;为列车安装人工驾驶室作为备份，也不失为一种稳健的思路。