运输部署案例集/无轨电车

法国里昂的无轨电车

无轨电车是电动公共汽车。然而，与其他电动汽车不同的是，无轨电车从沿其路线运行的架空线路上获取电力，而不是电池。公共汽车通过两根电杆和电线连接到线路，而传统的无轨电车则从头顶的单个连接点获取电力。虽然由于车辆在运行期间始终需要连接到线路而限制了路线选择，但这种获取电力的方法确实比传统电动汽车（以及非电动汽车）具有优势。

历史

约1882年的电动马车

无轨电车可追溯到1882年的柏林，最初被称为“电动马车”。电动马车在火车站之间行驶的591码长的轨道上运行。它由一辆四轮马车组成，配备了由架空电缆供电的电机。这条轨道在几月的演示后被拆除。

第一辆“真正的”载客无轨电车是在近20年后开发并在巴黎附近的枫丹白露投入使用的，并一直运行到1913年。后来在1901年，德国德累斯顿附近的比拉谷开通了一个系统。这款无轨电车，与其现代同类产品一样，使用两根架空电线和弹簧加载的连接杆来获取电力。该系统一直运行到1904年，启发了世界各地的其他系统。1903年，无轨电车在美国康涅狄格州纽黑文和宾夕法尼亚州斯克兰顿的示范中亮相。到20世纪20年代，全国许多系统都投入运行，并且在接下来的30年中数量不断增加。在该模式的鼎盛时期，即1950年左右及之后，全球运营着900多个无轨电车系统。

然而，由于私家车和柴油巴士的出现，以及1956年的《联邦公路援助法案》，无轨电车与其他形式的公共交通（如有轨电车）一起迅速衰落。无轨电车达到了成熟期，但并没有持续很长时间。到1951年和1952年，运营中的无轨电车超过7000辆。到1956年，这一数字下降到略低于6000辆。到1973年，这一数字下降到略高于700辆，是20年前的十分之一。

到2010年，只有大约570辆无轨电车在5个州运营：加利福尼亚州（旧金山）、马萨诸塞州（波士顿）、俄亥俄州（代顿）、宾夕法尼亚州（费城）和华盛顿州（西雅图）。就像传统的有轨电车正在得到城市规划者的复兴一样，无轨电车也可能重新获得人气。在俄罗斯等一些国家，无轨电车从未经历过衰落。莫斯科的系统拥有大约1500辆车辆和100条线路。然而，随着越来越多的美国城市正在探索重新实施无轨电车的可能性，西雅图等拥有现有系统的城市正在考虑减少或完全取消该服务。到2013年，西雅图的所有电动公交车都将需要更换；2011年，举行了一次全面的无轨电车系统评估，以确定是否用柴油车取代无轨电车。

优点和缺点

无轨电车能够比非电动汽车更快、更平稳、更有效地加速上坡。电动机在启动时提供扭矩的效率高于柴油机。此外，它们的橡胶轮胎比钢轨上的钢轮具有更好的牵引力。这可能是旧金山和西雅图这两个多山的城市今天仍在使用无轨电车的原因，而大多数美国城市已经放弃了这种模式。由于没有独立的电池来承载运行所需的电荷，无轨电车也比其同类产品更轻。

另一个优点是，虽然无轨电车在固定路线行驶，但故障车辆可以轻松地从架空线上断开并移出路线，而不是阻碍同一路线上的其他车辆。此外，这使得无轨电车能够像其他公共汽车一样停靠在路边，而不是需要在街道中间设置乘车岛。这也促进了平层上下车，使行动不便的乘客更容易使用该模式，而不是那些无法提供平层上下车的模式。

该技术的一个可能是优点也可能是缺点的地方在于其运行的安静性。行人可能不会注意到车辆的到来，因为它没有发出噪音。为了防止因这种情况导致的受伤和事故，可以在车辆前部安装扬声器，将声音引导至危险区域的行人和其他人。

一个缺点是，虽然无轨电车比固定轨道交通方式（轻轨、有轨电车）更具机动性，但不如公共汽车。如果一条道路正在施工，并且无轨电车线路经过该区域，则必须暂时停止该线路，而不是重新规划路线。此外，无轨电车不能像非固定轨道交通方式那样互相超车。

一个三路无轨电车开关

无轨电车系统的另一个主要缺点是需要架空电缆。大多数人认为电缆在视觉上不美观，安装新线路可能会引发抗议。在线路汇合的地方，这种影响尤其难以忽视。除了外观不好看外，电缆连接器可能会脱落或被主动断开。这会导致交通延误，因为司机必须重新连接电缆。还需要考虑天气对电缆和电缆杆的影响；如果安装在潮湿和寒冷的气候中，电线可能会结冰，导致线路无法使用。

与非电缆公共汽车一样，另一个需要考虑的因素是持续的重型车辆撞击对路面的磨损。轨道交通在这里具有一定的优势，因为一旦轨道铺设到位，就可以减轻路面的过度载荷。与非电缆公共汽车的另一个比较是，乘坐公共汽车被认为不如其他交通方式舒适。清洁度、人口统计和时间表可靠性是人们在有其他交通方式可选择时选择不乘坐公共汽车的潜在原因。

无轨电车的环境影响也是使用这种模式的优势。任何形式的公共交通都优于私家车，使用更少的能源和空间。由于安装架空线的成本，最初建立无轨电车服务的成本比建立柴油动力公交路线的成本更高，但由于较低的燃油和维护成本，额外的成本可能是可以收回的。此外，从可持续能源获取大量电力并使用该电力运营无轨电车系统的城市比不使用该电力系统更具可持续性；美国华盛顿州西雅图使用哥伦比亚河和其他河流的水力发电来运营该系统。

未来政策

有轨电车和其他形式的轨道交通正在许多城市复兴（例如明尼苏达州的轻轨线路）。无轨电车也有可能复兴；更有可能的是混合技术的复兴。混合动力无轨电车允许将大部分线路置于电缆下方，但可以选择使用电池或柴油发动机来覆盖铺设电缆不可行的地方，或在需要重新规划路线的情况下。这可能仍然会导致问题；在车辆上添加电池或发动机将增加生产成本，并增加车辆的重量，并占用乘客的空间。

尽管无轨电车可能不会复兴，但一项相关技术——无轨卡车——正被提议作为货运列车的补充。无轨卡车的运行原理与无轨电车相同，并通过连接到架空电线供电。在2008年的《交通革命》一书中，理查德·吉尔伯特和安东尼·珀尔提出了一个计划，该计划将大部分货物运输从卡车转移到无轨卡车上。目前，洛杉矶正在考虑实施混合柴油无轨卡车，以努力应对航运业造成的空气污染。

定性分析

图1：无轨电车生命周期数据

数据取自APTA 2012年公共交通概况，可在网上找到。APTA提供的最早数据来自1928年，大约是在美国第一个无轨电车系统建立后25年。数据持续到2010年。这个数据集的独特之处在于，无轨电车在美国的整个创新时期在大约30年后（大约1952年）就完成了。

一项新技术的创新（无论是交通技术还是其他技术）可以用S曲线来描述，它包含四个主要部分：诞生、增长、成熟和衰退。在技术开发初期，其增长缓慢，因为人们对适应新技术犹豫不决。一旦达到一定水平（可能是理解和/或接受程度），增长就会呈指数级增长。在另一个特定水平上，这种增长会放缓并保持稳定（可能是由于物理限制，例如可用于修建州际公路的土地面积、人口所能合理拥有的手机数量）。随着技术的成熟和新技术的出现，旧技术将走向衰落，有时是快速衰落，有时是缓慢衰落。

在无轨电车生命周期图中，显示了整个生命周期；可以看到清晰的S曲线创新时期，包括诞生、增长和成熟，然后是急剧下降。

图2：无轨电车实际数据与统计模型

为了进行统计建模，只分析了创新时期（1928-1952年）。应用普通最小二乘（Logistic）回归模型来估计以下Logistic函数

S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]

其中

• S(t) 是状态度量（车辆数量）
• t 是时间（年，1928-1952）
• (t0 是拐点时间（峰值的一半）
• K 是饱和状态水平（峰值）

b 是一个系数，衡量对自变量的影响程度。

由于无轨电车的生命周期已经经历了一个完整的迭代，因此可以将K设置为峰值（1952年，7180辆车），并将t0估计为达到该车辆数量一半（大约3590辆，1944年）的年份。使用规划求解器，运行了多次迭代分析，最终获得了K=7951和b=0.225的值。由此得到的方程为

S(t) = 7951/[1+exp(-0.225(t-1944)]

它给出了如图2所示的数据模型。