运输部署案例集/无轨电车

法国里昂的无轨电车

无轨电车是电力驱动的公共汽车。然而，与其他电动汽车不同，无轨电车从沿其路线运行的架空线获取电力，而不是电池。公共汽车通过两个杆子和电线连接到线路，而传统的无轨电车从头顶的单个连接点获取电力。 虽然由于车辆在运营期间始终需要连接到线路，因此路线选择有限，但这种获取电力的方式确实比传统电动汽车（以及非电动汽车）具有优势。

历史

电动车，约1882年

无轨电车可以追溯到1882年的柏林，最初被称为“电动车”。电动车在火车站之间 591 码的轨道上运行。它由一辆四轮马车组成，配备有从架空电缆获取电力的电机。这条轨道在进行了几月的展示后被拆除。

第一辆真正的载客无轨电车是在近 20 年后开发和实施的，位于巴黎附近的枫丹白露，该系统一直运行到 1913 年。 1901 年后期，德国德累斯顿附近的比拉谷开通了一套系统。这辆无轨电车与现代的无轨电车一样，使用两条架空电线，并通过弹簧加载的连接杆获取电力。该系统一直运行到 1904 年，激发了世界各地其他系统的出现。 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进行了展示。到 1920 年代，美国各地出现了许多系统，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，也就是 1950 年前后，全球有 900 多套无轨电车系统在运营。

然而，由于私家车和柴油公共汽车的出现，以及 1956 年的联邦援助公路法案，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。 无轨电车发展成熟，但并未长时间保持在该状态。到 1951 年和 1952 年，有超过 7000 辆无轨电车在运营。到 1956 年，这一数字降至 6000 辆以下。到 1973 年，这一数字降至 700 辆出头，仅为 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）。 正如传统有轨电车在城市规划者中重获新生一样，无轨电车也有可能重获人气。在俄罗斯等一些国家，无轨电车从未出现过衰落。莫斯科的系统拥有约 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，西雅图的整个电动公共汽车车队都需要更换；2011 年，进行了一次全面的无轨电车系统评估，以确定是否用柴油公共汽车取代无轨电车。

优缺点

无轨电车能够比非电动同行更快、更平稳、更有效地加速爬坡。电动机在启动时提供扭矩时比柴油机更有效。此外，它们的橡胶轮胎在钢轨上的抓地力比钢轮好。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，而大多数美国城市已经放弃了这种模式的原因。由于没有独立的电池携带运营所需的电荷，无轨电车比其同行更轻。

另一个优势是，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脱离并移出路面，而不是阻碍同一路线上的其他车辆。此外，这使无轨电车能够像其他公共汽车一样停靠在路边，而不是要求在街道中央设置上车岛。这也有助于实现平层上车，与无法提供平层上车的那些模式相比，使行动不便的乘客更容易使用该模式。

这项技术的一个可能是优点和缺点的事情是它在运行时很安静。行人可能没有注意到车辆驶近，因为它没有发出噪音。为了防止因这种情况造成的伤害和事故，可以在车辆前方安装扬声器，以便将声音引导到行人和其他可能在危险区域的驾驶员。

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）更灵活，但它不如公共汽车灵活。如果无轨电车线路经过的区域正在进行道路施工，则该线路必须暂时停止运营，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相互超车。

一个三通无轨电车开关

无轨电车系统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，其影响特别难以忽视。除了不美观之外，电缆连接器可能会松动或被主动断开。这会导致运输延误，因为驾驶员必须重新连接电缆。还要考虑天气对电缆和电缆杆的影响；如果在潮湿寒冷的气候条件下安装，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重型车辆撞击对路面的磨损。轨道交通在这方面具有优势，因为一旦轨道铺设完毕，就可以消除对路面的过度负荷。与非电缆公共汽车的另一个比较是，人们认为乘坐公共汽车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其他交通方式可用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比私家车具有优势，它使用更少的能源和空间。安装无轨电车服务比建立柴油动力公共汽车线路的初始成本更高，因为安装架空线路的成本更高，但由于燃油和维护成本更低，这笔额外成本可能是可收回的。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没有使用该系统更加可持续；美国华盛顿州西雅图市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（如明尼苏达州的轻轨线路）复兴。无轨电车也有可能复兴；更可能的复兴将来自混合技术。混合动力无轨电车允许将大部分线路置于电缆下，但可以选择用电池或柴油发动机来覆盖安装电缆不可行的地方，或者在需要重新规划路线的情况下。这仍然可能导致问题；在车辆上添加电池或发动机将增加生产成本，也会增加车辆的重量，并占用乘客空间。

虽然无轨电车可能不会复兴，但一项相关技术——无轨卡车——正在被提议作为货运列车的补充。无轨卡车的工作原理与无轨电车相同，通过连接到架空电线获取动力。在 2008 年出版的《运输革命》一书中，作者理查德·吉尔伯特和安东尼·珀尔提出了一项计划，该计划将把大多数货物运输从卡车转移到无轨卡车。 目前，洛杉矶正在考虑实施混合动力柴油无轨卡车，以努力减少因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 年公共交通事实手册，可在网上找到。APTA 提供的最早数据来自 1928 年，大约是在美国建立第一个无轨电车系统 25 年后。数据持续到 2010 年。该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 1952 年开始后 30 年内完成。^[7]

一项新技术（无论是否为交通运输）的创新可以描述为具有四个主要部分的 S 型曲线：诞生、增长、成熟和衰退。在技术开发后的最初阶段，其增长缓慢，因为人们对适应新技术犹豫不决。一旦它达到一定水平（可能是理解和/或接受度），增长就会呈指数级增加。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，例如可用于建设州际公路的土地里程、人口可以合理拥有的手机数量）。随着技术的老化和新技术的开发，旧技术将会衰退，有时会快速，有时会缓慢。

在无轨电车生命周期图中，显示了整个生命周期；可以看到明显的 S 型曲线创新时期，包括诞生、增长和成熟，随后是急剧的衰退。

图 2：无轨电车实际数据与统计模型

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

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（年度，1928-1952）
• (t0 是拐点时间（峰值的二分之一）
• 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完整的迭代，因此可以将 K 设置为峰值（1952 年的 7180 辆车），并且可以将 t0 估计为车辆数量达到该峰值一半（大约 3590 辆，在 1944 年）的那一年。使用求解器，进行了多次迭代分析，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。