運輸部署案例集/無軌電車

法國里昂的無軌電車

無軌電車是電動公共汽車。然而，與其他電動汽車不同的是，無軌電車從沿其路線執行的架空線路上獲取電力，而不是電池。公共汽車透過兩根電杆和電線連線到線路，而傳統的無軌電車則從頭頂的單個連線點獲取電力。雖然由於車輛在執行期間始終需要連線到線路而限制了路線選擇，但這種獲取電力的方法確實比傳統電動汽車（以及非電動汽車）具有優勢。

歷史

約1882年的電動馬車

無軌電車可追溯到1882年的柏林，最初被稱為“電動馬車”。電動馬車在火車站之間行駛的591碼長的軌道上執行。它由一輛四輪馬車組成，配備了由架空電纜供電的電機。這條軌道在幾月的演示後被拆除。

第一輛“真正的”載客無軌電車是在近20年後開發並在巴黎附近的楓丹白露投入使用的，並一直執行到1913年。後來在1901年，德國德累斯頓附近的比拉谷開通了一個系統。這款無軌電車，與其現代同類產品一樣，使用兩根架空電線和彈簧載入的連線杆來獲取電力。該系統一直執行到1904年，啟發了世界各地的其他系統。1903年，無軌電車在美國康涅狄格州紐黑文和賓夕法尼亞州斯克蘭頓的示範中亮相。到20世紀20年代，全國許多系統都投入執行，並且在接下來的30年中數量不斷增加。在該模式的鼎盛時期，即1950年左右及之後，全球運營著900多個無軌電車系統。

然而，由於私家車和柴油巴士的出現，以及1956年的《聯邦公路援助法案》，無軌電車與其他形式的公共交通（如有軌電車）一起迅速衰落。無軌電車達到了成熟期，但並沒有持續很長時間。到1951年和1952年，運營中的無軌電車超過7000輛。到1956年，這一數字下降到略低於6000輛。到1973年，這一數字下降到略高於700輛，是20年前的十分之一。

到2010年，只有大約570輛無軌電車在5個州運營：加利福尼亞州（舊金山）、馬薩諸塞州（波士頓）、俄亥俄州（代頓）、賓夕法尼亞州（費城）和華盛頓州（西雅圖）。就像傳統的有軌電車正在得到城市規劃者的復興一樣，無軌電車也可能重新獲得人氣。在俄羅斯等一些國家，無軌電車從未經歷過衰落。莫斯科的系統擁有大約1500輛車輛和100條線路。然而，隨著越來越多的美國城市正在探索重新實施無軌電車的可能性，西雅圖等擁有現有系統的城市正在考慮減少或完全取消該服務。到2013年，西雅圖的所有電動公交車都將需要更換；2011年，舉行了一次全面的無軌電車系統評估，以確定是否用柴油車取代無軌電車。

優點和缺點

無軌電車能夠比非電動汽車更快、更平穩、更有效地加速上坡。電動機在啟動時提供扭矩的效率高於柴油機。此外，它們的橡膠輪胎比鋼軌上的鋼輪具有更好的牽引力。這可能是舊金山和西雅圖這兩個多山的城市今天仍在使用無軌電車的原因，而大多數美國城市已經放棄了這種模式。由於沒有獨立的電池來承載執行所需的電荷，無軌電車也比其同類產品更輕。

另一個優點是，雖然無軌電車在固定路線行駛，但故障車輛可以輕鬆地從架空線上斷開並移出路線，而不是阻礙同一路線上的其他車輛。此外，這使得無軌電車能夠像其他公共汽車一樣停靠在路邊，而不是需要在街道中間設定乘車島。這也促進了平層上下車，使行動不便的乘客更容易使用該模式，而不是那些無法提供平層上下車的模式。

該技術的一個可能是優點也可能是缺點的地方在於其執行的安靜性。行人可能不會注意到車輛的到來，因為它沒有發出噪音。為了防止因這種情況導致的受傷和事故，可以在車輛前部安裝揚聲器，將聲音引導至危險區域的行人和其他人。

一個缺點是，雖然無軌電車比固定軌道交通方式（輕軌、有軌電車）更具機動性，但不如公共汽車。如果一條道路正在施工，並且無軌電車線路經過該區域，則必須暫時停止該線路，而不是重新規劃路線。此外，無軌電車不能像非固定軌道交通方式那樣互相超車。

一個三路無軌電車開關

無軌電車系統的另一個主要缺點是需要架空電纜。大多數人認為電纜在視覺上不美觀，安裝新線路可能會引發抗議。線上路匯合的地方，這種影響尤其難以忽視。除了外觀不好看外，電纜聯結器可能會脫落或被主動斷開。這會導致交通延誤，因為司機必須重新連線電纜。還需要考慮天氣對電纜和電纜杆的影響；如果安裝在潮溼和寒冷的氣候中，電線可能會結冰，導致線路無法使用。

與非電纜公共汽車一樣，另一個需要考慮的因素是持續的重型車輛撞擊對路面的磨損。軌道交通在這裡具有一定的優勢，因為一旦軌道鋪設到位，就可以減輕路面的過度載荷。與非電纜公共汽車的另一個比較是，乘坐公共汽車被認為不如其他交通方式舒適。清潔度、人口統計和時間表可靠性是人們在有其他交通方式可選擇時選擇不乘坐公共汽車的潛在原因。

無軌電車的環境影響也是使用這種模式的優勢。任何形式的公共交通都優於私家車，使用更少的能源和空間。由於安裝架空線的成本，最初建立無軌電車服務的成本比建立柴油動力公交路線的成本更高，但由於較低的燃油和維護成本，額外的成本可能是可以收回的。此外，從可持續能源獲取大量電力並使用該電力運營無軌電車系統的城市比不使用該電力系統更具可持續性；美國華盛頓州西雅圖使用哥倫比亞河和其他河流的水力發電來運營該系統。

未來政策

有軌電車和其他形式的軌道交通正在許多城市復興（例如明尼蘇達州的輕軌線路）。無軌電車也有可能復興；更有可能的是混合技術的復興。混合動力無軌電車允許將大部分線路置於電纜下方，但可以選擇使用電池或柴油發動機來覆蓋鋪設電纜不可行的地方，或在需要重新規劃路線的情況下。這可能仍然會導致問題；在車輛上新增電池或發動機將增加生產成本，並增加車輛的重量，並佔用乘客的空間。

儘管無軌電車可能不會復興，但一項相關技術——無軌卡車——正被提議作為貨運列車的補充。無軌卡車的執行原理與無軌電車相同，並透過連線到架空電線供電。在2008年的《交通革命》一書中，理查德·吉爾伯特和安東尼·珀爾提出了一個計劃，該計劃將大部分貨物運輸從卡車轉移到無軌卡車上。目前，洛杉磯正在考慮實施混合柴油無軌卡車，以努力應對航運業造成的空氣汙染。

定性分析

圖1：無軌電車生命週期資料

資料取自APTA 2012年公共交通概況，可在網上找到。APTA提供的最早資料來自1928年，大約是在美國第一個無軌電車系統建立後25年。資料持續到2010年。這個資料集的獨特之處在於，無軌電車在美國的整個創新時期在大約30年後（大約1952年）就完成了。

一項新技術的創新（無論是交通技術還是其他技術）可以用S曲線來描述，它包含四個主要部分：誕生、增長、成熟和衰退。在技術開發初期，其增長緩慢，因為人們對適應新技術猶豫不決。一旦達到一定水平（可能是理解和/或接受程度），增長就會呈指數級增長。在另一個特定水平上，這種增長會放緩並保持穩定（可能是由於物理限制，例如可用於修建州際公路的土地面積、人口所能合理擁有的手機數量）。隨著技術的成熟和新技術的出現，舊技術將走向衰落，有時是快速衰落，有時是緩慢衰落。

在無軌電車生命週期圖中，顯示了整個生命週期；可以看到清晰的S曲線創新時期，包括誕生、增長和成熟，然後是急劇下降。

圖2：無軌電車實際資料與統計模型

為了進行統計建模，只分析了創新時期（1928-1952年）。應用普通最小二乘（Logistic）迴歸模型來估計以下Logistic函式

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

其中

• S(t) 是狀態度量（車輛數量）
• t 是時間（年，1928-1952）
• (t0 是拐點時間（峰值的一半）
• K 是飽和狀態水平（峰值）

b 是一個係數，衡量對自變數的影響程度。

由於無軌電車的生命週期已經經歷了一個完整的迭代，因此可以將K設定為峰值（1952年，7180輛車），並將t0估計為達到該車輛數量一半（大約3590輛，1944年）的年份。使用規劃求解器，運行了多次迭代分析，最終獲得了K=7951和b=0.225的值。由此得到的方程為

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

它給出瞭如圖2所示的資料模型。