让火车更安全、更智能的所有方法

坐火车旅行可以一帆风顺，一帆风顺，但也可能非常糟糕。今年春天，纽约宾夕法尼亚车站因设备老化而发生一系列脱轨和延误事件，导致北美最繁忙的铁路枢纽交通陷入混乱，最终导致车站不得不进行急需的维修，这将使乘客的出行计划在几个月内受到影响。

我们距离消除这些与火车相关的麻烦还有很长的路要走，美国的客运铁路仍然在与老旧的基础设施和资金不足作斗争。但铁路是一种相当安全的出行方式（比开车更安全），而且有几种方法可以改善火车及其运行的轨道。以下是我们用来使火车更快、更安全、更高效的五种技术：

积极的列车控制

这项技术可以在列车出问题前将其停下，从而防止事故发生。配备主动列车控制系统的列车使用 GPS、Wi-Fi 和无线电信号来了解前方轨道的情况，然后根据自身速度和重量等因素确定何时开始减速。

因此，如果列车速度过快或司机没有注意到停车信号，主动列车控制系统可以在列车脱轨或撞上其他列车之前刹车。但在其他情况下——例如，如果列车被卡在即将到来的铁路交叉口——主动列车控制系统可能没有多大帮助。联邦铁路管理局客运铁路部门主任德文·鲁斯说，人们正在设计其他技术来发现轨道上的人、树木和车辆，并向列车发出警告。

积极列车控制最初预计在 2015 年底前普及；此后国会将该期限推迟到 2018 年底，尽管该技术已在某些地区采用。积极列车控制难以推广的一个原因是，美国的列车经常在其他铁路轨道上行驶。美国铁路协会新闻秘书杰西卡·卡哈内克 (Jessica Kahanek) 表示：“无论铁路线如何，它们都需要能够相互通信。”“如果是 BNSF [货运] 列车，它将需要与 Amtrak 列车在同一个网络中响应。”

然而，一旦列车安装了主动列车控制系统，就可以对其进行调整，使其实现一些额外的功能。“业界已在这项技术上投入了大量资金，这基本上就是将这台计算机安装在列车上，它可以做比现在更多的事情，”罗斯说。

目前，大多数铁路和地铁都使用固定区间信号，即将轨道分成不同的部分，每次只能有一列火车通过。“那可能是几英里……信号区间只能有一列火车通过，”罗斯说。

理想情况下，火车将使用移动闭塞系统，该系统会计算出火车周围的安全区。这个缓冲区将允许更多火车以更近的速度行驶，而不会发生碰撞。

只需稍加规划，您就可以利用 PTC 的“智能”帮助列车迁移到移动闭塞系统。例如，您可以在列车内添加传感器，以告知计算机列车的精确重量。这样，在计算列车减速需要多长时间时，就无需再进行猜测。

防撞缓冲区

当汽车发生事故时，引擎盖会收缩，吸收能量以保护乘客。Rouse 说，设计类似的火车溃缩区要困难得多。需要进行大量测试才能确保设计的车辆“失效”的方式符合您的预期。火车车厢比汽车大得多，因此牺牲几辆火车车厢来撞毁很快就会付出高昂代价。

而且由于火车体积巨大、重量沉重，如果发生碰撞，需要吸收的能量比汽车要多。“就材料的实际作用而言，你谈论的是另一个世界，”鲁斯说。“这是一个更复杂的问题，即这种结构将如何表现？它不是像汽车那样的一组紧凑的小框架。”

直到最近，我们才有了可以运行不同碰撞场景并预测火车车厢如何反应的计算机，这让工程师们终于可以为火车设计出碰撞缓冲区。大多数新火车都配备了这种安全功能，称为碰撞能量管理。

检查

引发事故的不仅仅是人为失误，火车本身或轨道的问题也可能导致事故。幸运的是，有办法及早发现这些缺陷。

位于科罗拉多州普韦布洛的运输技术中心公司对铁路设备进行测试，以确定如何改进或何时需要调整。卡哈内克说，这可能意味着在实验室中对车轮或轨道车进行滥用，以查看它们在开始发生故障之前可以承受多少磨损。一台机器摇晃轨道车，以模拟行驶中的火车多年的振动。

其他技术用于检查已投入使用的列车和轨道，以了解它们的老化程度。可以沿着轨道安装路边探测器，扫描经过的列车是否存在车轮破裂等问题。其他工程师正在研究可以塞进火车的传感器。当火车行驶时，这些传感器会检查下方的轨道是否有缺陷。

其中一个缺陷是枕木（支撑火车轨道的木梁）与用于固定轨道的碎石之间可能形成的缝隙。这些空隙有点像坑洞；如果任其发展，它们可能会损坏火车的悬架，甚至导致火车脱轨。西门子和英国哈德斯菲尔德大学的研究人员已经设计出一种寻找这些不必要缝隙的方法——他们的传感器通过读取火车驶过缝隙时运动的细微变化来检测缝隙。

通常情况下，这类问题是由定期派出的特殊车辆发现的。但这项新技术非常简单，可以安装在客运列车上，因此任何一段轨道都不会长期被忽视。“不是每隔几个月就有一辆轨道记录车经过，而是火车将更频繁地使用该系统经过，”该大学铁路研究所的研究员 Farouk Balouchi 说。

这项技术可以用于其他用途，例如确保火车为乘客提供足够平稳的乘坐体验。Balouchi 说：“车辆应该以一定的乘坐质量行驶……而该系统可以检测出车辆是否表现不佳。”

无人机

铁路部门也开始尝试使用无人机。无人机可以派上用场，用于检查人类难以到达的区域，例如桥梁。“这些无人机可以在铁路下方飞行，无需工人束缚，”卡哈内克说。无人机还可以在恶劣或危险的天气下工作，例如可能导致钢轨开裂的冬季寒冷天气。

但它们也能帮助铁路部门决定如何应对紧急情况。2015 年，BNSF 铁路公司在德克萨斯州和俄克拉荷马州受洪水影响的铁路路段上空飞行无人机，锁定了无法步行到达的受损区域。

当火车发生事故时，无人机可以确保急救人员知道他们正在面对什么样的高温、化学物质或其他风险。“他们可以将这些[包裹]空运过来，然后扔下，获取传感器读数，而不需要有人穿上防护服，走进去，扔下它，然后出来，”卡哈内克说。

高速铁路

在高铁方面，美国远远落后于其他国家。美铁的 Acela Express 列车服务于华盛顿特区和波士顿之间的城市，最高时速可达 150 英里，但部分路段只能承受 25 英里的时速。

尽管如此，仍有理由期待交通速度的提高。加州计划安装高速铁路系统，让列车以每小时 200 英里以上的速度在旧金山和洛杉矶之间疾驰，尽管进展缓慢。德克萨斯州也在考虑建设高速铁路。埃隆·马斯克 (Elon Musk) 提出的 Hyperloop 列车的乘客时速将超过 700 英里。在东北部安装磁悬浮列车的提议也在考虑之中。

除了速度，日本还有其他优点。日本以子弹头列车闻名，但实际上子弹头列车并不是其备受推崇的新干线（以频繁准时发车而闻名）顺利运行的唯一原因。“他们……有一个计算机系统，它实际上是这项操作背后的大脑，它的功能比我们在美国通常依赖的技术要多得多，”罗斯说。在幕后，它处理着许多任务，从调度和调度列车到确定哪些乘务员和列车可用，以及重新安排列车路线以避免延误。

“据我所知，美国很少有系统能像日本的系统那样将所有这些东西结合在一起运行铁路，”罗斯说。在美国现有的铁路线上推广这种技术会更加复杂。就像积极的列车控制一样，它必须管理共用同一轨道的不同铁路。

“这会让事情变得有点复杂，但是……你肯定能找到办法来解决它，”罗斯说。