书城科普读物人与环境知识丛书:环境与城市
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第9章 未来的城市交通(1)

像我们生命体中的循环器官一样,交通运输在城市建设中占有重要的地位。如果循环系统出现了问题,将会造成致命的伤害,所以要保证它一刻不停地正常工作。而且交通问题与我们特别关注的环境能源问题密切相关,在我们的日常生活和生产活动中占有很大比重。因此在谈到未来的城市生活时,交通问题是不可回避的领域。最初,人们为了生产,产生了移动、运输的需求,于是便产生了道路。随之而来的是更大量、更快捷的运送方法逐渐得到开发,最终发展成为今天这样高效率的船舶和铁路等运输系统。汽车如今成了我们生活的必需品。伴随着经济集团化、一体化的发展,国际上的运输越来越发达,空运的重要性也日益显著。机场也在城市的基础设施中占有日益重要的地位。

时至今日,交通运输和经济的发展相互影响,在城市中伴随着人口的流入与集中,道路和交通系统也不断扩大、完备,交通的便利促使人口和经济进一步获得增长。虽然已经针对交通运输方面进行了大规模城市基础设施的投资建设,但是到目前为止仍然不能满足城市发展的要求。由于过去单从政治或经济的狭窄角度来考虑城市交通运输的发展,因此导致许多不合理的问题大量产生并堆积下来,尤其是环境问题。可以说世界上的城市正遭受日益严重的交通问题的“摧残”,其中一个重要的原因就是小汽车的持续增长。无视环境和公共健康的问题,仅从个人出行舒适的角度出发,小汽车显然比公共汽车或其他交通方式更具有吸引力。但我们人类不能任由这些问题随意发展,我们需要认真地考虑如何解决现存的问题。未来的城市将更注重环境保护,采取改善公共交通、鼓励步行和自行车出行的措施,以减少小汽车的使用,或者至少引导人们以不同方式使用小汽车。如同今天的高层建筑必须配备电梯一样,今后大规模的城市还将提供自动水平移动的系统,从而使未来城市发展可以不依靠私人小汽车。从城市居民使用交通的便利角度和城市环保的角度,未来的城市交通应该朝着以下三个方面的要求发展:

一是快速。指的是从出发地到目的地两点间以直线方式相连接;交通工具高速化;最大限度地减少由于换乘或中途停留等因素所导致的时间浪费。

二是便宜。指的是运费和通行费用低;交通基础建设、维护等的公共投资的间接费用低;减少大气污染、噪声震动等环境治理的费用。

三是舒适。指的是减少由交通拥挤带来的精神焦虑;降低事故和故障的发生率;使广大的使用者不仅能在利用交通系统时产生舒适感,还可以为他们提供一个全盘的快捷、舒适的城市生活大环境。

1.绿色智能的代步工具

在不久的将来,没有大气污染、能源及环境问题的汽车将非常普及,在不丧失驾驶乐趣的同时,汽车的自动化和安全性将会得到大幅度的提高。而自行车将会重新受到城市居民的青睐,而且实现了智能化。

电动助力自行车

智能化电动助力自行车

未来的新型智能化电动助力自行车骑行轻快,一次充电可行驶200千米以上;操作控制方便,只用两个按钮开关,其中一个三位按钮开关,改变三挡速度设定,另一个是微动按钮,通过不同的触按方式,来控制自行车三大运行模式之间的转换(1.自行车模式,采用脚踏方式骑行,不依靠电力,适合于锻炼身体和电能耗尽时使用;2.新型智能化电动助力模式,实现智能电力助动,适合于爬坡与远距离骑行;3.1+1运行模式,兼有电力驱动与人力骑行)。智能化电动助力自行车运行安全可靠,当处于智能化电动助力模式骑行时,其额定最高行驶速度为20千米;智能化电动助力自行车的电动助力控制系统采用自创的智能型数字式同步自适应控制方案,系统新颖独特且成本低廉。

为了减少机动车辆的数量,未来的城市还将普及智能公共自行车,届时将在地铁站各站点和所有居民小区设立公共自行车“出租点”,“出租点”将遍及市区。公共自行车将采取低收费的运营方式,市民租骑公共自行车的费用肯定比自己购买自行车支出的维修费及存车费要低。新型的智能公共自行车外观和现在的普通自行车不一样,样子时尚,还装有车筐,具有方便、环保、节能等特点。每辆车都带有GPS全球定位系统,碰到逾期不还或车子丢失时,很容易找到。公共自行车的设计理念强调防盗、简便、轻快、易存放、易维护、结实、经济。每个使用公共自行车的人需携带身份证办理一张实名制磁卡,卡上有身份证等个人情况识别记录,取车时都要在公共自行车专用车架配备的电脑上刷卡。谁不还车,电脑都会读出来,这将在很大程度上降低自行车“有借无还”的情况。市民租用公共自行车,卡里事先要存入足够的租车保证资费,相当于押金。在公共自行车租赁点的POS机上刷卡,POS机收取一定金额押金;用好车后,还到任意一个公共自行车租赁点去,再刷一下POS机,押金原额返还。每天有专人维护的公共自行车,省却了市民自行维修及存车的烦恼。另外,公共自行车可以让出行者随时随地自由选择交通方式。出行者可以在一个地方租骑一辆公共自行车,到另一个地方去还。此外,公共自行车零污染、零排放,这种交通方式,可有效减少交通堵塞,减缓交通压力,使城市道路得到更好地利用,避免社会资源的浪费,降低个人乃至社会的出行成本。

智能汽车

随着社会的发展,汽车越来越多,这不但使车速不断减慢,堵车次数增多,而且交通事故不断增加,驾车人员必须高度紧张,以免出错。能不能让机器替我们照顾车辆呢?科学家也正在考虑这一问题。美国科学家对此进行了研究,取得了一定的成绩。这就是他们的一些成果:美国的研究人员目前正在设计一款新的智能汽车,这款智能汽车可以自动分析道路状况和车流量,能够提示即将到来的风险并做出正确的驾驶选择,从而最大限度地避免车祸的发生。

美国科学家对智能汽车进行测试这一项目是由美国新墨西哥州桑迪亚国家实验室牵头实施的。分析驾驶员的脑电波智能汽车非常贴心聪明,如果看到你因忙于应付复杂的交通状况而不希望分心,它可以帮着关掉手机;或者它会在怀疑你因注意力分散而不足以应付路况时,向你提出一些用以提高警惕性的针对性问题。

桑迪亚国家实验室的高级技术员凯文·迪克松说:“这个项目与物理学和心理学有关。如果驾驶员的确看上去正在为复杂的交通状况头疼不已,智能汽车就会接管驾驶员的手机,发出推迟来电提示。同样,当系统确定驾驶员不能再受到视觉干扰,全球定位系统就会关闭显示屏,转为使用语音报读。遇到一些危险状况时,智能汽车还会借用空军技术,比如,使用女声录音警告驾驶员,或者在汽车失速时震动操纵杆。”

该智能汽车还能自动处理潜在危险,智能汽车实际上是智能汽车和智能公路组成的系统,目前主要是智能公路的条件还不具备,而在技术上已经可以解决。当遇到交通阻塞的情况时,导航系统将引领驾驶员绕道而行,并且可以随机应变,依据不同道路状况和速度变化状况自动启动、加速或刹车制动。智能汽车由一部道路图像识别装置、一部小型电子计算机和一套用电信号控制的自动操纵系统组成。道路图像识别装置用来识别复杂的路况。

只要按一下方向盘上的按钮设定速度,汽车便可在不需踩油门的情况下按照预定的速度向前行驶。如果遇到前方一定距离内有其他车在行驶,智能汽车即会自动减速,以与前车保持一定的车距。要是前车加速,智能汽车也会随之自动加速。这主要是因为这种汽车的车头上装有雷达,可自动检测与前车之间的车距,并将数据传送到电脑分析,再把计算出来的合适车速向引擎发出指令。如果前车突然刹车,或有其他车插进来,报警系统还会发出警告,提醒驾车人注意,同时要求驾车人辅以手动刹车。智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同,它指的是利用GPS和智能公路技术实现的汽车自动驾驶。智能汽车首先有一套导航信息资料库,存有全国高速公路、普通公路、城市道路以及各种服务设施(餐饮、旅馆、加油站、景点、停车场)的信息资料;其次是GPS定位系统,利用这个系统精确定位车辆所在的位置,与道路资料库中的数据相比较,确定以后的行驶方向;道路状况信息系统,由交通管理中心提供实时的前方道路状况信息,如堵车、事故等,必要时及时改变行驶路线;车辆防碰系统,包括探测雷达、信息处理系统、驾驶控制系统,控制与其他车辆的距离,在探测到障碍物时及时减速或刹车,并把信息传给指挥中心和其他车辆;紧急报警系统,如果出了事故,自动报告指挥中心进行救援;无线通信系统,用于汽车与指挥中心的联络;自动驾驶系统,用于控制汽车的点火、改变速度和转向等。

智能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车,这种汽车不需要人去驾驶,人只舒服地坐在车上享受这高科技的成果就行了。因为这种汽车上装有相当于汽车的“眼睛”、“大脑”和“脚”的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置,这些装置都装有非常复杂的电脑程序,所以这种汽车能和人一样会“思考”、“判断”、“行走”,可以自动启动、加速、刹车,可以自动绕过地面障碍物。在复杂多变的情况下,它的“大脑”能随机应变,自动选择最佳方案,指挥汽车正常、顺利地行驶。

智能汽车的“眼睛”是装在汽车右前方、上下相隔50厘米处的两台电视摄像机,摄像机内有一个发光装置,可同时发出一条光束,交汇于一定距离,物体的图像只有在这个距离才能被摄取而重叠。“眼睛”能识别车前5~20米之间的台形平面、高度为10厘米以上的障碍物。如果前方有障碍物,“眼睛”就会向“大脑”发出信号,“大脑”根据信号和当时当地的实际情况,判断是否通过、绕道、减速或紧急制动和停车,并选择最佳方案,然后以电信号的方式,指令汽车的“脚”进行停车、后退或减速。智能汽车的“脚”就是控制汽车行驶的转向器、制动器。

无人驾驶的智能汽车将是新世纪汽车技术飞跃发展的重要标志。可喜的是,智能汽车已从设想走向实践。随着科技的飞速发展,相信不久的将来,我们就可以领略到智能汽车的风采。

所以,智能汽车实际上是智能汽车和智能公路组成的系统,目前主要是智能公路的条件还不具备,而在技术上已经可以解决。在智能汽车的目标实现之前,实际上已经出现许多智能技术,已经广泛应用在汽车上,如智能雨刷,可以自动感应雨水及雨量,自动开启和停止;自动前照灯,在黄昏光线不足时可以自动打开;智能空调,通过检测人皮肤的温度来控制空调风量和温度;智能悬架,也称主动悬架,自动根据路面情况来控制悬架行程,减少颠簸;防打瞌睡系统,用监测驾驶员的眨眼情况,来确定是否很疲劳,必要时停车报警……计算机技术的广泛应用,为汽车的智能化提供了广阔的前景。

电动汽车

电动汽车大致分为蓄电池电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力电动汽车。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动,能够实现低排放和零排放。1881年就出现了电动汽车,它比内燃机汽车还早一些。但内燃机汽车后来居上,在性能、机动性、车辆重量等指标远远超过了电动汽车。电动汽车在20世纪20年代达到鼎盛时期后就一蹶不振,成为“电瓶车”式的辅助车辆。

武汉理工大学开发的混合动力电动汽车

早期电动汽车不仅有电动轿车,还有电动货车和电动大客车等多种形式的电动车辆。在20世纪初,蒸汽汽车、电动汽车和内燃机汽车基本是三足鼎立,在汽车保有量中,蒸汽汽车占40%,电动汽车占38%,而内燃机汽车仅占22%。在内燃机的性能还不高的时期,电动车十分盛行。后来,由于石油的发现及大量开采,内燃机的性能迅速提高,电动车在速度和续驶里程等方面愈来愈无法与内燃机汽车竞争,逐渐衰落。从1953年到1955年,电动汽车完全从公路上消失,进入一个“沉睡时期”。直到目前环境问题日益严重威胁人类健康的今天,电动汽车重新受到人类的重视。

燃料电池电动汽车

太阳能汽车

太阳能是一种新能源,它取之不尽,用之不竭。太阳能汽车是靠太阳电池作电源的。当太阳照射到车身上的太阳电池板时,根据光电转换原理,立即能产生直流电,供给直流电动机运转,驱动汽车行驶。但这种只装有太阳电池板的汽车,在无光照射时,就会马上停止。如果要汽车在阴天或夜间也能继续行驶,还要把太阳电池板和蓄电池配合使用。当阳光照射时,太阳电池板就产生电能,一部分提供给电动机,汽车便可奔跑;另一部分供给蓄电池充电。这样,等到没有阳光时,蓄电池放电供电动机运转,让汽车行驶。因此可以认为太阳能汽车,是太阳能和蓄电池组成混合动力的电动汽车。这样的混合动力汽车在沙漠和草原上可以是风力发电机与发动机组成混合动力,或者用风帆作为汽车的辅助动力。