乘坐火车旅行可能平稳顺利——也可能糟透了。今年春天，纽约宾州车站因老旧设备引发的一系列脱轨和延误事件，使得北美最繁忙的铁路枢纽交通陷入瘫痪，最终导致了迫切需要的维修计划，这将扰乱通勤者数月的行程。
要彻底消除这些火车相关的烦恼，我们还有很长的路要走，美国的客运铁路继续面临老旧基础设施和资金不足的困境。但火车是一种相当安全的出行方式（比开车更安全），并且有几种方法可以改进火车及其运行的轨道。以下是我们正在使用的五种技术，旨在使火车更快、更安全、更高效。
列车自动防护系统 (PTC)
这项技术可以通过在列车发生故障前将其停下，从而防止事故发生。装备有列车自动防护系统的列车利用 GPS、Wi-Fi 和无线电信号来了解前方轨道上的情况，然后根据自身速度和重量等因素来判断何时应开始减速。
因此，如果列车速度过快或司机未能遵守停车信号，列车自动防护系统可以在列车脱轨或撞上另一列火车之前将其刹停。但在其他情况下——例如，如果汽车卡在即将经过的铁路道口——它可能帮不上太大忙。联邦铁路管理局客运铁路部门主任 Devin Rouse 表示，其他技术正在被开发出来，用于探测轨道上的人员、树木和汽车，并向列车发出警告。
列车自动防护系统最初计划在 2015 年底普及；此后，国会已将最后期限推迟到 2018 年底，尽管该技术已在一些地区得到应用。列车自动防护系统难以推广的原因之一是，美国的列车经常行驶在其他铁路公司的轨道上。美国铁路协会新闻秘书 Jessica Kahanek 表示：“它们需要能够相互通信，而不管线路如何。‘如果是一辆 BNSF [货运] 列车，它将需要在与 Amtrak 列车相同的网络中做出响应。’”
然而，一旦列车安装了列车自动防护系统，就可以对其进行调整以执行一些额外的功能。Rouse 说：“行业已经在这项技术上投入了大量资金，这项技术基本上是在车上安装了一个计算机，它可以做的事情比我们现在所做的要多得多。”
目前，大多数铁路和地铁使用固定闭塞信号系统，即轨道被分成不同的区域，一次只能由一列火车通过。“那可能是几英里……在那里你一次只能有一列火车在信号闭塞区，”Rouse 说。
理想情况下，火车将使用移动闭塞系统，在该系统中，会在实际火车周围计算出一个安全区域。这个缓冲区将允许更多火车在不冒碰撞风险的情况下更近、更快地行驶。
通过一些规划，您可以使用 PTC 的“智能”来帮助火车迁移到移动闭塞系统。例如，您可以在火车内部添加传感器，以告知计算机其精确的重量。这样，在计算减速需要多长时间时，就不需要猜测了。
吸能区
Rouse 表示，当汽车发生事故时，发动机罩的设计会使其弯曲，吸收能量以保护乘客。为火车设计类似的吸能区一直比较困难。需要进行大量测试，以确保车辆的“失效”方式符合预期。轨道车比汽车大得多，因此牺牲几辆车进行碰撞测试会非常昂贵。
而且，由于火车非常庞大和沉重，如果发生碰撞，需要吸收的能量比汽车大。“你是在谈论材料实际能够做什么的另一个世界，”Rouse 说。“结构将如何表现是一个更复杂的问题。它不像汽车那样拥有一系列紧凑的框架。”
直到最近，我们才有了能够运行不同碰撞场景并预测轨道车响应的计算机，从而使工程师能够为火车设计吸能区。大多数新火车都配备了这项名为碰撞能量管理的安全功能。
体检
事故的发生不仅仅是人为失误，还可能是火车本身或其运行轨道存在问题。幸运的是，有一些方法可以及早发现这些缺陷。
科罗拉多州普韦布洛的交通技术中心 (Transportation Technology Center, Inc.) 对铁路设备进行测试，以确定如何改进或何时需要进行调整。Kahanek 说，这可能意味着在实验室里对车轮或轨道车进行滥用测试，以了解它们在开始损坏之前能够承受多少磨损。一台机器通过摇晃轨道车来模拟火车行驶多年产生的振动。
其他技术则会检查正在运行的火车和轨道，以了解它们的磨损情况。路边探测器可以安装在轨道沿线，扫描经过的火车是否存在车轮开裂等问题。其他工程师正在研发可以安装在火车内的传感器。当火车正常运行时，这些传感器会检查下方的轨道是否存在缺陷。
其中一个缺陷是枕木——支撑火车轨道的木梁——与用于固定枕木的碎石之间可能形成的间隙。这些空隙有点像路面上的坑洞；如果任其发展，它们会损坏火车的悬挂系统，甚至导致脱轨。来自西门子和英国哈德斯菲尔德大学的研究人员设计了一种寻找这些不需要的间隙的方法——他们的传感器通过读取火车在通过它们时细微的运动变化来检测空隙。
通常，这些类型的问题是由定期派出的特殊车辆来侦测的。但新技术足够简单，可以安装在客运火车上，因此任何一段轨道都不会长时间被忽视。大学铁路研究所的研究员 Farouk Balouchi 说：“与其让一辆轨道检测车每几个月检查一次，不如让火车更频繁地搭载此系统进行巡视。”
这项技术也可以用于其他用途——例如，确保火车为乘客提供足够平稳的乘坐体验。Balouchi 说：“车辆的运行应具有一定的乘坐质量，而该系统可以检测其是否未达到标准。”
无人机
铁路公司也开始试验无人机。无人机在检查人类难以到达的区域，例如桥梁时，会非常有用。Kahanek 说：“这些无人机可以在不需工人系安全绳的情况下飞到桥梁下方。”无人机也可以在恶劣或危险的天气下工作，例如会导致钢轨开裂的严寒天气。
但它们也可以帮助铁路公司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洪水肆虐的铁路路段上空飞行无人机，以查明无法徒步到达的受损区域。
当火车发生事故时，无人机可以确保第一响应者了解他们将面临何种热量、化学品或其他风险。Kahanek 说：“他们可以将这些 [设备] 飞入并放下，获取传感器读数，而无需有人穿上危险品防护服，走进去，放下，然后出来。”
高速铁路
在高速铁路方面，美国远远落后于其他国家。 Amtrak 的 Acela Express 列车往返于华盛顿特区和波士顿之间，最高时速可达 150 英里，但部分路段只能承受 25 英里/小时的速度。
尽管如此，仍有理由对更快的交通抱有希望。加利福尼亚州计划安装一个高速铁路系统，该系统将使火车在旧金山和洛杉矶之间以超过 200 英里/小时的速度运行，尽管进展缓慢。德克萨斯州也正在考虑高速铁路。埃隆·马斯克提议的Hyperloop 的乘客将以超过 700 英里/小时的速度出行。关于在东北部安装磁悬浮列车的提案也在考虑之中。
除了速度之外，还有其他优点。日本以其子弹头列车闻名，但实际上，它们并不是其备受推崇的新干线列车线路——这些线路以频繁准时的发车而闻名——运行平稳的唯一原因。“它们……有一个非常强大的计算机系统，是该运营的大脑，它做了很多美国通常依赖技术所无法做到的事情，”Rouse 说。在幕后，它处理许多任务，从调度和分派列车，到确定哪些乘务员和列车可用，再到重新规划列车以避免延误。
Rouse 说：“在美国，我所知道的能够像日本系统那样将所有这些要素整合在一起运行铁路的系统非常少，或者几乎没有。”在美国现有铁路上推广这种技术会更复杂。与列车自动防护系统一样，它还需要协调共享同一轨道的不同铁路公司。
Rouse 说：“这使事情变得有点复杂，但是……你当然可以找到一种方法来做到这一点。”
