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运输部署案例集/2018/悉尼火车

来自维基教科书,开放的书籍,开放的世界

悉尼的火车网络自1855年诞生以来一直是该地区社会经济发展的支柱。 拥有地下核心,815公里的轨道和8条都市线路上的178个车站,悉尼火车在其使用寿命中已为超过220亿名乘客提供服务。 目前,悉尼地铁西北线将于2024年投入运营,并计划在未来将拟议中的西悉尼航空城连接到网络网格[1]

本报告旨在分析悉尼火车的历史生命周期。 这将包括其首次部署的背景,以及在其适应新的市场和技术发展时对其网络进行的任何重大更改。 然后将进行定性和定量分析,并根据交通方式中存在的典型增长下降趋势进行观察。 通过多年来的客运数据,与详细说明多年来预期客运量的物流三参数函数进行直接比较将有助于确定出生、增长和成熟的精确日期。 然后,最佳拟合曲线的参数将表明悉尼火车增长的正常性,并详细说明参数给出此类值的解释。

为了更好地理解为什么修建第一个火车网络,需要了解技术创新和市场需求,或者缺乏这些需求。 以下运输方式详细说明了大悉尼地区的当前展望

水上运输

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水上运输是 19 世纪初运输货物和人员最重要的方式。 河流系统和港口为繁荣的市场提供了基础。 由于悉尼港周围的土地无法耕种,人们便在肥沃的地区上游迁移[2]。 巴拉玛塔和温莎等小定居点发展起来,其中一些定居点进一步深入到霍克斯伯里尼皮安河系。 这些地区种植的食品和作物随后被运向下游到城市[3]。 这导致市场发展和贸易建立。 然而,当时的水上运输由于旅行时间过长而不足以进行日间旅行。 据记载,从悉尼港到巴拉玛塔的上游帕拉玛塔河需要 12 个小时,远超过其预定的 5-6 个小时。 也就是说,随着 1831 年蒸汽船的引入[4],以及所有方向上不断扩张的繁荣社区,沿海航运不仅开通了沿海地区(猎人谷)的航线,还开通了海外航线。 杰克逊港的深水和作为枢纽的中心地位使其成为南太平洋最大的海港。 这意味着即使在 19 世纪中叶铁路引入之后,水上运输仍然是悉尼早期社会经济增长的基石。

陆地运输

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由于围绕水上运输的市场蓬勃发展,这导致对陆地运输的总体需求不足。 此外,尚未开发的创新意味着陆地运输质量低下,并且经常落后于其水生对应物[5]。 19 世纪初的常见交通方式是沿未开发道路行驶的马车。 1814 年,在悉尼和里士满之间开通了常见的驿车服务,用于运输货物和乘客。 1821 年,从悉尼到巴拉玛塔的路线使用了进口的英国驿马车。 这种交通方式不可靠,因为马蹄和木制车轮在碎石轨道上行驶不好,导致经常发生故障和事故。 这项服务不仅不可靠,而且价格昂贵。 从悉尼到巴瑟斯特的单程票价需时 23 天,费用为 4 英镑。 必须指出的是,普通工人的周薪为 5 先令,1 英镑为 20 先令。 这突出了价格差异和陆地运输的高成本。 悉尼镇的中心化意味着大多数商品交易必须在城市内进行。 这将意味着需要可靠的方式将商品从生产力强的大悉尼及其周边地区运往这里。 尽管动力工业化,从驴、公牛和马等有机资源转向煤炭和石油等燃料来源,但陆地运输直到铁路引入后才出现任何工业创新。

社会经济概况

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由于悉尼周边地区土地无法耕种,人们被鼓励沿着河流系统迁移。 由于船只和拖船的半可靠运输,悉尼的大部分经济依赖于其河流系统。 放宽了十九个郡的土地限制,允许蹲点者将羊和牛从边界赶走。 繁荣的贸易市场导致建立了巴拉玛塔和温莎等定居点,这些城市中心远离城市。 这样,河流系统为悉尼的城市扩张提供了最初的骨架。 1831 年,蒸汽船索菲娅·简号开通了与猎人谷、纽卡斯尔和海外其他定居点的贸易。 第二艘蒸汽船惊喜号在巴拉玛塔和悉尼之间运营。 优质羊毛、农作物和牲畜的生产是悉尼经济的驱动力,直到 1851 年淘金热。


火车可以有效地大量运输货物或乘客。 对其行驶方式(轨道)的完全控制意味着火车在其自身网络中非常孤立。 这使得可以可靠地预测时间表并优化铁路网络的利用。 火车在能量和空间效率方面优于机动车辆。 每人移动所需的能量少得多,所需的占地面积也少得多。 此外,火车不易发生拥堵。 然而,大量涌入的乘客会导致拥堵。 这将增加卸货和装货时间,从而减缓火车速度。 时间表很严格,当时间表安排得无法承受延误时,就会对其他线路产生影响。 这将造成时间表冲突,导致大规模延误和时间表永久性地落后于进度。

第一条铁路的规划始于 1840 年代,其目标是将悉尼港与内陆定居点戈尔本连接起来。 第一阶段由悉尼轻轨和铁路公司于 1850 年至 1855 年间修建,于 1855 年 9 月 26 日开始运营。 这条轨道在悉尼和巴拉玛塔之间运行,并在纽镇、阿什菲尔德、伯伍德和霍姆布什设有中间车站[6]

铁路的目的是提供一种将货物从城市中心运往城市的大规模运输方式。 由于马车不可靠,而蒸汽船的进入区域有限,因此铁路在市场上占有很强的优势。 直到 1890 年第一条仅供平民使用的铁路(北岸)建成后,才完全接受了客运市场。 铁路导致了悉尼发展中的地理变化。 它见证了人口沿着铁路路线重新分配,吸引了中间车站周围的热点地区。 随着线路扩展到彭里斯(1862 年)、坎贝尔敦(1858 年)和里士满(1864 年),悉尼的火车网络为其人口提供了骨架。 这种趋势的遗迹至今依然存在。 政府最初的目标是降低铁路的资本成本,因为他们已经清楚地认识到铁路对悉尼经济的积极影响。 大部分轨道和库存必须从英国进口,但到 1880 年代,它们已经在当地制造。 这导致了线路迅速扩张,深入到内地。

修建第一条铁路需要整合基本要素和现有的创新。 以下是早期铁路建设中采用的创新列表

  • 蒸汽技术
  • 轨距标准
  • 铁匠技术
  • 房地产
  • 市场规划

从一开始,所有机车都使用蒸汽机。除了轮船之外,悉尼人还没有接受蒸汽技术。陆地运输依靠动物牵引,汽车尚未发展。此外,铁轨的使用使火车能够完全控制自己的行进方式。铁轨比土路更加可靠,并且能更好地应对重负荷的分配。这意味着火车比汽船和货车更可靠,能运载更多的货物。电动机的发明和英国的首次应用,其趋势席卷了悉尼。

增长周期

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与所有其他交通方式一样,悉尼铁路系统在其运营的 163 年中也经历了自己的增长周期。这个增长周期可以分为三个阶段:诞生阶段、增长阶段和成熟阶段。本报告的这一部分旨在将基础设施的建设和政策的变化与每个阶段的典型属性联系起来。将给出附着日期的估计。但是,这将在报告的后面进行定量分析。

诞生阶段

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修建铁路的第一份提案出现在 1841 年。然而,直到 1848 年 1 月 24 日发布的测量员报告中,长途铁路的前景才得以实现。该报告详细说明了帮助农民和牧民将他们的产品运往悉尼港的目标。此外,一条延伸的铁路将允许进入大部分未开发的国家进行定居。因此,在悉尼轻轨和铁路公司的项目指导下,建设于 1949 年开始。在这个阶段,诞生的第一个影响显而易见。缺乏政府关于铁路建设的政策,无论是由轨距标准还是枕木间距,都导致了无数的延误和范围变更。其中一个例子就是轨距在项目进行到中途时从爱尔兰标准(宽度 1.6 米)改为英国标准轨距(宽度 1.44 米)[7]。再加上工程师的不断更换和资金不足,意味着该公司越来越依赖殖民政府的资金。这导致了现在悉尼铁路公司在 1955 年 9 月 3 日被政府收购。在诞生阶段发生的此类事件很常见。由于缺乏驾驭新技术的经验,计划和预见中的错误是不可避免的。

由于规划不当,还出现了其他问题。中央终点站建在城市边缘。这意味着马拉公共汽车和出租车必须满足往返于热门的海港环形码头的“最后一公里”交通需求。工程师约翰·惠顿将终点站延伸到城市范围内列为未来项目中的首要任务。他的提案包括在圣詹姆斯教堂、海德公园附近建立一个车站,这让许多居民感到恼火。尽管遇到了挫折,第一趟列车于 1855 年 9 月 26 日“十一点二十”从终点站出发。

第二条提议的线路是为了将大分水岭上的定居点与悉尼连接起来。然而,缓慢的建设和高昂的成本损害了该项目的成功。鉴于预计仍有许多铁路有待建设,政府的政策变成了降低每个项目的资本成本。此时,大多数枕木和轨道都是从英国进口的。为了降低成本,政府的计划重点发展基础设施来建造铁路部件。这导致大多数铁路部件在 1880 年代成为当地采购的。

1872 年 5 月,亨利·帕克斯再次当选为总理,为铁路网注入了新的乐观情绪。他与他的公共工程部长詹姆斯·苏格兰承认铁路对于改变社区的社会和经济面貌至关重要。铁路将为定居提供土地[8]。销售这些土地将产生收入。此时殖民政府的重点仍然是通往大型内陆殖民地的货运线。截至 1881 年 3 月,有一条线路通往

  • 古尔本(220 公里)
  • 蓝山/拉格兰(215 公里)
  • 黑镇至里士满(26 公里)
  • 北线连接到猎人谷和纽卡斯尔(168 公里)

增长阶段

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采用郊区市场是增长的一个明确迹象。随着城市开发商对潜在的新郊区线路施加压力,这个市场利基得以实现。必须说,在这一点上,所有铁路工程都是由殖民政府进行和维护的。然而,由于农村利益,对郊区线路的提案被拒绝了。这种情况在 1889 年的经济萧条中发生了改变,经济平衡从农村城镇转移到城市。第一条仅限郊区的铁路于 1887 年招标;一条从霍恩斯比到米尔森角的线路。服务从 1890 年 1 月 1 日开始从霍恩斯比到圣莱昂纳德段,最后一部分到米尔森角段于 1893 年 5 月 1 日开通。

淘金热带来的人口激增,到 1890 年人口增加到 500,000 人,以及经济格局的改变,为郊区铁路带来了繁荣。由于大多数居民居住在有铁路的郊区,因此重点是扩展现有线路,分支到其他郊区。因此,以下铁路线路相继建成

  • 伊拉瓦拉线,从雷德芬到基亚马。第一段至赫斯特维尔,1884 年 10 月 15 日,至沃特福德段,1886 年 3 月 9 日
  • 班克斯镇线,从悉尼汉姆和贝尔莫尔,1895 年 2 月 1 日[9]
  • 私人线路,从克莱德枢纽到玫瑰山,1888 年 11 月 17 日,并延伸到卡灵福德,1901 年 8 月 1 日。

此外,通勤旅行的创新在 1877 年看到了从美国进口的类似于沙龙的客车。在接下来的 50 年里,9 个不同的供应商生产了 659 辆这样的客车,为铁路提供服务。

郊区旅行的繁荣为网络带来了问题。由于铁路为货运和郊区列车提供服务,因此必须采取措施提高这些线路的通行效率。格莱布岛被提议作为运输和铁路运营设施的枢纽,一条从夏季湾到怀特湾和罗兹尔的双轨货物线。因此,下面给出了有关工程的详细信息

  • 从弗莱明顿到坎普西的城际货物线(1916 年 5 月 11 日)
  • 从皮皮塔的屠宰场支线(1911 年 5 月 31 日)[10]
  • 达尔维奇山到格莱布岛/罗兹尔(1916 年 5 月 25 日)
  • 机车库和编组场恩菲尔德(1923 年 1 月 23 日)
  • 罗兹尔到达令港(1922 年 1 月 23 日)

20 世纪 20 年代初看到了火车创新的最新成果:电动火车。这些火车给出行时间带来了微不足道的改进,但在市场上被视为铁路网的进步。从美国引进的第一个电气化服务于 1926 年 3 月 1 日从中央车站到奥特利开通,随后在从博物馆到圣詹姆斯的城市环线进行了进一步的开发。

成熟阶段

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由于战争的努力,铁路的建设在 20 世纪后期的大部分时间都停滞不前。电气化仍在继续进行到所有郊区线路,而且几乎没有提案建议扩展现有系统。电气化的范围扩展到都会区的郊区:

  • 鲍恩福尔斯,1957 年 6 月
  • 戈斯福德,1960 年 1 月
  • 卧龙岗,1986 年 2 月
  • 基亚马,2001 年 11 月

铁路系统最显著的改进来自创新,这些创新带来了更有效地利用空间和能源。虽然该系统第一次电气化是在 1926 年,但到了 1950 年,技术已经发展到过时的设施已经无法满足日益增长的需求的地步。大多数系统都不得不进行升级。

此外,双层 U 型车队于 1969 年投入使用。与单层车相比,这些车辆的运载能力有所提高,从而使每列火车能运载更多乘客。对城市环线的升级提高了列车从一条郊区线路到下一条郊区线路的循环利用率。由于悉尼火车系统的径向循环性质,这一点非常重要。列车现在可以在终止后立即继续服务。

增长周期的再生

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澳大利亚在 1970 年至 1975 年期间经历了经济衰退。这导致了高失业率和通货膨胀的加剧。随着人们失去工作,铁路等交通系统不堪重负,通勤旅行经历了大幅下降。然而,1972 年看到了管理结构的改革,铁路出现了一种平等主义运动,挑战了传统组织中的地位标记和阶级区别(根据新南威尔士州运输遗产)。这将是一个持续变化的时期,从公共交通委员会到州立铁路局,最终到新南威尔士州铁路公司(RailCorp)[11]。物流运营现已与基础设施和轨道工程分离,货运服务已私有化。这以及政府精简和削减过度支出的政策降低了票价,从而鼓励通勤者再次乘坐火车出行。管理机构的改革和铁路网络的扩展使该网络重焕生机。这段时间的扩张如下:

  • 东郊铁路(1979 年)
  • 东山至格伦菲尔德(1987 年)
  • 坎贝尔镇至布莱克镇的坎伯兰线服务(1996 年)
  • 奥林匹克公园环线(1998 年)
  • 悉尼机场线(2000 年)
  • 埃平至查茨伍德(2009 年)
  • 西南铁路连接线(2015 年)

随着悉尼地铁西北线和悉尼地铁中央商务区等未来项目的建设,该网络尚未成熟,预计在可预见的未来需求将会增加。2015 年火车乘客量的激增以及每年通勤者数量增加的趋势证明了这一点。

定量分析

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以下数据详细说明了悉尼火车在其最初的 161 年寿命中乘客的年度客流量。数据始于 1855 年,结束于 2016 年。

年份 年度客流量(百万) 预测客流量(百万)
1855 0 3.74
1856 0 3.90
1857 0 4.07
1858 0 4.24
1859 0 4.42
1860 0 4.61
1861 0 4.81
1862 0 5.01
1863 0 5.23
1864 0 5.45
1865 0 5.68
1866 0 5.92
1867 0 6.17
1868 0 6.44
1869 0 6.71
1870 0 6.99
1871 1 7.29
1872 1 7.60
1873 2 7.92
1874 2 8.25
1875 3 8.60
1876 3.3 8.97
1877 3.7 9.34
1878 4.1 9.74
1879 4.5 10.15
1880 5 10.57
1881 5.3 11.02
1882 5.7 11.48
1883 6.1 11.96
1884 6.5 12.46
1885 7 12.98
1886 7.4 13.52
1887 7.7 14.08
1888 8.1 14.67
1889 8.6 15.27
1890 9 15.91
1891 9.5 16.56
1892 10.1 17.25
1893 10.7 17.96
1894 11.3 18.70
1895 12 19.46
1896 13 20.26
1897 14.1 21.09
1898 15.3 21.95
1899 16.6 22.84
1900 18 23.77
1901 19.9 24.73
1902 22.1 25.73
1903 24.5 26.76
1904 27.1 27.83
1905 30 28.95
1906 32.2 30.10
1907 34.6 31.30
1908 37.2 32.54
1909 40 33.82
1910 43 35.15
1911 48.3 36.53
1912 54.3 37.95
1913 61 39.43
1914 68.3 40.95
1915 77 42.53
1916 81.6 44.16
1917 86.5 45.84
1918 91.7 47.58
1919 97.2 49.38
1920 103 51.24
1921 105.8 53.15
1922 108.8 55.12
1923 111.8 57.16
1924 114.8 59.25
1925 118 61.41
1926 121.4 63.64
1927 124.9 65.93
1928 128.5 68.28
1929 132.2 70.70
1930 136 73.18
1931 138.7 75.74
1932 141.4 78.36
1933 144.2 81.05
1934 147.1 83.80
1935 150 86.62
1936 153.8 89.52
1937 157.7 92.47
1938 161.7 95.50
1939 165.8 98.59
1940 170 101.75
1941 180.4 104.98
1942 191.5 108.27
1943 203.3 111.62
1944 215.8 115.03
1945 229 118.51
1946 232.1 122.04
1947 235.3 125.63
1948 238.5 129.28
1949 241.7 132.98
1950 245 136.74
1951 249.1 140.54
1952 253.2 144.39
1953 257.4 148.28
1954 261.7 152.21
1955 266 156.19
1956 263.5 160.19
1957 260.9 164.23
1958 258.4 168.30
1959 256 172.40
1960 252.5 176.51
1961 252.7 180.65
1962 257.8 184.80
1963 263.8 188.96
1964 261.7 193.13
1965 257.6 197.30
1966 255.3 201.47
1967 253.3 205.64
1968 248.5 209.80
1969 252.6 213.95
1970 254.8 218.09
1971 230.7 222.21
1972 201.2 226.30
1973 198.5 230.38
1974 190.9 234.42
1975 179.5 238.43
1976 181.1 242.41
1977 180 246.35
1978 179 250.24
1979 204.9 254.10
1980 207.8 257.91
1981 216 261.66
1982 202.9 265.37
1983 198.9 269.03
1984 197 272.63
1985 214.9 276.17
1986 220.6 279.65
1987 242.6 283.07
1988 246.1 286.43
1989 248.4 289.73
1990 251.6 292.96
1991 243.8 296.13
1992 229.8 299.23
1993 234.8 302.26
1994 249.6 305.23
1995 256.4 308.13
1996 264.7 310.96
1997 266.5 313.73
1998 270.5 316.42
1999 278.7 319.05
2000 293.1 321.61
2001 267.1 324.10
2002 263.7 326.53
2003 263.6 328.89
2004 259.9 331.19
2005 261.9 333.42
2006 269 335.59
2007 283.3 337.69
2008 292.2 339.73
2009 289.1 341.72
2010 294.5 343.64
2011 303.5 345.50
2012 306.2 347.30
2013 315.1 349.05
2014 326.5 350.74
2015 361.1 352.38
2016 385.9 353.96

使用三参数逻辑函数对悉尼火车进行归一化。这表示为

S(t)=K/(1+e^((-b(t-t_0 )) ) )

其中

  • K = 饱和状态水平
  • b = 线性回归模型中自变量 X 的系数
  • t = 时间
  • t0 = 拐点时间

使用线性回归模型来估计 K、b 和 t0。使用的方程式是

  • Y=bX+c
  • Y=LN((年度客流量 )/(K-年度客流量))

使用 Excel,使用 K 的变量值来找到最佳估计。使用最小二乘法的定义来找到最佳拟合的 K(由 Rsquared 定义)。Rsquared 越接近 1,统计模型就越好。下表是推导出的变量的摘要。

变量
K 395.1
b 0.04225
Rsquared 0.8366
t0 1965.06

从这里可以预测乘客量的预测趋势线。下图显示了实际乘客量与预测乘客量的对比图。

S 曲线

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悉尼火车在其生命周期中的年度客流量

预计饱和状态 K 水平将接近新南威尔士州交通运输局收集的实际值。逻辑函数考虑了整个系统的寿命,从而试图对异常趋势和异常值进行归一化。Rsquared 值为 0.8366,表明曲线拟合效果一般。这是由于 1970 年以后出现了非同寻常的增长趋势。成熟后阶段,即增长曲线的再生,不符合标准的 S 曲线。通过省略 1955 年以后的数据,可以生成 Rsquared 值为 0.976。在改革和货运部门私有化给系统带来新活力之前,悉尼火车正在接近成熟状态。更好的方法是将悉尼火车的寿命分为两个时期,改革前和改革后。三参数逻辑函数适用于改革前,而建议在改革后使用具有新梯度 A 的对数函数。

分析上面的 S 曲线和数据点可以确定每个阶段在增长周期中的固定日期。

阶段 年份
诞生 1855
增长 1910
成熟 1955
增长再生 1975-


参考文献

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  2. https://dictionaryofsydney.org/entry/transport
  3. http://docs.wixstatic.com/ugd/367ea5_684bdddc1d2f429f8b46c61565dbfcf6.pdf
  4. http://myplace.edu.au/decades_timeline/1830/decade_landing_17_1.html?tabRank=4&subTabRank=2
  5. https://dictionaryofsydney.org/entry/the_railways_of_sydney_shaping_the_city_and_its_commerce
  6. 悉尼词典,塑造城市及其商业,https://dictionaryofsydney.org/entry/the_railways_of_sydney_shaping_the_city_and_its_commerce
  7. http://docs.wixstatic.com/ugd/367ea5_3d5a91f5d2a540418e11d75089cc766a.pdf
  8. R Lee,殖民地工程师:约翰·惠顿 1819-1898 和澳大利亚铁路的建设(悉尼:澳大利亚铁路历史学会,2000 年),217
  9. http://docs.wixstatic.com/ugd/367ea5_7deb00be334f433f9d75620a09afd66e.pdf
  10. 内维尔·波拉德,“屠宰场线的历史”,澳大利亚铁路历史学会公报,36,第 571-2 号(1985 年 5 月-6 月)
  11. http://docs.wixstatic.com/ugd/367ea5_4da4d3302fb84455866c39caa8a37cfe.pdf
华夏公益教科书