交通部署案例集/2019/悉尼地铁
本次作业选择的交通方式是铁路网，特别是悉尼地铁铁路服务。新南威尔士州的第一条客运铁路于 1855 年 9 月 26 日开通。这条线路连接了现在的中央车站和格兰维尔火车站（帕拉马塔路口）。这条线路包括 4 个中间站，分别是纽镇、阿什菲尔德、伯伍德和霍姆布什。新南威尔士州最古老的铁路建筑是位于奥尔蒂莫的过桥，它目前用于将货物从悉尼铁路货场运往达令港货场。
19 世纪中叶，随着欧洲移民的增多，铁路网络得到扩张。从蓝山到巴瑟斯特，以及从南高地到古尔本的铁路线路对于农业和畜牧业来说必不可少。19 世纪中叶，该网络逐渐发展为运送乘客。1890 年，该网络从霍恩斯比延伸到圣莱昂纳兹，专门用于郊区使用。
在 19 世纪初蒸汽机火车出现在美国之前，澳大利亚的道路仍在发展中。英国殖民统治于 1778 年开始，道路网络、建筑和土地法规必须从头开始建立。早期英国定居者的主要贸易来源是农业和畜牧业。因此，马车和四轮马车主要用于运输重物。此外，由于大多数澳大利亚定居点都位于岛屿的海岸线上，因此蒸汽船也是各州和国家之间进出口的热门方式。
澳大利亚的道路网络对于英国开发商来说是一块空白的画布。他们能够从英国现有的道路中汲取经验，并将澳大利亚的道路修建得更大。也就是说，砾石道路的局限性在于，道路的崎岖不平使得货物难以安全运输。
大多数澳大利亚的交通理念都是从美国或英国发展而来的。在美国，19 世纪初，木制铁路开始出现。他们很快意识到木材非常脆弱，在很短的时间内就会磨损。不久之后，钢铁轨道被引入，蒸汽机车被用来从一座城市拉到另一座城市以运输货物。最终，这些机车发展为运送乘客，一些公司利用这一机会获利。铁路将旅行时间缩短了 90%，许多美国人迁移到西部。澳大利亚采用了这一理念，并于 1855 年同时引进了货运和客运车厢。
仅在新南威尔士州，从 1870 年到 1880 年，乘客旅行人数从 776,707 人增加到 5,440,138 人。
来自苏格兰的詹姆斯·瓦特是第一个发明带活塞的蒸汽机的人。1804 年，第一台可工作的蒸汽机车在英国问世。1812 年，美国人发现可以使用这种方式运输货物和个人出行。因此，1815 年，北美开始了第一条铁路的建设工作。巴尔的摩和俄亥俄铁路于 1828 年建成。1830 年，利物浦和曼彻斯特铁路在英国开通。不仅是乘客，邮件和包裹也通过铁路运送。到目前为止，所有铁路都是木制的，在 19 世纪 50 年代中期，钢轨开始出现。
随着越来越多的铁路开始出现，必须建立一个系统来调度列车。1868 年，铰接式和销钉式联轴器被发明。这使得车厢能够轻松地互换位置。1869 年，横贯大陆铁路在美国建成。这是当时最先进的技术进步。
1869 年，乔治·威斯汀豪斯发明了空气制动系统，后来该系统被应用于蒸汽机火车。1870 年，实施了电气信号系统来更好地调度列车。这些开关和灯可以让一定时间内有更多的列车运行，同时也增加了乘客的通道。随着时间的推移，火车不断改进以适应环境。这包括降噪技术、乘客舒适性和更快的货物运输。
20 世纪初，电力机车开始引起许多开发商和企业的兴趣。澳大利亚于 1926 年采用了柴电机车技术。这项技术使得更容易适应澳大利亚的不同时区，同时也改善了主要城市和城镇的空气质量。二战后，新南威尔士州发展越来越快，因此工业界领袖抓住这一机会，在悉尼地铁网络的需求不断增加的情况下进行扩张。从 1993 年到 2005 年，短途列车（短列车）很受欢迎。随着需求的增长，新南威尔士州政府开始引入更大的列车，运载能力更强。目前运营的 Waratah A 组列车总容量为 624 人。比较 19 世纪中叶和现在使用火车的原因，我们可以明显地看出，现在还有其他运输货物的交通工具，因此，火车在城市中只有在短途旅行（<50 公里）时需求量最高。
1855 年建造的新南威尔士州铁路轨道是一条从中央到格兰维尔长达 22 公里的铁路。由于该项目面临财务困难，新南威尔士州殖民政府接管了该项目。由于不同公司在澳大利亚各地建造铁路，每个州的铁路轨距都不同。殖民政府的标准轨距约为 1600 毫米。然而，昆士兰州和西澳大利亚州的部分地区有不同的轨道轨距。
在电力火车问世后，轨距标准化工作于 20 世纪 30 年代开始。新的标准轨距为 1435 毫米。直到 2004 年，标准轨距才在澳大利亚全面实施。
在蒸汽机运行了近一个世纪后，约翰·布拉德菲尔德博士第一个提出在悉尼引入电力火车的想法。时间表如下：
1926 年 - 电力火车开始在伊拉瓦拉线运行。圣詹姆斯和博物馆站开通。
1932 年 - 火车开始穿过悉尼海港大桥运行。
1956 年 - 随着环形码头站的开通，城市环线建成。
1979 年 - 在东部郊区建立了更多网络，一直延伸到邦迪路口。
2000 年 - 为了配合悉尼奥运会，一条连接奥林匹克公园站和悉尼机场的新线路开通。
2009 年 - 从艾平到查茨伍德的新线路开通。
2015 年 - 悉尼的西南地区开通了其第一条铁路线路。
如今，悉尼地铁由新南威尔士州交通局拥有和运营，为日常乘客和游客提供了便利和舒适。该网络的建立靠近许多商业区和旅游景点。悉尼地铁的主要市场是日常通勤者上下班、学童和游客。高峰时段为工作日上午 8 点至 10 点和下午 4 点至 7 点。该网络旨在将更多的人与悉尼中央连接起来，因为它正在发展更多工作和休闲机会。
自 2013 年以来，悉尼火车一直运营着郊区铁路服务。每周有超过 100 万乘客出行。新南威尔士州有 306 个车站，轨道总长超过 2080 公里。由于夜间对这些火车的需求量不足，一些线路在午夜至凌晨 4:30 之间不运营。所有列车均采用直流电源，电压为 1500 伏，在列车上方运行。该系统的设计使得登乘和下车时间最小化，约为 15 秒，以便最佳地利用调度安排。2014 年悉尼地铁时刻表变更允许增加列车频率，并保证每 15 分钟或更短时间内就会有一列火车停靠在站台。
未来展望中，有人提出将新南威尔士州的火车升级为子弹列车，以实现更快的交通。然而，这个想法可能不可行，因为人们更愿意选择飞机或汽车长途旅行，因为舒适度更高。
从 1855 年到 2013 年，我们找到了悉尼地铁线路的年度客运量数据。这些数据是从新南威尔士州交通局年度报告中获得的图表中推算出来的。以下是该数据的定量分析。S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]
其中
· S(t) - 表示每年的客运量
· t - 年份
· t0 为拐点年份
· K 为饱和状态水平
· b 为系数。
| 年份 | 客运量 - 百万 |
|---|---|
| 1855 | 0.052 |
| 1856 | 0.06 |
| 1857 | 0.05 |
| 1858 | 0.06 |
| 1859 | 0.05 |
| 1860 | 0.049 |
| 1861 | 0.046 |
| 1862 | 0.042 |
| 1863 | 0.0397 |
| 1864 | 0.037 |
| 1865 | 0.033 |
| 1866 | 0.03 |
| 1867 | 0.027 |
| 1868 | 0.024 |
| 1869 | 0.02 |
| 1870 | 0.017 |
| 1871 | 0.28 |
| 1872 | 1.14 |
| 1873 | 1.42 |
| 1874 | 1.84 |
| 1875 | 2.25 |
| 1876 | 3.22 |
| 1877 | 3.41 |
| 1878 | 3.88 |
| 1879 | 4.72 |
| 1880 | 5.26 |
| 1881 | 5.43 |
| 1882 | 5.92 |
| 1883 | 6.03 |
| 1884 | 6.61 |
| 1885 | 7.29 |
| 1886 | 7.46 |
| 1887 | 7.93 |
| 1888 | 8.06 |
| 1889 | 8.62 |
| 1890 | 9.24 |
| 1891 | 9.50 |
| 1892 | 9.95 |
| 1893 | 10.62 |
| 1894 | 11.24 |
| 1895 | 11.91 |
| 1896 | 12.98 |
| 1897 | 13.95 |
| 1898 | 15.05 |
| 1899 | 16.33 |
| 1900 | 17.62 |
| 1901 | 19.30 |
| 1902 | 21.37 |
| 1903 | 23.82 |
| 1904 | 26.39 |
| 1905 | 28.98 |
| 1906 | 31.25 |
| 1907 | 33.43 |
| 1908 | 36.19 |
| 1909 | 38.98 |
| 1910 | 41.55 |
| 1911 | 44.90 |
| 1912 | 53.85 |
| 1913 | 58.43 |
| 1914 | 67.34 |
| 1915 | 71.91 |
| 1916 | 80.76 |
| 1917 | 85.39 |
| 1918 | 89.96 |
| 1919 | 94.31 |
| 1920 | 98.58 |
| 1921 | 106.10 |
| 1922 | 109.17 |
| 1923 | 111.87 |
| 1924 | 114.92 |
| 1925 | 117.73 |
| 1926 | 121.22 |
| 1927 | 125.01 |
| 1928 | 128.35 |
| 1929 | 131.59 |
| 1930 | 135.25 |
| 1931 | 138.19 |
| 1932 | 141.01 |
| 1933 | 143.73 |
| 1934 | 146.76 |
| 1935 | 149.59 |
| 1936 | 152.90 |
| 1937 | 156.44 |
| 1938 | 160.37 |
| 1939 | 164.46 |
| 1940 | 168.41 |
| 1941 | 173.13 |
| 1942 | 187.38 |
| 1943 | 191.83 |
| 1944 | 205.73 |
| 1945 | 220.24 |
| 1946 | 229.73 |
| 1947 | 233.03 |
| 1948 | 235.75 |
| 1949 | 238.93 |
| 1950 | 242.21 |
| 1951 | 249.73 |
| 1952 | 253.60 |
| 1953 | 257.53 |
| 1954 | 261.87 |
| 1955 | 265.40 |
| 1956 | 263.88 |
| 1957 | 261.28 |
| 1958 | 259.20 |
| 1959 | 256.75 |
| 1960 | 254.30 |
| 1961 | 253.30 |
| 1962 | 256.42 |
| 1963 | 260.97 |
| 1964 | 263.63 |
| 1965 | 261.27 |
| 1966 | 257.85 |
| 1967 | 255.36 |
| 1968 | 252.68 |
| 1969 | 249.99 |
| 1970 | 252.65 |
| 1971 | 247.33 |
| 1972 | 224.66 |
| 1973 | 200.95 |
| 1974 | 197.79 |
| 1975 | 186.83 |
| 1976 | 181.21 |
| 1977 | 180.44 |
| 1978 | 180.21 |
| 1979 | 185.76 |
| 1980 | 206.60 |
| 1981 | 210.88 |
| 1982 | 206.97 |
| 1983 | 202.22 |
| 1984 | 199.08 |
| 1985 | 205.63 |
| 1986 | 219.49 |
| 1987 | 224.60 |
| 1988 | 245.57 |
| 1989 | 248.33 |
| 1990 | 251.08 |
| 1991 | 248.80 |
| 1992 | 239.59 |
| 1993 | 231.78 |
| 1994 | 241.51 |
| 1995 | 251.37 |
| 1996 | 259.89 |
| 1997 | 264.79 |
| 1998 | 267.70 |
| 1999 | 276.44 |
| 2000 | 280.53 |
| 2001 | 282.04 |
| 2002 | 267.53 |
| 2003 | 264.61 |
| 2004 | 263.25 |
| 2005 | 261.12 |
| 2006 | 268.25 |
| 2007 | 273.06 |
| 2008 | 287.79 |
| 2009 | 291.64 |
| 2010 | 290.91 |
| 2011 | 299.89 |
| 2012 | 304.74 |
| 2013 | 307.50 |
表 1：原始数据（来源 - transport.nsw.gov.au）
K 估计为 2100 年的 10 亿次出行。使用线性回归，发现 t0 为 1907 年，截距 b = 0.2156。下图描绘了预测的客运量增长情况，直到 2100 年。预测（橙色曲线），实际（蓝色曲线）
（图表已通过电子邮件发送，因为无法上传）
该图表显示了悉尼地铁线路的年份与客运量的定量分析。根据图表，很明显，客运量在过去几十年中呈逐步增长趋势。然而，在最近几年中，客运量出现了波动，这可能是由于出现了更具创新性的交通方式。为了预测到 2100 年的客运量，我们开发了一个 S 型曲线。用于预测 S 型曲线的线性回归方法并不完全准确，因为 K 值是根据过去几年的结果推测的。然而，S 型曲线模型常用于研究报告中估计许多技术进步的增长。也就是说，我们永远无法完全准确地预测基于纯粹假设的交通方式的增长。