运输部署案例集/2020/特拉华有轨电车

定性分析

模式描述

有轨电车（或“电车”）是一种公共交通工具，在（铁路）轨道上运行，历史上由铁路公司拥有和运营。 这些公司提供轨道并将交通系统与电力系统整合在一起。电力系统形式包括使用连接到单个有轨电车的蓄电池，或从发电机产生的电力通过架空线传递到有轨电车的电机。尽管后者电力系统通常用于描述有轨电车系统。此类有轨电车系统帮助特拉华州当地居民高效出行，以及特拉华州与其邻近州之间的州际旅行。当这些城市系统人口特别密集时，有轨电车系统可以为短途旅行提供来源，这可以很好地服务于不断增长的经济体和就业市场。

模式之前

即使在有轨电车发展之前，也存在着用于大众交通服务的办法，供人们往返于密集城市和邻近的新区域之间，这些区域由邻近州或共享这些密集城市的州获得。自 1830 年代以来，类似费城和纽约市的城市一直使用由马力驱动的公共汽车。不久之后，马拉有轨电车被采用，因为它们有助于当地工业的货物运输。这些有轨电车还有助于连接城市内的企业与其位于城市以外的家庭之间的乘客。马拉公共汽车的局限性主要由马拉有轨电车系统解决。马拉有轨电车能够在街道上铺设的带有凸缘车轮的轨道上运行。这些有轨电车可以运行得更平稳，并提供更大的乘客容量和更高的速度改进。在 19 世纪中期，威尔明顿（特拉华州的主要城市之一）虽然没有足够庞大的人口来像邻近的费城（规模较大）那样提供服务，但它仍然受到此类邻近城市的影响，这些城市需要马拉有轨电车来采用此类系统。由于美国内战初期（1861 年）的经济困难，威尔明顿的第一个马拉有轨电车系统被推迟到 1864 年。威尔明顿城市铁路公司运营着这个有轨电车系统。威尔明顿城市铁路公司及其后续公司，如前联合街铁路公司，在其服务范围方面受到限制，并且其资金也受到限制，无法扩展有轨电车系统的网络。随着威尔明顿市区及其周边地区人口的增长，马拉有轨电车系统的局限性在 1880 年日益显现，因为对更好的公共交通系统的需求不断增长。此类有轨电车系统受到动物动力的限制，并在城市周围产生了动物粪便管理问题。

模式的引入

在 19 世纪 60 年代，在其他城市，人们正在考虑马拉有轨电车系统的替代方案。例如，在芝加哥，人们正在测试由蒸汽机单独驱动的有轨电车，但没有得到公众的积极回应。发动机排放的烟雾和噪音污染以及火花问题困扰着当地居民和乘客。1883 年在芝加哥铁路设备博览会上成功首次展出有轨电车后，导致许多铁路公司广泛采用与有轨电车系统集成的电力系统。 虽然电气化有轨电车系统的技术尚未开发，但威尔明顿城市铁路公司的管理部门有意使用架空电线对其系统进行现代化改造。他们进行了一次实验，使用一条长 1.5 英里的电力线连接市场街和第十街的交叉口以及河景公墓。然而，一些人对使用新技术（当时不熟悉且神秘的电力）的新系统表示反对和保留意见，这将扰乱现有的交通系统。威尔明顿的第一个有轨电车系统于 1888 年投入运营。随着服务可靠性的提高，其使用率也随之提高，工作日交通量也随之增加。这项实验被认为是成功的，并导致（威尔明顿城市铁路公司）接受了电力有轨电车系统并扩展了其网络。

早期市场发展

在认识到电力有轨电车系统的成功之后，随着人口的增长和威尔明顿的发展，乘客需求的增加导致公共交通的原始市场得以扩展。为了满足这些需求，创建了新的有轨电车系统和更大的网络：例如戈登高地铁路公司，该公司沿着特拉华河提供了支线。前联合街铁路公司等现有公司迅速采用了新系统。到 1892 年，马车服务市场已停止运营。与先前系统相比，更大的容量和有轨电车速度的提高带来的益处导致每位乘客的成本和旅行时间的降低，从而扩大了规模经济。因此，有轨电车系统可以被视为一种“灵丹妙药”，它用更好的技术改进了已经建立的有轨电车系统。为新的有轨电车系统供电涉及许多铁路公司与发电站的合作。与有轨电车系统相关联的是公用事业网络，例如燃气和电力。铁路公司不也参与电力和照明供应的情况很少见。为了增加有轨电车系统的使用，铁路公司需要通过开发外部设施来增加其运输系统的需求。例如，为了增加对其系统的需求，戈登高地铁路公司帮助沿着特拉华河建造了一个游乐园。

政策在孕育阶段的作用

19 世纪 90 年代可以被描述为电力有轨电车系统的孕育阶段。观察铁路公司之间竞争的程度，可以看出自由放任的经济政策在电力有轨电车系统中普遍存在。北美大多数城市的电力有轨电车公司都进行了整合。1891 年，威尔明顿城市铁路公司收购了前联合街铁路公司等小型公司，导致竞争减少。威尔明顿城市铁路公司的股票由威尔明顿的金融家所有，后来于 1897 年由私人银行家克拉克和费城的公司所有。克拉克收购了邻近的切斯特和宾夕法尼亚州的许多有轨电车线路，并将它们连接到威尔明顿和切斯特的城市，以构建一个电力有轨电车系统，垄断了中大西洋州的一个大型大都市区。 当时存在的政策对有轨电车系统的经济几乎没有政府干预。许多街铁路公司的所有者从与市政府签订的合同中获得了许多权利，以经营强大的垄断企业。在这些合同中，许多商人可以获得大量投资，以提供持续的票价和维护铁路轨道旁人行道的质量。 到 1899 年，特拉华州电力有轨电车系统经济游戏中的主要参与者是宾夕法尼亚州金融家里格斯组建的威尔明顿和切斯特牵引公司。

模式的增长

电动有轨电车系统的成长期可以分为两个十年：1900年代和1910年代。在第一个十年里，Riggs资金不足，无法扩张公司。1903年，Riggs的另一家铁路公司，州际铁路公司，也遇到了财务问题，并且由于罢工而限制了其扩张能力。后来，到1907年经济萧条时期，该公司被迫破产。随着公司子公司的重组以及威尔明顿和切斯特地区房产的租赁，一家新公司于1910年成立，即威尔明顿和费城牵引公司。这家新公司很快通过获得大量资本而取得成功，这使得该公司能够改善员工工资和轨道质量。随着公司的发展壮大，它能够兼并小型公司，发展自己的轨道并移除冗余轨道。随着公司实力的增强，该公司能够对旧的电动有轨电车线路进行现代化改造，例如纽卡斯尔-特拉华城线路。在第一次世界大战期间，尽管劳动力和设备成本不断上升，但威尔明顿和费城牵引公司不得不提高票价。在战争期间，许多其他铁路公司在维持垄断地位和与其他公司竞争方面都遇到了困难。然而，战后，在1920年代，许多铁路公司合并，而威尔明顿和费城牵引公司则取得了成功。

模式的成熟阶段

在诞生和成长阶段，汽车得到了发展并实现了大规模生产（成本降低）。这对已经建立起来的电动有轨电车系统构成了新的竞争挑战。在20世纪20年代初，独立的公交线路也加入了竞争，对威尔明顿和费城牵引公司构成了威胁。该公司用单人驾驶车辆来应对汽车行业带来的车辆拥堵问题。该公司还在1925年成立了特拉华巴士公司，一家巴士子公司，以进一步应对威尔明顿至纽瓦克的特拉华州内线路的竞争。这家子公司能够兼并特拉华州的许多独立公交线路。牵引公司还从销售电力（主要是）中获得利润，但同时也遭受了电动有轨电车系统衰落的困扰。到1927年，牵引公司更名为特拉华电力公司，后来在新政立法后更名为特拉华客车公司，与电力公用事业公司脱钩。然而，该公司的电动有轨电车系统仍然没有取得任何成功，并且正在缓慢地被巴士服务以及后来的无轨电车所取代。架空电线成为了逐渐消失的电动有轨电车系统的“锁定”特征，后来在20世纪50年代被无轨电车所使用。二战后，随着人口更多地向郊区而不是城市转移，城市交通系统的使用量下降了。特拉华客车公司试图通过促销活动和新颖的巴士功能来吸引乘客。最终，该公司在1956年被美国运输企业（ATE）收购，该公司试图建立一个由无轨电车和巴士组成的系统来取代之前的电动有轨电车系统。在成立特拉华区域交通管理局（DART）以取代客车公司运营巴士系统之后。DART此后发展成为一个交通系统，至今仍在特拉华州运营。

定量分析

图1a 特拉华州电动有轨电车系统总轨道里程在数据范围内的时间演变

图1b 特拉华州电动有轨电车系统总轨道里程在建模逻辑函数范围内的时间演变

特拉华州电动有轨电车系统报告里程的最优拟合逻辑曲线得出以下结果：

• 预测系统规模：K = 329（英里）
• 拐点：to = 1923.115（年）
• 逻辑增长率：b = 0.123757（年-1）
• S(t)= K/(1+e^(-b(t-t_0)) )（英里）
• t统计量：-9.37
• RSQ：0.668

模型的准确性和结果的解释

报告的（电动）里程的总体趋势可以通过建模逻辑曲线来捕捉。但是，增长阶段的局部增长和下降阶段并没有被捕捉到。分析这些局部现象发生的时间和持续时间高度依赖于当时盛行的政策和事件。在模式的增长中对此进行了进一步讨论。考虑到定性分析中1888年至1920年期间，系统正在经历其增长阶段。鉴于此，图1a中获得的趋势是合适的，因为获得数据的时间范围（1894年至1920年）有限（来自McGraw电动铁路手册），并且假设获得的数据范围内的逻辑函数是不合适的——解释了t统计量的负号。模型中得到的回归分析能够捕捉到给定数据所在的总体阶段（诞生、增长和/或成熟），参见图1b。

世纪之交前后几年特拉华州铁路公司没有报告里程的问题也可能影响了局部下降的发生。这些局部下降可能会给人一种局部增长的印象，而实际上，总里程的演变遵循着里程实际演变的轨迹。试图在某些年份假设轨道长度与前一年相同（直到再次报告轨道长度）的情况下产生实际轨迹将无法估计与政策变化相关的增长或下降。例如，假设威尔明顿和切斯特牵引公司拥有的铁路线路的轨道长度（在1904年报告了71英里的轨道长度）从1904年到1908年保持不变（因为在1909年轨道长度下降到33英里）可能会错误地预测总轨道长度下降的程度和年份。

获得和分析的给定数据范围不足以预测拐点、饱和值或增长和诞生点的任何参数。获得数据的时间范围有限，禁止对接近诞生或饱和时的值进行说明。但是，从获得的逻辑函数中，可以对不同阶段的开始和结束进行估计。

• 诞生：1865 - 1890
• 增长：1890 - 1920
• 成熟：1920 - 1950
• 饱和：1950 - 1970