罗德岛有轨电车系统 - 历史生命周期分析 (1885 - 1920)
本案例研究回顾了美国罗德岛有轨电车技术部署背后的政策和技术发展。虽然定量分析主要集中在 1885 年至 1920 年期间，但定性回顾则考虑了这一时期之前和之后的事件，以确定这种交通方式的增长、成熟和衰退的起因和催化剂。
在 1840 年左右引入马拉有轨电车之前，主要的城市交通方式是步行。公共汽车和出租车可以使用，但票价对普通城市居民来说太贵了。虽然马拉有轨电车缩短了旅程时间，但票价仍然超出了工薪阶层的承受能力。[1][2]
有轨电车技术发展的一个关键步骤是 1870 年代启动缆车服务，乘客车由位于路面下方的电缆牵引。这种技术形式与马拉马车相比，在地形陡峭的城市具有显著优势。缆车系统遭受机械可靠性问题的困扰，在恶劣天气条件下会加剧。[1]
有轨电车技术诞生于 1884 年，将电力牵引技术创新与马拉有轨电车乘客车厢结合在一起，成为一种大众运输方式。在许多方面，基本技术平台至今仍然相似。电动有轨电车的出现与工资上涨的时期相吻合，再加上票价大幅降低，这种新型交通工具成为大众所接受，帮助其建立并促进了城市系统的快速扩张。早期系统
从高级别来说，可以认为马拉马车将牵引式乘客车确立为大众公共交通工具。乘客车的动力通过引入电缆技术实现机械化，然后通过利用电力得到改进。在这段技术旅程中，乘客运输的质量通过提高可靠性、舒适度和速度而得到提升。这将电动有轨电车确立为主要技术平台，而进一步的技术进步是渐进式的，而不是革命性的。
电动有轨电车的早期试验使用现有的马拉轨道和改装后的乘客车作为这种新技术的试验台。因此，轨距，这种新技术的一个关键技术参数，是由先前的交通方式“锁定”或预先确定的。事实上，在 1887 年早期采用电动有轨电车后，沃恩索克特有轨电车公司恢复了马拉动力，后来重新引入了电力牵引，[3]这表明了这两种技术的互操作性。缆车也被开发为在与马拉有轨电车和电动有轨电车相同的轨距上运行。
在罗德岛，许多早期的电力有轨电车系统都是由现有的马拉系统的电气化发展而来的。除了共同的技术特征外，运营商还将许多政策和政策特征转移到一起，包括组织结构、定价机制、票务和时间表。
位于罗德岛普罗维登斯的联合铁路公司试验了两种形式的电气化：电池和电线。虽然电池消除了安装难看的电缆的必要性，但它们需要频繁充电，并且无法提供足够的动力来克服中等坡度。因此，架空电线电气化成为罗德岛所有系统的首选方法，尽管美国其他地区有一些电池供电系统在运行。[4]
沃恩索克特部署的早期电动有轨电车技术拖着一个小型货车，该货车在电力电缆上方运行，并通过一根松弛的电缆将电力送回有轨电车。[3]这些货车单元可能从电力电缆上脱轨，并且难以恢复。它们被滑轮杆收集器所取代，滑轮杆收集器通过弹簧杆将滚动轮与电力电缆的底部连接起来，后来的迭代用带槽的鞋替换了轮子。两种电力传输方式的图片示例如下所示。
20 世纪之交广泛的技术进步促进了城市的发展。结构钢和电梯等创新消除了历史上的八层建筑高度上限。采用更便宜的电力照明消除了对工作日的限制，工作时间延长。1880 年代电动有轨电车技术的引入与美国城市的大规模增长同时发生，并促进了这一增长。到 1920 年人口普查时，美国人口中首次大多数人居住在城市地区。罗德岛作为一个主要的制造业州和金融中心，也经历了这种快速增长。[5] 有轨电车技术的运行速度、运载能力和票价成本促进了城市横向蔓延，成为住宅分散化的催化剂。有轨电车技术与这种新发现的经济倾向之间有着共生关系。就业机会的增加导致个人财富的增加，促进了对交通服务的更多需求。交通需求与住宅区横向扩张之间存在正反馈循环。这被有轨电车系统的推广者和开发商所利用，他们试图从系统扩张到未开发区域中获利。
地方政治家在促进早期地方有轨电车发展中发挥了重要作用，并为私营企业提供了低息贷款、现金补贴、公共土地地块和长期特许经营权，以获得健康的运营商利润率。政治家在将这种新型交通技术引入城市方面得到了公众的广泛支持，有轨电车系统是城市自豪感的来源，城市领导人吹嘘他们各自网络的规模。
然而，在许多城市，包括罗德岛，许多竞争的有轨电车运营商安装了多条线路，这些线路经常在市中心汇聚，导致施工过程中的干扰和运营时的拥堵。竞争运营商之间几乎没有协调系统的动力，结果是，系统缺乏连贯性，以最大限度地提高私营部门利润。
随着时间的推移，之前支持的政客们开始竞选降低票价和将有轨电车运营商国有化。虽然这在公众中很受欢迎，但这种批评经常会遭到有影响力的上流社会的反弹。公众和政治认可度的这种逆转导致了私人有轨电车运营商和公共官员之间更加对抗性的关系，这些官员更有可能拒绝涨价和特许经营请求。因此，私人企业找到了更有利可图的未受监管的企业进行投资。
以下部分描述了在罗得岛主要城市实施电动有轨电车服务的过程中遇到的、克服的和制定的具体问题和政策。可以看出，在全州范围内，在政策挑战和有组织的反对服务引入方面，存在许多共同的经验。
在罗得岛实施电动有轨电车之前，存在一些郊区马车运营商，通常仅限于每个城市区域内的相对较小的范围内；最大的运营商是普罗维登斯的联合铁路公司，即该州的首府。[3] 缓慢的速度限制了公众的吸引力以及网络的实际范围。第一次尝试电动服务是由沃恩索克特街铁路公司在沃恩索克特进行的，这是一个位于罗德岛的小型区域城镇，该镇在 1887 年开始运营 5 英里的线路后不久就尝试了这种新型技术，比阿拉巴马州首次电动有轨电车营运服务开始晚了一年。鉴于线路距离较短，电动服务获得了新颖的吸引力，而不是提供比马车更好的运输服务。该试验遭到了当地企业主、消防队和市民的反对。批评意见包括反对路轨、声称电动汽车吓坏了马匹以及带电电线的电气风险。这些担忧可能是由试验中未成熟技术所遇到的技术问题和安全事故加剧的。[3] 大约 3 个月后，沃恩索克特的试验被放弃，铁路恢复了马车运营，并在 1893 年重新引入了电动服务。
作为 18 世纪的主要海港，纽波特拥有富裕的上层阶级，主要作为纽约居民的夏季度假目的地。尽管尝试在 1864 年和 1884 年引入马车服务，但上层阶级和私人马车运营商反对这一发展，反对路轨损坏私人马车、旅程中断以及公众更容易进入私人海滩。[3] 尽管少数人对影响该时期城市交通政策施加了足够的反对；到 1885 年，当地有足够的支持，迫使纽波特市议会就引入有轨电车系统进行投票，该投票已通过。富人继续反对新成立的纽波特街铁路公司，组建了一个游说团体，其中包括威廉·阿斯特，他正在采取类似的行动来阻止纽约地铁的建设[3] - 这表明，针对美国富裕城市公众的交通发展面临着类似的挑战。尽管存在广泛的反对，但首发服务于 1889 年 8 月开始。
1882 年，联合铁路公司是普罗维登斯有轨电车服务的唯一提供商，但它不服务于学院山，这是一个富裕的飞地，因为街道的坡度不利。普罗维登斯电缆缆车组织成立于 1882 年，并向城市请愿在该郊区引入电缆缆车系统，该系统基于类似技术在旧金山的成功部署。该郊区富裕居民以及保护其垄断地位的联合铁路公司都对引入大众交通表示了强烈的反对。尽管存在这种反对，但该概念获得了公众的广泛支持，并获得了城市的批准。在那个时候，联合铁路公司在其股东致富的同时却缴纳的税款微不足道，并且没有实现对网络的承诺扩展，这引起了越来越多的批评。为了利用这种分歧，缆车倡导者宣布将缆车网络扩展到联合铁路公司的轨道上，该轨道在 1889 年获得了城市的免费授权，尽管在有轨电车特许经营协议中规定了对轨道所有者的补偿。[2] 缆车系统于 1989 年开通，并于 1890 年被联合铁路公司收购。[2][7] 重新建立他们的垄断地位。联合铁路公司于 1890 年开始对其网络进行电气化，缆车系统于 1895 年改造。[4]
联合铁路公司是 19 世纪 90 年代初罗德岛最大的有轨电车运营商，它进行了电动运行的实验，以获得对全网络升级的支持。他们在两条线上提供了低价票价，表面上是为了赢得当地对实验的支持。这是该公司享有垄断地位的证据，因为在真正竞争的环境中，以这种方式降价的范围将非常有限。实验取得了成功，公众反馈表明，与马车相比，电动有轨电车在速度和乘坐舒适度方面都得到了提升。然而，可能是土地价值的增加以及房地产开发机会的增加，巩固了此前反对的富裕精英的支持。[4]
如下面的定量分析所示，罗德岛的有轨电车系统取得了显著增长，到 1902 年，全州有 15 家有轨电车公司运营，尽管通常是在复杂的租赁或所有权安排下运营。到 1902 年，该州的大多数有轨电车系统都被整合到罗德岛公司，该公司通过一系列公司租赁了联合牵引控股及其租赁。复杂性可以用以下方式最好地描述：“摩根大通持有纽约、新港和铁路公司的股票，该公司拥有普罗维登斯证券公司的所有股票。普罗维登斯证券公司持有证券，并持有罗德岛公司的股票，而罗德岛公司又拥有哥伦比亚街铁路公司、普罗维登斯和巴里维尔街铁路公司以及沃恩索克特街铁路公司。罗德岛公司还从联合牵引和电力公司租赁和运营，该公司拥有罗德岛郊区铁路公司、波塔基特街铁路公司和联合铁路公司的股票和债券。联合铁路公司拥有股票，并租赁了普罗维登斯电缆缆车公司。[8]
为了满足联邦反托拉斯法，新港铁路公司被迫在 1914 年剥离其在新英格兰所有有轨电车系统中的利益，包括罗德岛公司。[8] 此后，罗德岛公司在维持租赁付款和适应早期汽车运输引入所需的投资方面遇到了财务困难。该公司的租赁协议被终止，其大部分有轨电车系统被合并到 1919 年成立的一个新实体中，即联合电力铁路公司 (UER)。为了最大限度地减少过去 20 年密集的并购以及缺乏投资对罗德岛公共交通系统造成的进一步风险或干扰，UER 被置于公共事业委员会的监管控制之下。[8] 这是一个重要的政治行为，旨在对私人部门进行公共控制，而私人部门历来享有高度的自治权和政治影响力。[8]
对罗德岛有轨电车系统的生命周期进行了分析，以确定以下系统参数
- 增长率；
- 中点/拐点年；
- 发展阶段（诞生、增长和成熟）；
- 预测的系统规模（可能是研究期间安装的系统的最大规模）。
纵观历史，运输方式的常见生命周期特征是 S 形曲线（或 S 型曲线）剖面，它可用于描述不同运输技术的采用率。[9] 逻辑斯蒂函数提供了一个通用的 S 形曲线剖面，可以拟合到系统增长数据。对于本评估，已安装轨道范围被用作系统增长的度量标准。生命周期模型可以用逻辑斯蒂方程来描述：[9]
其中
St = 时间 t 的系统范围，以已安装轨道为单位
Smax = 系统最大范围（罗德岛已安装轨道的峰值长度）
t = 时间/年份[7]
ti = 拐点的 时间/年份（系统部署的峰值增长年份）
b = 逻辑斯蒂增长率（即 S 形曲线的陡峭程度）
这可以改写为
其中
c,b = 模型系数
上述方程的左边现在可以表示为直线方程的形式 ()，其中 m 是梯度，c 是与 y 轴的交点。使用已知值的单一线性回归来估计系数 c 和 b 的值，并根据 Y 表示。
&
Smax 的值应为罗德岛已安装轨道的最大范围。虽然此峰值可能发生在研究期间（1885-1920 年），但这已通过对 Smax 值进行敏感性分析得到验证，方法是考虑 Smax 的不同值并采用 R2 值最高的那个值，以便将最接近的 S 形曲线拟合到测量数据。
然后可以使用逻辑斯蒂方程的原始形式绘制模型 S 形曲线，以供与测量数据进行对比。
麦格劳电气铁路手册[7] 和州立档案馆[10][11] 提供了每家有轨电车运营公司在研究期间每年安装轨道的综合记录，在下表中进行了复现。已安装的轨道范围以罗德岛州安装的单轨等效长度表示。麦格劳手册和州立记录在每一年都提供了已安装轨道的相一致的测量结果。完整的 数据集 和分析电子表格的副本可以在这里找到 这里。
正如预期的那样，整个研究期间，轨道范围逐年增加，除了 1919 年和 1920 年的下降。在研究期间的后半段，许多有轨电车线路都在罗德岛公司的运营控制之下，该公司当时遇到了财务困难，并在 1919 年和 1920 年转让了一些线路的控制权。这些线路很可能还在另一家公司运营，但记录中没有跟踪到，因此记录显示总轨道范围下降。
| 年份 | 轨道范围 [英里] | 年份（续） | 轨道范围 [英里] |
|---|---|---|---|
| 1885 | 52.0 | 1903 | 351.3 |
| 1886 | 58.7 | 1904 | 369.5 |
| 1887 | 64.0 | 1905 | 376.2 |
| 1888 | 65.7 | 1906 | 390.6 |
| 1889 | 73.2 | 1907 | 393.5 |
| 1890 | 77.2 | 1908 | 399.5 |
| 1891 | 79.9 | 1909 | 406.6 |
| 1892 | 86.6 | 1910 | 408.7 |
| 1893 | 107.7 | 1911 | 410.0 |
| 1894 | 123.0 | 1912 | 431.1 |
| 1895 | 143.7 | 1913 | 无数据 |
| 1896 | 157.3 | 1914 | 436.7 |
| 1897 | 161.3 | 1915 | 450.0 |
| 1898 | 189.7 | 1916 | 450.3 |
| 1899 | 214.1 | 1917 | 451.6 |
| 1900 | 260.6 | 1918 | 451.7 |
| 1901 | 316.1 | 1919 | 442.3 |
| 1902 | 346.5 | 1920 | 408.0 |
S 形曲线拟合分析的结果如下表所示。
| 参数 | 值 |
|---|---|
| Smax | 471.8 英里 |
| b | 0.1624 |
| ti | 1899 |
| R2 | 0.951 |
下图显示了根据历史记录安装的有轨电车轨道的实际范围以及根据逻辑斯蒂方程 S 形曲线剖面推导出的已安装范围。
下图显示了根据历史记录逐年变化的实际已安装轨道范围。
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罗德岛有轨电车发展生命周期的各个阶段已在上面的 S 形曲线剖面上得到了诠释。从诞生期过渡到成熟期大约是在 1890 年，从 1909 年左右开始，系统进入了成熟的开发阶段。
可以看出，Smax 的最佳值比 1920 年最大安装系统范围大 20 英里。这可能反映出一些潜在的系统扩展，在 1920 年之前尚未实现。即使在模型分析中排除了 1919 年和 1920 年（这两年显示出安装轨道范围意外减少），Smax 值也超过了安装轨道的总范围，这支持了潜在扩展理论。模型 S 曲线的 R2 值表明置信度 >95%，这表明该模型是实测数据的近似表示。然而，从图中可以看出，虽然模型 S 曲线能够合理地代表生命周期的诞生和成熟阶段，但它往往低估了生长阶段的轨道安装速度，特别是 1897-1902 年期间。虽然这一时期是在高度竞争的环境中快速建设的，但这一时期历史安装轨道的报告方法似乎受到罗德岛公司有轨电车系统仅在投入运营后才列入清单的影响，而不是像大多数开发项目那样将轨道安装分散到运营前的时期。因此，实际曲线可能过高地估计了轨道安装的峰值速度。
除了回顾全州有轨电车系统的生命周期之外，还对各个有轨电车系统以及每个城市地区的系统进行了分析。
由于研究期间罗德岛州有轨电车运营商进行了广泛的合并，只有联合铁路公司和罗德岛公司拥有足够的数据来进行有意义的个别系统生命周期评估。这似乎是由于这两家公司在其各自的运营期间在所有系统上运营了大部分服务，如 上面 所述。在此期间的任何系统扩展都是通过这两家公司进行的，而他们控制的其他线路在出售时仍保持接近其建造时的配置。在这两个系统中，可以将一个合适的 S 曲线拟合到联合铁路公司的资料，而拟合到罗德岛公司的曲线则拟合得不好。拟合不好可能是因为该系统只包含生命周期后期增长阶段和成熟阶段的数据。
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