运输部署案例集/2021/阿拉巴马州

引言

铁路是一种陆地交通方式，带有法兰轮的车辆在两条平行钢轨或轨道上行驶，它将自行供电或使用机车进行推进。

与其他交通方式相比，铁路的优势在于其成本效率。运输包含许多单独的部分，将货物从不同的地方转移到港口，并将货物从陆地装上船，在运输后，货物也需要从船上卸到陆地。如果运输程序的货运量很大，其成本将远远超过铁路。由于铁路使用轨道，并且不需要与其他运输方式共享轨道，因此可以保证运输时间。

与卡车相比，铁路可以运载大量货物。数据表明，一辆双层货车的货物运输量相当于 280 辆卡车，这对于大宗货物运输来说要好得多。同时，与公路运输相比，使用铁路是环保的，数据显示温室气体排放量可减少 70%。

由于对商品运输的需求不断增长，铁路的开发从未停止。世界各地的行业都急需运输，例如煤炭、散装商品、汽车和其他重型商品。交通和物流的巨大增长也推动了铁路的发展。

历史

以前的运输方式及局限性

在铁路发展之前，使用船只或马匹等动物运输货物是常用的方法。内陆运输主要依靠马匹，因为大部分道路都是维护不善的土路，人畜出行都不容易。

由于道路质量差，马匹运输通常给人们带来不舒适的体验，可能导致心率加快、出汗、头晕、恶心和呕吐。如果人们骑马运输货物，可能会发生许多疾病。由于马匹运输需要马匹拉动装有货物的马车前进，因此马车的重量也有限，因此不可能一次运载太多货物。同时，运输过程会被中断，因为马匹需要喝水、吃东西和休息，如果它们在运输过程中受伤，则需要更长的时间才能完成旅程。

由于恶劣天气的发生可能会对货物造成一定程度的损坏，因此无法保证时间和货物质量。

另一种通过水路运输货物的运输方式是航运。航运要好得多，因为船舶可以同时处理大量货物，并且航运中的集装箱可以直接用于内陆。弊端总是伴随着益处。由于航运高度依赖于海洋和天气，因此航程的时间和路线都是可变的。. 限制还包括旅途中人员的风险，因为他们无法与内陆人员联系，并且必须处理任何紧急情况。

人们希望更快、更安全地运输货物，基于马匹运输和船舶运输的缺点，发展的决心改变了历史。一旦铁路发明出来，它就为人们开辟了一个全新的世界。运输时间大大缩短，货物可以以固定的时间表以安全的方式进行运输，人们发现他们的国家，甚至世界，似乎比以前更小了。

技术特征

首先，铁轨是用木材制成的，非常脆弱，随着钢铁生产技术的不断发展，金属被应用到铁轨上，这是 1760 年代对其最重要的补充。

此外，铁路最重大、最具戏剧性的发展是蒸汽的应用。在工程师詹姆斯·瓦特之前，蒸汽只被用于水泵，没有人发现它的其他用途，詹姆斯通过使用高压活塞改变了整个局面，然后理查德·特里维西克于 1802 年发明了第一台蒸汽机车。

1804 年和 1808 年，不同版本的机车被发明出来，这项技术随后被应用于铁路，带来了巨大的改进。1812-1813 年，第一条使用蒸汽机驱动的商业铁路开通。

从发明和发展机车到在铁路中使用机车，以及不断修改发明以找到最佳解决方案，整个过程都要归功于化学家和工程师。使用基本原理，经过多次尝试来开发技术，最终获得高质量的成果，这是发明的唯一途径。

从使用马匹在轨道上拉动马车到铁路使用蒸汽机进行操作，驱动力是人们渴望摆脱控制马车并使运输更有效率的愿望。铁路的发明不仅可以运输乘客和货物，还可以将邮件从一个地方运送到另一个地方，这也为邮局提供了改进的机会。

此后，运输革命和铁路的巨大发展很快席卷全球。1879 年，德国工程师维尔纳·西门子发明了第一条电力铁路。当时，电力铁路可以承载短途旅行的乘客。

早期市场发展

美国铁路的历史年份几乎与这个国家相同，必须承认，铁路是这个国家繁荣最重要的原因之一。

追溯到 1815 年，约翰·史蒂文斯上校获得了在北美建设新泽西铁路公司的第一份特许状，该铁路于 1832 年建成。蒸汽机车也在该国的铁路线上进行了测试。

从一开始，早期铁路就只用于运输货物。一个例子是美国的第一条铁路，马萨诸塞州的花岗岩铁路。这条 3 英里的铁路的作用是运输用于纪念碑项目的石板。

随着人们发现铁路的成本和时间节省优势，以及一次运输大量货物的便利性，越来越多的铁路项目开始启动。轨道技术发展到可以承载更多货物，同时，一些铁路也能够成为乘客在各州之间旅行的角色。莫霍克和哈德逊铁路将奥尔巴尼的哈德逊河与斯肯尼克塔迪的莫霍克河连接起来，与伊利运河共享客货运输市场。

铁路功能的改进，如提高轨道质量和升级集装箱，以及发现新功能的增强，如将服务群体从为商人运输货物扩展到所有旅行的乘客，都能吸引更多人参与这个行业，并使其发展更快、更好。

“诞生阶段”的政策

在铁路发展的早期阶段，它并没有取代航运在运输领域的应用，但随着可靠的高速运营成果的出现，证明了铁路在该行业拥有光明的前途。铁路发展的一个重要里程碑是 1846 年宾夕法尼亚州立法机构颁布的宾夕法尼亚铁路公司章程。该法案旨在规范城市的职能，并结合城市与铁路发展，为铁路制定了长期的发展规划。

政府必须对铁路发展有一个清晰的认识，制定铁路总体规划，才能看到铁路成功诞生的阶段。

“增长阶段”中的公共和私营部门

数据显示，1860 年的铁路数量比早期阶段增加了三倍以上。随着技术的快速发展，铁路作为社会发展的见证者也获得了巨大的增长。由于对铁的需求，政府决定开始完成横贯金州大陆铁路的计划。在这种情况下，公共部门扮演着至关重要的领导角色，不可替代地控制着发展方向。在演变过程中，及时做出正确的决策至关重要。

对于私营部门而言，在联邦政府制定官方计划的情况下，投资者将有雄心和信心在该行业投入更多资金，从而使系统保持循环。仅在 1850 年，投资者就投入了 3.72 亿美元用于铁路建设。

另一方面，反对者可能会不同意铁路的发展，这可能会对铁路产生一些负面影响。由于铁路和其他运输方式之间的市场冲突，政府必须平衡这些行业，并考虑铁路的整体战略规划，使其沿着正确的轨道发展，并且随着时间的推移，正确的发展方向将得到验证。

重塑运输方式的机会

在成熟期，铁路似乎达到了其局限性，需要做出一些改变来更好地适应市场。铁路无法运输两大洲之间的商品。同时，使用铁路运输一些客户货物在经济上也不划算，导致一些公司减少了铁路运输的参与度。该行业应该找到一种方法与这些客户货物公司合作，找出合作方式，例如将来自几家公司的货物装入同一个集装箱中，以降低成本，吸引客户。

一些技术也已应用于铁路。铁路安全性和效率的提升，例如智能传感器、先进的燃油管理系统、列车正线控制和自动检测设备，都有助于提高铁路服务和体验。为了满足市场需求，铁路必须将更多技术融入其中，吸引更多业务，实现扩张。

阿拉巴马州有轨电车网络的定量分析

生命周期模型

如生命周期图所示，该图展示了美国阿拉巴马州 27 年间轨道里程的变化趋势，包括诞生阶段、成长阶段和成熟阶段。在每个阶段，外部市场环境、公共部门政策以及铁路使用的技术都会随着时间而变化。

1894 年至 1920 年的轨道里程原始数据。

年份	轨道里程
1894	246.9
1895	231.3
1896	215.7
1897	200.1
1898	208
1899	168
1900	196.38
1901	168.2
1902	180.7
1903	207.13
1904	244.12
1905	251.68
1906	243.03
1907	273.68
1908	240.43
1909	284.43
1910	281.23
1911	312.01
1912	269.56
1913	284.47
1914	363.58
1915	364.67
1916	365.75
1917	366.84
1918	366.89
1919	365.54
1920	365.98

为了确定选定时间段内铁路的各个阶段，我们将使用 S 形曲线来预测阿拉巴马州铁路轨道里程的生命周期，并采用数学方法进行预测。以下公式将详细解释该过程。

$S(t)={\frac {K}{1+e^{-b(t-t_{0})}}}$ 其中，S(t) 表示技术规模（轨道里程），

K 表示饱和状态水平，

t 表示时间（年），

b 表示系数，

t₀ 表示拐点时间（下降点）

因此，使用 K 和 b，可以将任何给定年份 (t) 代入 S 形曲线方程以求出轨道里程。

参数	值
K	450
b	0.076847317
t0	1901.137684

阿拉巴马州有轨电车网络的生命周期

如图所示，可以看出阿拉巴马州的实际里程经历了一段波动期，这可能是由于收集数据的丢失造成的。实际里程和预测里程的总体趋势均为上升。1914 年，轨道里程达到峰值，随后下降，并逐渐趋于平稳。