运输部署案例集/2021/爱达荷州有轨电车
有轨电车是一种交通方式，与其他交通方式区别开来，因为它们在具有专用路权的铁轨上行驶（不列颠百科全书，2018 年）。它们已经由多种方法供能；最初由马匹；然后由在道路缝隙中运行的电缆；然后随着技术进步，由连接到架空线的电线杆。它通过不同的方法取得了重大进展，带来了重大的社会、经济和商业变化和发展。重要的是要注意，有轨电车和轻轨之间存在重大差异，尽管它们通常可以互换使用。有轨电车的一个重要的技术特征是连接到架空线的电车杆，这也带来了它的独特性。它从连接的架空线获取电力，并为牵引电机提供电力以运行（Dell 等，2014 年）。有轨电车有无数的优点，一些主要优势包括它们可以行驶更长的距离以及它们的票价/运营成本更低，这两者都对公民有直接影响。在电动有轨电车出现之前，马拉车是一种交通方式，由于喂养和照顾马匹的成本很高，因此其运营成本要高得多（Cameron，2017 年）。此外，由于它们是动物驱动的，因此它们的行程距离和行驶速度受到限制。由蒸汽机驱动的缆车在运行方式上也存在缺点。它向大气中排放了大量污染物，并且经常出现故障，导致街轨卡住（不列颠百科全书，2018 年）。与其他模式相比，电气化有轨电车无疑是一种更有效、更便宜和更环保的选择。它们的主要市场是需要通勤上班的人。大量市民不住在他们工作的地方，而是住在更远的社区和城镇。由于票价成本较低，因此有轨电车对大多数工薪阶层市民来说都是可负担的，并为他们提供了更多工作机会（博伊西州立大学，2021 年）。它们的另一个市场是旅游业；当有轨电车开始运营时，旅游胜地水族馆的游客数量显着增加（博伊西州立大学，2021 年）。
美国有轨电车的历史可以追溯到 19 世纪初，当时引入了公共马车（马拉公共汽车）。公共马车是一种带有两轴和四个轮子的马车，通常由两匹马拉动（查尔斯顿县公共图书馆，2017 年）。它们按照预定的时间表行驶，并在预定的路线行驶。在公共马车出现之前，乘客会步行到目的地，因此他们的体力是有限制的。公共马车的发明节省了乘客的疲劳，并使他们能够从一个地方运送货物到另一个地方。与其他发明不同，公共马车不是技术创新的结果，而是现有产品的演变结果（查尔斯顿县公共图书馆，2017 年）。随着新的街轨和铁路开始发展，马拉有轨电车成为一种更平稳、更快的选择。由于铁路和轨道铺设的增长，马拉车现在可以在特定路线运营，而不会干扰其他交通。但是，动物动力运输存在很多问题：它们需要大量护理，需要付出巨大的努力（Cameron，2017 年），它们的粪便污染了街道（Morris，2007 年），而且它们的运营成本很高（这意味着它们对工薪阶层人士来说是遥不可及的）。1873 年，有资料称，安德鲁·哈利迪目睹了马匹在陡峭的地形和潮湿的鹅卵石路面上挣扎着拉动马车时的折磨，这主要促使了他蒸汽机动力系统的创新。铁路系统是缆线驱动的，由通过缝隙并经过位于发电站的蒸汽轴的長缆线组成（不列颠百科全书，2018 年）。缆车的重大缺点之一是它们都以恒定速度行驶，因此任何发生的故障都会导致整个路线停运。此外，随着对缆车的需求增加，需要建造更多的发电站。这需要政府和社区投入大量资金，在经济上不可行（旧金山市政交通局，n.d.）。尽管没有证据表明缆车在爱达荷州使用过，但缆车的局限性促使了 1888 年电动有轨电车的发明，随后爱达荷州于 1891 年开通了有轨电车系统（Casner，2002 年）。值得注意的是，1834 年，托马斯·戴文波特制造了电池供电的电动机，这导致了有轨电车的电气化（不列颠百科全书，2018 年）。电动有轨电车的运行方式与缆车非常相似，但它们通过连接到架空线的电线杆（电车杆）获取电力，而不是由机械滑轮提供动力（Dell 等，2014 年）。
如前所述，在有轨电车电气化之前，公众依靠蒸汽机和蒸汽动力缆车。缆车的技术文物和创造有助于开发电动有轨电车。它们都汲取能量，但来自不同的来源，并且以不同的方式。缆车中的缆线最初由发电站中的蒸汽机驱动，但随着电力变得越来越可用，图 1：美国有轨电车历史电动机已取代了一些机车的蒸汽机。然而，缆车本身没有发动机或电机 - 与有轨电车不同，有轨电车由车载电动机提供动力，并从连接到架空线的电车杆获取电力。由电动机提供动力的缆车并不是一种受欢迎的选择，因为它是一种非常昂贵的替代品。值得注意的是，1834 年，当托马斯·戴文波特研制出第一个电池供电的电动机时，他遭到了投资者的大量批评；他们说电池无法承受重量，而且它是一种不实用的电池，因为它的成本很高（卡尔斯鲁厄理工学院，N.D.）。缆车的局限性以及戴文波特的电池供电电动机促进了有轨电车的创新。此外，电力最初是通过街轨传输的，但由于这存在安全风险，因此架空线成为更安全的替代品（Popular Mechanics，1929 年）。
爱达荷州在电气化创新之前，是一个依赖马车和马车公共汽车的州。爱达荷州的市场发展包括用有轨电车取代马车，因为有轨电车被视为一种更“绿色”的替代方案。爱达荷州首府博伊西的有轨电车系统始于 1890 年，并在 1891 年由博伊西快速交通公司 (GrizTech，N.D.) 开始运营。这些有轨电车使用从一家名为塞浦路斯雅各布的磨坊收集的电力运行，1904 年，博伊西和城际铁路开通，由斯沃姆瀑布大坝供电。第三家有轨电车公司博伊西谷铁路公司开业，并开始在另一条路线运营。这三家公司都在不同的轨道上运行，但 1912 年，现有公司合并成了一家名为爱达荷牵引公司的公司 (GrizTech，N.D.)。爱达荷州最重要的利基市场之一是将人们从城市的一端运输到另一端。随着有轨电车系统的不断发展，并开始在更多路线运行，市民们能够更快、更高效地在各个地方之间旅行。当这些公司合并为一家并相互共享轨道时，有轨电车能够“环形运行”，将许多村庄和城镇连接在一起 (GrizTech，N.D.)。因此，爱达荷州有轨电车公司发展带来的一个主要功能增强是，现在许多人能够更快地在各个郊区之间旅行——在 30 到 90 分钟内，只需花费 5 美分，尤其是在公司开始合并之后 (博伊西州立大学，N.D.)。这两项优势功能（更快的旅行时间和更低的成本）在马车中并不存在，即使存在，也只有上层阶级才能负担得起。此外，随着有轨电车公司前往更多地方并开通更多路线，市民开始在城市的其它地区定居，特别是在靠近他们工作场所或他们喜欢的郊区的地方 (博伊西州立大学，N.D.)。反过来，这又反馈到系统中，提高了有轨电车系统的功能，并激励公司更有效地提供服务。由于有轨电车系统需求增加和质量提升（产生了规模经济），有轨电车可以被视为一颗“神奇子弹”（Levinson 和 Garrison，2014）。
功能发现是开发市场的一个重要因素。商人开始采用新的配送系统来配送货物和货运。例如，肉类和水果现在从最初的畜牧场运来，进行区域性分销，形成一个更大、更新的分销网络，最终迫使有轨电车尺寸更大、行驶速度更快，以跟上需求 (史密森学会，N.D.)。随着有轨电车功能的提升，它又服务于一个新的市场：旅游业。爱达荷州一个值得注意的例子是游泳馆豪宅。它成为一个非常成功的温泉的原因是，市民们可以从他们的家乡乘坐有轨电车前往温泉大道，只需支付 5 美分；他们可以享受一天的旅行，并在温泉游泳池度过一天的休闲时光 (博伊西州立大学，N.D.)。
政策在诞生阶段的作用
[edit | edit source]在美国的一些地区，马车和马车轨道的运营由管理将有轨电车系统引入城市的同一家公司管理。在博伊西市，博伊西快速交通公司最初管理马车，后来管理有轨电车的电气化 (Labbe，1980)。马车和有轨电车都在轨道上运行，由两名乘务员操作，一人收取车费，一人操作有轨电车系统。1890 年，特许经营协议（包括公司有义务履行的责任和义务）已到位。如果他们按照协议行事，他们将被允许在不止一条路线提供服务，这将为他们提供扩展和规划交通网络的机会，使市民能够从一个地区前往另一个地区。此外，他们同意了许多有争议的问题，以确保他们在该州的垄断地位，并确保他们能获得其服务的全部利润 (Jones，2010)。因此，他们同意将收取 5 美分的固定车费，并承担轨道周围人行道的维护工作 (Jones，2010)。由于车费被“锁定”在 5 美分（5 美分硬币），有轨电车公司在有轨电车系统诞生阶段发了大财，尤其是在美国通货紧缩时期。这后来引起了与地方政府的争执，因为有轨电车公司不愿重新协商任何车费。然而，在许多特许经营协议之后，地方政府决定实施政策，规定公司必须在高峰时段提供折扣，并且必须在深夜运营以弥补车费重新协商的不足 (Jones，2010)。
有轨电车的增长/成熟和衰退
[edit | edit source]随着城市的城市化发展，有轨电车成为人们从一个地方到另一个地方通勤的主要交通方式。随着有轨电车系统的发展和有轨电车业务的扩张，它使房地产开发商能够建造许多城镇 (Cullingworth 等人，2013)。他们会投资有轨电车公司，周围郊区的企业家将有机会发展城市的住宅和商业方面。土地投机者专门投资于有轨电车，因为这意味着他们可以影响公司为他们的社区提供服务，从而提高土地价格，发展他们的城镇。它在城市化进程中发挥了关键作用，因此它们成为投资者投资的吸引人的私人企业 (Cullingworth 等人，2013)。如上所述，公共政府部门参与了关于有轨电车公司允许做什么和不允许做什么的协议，这些协议是通过特许经营协议达成的。有轨电车公司同意政府提出的许多条件，以确保他们在城市中的垄断地位，因此他们在 19 世纪 90 年代初和 1990 年代初看到了巨大的增长。就在第一次世界大战爆发之前，以及在第一次世界大战期间，有轨电车系统仍在增长，但增长速度在下降。为了提高效率，以及跟上需求，有轨电车安装了 8 个轮子，而不是 4 个轮子 (大英百科全书，2018)。它们还用钢制车身替换了木制车身，包括用封闭的门替换敞开式门 (大英百科全书，2018)。尽管进行了所有这些设计变更，但有轨电车在 1920 年仍然面临着巨大的制约。固定的车费无法与通货膨胀相匹配，而其它交通方式（公共汽车和汽车）正在竞争。小城市的电车服务正在被公共汽车所取代，尤其是当它们运行频率低，载重量不大时。在这种情况下，每位乘客的折旧和利息成本比一辆经常维修的载重更大的公共汽车要高得多，因此公共汽车的成本效益要高得多 (Slater，1997)。乘客选择公共汽车而不是有轨电车的其它原因包括舒适度和更快的旅行时间 (Slater，1997)。
重新设计模式的机会
[edit | edit source]在现代，有轨电车系统将其替代品视为轻轨系统，如上所述，尽管功能类似，但轻轨系统与有轨电车具有不同的特点。19 世纪初的有轨电车系统是私人拥有的，而不是政府拥有的，尽管政府在政策和运营方面有很大的影响力。重新设计该模式的机会是政府在人口密度高的城市地区实施并拥有有轨电车系统，在这些地区，私人汽车所有权可能很昂贵。这将建立一个更大的网络，创造多种交通选择，并为市民提供更多就业机会 (Kurtzleben，2015)。
定性分析
[edit | edit source]模型和结果
[edit | edit source]由于有轨电车是一种技术创新，它们遵循一个包含 4 个主要阶段的技术周期：诞生、增长、成熟和衰退。S 曲线已开发，最适合数据以识别周期的不同阶段，假设数据遵循逻辑形状 (Garrison & Levinson，2014)。使用麦格劳电气手册铁路，记录了有轨电车的里程数，并在下表 1 中列出。用于计算测量状态（在本例中为里程）的模型是一个三参数逻辑函数，定义为
S(t) = K/[1+exp(-b(t-ti)]
其中，技术规模与最终市场规模成正比，以下参数定义为
S(t) = 测量状态（轨道长度）
K = 饱和状态水平 b = 待估计系数
t = 时间（以年为单位）
t0 = 拐点时间（达到一半 Smax 的年份）
为了更轻松地估算以确定达到 50% 部署的年份、最终市场规模和特定系数参数，该模型被转换为线性关系。由于任何年份的市场规模都是已知的，因此可以通过使用求解器类型的例程迭代各种 K 来根据最适合数据的曲线预测最终市场规模。如果已知 K，则可以推导出拐点年份。
该模型产生了以下输出
| 变量 | 值 |
|---|---|
| k | 310 |
| b | 0.310 |
| t0 | 1911 |
表 1
其中 K 值是饱和市场值（根据最接近 1 的回归值确定），b 值是曲线的斜率，t0 值是拐点发生的年份（最大增长的点）。
1894-1920 年爱达荷州有轨电车系统的实际长度和预测长度
| 年份 | 轨道长度（英里） | 预测轨道长度（英里） |
|---|---|---|
| 1894 | 3 | 2.16 |
| 1897 | 3.50 | 5.41 |
| 1898 | 3.50 | 7.33 |
| 1899 | 3.50 | 9.92 |
| 1900 | 3.50 | 13.36 |
| 1901 | 3.50 | 17.94 |
| 1902 | 3.50 | 23.95 |
| 1903 | 5.50 | 31.77 |
| 1904 | 35.50 | 41.76 |
| 1905 | 44.00 | 54.28 |
| 1906 | 104.00 | 69.58 |
| 1907 | 124.00 | 87.71 |
| 1908 | 137.00 | 198.43 |
| 1909 | 151.00 | 131.17 |
| 1910 | 178.00 | 155.00 |
| 1911 | 81.00 | 178.33 |
| 1912 | 81.00 | 201.57 |
| 1913 | 98.00 | 222.29 |
| 1914 | 102.50 | 240.42 |
| 1917 | 284.70 | 278.23 |
| 1918 | 303.70 | 286.05 |
| 1919 | 302.20 | 292.06 |
| 1920 | 160.20 | 296.64 |
| 年份 | 轨道英里数 | 总计 | |||||
| NEZPERCE | JEROME | BOISE | COEUR D'ALENE | LEWISTON | MILNER | ||
| 1894 | 3 | 3 | |||||
| 1897 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1898 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1899 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1900 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1901 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1902 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1903 | 5.50 | 5.50 | |||||
| 1904 | 5.50 | 30 | 35.50 | ||||
| 1905 | 7 | 37 | 44.00 | ||||
| 1906 | 7 | 37 | 60 | 104.00 | |||
| 1907 | 8 | 46 | 70 | 124.00 | |||
| 1908 | 9 | 50 | 73 | 5 | 137.00 | ||
| 1909 | 8 | 10 | 9 | 50 | 74 | 151.00 | |
| 1910 | 135 | 178.00 | |||||
| 1911 | 81.00 | ||||||
| 1912 | 81.00 | ||||||
| 1913 | 98.00 | ||||||
| 1914 | 102.50 | ||||||
| 1917 | 284.70 | ||||||
| 1918 | 303.70 | ||||||
| 1919 | 302.20 | ||||||
| 1920 | 160.20 | ||||||
如上所述，该模型有助于预测不同的循环阶段，因为它近似于 S 曲线。从图中可以看出，模型的诞生阶段发生在 1894-1904 年间。尽管有轨电车于 1891 年在爱达荷州推出，但爱达荷州是一个非常小的城市，人口密度很低，因此诞生阶段没有经历太多增长。此外，从 1905 年到拐点年份（1911 年）之间有一个明显的指数增长时期，代表了循环的增长阶段。从 1911 年开始，增长率呈下降趋势，表明循环的成熟阶段。由于该模型的 R 平方值为 0.94，T 状态值大于 2，因此结果可以被认为具有统计意义（在 95% 的置信水平下）。然而，尽管该模型拟合良好，但它并没有完全捕捉到实际情况。在 1905-1911 年的增长阶段，轨道长度随着年份的变化而波动，增长率下降和增加，这在 S 曲线上没有体现出来。此外，1895 年、1896 年、1915 年和 1916 年的数据没有记录，它们的值是根据趋势假设的，因此任何增长下降都不会被描绘出来，并且会引发有效性问题。
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[14] Jones, D. W. (2010). Mass motorization+ mass transit: An American history and policy analysis. Indiana University Press.
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[16] Slater, C. (1997). General motors and the demise of streetcars. Transportation Quarterly, 51, 45-66.
[17] Kurtzleben, D. (2015). Everything you need to know about the streetcar craze. https://www.vox.com/2018/7/13/17570156/us-streetcartrend-public-transportation [20] "This is how some of the world's familiar..." Archived 1 January 2016 at the Wayback Machine Popular Mechanics, May 1929, pg. 750. via Google Books.