交通部署案例集/2021/密苏里州

美国的街车

介绍

街车（也称为有轨电车或无轨电车）是一种轨道车辆，沿着公共街道上的轨道行驶，它被用作乘客在城市或城镇内通勤的本地交通工具。在历史上，街车的动力源从马拉、蒸汽、缆索牵引、燃气到电力不断发展。电动街车取代了 19 世纪末和 20 世纪初依赖动物力量的车辆。然而，街车的数量开始下降，并在 20 世纪 20 年代被公共汽车取代，因为公共汽车可以自由地路线行驶，而街车则受限于轨道路线。

技术特点

街车的技术特点根据其动力源而有所不同。动物牵引的街车使用马或骡（通常是一对）来拉车厢。另一方面，电动街车则由架空电线上的电力驱动，而集电器则用于从架空电线获取电力。所有类型的街车都有金属车轮，沿着铺设在街道上的钢轨行驶。

主要优势

在 19 世纪初，大多数居民去商店和工作的地方距离他们住的地方非常近。由于步行时间过长，前往另一个城镇或城市的交通方式极其有限。街车被发明并引入作为一种发展工具，以扩展所有城市，使居民能够走更远的路程。工人和开发商能够到达以前未开发的偏远郊区，并寻求机会创造一个适合居住的新街区。每个城镇和城市之间的联系得到了改善，因为贸易和沟通变得更加容易和快捷。电动街车还改善了居民在城镇内到达公共场所的途径，通过减少旅行时间提高了效率。

主要市场

街车的主要市场属于住在工作地点很远的人和城镇居民。许多人选择住在城市外，以避免噪音，并有可能拥有更大的但更便宜的土地，以改善生活质量。因此，他们早上乘坐街车到城市上班，晚上乘坐街车回家。城镇居民可以在紧急情况下使用街车，因为它比步行速度快。街车还为参观的游客提供了前往城镇大部分公共场所的途径。

街车出现之前的交通

以前的交通方式及其局限性

马拉公共马车是电动街车出现之前最早的交通方式之一。纽约市是美国第一个在 1827 年开通公共马车服务的城市。马拉公共马车允许更多乘客（约 20 人）乘坐一辆车，提高了效率和利润。这种交通方式的局限性在于马或骡的操作和维护费用很高，其中包括马厩、食物、梳理和有时是药物。其他局限性包括马或骡拉车所需的能量以及马和骡容易患病。马一天只能工作 4 到 5 个小时，街车车主通常会拥有多达 10 匹马或骡来满足大量需求。马和骡一天可以产生大约 10.5 磅的粪便，而街车则负责将其处理掉。客户还声称，考虑到它是公共交通工具，票价很贵。因此，费城的乘客大多数属于中产阶级及以上。这种交通方式后来通过在街道上添加轨道以及在车厢上添加钢制车轮得到改进。它后来被称为“马拉有轨电车”，并于 1832 年在纽约推出。马拉有轨电车不再在鹅卵石路上行驶，因此车轮和地面之间的摩擦力大大降低。结果，马力的效率显着提高。此外，由于轨道比鹅卵石路更平滑，乘客的乘坐体验也更加舒适。

缆车是在公共马车之后由安德鲁·哈利迪在 1873 年的旧金山推出的。驾驶员能够平稳地操作缆车，但它只能以恒定的速度运行。另一个缺点是，如果缆绳卡住或断裂，会导致所有缆车停运。1870 年蒸汽机的发明将马和骡从车辆中移除，一辆机车沿着马拉有轨电车使用的相同轨道行驶。然而，蒸汽有轨电车噪音很大，污染严重，因此即使有了突破性的技术，它们在城市中也不受欢迎。在 19 世纪末，电动汽车开始取代大多数缆车和马拉汽车线路。

不断发展的市场

有轨电车在19世纪初显著改善了美国交通系统。然而，随着交通系统的不断发展，其市场需求也在不断变化。到1910年代，公共汽车开始取代有轨电车，到1937年，美国超过50%的城市仅靠公共汽车系统运营。最终，汽车在1920年代开始流行。它们最初只被富人和上层阶级使用，然后逐渐开始作为上班和购物的交通工具。汽车的普及是导致有轨电车使用量下降的主要原因之一。大多数有轨电车公司关闭了服务，而其余的则被改造成更现代的交通系统，被称为“轻轨”。

有轨电车的发明

设计演变

第一次重大改进是蒸汽机的发明，它有效地从车辆中去除了动物动力，成为第一辆机械化有轨电车。欧洲国家如英国、德国、比利时和法国试图将蒸汽动力有轨电车商业化，但蒸汽动力有轨电车速度太慢，噪音太大，污染太严重。随后，蒸汽机得到了改进和改造，使其更理想，更适合在住宅区运行。包括车轮在内的有轨电车的所有活动部件都被封闭起来，以确保安全和更安静的发动机。使用冷凝器和过热器来最大限度地减少可见蒸汽，燃料方法已从煤炭改为焦炭，以防止烟雾。到1870年代，蒸汽机在美国许多农村地区使用，但在19世纪90年代至1900年代左右开始衰落，被电力有轨电车取代。技术的第二次重大改进是缆索牵引有轨电车。第一辆缆索牵引有轨电车于1873年在旧金山进行了测试，它比之前的型号成功，因为开发了一种可以抓取和释放移动缆索的缆索夹持机构。与蒸汽机相比，它产生的噪音和污染要小得多，而且能够以更高的速度运行。另一方面，缆车的缺点是基础设施成本高。缆索、固定式发动机、滑轮和轨道下的地下拱顶结构对公司来说都是非常昂贵的。此外，操作员需要体力和特定技能来操作缆车。

有轨电车自19世纪后期就开始由电力驱动。弗兰克·斯普拉格在有轨电车设计发展中发挥了重要作用，他发明了诸如1870年代的倒置式发电机、大约1880年的架空电线和1886年的再生制动等技术。倒置式发电机成为所有直流铁路电机上使用的串并联控制器的基本原理。架空电线将电力传输到电力有轨电车，使有轨电车能够由电力驱动。再生制动是一种电机类型，它允许大型车辆在不同负载下保持恒速。这项发明很快流行起来，并被用于大多数电动汽车。电力有轨电车的設計由查爾斯·約瑟夫·範·德波爾完成。他于1885年发明了一种叫做“电车杆”的装置，从架空电线中提取电流。弗兰克·斯普拉格

后来借鉴了查尔斯·约瑟夫·范·德波尔的原始想法和电车杆的设计，并对其进行了改进。

市场发展

密苏里州的早期市场发展和利基市场

当电力有轨电车被引入市场时，一些乘客仍然坚持他们通常的交通系统，如马车。公司调整了汽车的大小和服务频率以及时间以适应市场，因此有轨电车迅速赢得了缆车市场。到1830年代，圣路易斯（城市）的规模已经扩大，这使得居民在城镇中步行变得极其不方便。在密苏里州的大城市中，有轨电车显著改善了居住在中心区以外但每天都需要上下班的工人的通勤时间和体验。后来，电力有轨电车被证明比马车便宜得多，这意味着出行成本可以更低，这使得电力有轨电车很快被社区接受并青睐。有轨电车还将城镇的主要街道变成了商业区。现有的商店、企业、餐馆和酒馆老板希望通过为许多潜在客户提供便利来增加生意，同时也增加了居民在城镇投资和开设新商店的机会。密苏里州这些著名的街道包括大街、杰斐逊大街和格拉沃斯街。在1880年，居民对调查区域附近的工业感兴趣，沿着格拉沃斯路，最南端到达军械库。这带来了更多就业机会。总体而言，电力有轨电车满足了人们在大城市中出行的需求，并通过创造更多贸易和商业机会来促进经济发展。密苏里州总共有27个城市拥有有轨电车。密苏里州的两个主要系统是圣路易斯堪萨斯城铁路与照明公司和圣路易斯联合铁路公司，每家公司分别负责每年平均 250 英里和 450 英里的运营，时间从 1910 年到 1920 年。

诞生阶段

政策

美国公共交通协会，前身为美国有轨电车协会（1882-1905），由对公共交通行业感兴趣的公共和私营部门组织建立。从那时起，它就在有轨电车的相关政策方面与城市合作。每年，大量资金被投入到公共交通系统中。因此，几乎所有的公共交通系统都由私营公司拥有。毫无例外，有轨电车系统也完全由私人公司融资。这种交通方式一经引入社区，就主导了市场。大多数增长阶段的公共政策都与有轨电车在城市中的突然和急剧增长有关。交通系统的政策随着时间的推移而改变，但一项仍然有效的政策是特许经营的使用。对有轨电车的特许经营进行限制可以避免不必要的竞争，这使有轨电车系统能够覆盖更多区域，并确保有轨电车公司的收入得到保护。

锁定政策

政府制定了一项政策，规定所有使用有轨电车系统的乘客都将以五美分的统一票价收费。

增长阶段

公共部门在增长中的作用

当政府对所有服务实施5美分统一票价时，有轨电车主导了市场，成为主要的交通方式。当这项政策制定时，5美分足以让有轨电车运营，甚至还能盈利。

私营部门在增长中的作用

开发商和房地产投机者对有轨电车系统的增长做出了重大贡献。开发商会投资不同的有轨电车运营，然后在他们的土地上修建新的有轨电车线路。他们的目标是开发农村地区，以吸引那些有兴趣住在城市以外的潜在购房者。到19世纪后期，一些美国人更喜欢住在半农村地区，远离拥挤城市的污染、噪音和活动，但仍然足够靠近以保持一种社区感。郊区化成为美国历史上的一种趋势。电力公司也对有轨电车业务感兴趣，因为他们看到了为新生活区提供电力的潜在机会。

政策问题

运营商的固定票价为 5 美分，即使在通货膨胀和工资上涨之后也是如此。有轨电车的运营成本过高，运营商无法再盈利，一些运营商因破产而被迫停止运营。

成熟和衰退阶段

发展

有轨电车是 1900 年代初期美国主要的交通方式，到 1917 年覆盖了 45,000 英里。然而，有轨电车的增长开始放缓，因为私人投资者的兴趣下降。由于强制执行的 5 美分固定票价，多次罢工以及来自汽车的日益激烈的竞争，有轨电车在市场上苦苦挣扎。汽车的出现是导致美国有轨电车衰落的原因之一。由于汽车和有轨电车共用同一条道路，汽车行驶在有轨电车轨道上是不可避免的。最终，由于轨道使用拥挤和无法跟上时间表，有轨电车无法再正常运行。此外，尽管汽车行驶在为有轨电车设计的轨道上，但它们没有义务保持轨道周围的路面和路面状况良好。最终，有轨电车公司成为了唯一承担维修费用的公司。自 1920 年代以来，有轨电车公司开始宣布破产，即使它们仍然是其城市的主要交通方式。高昂的成本和低廉的票价迫使它们削减服务，从而间接地将人们推向日益负担得起的汽车。1900 年，密苏里州只有 180 辆注册汽车，但到 1910 年和 1920 年，这个数字急剧增加到 12,010 辆和 266,748 辆。这也导致了与无牌出租车运营商的意外竞争，出租车运营商占据了街道，并以潜在的更好的机动性和速度与之竞争。

市场变化的局限性

到 1920 年，大多数有轨电车公司都处于财务困境。“锁定”的 5 美分票价使得这种交通方式无法改进或适应。有轨电车公司在增长阶段未能协商更好的票价，导致无法跟上通货膨胀和工资上涨。

“重塑”模式的机会

在有轨电车从道路上消失之后，俄勒冈州波特兰成为北美 50 多年来第一个开通新的有轨电车系统的城市。现代有轨电车通常被称为“轻轨”，具有更高的速度、容量和稳定性。与公共汽车相比，轻轨提供了更舒适的体验和更高的乘客容量，而且它不会排放气体、蒸汽或烟雾，这对于人口稠密的住宅区来说是理想的选择。这些优势使轻轨受到世界各地居民的青睐。然而，建造新的轻轨可能需要多年的规划和建设时间。铁路的建设也会对城市交通和经济产生重大影响。另一方面，过去已经讨论过使用橡胶轮胎电车的想法，以克服轻轨所表现出的这些困难。橡胶轮胎电车使用橡胶车轮在街道上行驶。由于橡胶轮胎电车不需要轨道才能运行，因此建设成本和所需时间会便宜得多，而且时间也会短得多。此外，由于没有轨道，维护成本也会更低。

密苏里州有轨电车系统的定量分析

数据

下表显示了 1894 年至 1920 年密苏里州有轨电车系统总轨道长度（英里）。信息摘自 McGraw 电气铁路手册。

确定了密苏里州所有拥有有轨电车的城市区域以及每个城市区域的所有有轨电车系统，以便获取密苏里州每个年份的总轨道长度。该数据可以在下面的表 1 中看到

年份	轨道长度（英里）
1894	503.008
1897	593.6
1898	660.31
1899	703.81
1900	726.75
1901	792.45
1902	787.89
1903	787.89
1904	818.98
1905	899.475
1906	960.066
1907	1110.84
1908	1114.48
1909	1105.27
1910	1134.91
1911	1124.61
1912	1009.37
1913	1090.259
1914	1187.97
1917	1084.425
1918	1087.541
1919	1113.742
1920	1104.965

表 1：密苏里州轨道长度（英里）

模型分析

该数据用于估计一个三参数逻辑函数，以获得最适合数据的曲线。有轨电车系统的生命周期模型可以使用以下三参数逻辑方程来表征

S(t) = Smax/[1+exp(-b(t-ti)]

其中

• S(t) 是状态度量（铺设的轨道）
• t 是时间，
• ti 是拐点时间，（即达到最大轨道长度 50% 的年份）
• Smax 是饱和状态水平（即最大轨道长度）
• b 是一个系数

经过一系列回归分析，ti、Smax 和 b 的值如表 2 所示

变量	值
Smax	1200
b	0.133
ti	1895.42

表 2：S 曲线参数

使用表 2 中的值，逻辑函数方程被应用于生成最适合曲线（图 1）。该模型比较了预测的轨道长度和实际轨道长度。该模型可以针对不同的饱和状态水平进行拟合，但缺点是这些饱和状态水平中只有一个最适合数据。

模型精度

记录的实际轨道长度与预测的轨道长度均不相同，但它们都遵循生命周期增长和成熟阶段的相似趋势。模型的精度很容易受到数据缺乏的影响，因为研究期间没有扩展到足够早或足够晚的时间。因此，该图无法显示密苏里州有轨电车系统的明显诞生和衰落阶段。