运输部署案例集/2021/新泽西有轨电车

简介

“有轨电车”这个词对现代人来说可能很陌生。有轨电车、无轨电车、电车，它们叫法不同，但实际上是相同的交通方式，即用马拉、电力和柴油机牵引的客车。在 19 世纪，有轨电车是城市的重要组成部分。它们旨在减少城市内部的旅行时间，并连接各个城市。通过延长铁路线路连接城市，可以促进城市发展和经济增长。除了经济增长外，有轨电车还在交通行业的未来发展中发挥着重要作用。例如，航空业、公路网，甚至在一战和二战期间。以下分析将重点关注美国新泽西州有轨电车历史上的生命周期。

历史

技术特点

在 20 世纪的大部分时间里，有轨电车系统在美国大多数州的众多竞争中都流行起来。有轨电车最初是用木制长方形容器制成的，两侧有轮子，轮子连接在马匹上，所有轮子都在铁轨上，以保持方向一致。吉尔伯特·范德沃肯的公共汽车是新泽西州早期运营的马拉街车的典型例子，这是一项在州内城市之间提供交通服务的运输服务。随着人口的增长和新技术的出现，电力被广泛应用于日常生活。 电动有轨电车成为美国城市现代化的象征。利用弗兰克·斯普拉格发明的用于电动有轨电车的架空电线，解决了持续电力供应的主要制约因素。几年后，斯普拉格继续通过创新卡尔·范·德波尔的改进设计和布局来将电力供应到有轨电车行业。

全镇第一辆电动有轨电车

电动有轨电车是现代世界的一项重要发明，电动有轨电车不断发展，技术不断改进，从而提高了效率，促进了城市经济增长。在架空电线出现之前，马拉有轨电车于 1807 年首次出现。 马拉有轨电车存在一些制约因素。速度和行程距离与机械无法相提并论。需要保持马匹强壮健康，才能拉动如此沉重的有轨电车容器。马匹的运营成本可能高于机械，因为马匹需要一个合适的环境居住，健康检查和饲料的成本可能与机械一样昂贵。此外，马匹需要休息一天来缓解压力和疲劳，还需要额外的马匹在休息时进行替换。随着更先进技术的开发，首批机械蒸汽动力有轨电车取代了马拉有轨电车，蒸汽动力能够以更高的速度行驶更远的距离。然而，蒸汽动力火车效率不高，需要额外携带重量的煤炭来为系统烧水。蒸汽机产生的蒸汽是蒸汽动力有轨电车逐渐消失的主要原因。随着安全措施和冷凝器的安装，避免了造成动力损失的可见蒸汽，蒸汽动力有轨电车最终被电动有轨电车取代。电动有轨电车包含了马拉和蒸汽有轨电车的所有优点。此外，电动有轨电车解决了所有先前有轨电车的问题。与内燃机和蒸汽机相比，电动有轨电车能够提供舒适的乘坐体验，并将噪音降至最低。与通过爆炸产生动力的发动机相比，电机能够产生平滑的加速度输出。除了比较不同有轨电车的优点外，有轨电车也比其他巴士具有更高的运输能力和更好的乘坐体验。 各种组合和尺寸的有轨电车能够容纳比巴士更多的乘客，电机产生的扭矩能够一次连接多辆车厢。每辆车厢还能创造不同的环境，以满足不同客户的需求。例如，头等舱和经济舱等。有轨电车的设计能够服务于广泛的客户群体，设计吸引力能够提高需求，从而帮助解决交通拥堵问题，减少空气污染。这是一种网络外部性效应，有轨电车的积极反馈能够为其他事件带来积极结果。

有轨电车的目的是运送乘客，以提高客户效率，延长旅行距离。有轨电车的发展与有轨电车业务的收入成正比。有轨电车运送的乘客越多，有轨电车公司赚取的利润就越多。因此，有轨电车运营的最佳和最适合的环境是市区，例如城市内部，而不是农村地区。19 世纪，有轨电车的主要受众是高收入群体。不同工资群体的住宅位置因素有着不同的看法。高收入群体居住得更远，因此更愿意乘坐有轨电车，而低收入群体更愿意步行。高收入群体更愿意多花一点钱来换取更舒适和节省时间的通勤交通方式。

以前的交通方式及局限性

如上所述，第一代有轨电车是由英国发明的马拉有轨电车，早期的有轨电车模型是在 19 世纪初英国议会通过姆布尔斯铁路法案后开始运营的。25 年后，约翰·史蒂文森将这项技术带到了美国。 马拉有轨电车是简单且节约成本的交通方式。当时的科技水平，机械非常神秘，机械能的利用仍在发展中。虽然按照现代标准，马拉有轨电车很经济，但一匹健壮的年轻马的价格是一笔不小的投资。保持马匹身体健康和情绪稳定的运营成本很高，而且费时费力。与机器不同，马匹的能量和行程距离有限，它们需要休息，并且需要合适的居住环境。由于每匹马的工作时间有限，为了最大限度地减少压力和不必要的疾病，可能需要额外的马匹来轮班工作。由于马匹的局限性，机器对于改进马拉有轨电车的局限性至关重要。第二代有轨电车是源自托马斯·萨弗里的一项技术的创新。 蒸汽有轨电车能够比马匹行驶更远的距离，持续时间更长，而且不需要休息。蒸汽有轨电车比以前的车型有了很大的改进，煤炭和水的结合产生了高压，解决了马匹的所有局限性。然而，为了在系统内产生热量将水煮沸，需要携带煤炭进行长途旅行。由于蒸汽机的动力不足以及额外的重量，蒸汽有轨电车无法高速行驶。此外，蒸汽有轨电车最独特的特点也是蒸汽机走向终结的原因。蒸汽机在隧道中产生的白烟是否应该限制是一个有争议的问题。发动机顶部隧道中的蒸汽可以作为蒸汽机的代表，但有些人可能认为蒸汽对环境有害。然而，有些人认为蒸汽机产生的烟雾和噪音对周围环境有害。接下来是第三代，对于来自海外的人来说，这就是有轨电车。电动有轨电车是有轨电车的最后一代，它们被其他交通方式取代。电动有轨电车由弗兰克·J·斯普拉格发明的，通过架空线连接供电。 尽管电动有轨电车的技术比前两代更先进，但其乘坐质量和噪音却降至最低。电动有轨电车能够减少交通拥堵，缓解公共道路上的延误。电动有轨电车是交通运输业的一项伟大发明，它们至今仍在一些国家运营。然而，在 20 世纪中叶的美国，这个国家正走向另一个世纪，石油和私人汽车在那个时候很流行。私人汽车的数量在那个时候急剧增加。 随着需求的显著下降，有轨电车最终走向终结。

早期市场发展

泽西城和伯根铁路公司是 19 世纪 60 年代初新泽西州第一家有轨电车运营商。该公司负责使用马拉有轨电车为整个哈德逊城提供交通服务。随着新技术的开发，电动有轨电车开始取代缓慢且不可靠的马匹。哈德逊和伯根牵引公司是 1893 年第一批使用电动有轨电车的公司之一。 该公司在发展阶段将先进技术作为投资。他们的服务遍布泽西城，连接着渡轮码头和城市中心。在 20 世纪初，新泽西州有超过 20 家有轨电车公司在运营。当时，有轨电车公司之间为了获得更高的利润而展开了激烈的竞争。

“诞生阶段”的政策

有轨电车 150 年的发展经历了不同的重大变化，不同阶段的政策促使有轨电车行业发展壮大。随着新泽西州居民中上层阶级的流动性增加，人们在州内出行的方式主要依靠交通工具。因此，从 19 世纪 40 年代开始，联邦政府开始促进和鼓励有轨电车的发展。这项批准导致私人有轨电车企业数量大幅增加。当时，强烈鼓励城市大众交通私有化，这导致了有轨电车行业私有化的更加强劲的结果。当时的电车企业竞争非常激烈，企业都努力争夺州内最好的位置。各个电车公司之间的竞争可以降低成本，提高效率。票价由政府制定，1904 年的票价定为 5 美分，目的是防止价格过高，并保护公众。 这是一个“锁定”策略，目的是防止公众转向其他交通方式，即它们的竞争对手。经过一段时间的进一步发展，有轨电车行业开始采用私有化战略。在 19 世纪 80 年代后期，这是有轨电车行业开始流行的时期。几年后，所有的有轨电车都改用电力驱动，电动有轨电车的速度几乎是马拉有轨电车的两倍。此外，票价降低了近一半，这一行业的策略产生了巨大的需求，推动了行业快速发展。

成熟和衰落

在 20 世纪初，这是有轨电车行业处于顶峰的时期。不幸的是，几年后，该行业开始走下坡路。由于有轨电车行业在当时对高收入群体和交通运输业来说都是一个重要组成部分，联邦政府成立了联邦电力铁路委员会，以调查电动有轨电车存在的问题。 有许多专业人士和行业专家对该问题进行了分析，并将分析结果报告给了委员会。德洛斯·F·威尔科克斯博士对这个问题进行了分析，提出了失败的原因，并提出了一些解决问题的建议。威尔科克斯博士发现，该行业的财务失败、政策失败和竞争是造成有轨电车行业衰落的主要原因。对有轨电车票价的过度监管以及财务管理是失败的主要因素。他还提出了一些缓解该行业问题的建议，这些解决方案需要政府的帮助。取消对电动有轨电车的额外税收，提高票价以支付维护成本和劳动力成本增加，并提出解决方案来消除竞争。 威尔科克斯博士提到的竞争不仅仅是他们自身的竞争对手。还有汽车和公共汽车等，它们与有轨电车共享相同的客户。有轨电车行业不再是交通运输市场的垄断者，大多数乘客更喜欢其他交通方式，因为其他交通方式更加灵活，并且能够以更高的速度行驶。

为今天和明天“重新发明”这种交通方式的机会

吸取了过去 200 年有轨电车发展的所有投资和经验教训，有轨电车仍然以类似的形式为我们现代社会服务。如今的有轨电车在世界各地不同的城市运行，它们提供了与其他现代交通方式不同的体验。与现有的交通方式相比，它们能够提供更加平静的点对点服务。有轨电车有几个潜在的机会可以“重新发明”自己，以更好地满足现代世界和未来的需求。

为了减少空气污染排放，降低道路交通产生的二氧化碳排放量，一些发达国家正在参与一项关于到 2050 年实现 100% 电动汽车的《巴黎协定》。 在公共道路上行驶的汽车将不再使用内燃机或任何产生排放的机械动力。该协议将导致私人汽车数量减少。因此，电动有轨电车可以成为短途旅行的交通方式选择，因为有轨电车比公共汽车更具成本效益和可达性，并且运载能力更大。

由于有轨电车是一种铁路系统，因此它们被设计为在固定的铁路上运行。该系统安全可靠，不可能发生拥堵。有轨电车通常比公共汽车具有更高的安全等级，驾驶员人为错误的可能性比汽车司机低。^[13] 此外，即使所有公共道路上的车辆都强制改为电动，拥堵问题仍然存在。然而，有轨电车不受任何道路状况的影响，因为它们是铁路道路上唯一的使用者。当公共道路发生拥堵时，它们仍然能够正常运行。

新泽西有轨电车网络的定量分析

生命周期模型

正如我们上面所讨论的，在有轨电车大约 150 年的发展过程中，有三个主要周期。生命周期模型能够展示随时间的增长和演变。如上所示，这些周期被分为三个阶段，即诞生阶段、成长阶段和成熟阶段。每个阶段都有不同的技术和有轨电车运营挑战。

为了识别有轨电车发展过程中每个阶段，S 曲线是一种有用的工具，可以数学地预测运输方式的生命周期。可以通过以下公式识别这些阶段。

S(t) = K/(1+e)^(-b(t-t0))

-      S(t) 是技术规模（轨道里程）

-      K 是饱和状态水平

-      t 是时间（以年为单位）

-      b 是系数

-      t0 是拐点时间（下降点）

因此，通过知道 K、b 和 t0，我们可以通过 S 曲线方程估计任何给定年份 (t)。

参数	值
K	1620
b	0.135293
t0	1900.193
R2	0.9543466

图表显示了 1894 年至 1911 年新泽西州预测的轨道距离与实际轨道里程的对比

新泽西有轨电车网络分析

通过对美国所有有轨电车公司进行全面记录，并按照麦格劳电力铁路手册中的年度记录进行排序，我们能够进行下表分析新泽西州有轨电车轨道里程的年度数据。该手册包含 1894 年至 1911 年期间所有有轨电车企业的一系列详细信息。

结果与我们的预期一致，从 1897 年开始轨道里程略有增长，这是该行业诞生阶段，新泽西州的每一项有轨电车业务都在发展。成长阶段的发展超出了预期，表明有轨电车行业在那个时代获得了戏剧性的发展。该行业在 1908 年达到顶峰，新泽西州的有轨电车开始经历我们上面讨论过的困难，该行业开始衰退，从而降低了增长速度。该图表可以显示该行业在 1919 年之后在衰退阶段的表现。但是，由于限制和资源有限，我们无法分析新泽西州有轨电车轨道里程。