交通部署案例手册/2021/西弗吉尼亚州
有轨电车（在欧洲英语中通常被称为电车）指的是在轨道上行驶的车辆，通常与私人机动车交通共享道路。有轨电车是 19 世纪后期到 20 世纪早期美国一种流行的公共交通方式，随着新技术的出现逐渐发展。本文旨在研究早期美国有轨电车系统生命周期，重点关注 1890 年至 1940 年西弗吉尼亚州（W VA）的服务。
有轨电车的诞生来自于公共马车 - 一种由动物（通常是马或骡子）牵引的马车。公共马车发展出了轨道，这大大提高了乘客吞吐量。这种早期的有轨电车版本操作起来很简单，因为人们从使用公共马车的经验中熟悉了动物牵引的车辆。虽然它们很简单，但马匹带来了缺点，例如需要定期喂食和照料，这增加了成本。马匹每天只能工作有限的时间，并且会产生大量的粪便，运营商需要负责储存和处理这些粪便。
在动物牵引的有轨电车时代之后，蒸汽机（蒸汽机车）在有轨电车中短暂使用过。由于它们必须安装在有轨电车的车身内，因此尺寸有限，导致车辆动力不足。蒸汽机还会产生大量的烟雾和噪音，严重降低了城市的视觉舒适度和空气质量。
缆索牵引有轨电车连接到中央供电的架空电缆。虽然这种技术没有在 W VA 使用，但它们在丘陵城市（例如旧金山，在那里它们今天仍然被广泛使用）非常有效，因为它们的非驱动轮在陡坡爬坡时不会出现牵引力问题。它们的缺点包括与所有有轨电车同时移动相关的效率低下、昂贵的基础设施、高维护成本以及每次穿过另一条电缆线路时需要从电缆上分离（这会增加电缆磨损）。
当创新者利用电力作为动力时，有轨电车开始蓬勃发展。第一批电力有轨电车由连接到有轨电车的笨重、低效的电池供电。当时，有轨电车技术仍处于起步阶段，但在它保持低廉且具有成本效益的情况下，经历了重大的技术转型。另一个早期的版本是西门子的线路，它通过带电轨道和返回轨道提供电力，并利用了发电机。西门子的版本电压（因此也包括功率）有限，而使用返回轨道意味着道路使用者在接触时会受伤。除了这个问题，如果车轮失去与返回轨道的接触，这种有轨电车还会造成额外的电击危害。各种问题，包括脱轨或前一辆有轨电车对轨道的严重砂磨，都会导致这种危险。弗兰克·J·斯普拉格通过设计一个弹簧加载的电车杆进行了创新，该电车杆通过一个轮子保持与电线的接触。西德尼·豪·肖特设计的第一台电动机也用于有轨电车技术，提高了效率。肖特的设计通过将电枢直接连接到驱动力的车轴上，消除了对齿轮的需求。电力有轨电车在美国迅速普及，取代了动物牵引的有轨电车。24 小时运营、盈利能力和安全性提高使电力有轨电车成为 20 世纪初最终的交通方式选择。
有轨电车的主要市场是住在郊区边缘的客户，他们想要前往市中心（例如在亨廷顿），以及希望在城市中心之间旅行的客户，以及希望在城市中心及其周围旅行的客户（例如在查尔斯顿）。电力有轨电车变得有利可图，吸引了资本家和商人的大量投资，从而加速了其增长。
在有轨电车时代之前和整个时代，马拉公共马车都很普遍。由于成本高昂，公共马车不容易获得。但城市正在发展，人们渴望拥有可靠的交通系统，能够同时运送大量乘客。公共马车速度慢，容量有限，无法满足日益增长的城市人口的交通需求。铺设道路并不总是可用，公共马车在未铺设道路上难以行驶，尤其是在冬季。
在有轨电车出现之前，城市的主要交通方式是步行。城市人口正在增长，地域范围也在扩大 - 人们需要一种方式从郊区前往市中心工作、社交和购物。有轨电车成为西弗吉尼亚州几个城市的交通方式。低廉的票价、相对高昂的公共马车价格以及快速的服务是其增长的原因。此外，房地产开发商建造了有轨电车线路，以提高郊区边缘新房的价值。正如《交通体验》中所述，有轨电车就像“神奇的子弹”，郊区人口的增长增加了有轨电车的客流量，从而使进一步的升级变得可行。有轨电车缩短了郊区与市中心之间的旅行时间，以及通过亨廷顿和查尔斯顿的城际线路在城市中心之间的时间。源于有轨电车系统新发现的效率和普及性的功能增强，帮助通过网络外部性建立了市场。其他自我创造的市场发现示例包括亨廷顿和查尔斯顿等地区景点（如乡村俱乐部和游乐园）的开放和连接。这些发展的首要目的是在晚上、周末和节假日保持客流量。俄亥俄河以南的亨廷顿住宅区的增长，是土地利用和交通相互作用的一个很好的例子，这种相互作用在今天仍然很普遍。亨廷顿的人口从 1900 年的 11,923 人猛增到 1920 年的 50,177 人，人们普遍认为这主要归功于庞大的有轨电车系统。这说明了人口（从而也包括客户）与有轨电车系统之间的正反馈循环。随着有轨电车系统的增长，人口也随之增长，反之亦然。
西弗吉尼亚州有轨电车系统诞生期间的交通政策与今天大不相同。在 19 世纪后期，有轨电车是主要的交通工具，许多资本家在看到有轨电车在其他地区的有效性后，试图在多个城市建设系统。资本家和投资者在对可靠、快速交通方式有需求的城市建设有轨电车系统。亨廷顿和惠灵的竞争非常激烈，导致有轨电车运营无利可图。该州有轨电车系统不受监管的市场存在着各种弊端，包括复杂且不同的票价和时间表系统。竞争公司没有兴趣合作，通过网络效应来提高其有轨电车系统的价值。网络效应或外部性（例如同步时间表以允许更好的换乘窗口，从而使有轨电车线路的价值超出其各个部分的总和）并未得到实施。亨廷顿是一个例外。Z.T. 芬森在帕克斯堡的美国参议员约翰逊·M·卡姆登的帮助下，将两家竞争公司“亨廷顿电力照明和街车公司”和“亨廷顿环形线”合并为“俄亥俄河谷电力铁路公司”，并将它们的路线连接起来，为亨廷顿、阿什兰、凯诺瓦和卡特莱茨堡的居民形成了一条更有用的线路。在有轨电车系统诞生的绝大部分阶段，政府让自由市场自行配置和测试有轨电车业务模式。与当时美国其他州一致，政府没有真正参与或干预交通管制及其政策制定。不过，政府负责批准拟议的有轨电车交通路线，这使得私营实体能够建立新线路。有轨电车公司为公共大众交通服务，但属私有。然而，它们受到一项重要的政府政策的限制，该政策限制票价成本为 5 美分（五美分票价），无论通货膨胀如何。
技术转型
有轨电车系统的诞生与马车旅行有关，马车旅行带来了一系列锁定效应。从马车有轨电车转向电力有轨电车非常容易，因为成本节约显著，而且轨道兼容。在惠灵等一些城市，出于环境原因，蒸汽动力有轨电车被迅速淘汰。建造架空电线以使系统电气化实质上将电力有轨电车锁定了几十年。由于返回轨道带来的安全隐患，使用了两根架空电线，有效地将受电弓有轨电车锁定为西弗吉尼亚州的主流技术。在亨廷顿，肖特的轨道中间槽式电力方法成为主要的电车技术，该方法也使用了两根架空电线，但电力分配更安全。亨廷顿正处于技术网络发展的早期阶段，因此没有因复杂的架空电线系统带来的安全风险而造成问题。
城际运动
西弗吉尼亚州的有轨电车市场很大程度上是由城际连接塑造的，而不是城市有轨电车系统。西弗吉尼亚州的城市地区在很大程度上仍然是步行可达的，因此有轨电车满足了将人们从城市和郊区的外部地区运送到市中心以及城市之间位置的利基市场。
在西弗吉尼亚州的有轨电车发展阶段，政策制定侧重于实施各种锁定效应和价值提升措施，这些措施是由有轨电车公司推动并由市政府允许的。有轨电车服务和政策在很大程度上受到城市政治的影响已经很明显。除了批准投资方提出的业务和运营案例外，州政府对有轨电车的监管采取了很大程度上放任的态度。有轨电车投资和开发可能跨越了一些州界，例如在亨廷顿，但最终监管环境由城市官员管理，因为公司和金融实体主要关注单个城市的业务。有轨电车公司和投资者投资的自由可见于新线路和延伸线的同步建设，以及与房地产开发、公园和休闲开发的同步建设，例如在亨廷顿和查尔斯顿。随着全国其他城市的有轨电车运营取得成功，越来越多的投资者进入市场，竞争加剧。在查尔斯顿，有轨电车公司的频繁收购和更名（更名）与线路增加或线路延伸（即轨道里程）相关。
有轨电车作为一种交通方式在成熟阶段的发展是渐进的。在诞生阶段确立的五美分票价政策仍然有效，这年复一年地压缩了有轨电车的盈利能力。1890 年的 1 美元相当于 1940 年的 1.54 美元，因此有轨电车公司的收入按实际美元计算下降了 40%。劳动力成本的增长进一步降低了它们的盈利能力。有轨电车公司希望从两名操作员转向一名操作员运营的有轨电车，以节省成本。强大的交通工会的有效游说阻止了这项转型政策的实施。为了维持盈利能力，有轨电车公司被迫削减服务和维护方面的成本，这使得有轨电车对客户的吸引力下降。
城市的总人口显著增长，其交通需求也变得更加复杂。在增长阶段，有轨电车满足了将人们运送到市中心的利基市场，城市中形成了多个城市地区，这使用有轨电车难以解决。大约在 1930 年代出现的汽车被证明是有轨电车的有力竞争对手。汽车由于其优越的动力而迅速取代了马车公共汽车作为私人交通工具，并且可以轻松快速地启动和运行，而无需面对马匹带来的困难。随着越来越多的汽车在城市中使用，交通拥堵的情况变得更加普遍。有轨电车与汽车共享道路，因此被困在交通拥堵中。公共汽车在安全性、速度和舒适性方面也有所提高，西弗吉尼亚州的许多有轨电车运营商将公共汽车视为更先进的技术，并开始将许多有轨电车线路逐步转换为公共汽车线路。1915 年后，公共汽车的运营成本也低于有轨电车，因为美国经济在战争结束后变得更加注重材料。战争结束后产生的石油和材料盈余使购买和拥有汽车的成本显著降低。随着私人汽车与公共交通相比变得更有吸引力，美国社会已经经历了一场转型变革。更确切地说，有轨电车是当时为满足市场需求的更先进技术，但后来被公共汽车取代。公共汽车不需要像有轨电车那样在开始运营前就需要复杂的电力系统和轨道。公共汽车的本质是，可以通过灵活地选择替代路线来有效地应对城市中发生的交通拥堵情况，而有轨电车则被限制在轨道上。
诞生 1890 年
增长 1900 年-1915 年
成熟 1915 年-1930 年
| 年份 | 市场规模 | 预测市场规模 |
| 1894 | 45.5 | 34.10381 |
| 1897 | 55.5 | 60.03586 |
| 1902 | 124.87 | 141.0631 |
| 1903 | 194.8 | 164.0476 |
| 1904 | 227.39 | 189.1632 |
| 1905 | 218.08 | 216.126 |
| 1906 | 225.58 | 244.5275 |
| 1907 | 286.25 | 273.8524 |
| 1908 | 313.77 | 303.5123 |
| 1909 | 332.79 | 332.8916 |
| 1910 | 343.79 | 361.3976 |
| 1911 | 366.04 | 388.5067 |
| 1912 | 351.31 | 413.8001 |
| 1913 | 365.575 | 436.9825 |
| 1914 | 425.14 | 457.8855 |
| 1917 | 508.41 | 506.8601 |
| 1918 | 496.5 | 518.9763 |
| 1919 | 559.95 | 529.2861 |
| 1920 | 550.9 | 537.9951 |
| S_max | 580 |
| b | 0.204733976 |
| t_i | 1907.544502 |
| 回归统计 | ||||||||
| 多重 R | 0.972094 | |||||||
| R 平方 | 0.944967 | |||||||
| 调整后的 R 平方 | 0.941729 | |||||||
| 标准误差 | 0.365395 | |||||||
| 观察次数 | 19 | |||||||
| ANOVA | ||||||||
| df | SS | MS | F | F 的显著性 | ||||
| 回归 | 1 | 38.97306 | 38.97306 | 291.9034 | 3.86E-12 | |||
| 残差 | 17 | 2.26973 | 0.133514 | |||||
| 总计 | 18 | 41.24279 | ||||||
| 系数 | 标准误差 | t 统计量 | P 值 | 95% 下限 | 95% 上限 | 95.0% 下限 | 95.0% 上限 | |
| 截距 | -390.539 | 22.87469 | -17.073 | 3.91E-12 | -438.801 | -342.278 | -438.801 | -342.278 |
| X 变量 1 | 0.204734 | 0.011983 | 17.08518 | 3.86E-12 | 0.179452 | 0.230016 | 0.179452 | 0.230016 |
西弗吉尼亚州 1894 年至 1920 年期间的有轨电车轨道实际里程来自麦格劳电力铁路清单和美国铁路投资杂志，这些杂志详细记录了各家公司和城市运营的轨道里程。数据来源旨在为投资者提供有关有轨电车运营的全面概述，以便他们能够做出明智的投资决策。该来源已有百年历史，是 Google 数字化全球书籍项目中已扫描成数字副本的众多历史书籍之一。某些数据丢失或不正确。例如，由于扫描错误或书籍随时间推移而自然老化，一些页面无法辨认。大部分数据收集是利用从光学字符识别创建的代表书籍的 txt 文件完成的。txt 文件中没有正确展示几个数据点，这些数据点已通过相邻年份数据点填充或通过线性插值确定。尽管如此，有轨电车轨道实际里程数据已经过清理和修改，以达到最高且最现实的精度。
通过曲线拟合过程，发现西弗吉尼亚州的轨道里程最大值为 580 英里，该值最能代表数据，产生最高的 R 平方值，并使曲线截距和斜率的 t 统计量最大化。虽然数据显示峰值为 560 英里，但很难确定这是局部峰值还是标志着西弗吉尼亚州有轨电车时代的结束。人们普遍认为，西弗吉尼亚州最后一辆有轨电车于 1937 年运营，因此假设有轨电车生命周期的峰值出现在 20 世纪 20 年代中期，正如曲线所示。
正如 S 形曲线所示，有轨电车在 1890 年诞生，1900 年至 1915 年期间快速增长，1915 年后进入成熟期。
21 世纪，世界各地许多城市都在经历着有轨电车（更常被称为电车或轻轨）的复兴，这是对日益严重的交通拥堵的回应。虽然有明显的区别使该系统比早期的系统更有效。与早期时代的政策相比，现代交通政策由专门的交通政府部门管理。围绕电车运营的新政策包括专用路权安排和道路上的优先待遇。电力是新的石油 - 电车一直使用电力。无轨电车概念已在一些城市被提出并进行了测试。锂离子电池技术的进步使电池供电的无轨电车运营成为可能。这种模式具有成本优势，因为它们没有与架空线路和轨道铺设相关的初始资本支出要求。这是将技术创新整合到改进旧系统有效性和价值的另一个例子。
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