交通部署案例集/2021/威斯康星有轨电车
有轨电车（电车），也称为无轨电车，在美国被定义为在轨道上行驶的电气化车辆，有轨电车系统在美国的中型到大型城市中使用或仍在使用。早期的有轨电车要么由马匹牵引，要么依赖于昂贵的电池。马拉的有轨电车于1832年首次出现在美国纽约市中心的街道上。1873年，安德鲁·霍利迪在旧金山发明并引入了缆车，其中有轨电车在两条轨道之间运行的无休止的缆索上运行，并经过发电厂中的蒸汽驱动轴。[1] 1886年，威斯康星州的第一辆电动有轨电车在阿普尔顿的街道上运行。
弗兰克·朱利安·斯普拉格是电力牵引之父，他为电力铁路的发展做出了贡献。他在19世纪后期开发了第一个用于无轨电车系统的电动机，他开发的电动机当时是唯一实用且可靠的电动机。与爱迪生对电灯感兴趣不同，斯普拉格将注意力转向了电动机领域。当时，有轨电车对人们生活的影响比电灯更显着，因为几乎所有蓝领工人都需要乘坐有轨电车上班，而只有富人才能负担得起电灯。斯普拉格首先创造了一种带有固定电刷的恒速、无火花电机，然后他开发了一种将电力再生到电动机驱动设备的主供电系统的方法，该方法广泛用于电梯组的能量交换。之后，斯普拉格将电机改进为带有三点、手推车悬挂的轴装齿轮的电机，很快就被广泛用于美国和海外的有轨电车系统。[2][3]
在将电动有轨电车推向市场之前，还存在其他公共交通模式。公共马车是其中一种选择，公共马车是一种动物牵引的四轮马车（通常是马匹）。公共马车的容量和效率取决于马车的尺寸，但是，即使是最大的公共马车也最多只能容纳二十名乘客。虽然公共马车是工业革命中最重大的创新之一，但它很快就逐渐被有轨电车和蒸汽机车取代了。[4] 无轨电车系统是另一种选择，无轨电车也由电力驱动，但它们在街道上用轮胎行驶。美国的一些城市，包括洛杉矶、亚特兰大、芝加哥等，都安装了无轨电车系统，但很快就改用巴士了。[5] 与其他交通方式相比，有轨电车确实有其优势，它们提供更平稳的乘坐体验，可以运载更多乘客，并且还可以使用清洁能源。除了乘客容量的提升外，电动有轨电车的廉价性也是其在美国流行的另一个主要原因。根据1899年发表在《科学美国人》杂志上的文章，电动有轨电车的每英里运营成本为10.06美分，比马拉或缆车有轨电车的每英里运营成本便宜7-8美分。[6]
由于城市人口的扩张，有轨电车系统市场在20世纪初迅速增长。房地产开发商将修建有轨电车线路来促进新的郊区社区的发展，居民们也愿意搬到拥有有轨电车系统的新的郊区。随着有轨电车的建立，人们的日常生活模式发生了变化，人们可以到更远的地方上班和在城市购物。在华盛顿，有轨电车系统将最大的公共市场与郊区连接起来，这使得当地居民能够获得各种本地或海外产品，也有助于促进当地经济的发展。到1917年，全国已建成45,000英里的有轨电车轨道，有轨电车乘客达数百万。[7]
威斯康星州也出现了同样的发展模式，1886-1888年间，威斯康星州的一些城市只有马拉的有轨电车。几年后，随着威斯康星州各地中心发电厂的建设，该州的有轨电车市场持续增长。该州的多个城市建立了新的有轨电车系统，包括欧克莱尔、梅里尔、密尔沃基、西苏必利尔、简斯维尔、麦迪逊、拉克罗斯、格林贝、奥什科什、希博伊根和芳杜拉克。到1900年初，所有马拉的有轨电车都被电动有轨电车取代。有轨电车线路的建立也导致了威斯康星州郊区的发展，例如密尔沃基的沃沃托萨和南密尔沃基，这促成了早期中心城区的形成。[8][9]
诞生阶段的大多数有轨电车公司都是私营公司，例如密尔沃基电力铁路与照明公司。州或市政府对有轨电车公司收取费用以监管其轨道安装。由于每家公司都有自己的票价系统和运营路线与政治关系相关，因此该系统导致了效率低下的路线，从而导致通勤者长时间延迟和不适。[9]
在有轨电车的诞生阶段，有轨电车通常由马匹或电池牵引，马拉的有轨电车在19世纪80年代得到了广泛使用。1834年，托马斯·戴文波特开发了一辆由小型电池驱动的、在短轨路上行驶的小型汽车。有轨电车系统直到19世纪60年代才得到发展，当时一位名叫G.F.特雷恩的美国人在伦敦开通了三条线路，在伯肯黑德开通了一条线路。然后，缆车有轨电车进入了市场。缆车有轨电车系统最适合在陡峭的山坡上运行，并在旧金山和西雅图得到了最佳应用，这两个城市的这种有轨电车系统至今仍在使用。然而，缆车只能以恒定的速度运行，并且如果缆索发生断裂或卡住，将影响所有有轨电车。电动和缆车有轨电车的存在消除了马粪和动物维护的问题。[1]
从1890年到1920年，传统的电力有轨电车系统开始取代欧洲和美国的马车线路，并在亚洲、非洲和南美洲的大城市出现。到1901年，威斯康星州有17家电力铁路公司运营着446英里的轨道。电力有轨电车的增长在20世纪20年代达到顶峰，就像美国其他州一样。轨道增长最大的是洛杉矶的太平洋电力系统，该网络扩展了1100英里，包含700多条线路。[9][10]
在第一次世界大战期间，有轨电车公司遇到了财务困难，工资和材料成本增加。这导致票价上涨。与此同时，汽车的广泛使用也冲击了有轨电车系统。许多城市将公交系统改为公共交通工具。在美国，有轨电车在20世纪30年代开始转向汽车和公交系统，并在1940年至1950年期间迅速发展。世界各地的有轨电车系统也呈下降趋势，伦敦在50年代初没有电车运营，巴黎在20世纪30年代关闭了其有轨电车线路。[1]然而，第二次世界大战后，由于乘客数量下降、汽车拥有量增加以及更新有轨电车基础设施的成本，美国大多数城市都放弃了有轨电车系统。[11]到1965年，只有多伦多和少数几个美国城市仍在运营有轨电车系统以及其他大众交通方式。
美国城市有轨电车系统的复兴始于20世纪80年代后期，新线路主要用于吸引游客和支持市中心重建。2001年，波特兰在北美开通了第一个新的现代有轨电车系统，该系统是重建核心区域和内城社区的战略。许多城市很快效仿波特兰，华盛顿特区、堪萨斯城、辛辛那提、底特律等城市也正在规划或建设自己的系统。[11]
对威斯康星州有轨电车系统生命周期的分析包括以下系统参数
- 增长率
- 拐点年份
- 发展阶段
- 预测系统规模
由于威斯康星州部分地区有轨电车系统的增长不符合S曲线，且历史数据的质量存疑，因此对上述参数的分析进行了调整。
威斯康星州有轨电车系统总轨道长度数据结合了17个城市的电力有轨电车轨道长度数据。
| 年份 | 轨道长度（英里） |
|---|---|
| 1894 | 258.38 |
| 1897 | 277.22 |
| 1899 | 288.13 |
| 1900 | 373.18 |
| 1901 | 384.08 |
| 1902 | 431.79 |
| 1903 | 449.35 |
| 1904 | 526.4 |
| 1905 | 579.6 |
| 1906 | 541.1 |
| 1907 | 832.26 |
| 1908 | 859.79 |
| 1909 | 886.89 |
| 1910 | 790.19 |
| 1911 | 809.74 |
| 1912 | 774.95 |
| 1913 | 764.45 |
| 1914 | 730.31 |
| 1917 | 747.879 |
| 1918 | 798.088 |
| 1919 | 743.258 |
| 1920 | 752.48 |
为了找到最佳拟合的逻辑斯蒂曲线，排除了1907年至1911年的数据。
威斯康星州电力有轨电车系统报告的英里数的最佳拟合逻辑斯蒂曲线如下表所示
| 参数 | 值 |
|---|---|
| S(max) | 900 |
| b | 0.119117 |
| t(i) | 1902 |
| RSQ | 0.97 |
分析总体上是准确的，但是，在1907年至1911年期间观察到了轨道长度的一些意外增长。这种意外增长或1911年之后的下降可能是由于这段时间内公司合并造成的。
- ↑ a b c 大不列颠百科全书编辑。 “有轨电车”。大不列颠百科全书，2018年10月29日，https://www.britannica.com/technology/streetcar。2021年3月23日访问。
- ↑ “弗兰克·斯普拉格——电气先驱”。Edisontechcenter.Org，2013年，https://edisontechcenter.org/FrankSprague.html。2021年3月23日访问
- ↑ 惠兰，M 和 W·科恩伦普夫。“有轨电车、轻轨和地铁”。Edisontechcenter.Org，2014年，https://edisontechcenter.org/TrolleysTrams.html。2021年3月23日访问。
- ↑ 赫普，约翰。“费城大百科全书|公共汽车”。Philadelphiaencyclopedia.Org，https://philadelphiaencyclopedia.org/archive/omnibuses/。2021年3月23日访问。
- ↑ 大不列颠百科全书编辑。“无轨电车”。大不列颠百科全书，2015年11月2日，https://www.britannica.com/technology/trolleybus。2021年3月23日访问。
- ↑ “电力有轨电车比马匹更有效率”。Scientific American，2015年，https://www.scientificamerican.com/article/electric-street-cars-are-more-efficient-than-horses/。2021年3月21日访问。
- ↑ “有轨电车之城：华盛顿特区”。美国国家历史博物馆，https://americanhistory.si.edu/america-on-the-move/streetcar-city。2021年3月21日访问。
- ↑ “威斯康星州的大众交通|威斯康星州历史学会”。威斯康星州历史学会，https://www.wisconsinhistory.org/Records/Article/CS1937。2021年3月21日访问。
- ↑ a b c 史密斯，肯。“密尔沃基旧有轨电车系统简史”。Urban Milwaukee，2015年，https://urbanmilwaukee.com/2015/03/31/a-short-history-of-milwaukees-old-streetcar-system/。2021年3月21日访问。
- ↑ “太平洋电力铁路：地图、历史、照片和红色汽车”。American-Rails.Com，https://www.american-rails.com/pacific.html。2021年3月22日访问。
- ↑ a b 马歇尔，肖恩。“欲望的有轨电车：为什么美国城市痴迷于建造电车？”。卫报，2015年，https://www.theguardian.com/cities/2015/feb/20/streetcars-of-desire-why-are-americans-obsessed-with-building-trams。2021年3月22日访问。