运输部署案例集/2022/阿尔伯塔
有轨电车是现代城市轻轨车辆的前身。 它们由电力驱动，在城市和郊区地区轨道上运行，主要（如果不是全部）用于运输付费乘客。 加拿大的系统引进在某种程度上反映了 19 世纪后期美国的情况。
有轨电车的益处和优势在与先前交通方式对比时体现得最为明显。 Ball (1991) 指出，19 世纪 60 年代，蒙特利尔等较大的加拿大城市开始使用马拉的有轨电车。 这些车厢包括春季使用的木轮车厢，这些车厢在泥泞中行驶，夏季使用的轨道车厢，以及冬季使用的雪橇 (Ball 1991)。 类似的技术可能将是阿尔伯塔城市唯一的选择。
马拉的有轨电车在木轮上行驶时对乘客来说很不舒服，这些车厢后来被金属轮车厢取代，这些车厢在轨道上行驶 (Ball 1991)。 但是，这些车厢仍然存在着明显的动物粪便处理和管理问题。
Ball (1991) 还指出，在此期间，传统铁路更加肮脏，会产生煤烟和烟尘，此外还需要专门的专用通道。 当时没有可行的私人交通方式（汽车），这意味着存在一个市场细分，需要一种更清洁、更地方化的替代方式来服务不断增长的加拿大城市郊区。
缆车似乎是马拉有轨电车的第一个真正替代品。 但是，(Gregersen and Britannica Educational Publishing 2011) 认识到，它们最适合具有陡峭山坡的地形，并且在这些地形中，由于持续移动的钢缆被夹住以使缆车移动，因此与车辆的固定速度相关的服务问题不存在。 这些系统也具有很高的资本成本，而且在加拿大从未使用过 (Ball 1991)。
电力驱动马达的应用和相关配电基础设施的推出，可以认为是导致电动有轨电车发展的关键技术进步。 轨道和车厢等硬件将作为铁路发展的一部分得到支持。 在 19 世纪 80 年代后期开发的多种系统架构中，弗兰克·斯普拉格在弗吉尼亚州里士满实施的系统成为“主导系统”(Ball 1991)。
作为马拉系统的一种演变，第一辆电动有轨电车在尺寸和乘客舒适度方面类似。 马匹 (或马匹) 可以拉动的重量决定了这些车厢的设计。 随着人们认识到这些限制不再适用，有轨电车变得更长，更豪华，并配备了座椅和封闭的乘客空间 (Ball 1991)。 鉴于阿尔伯塔城市的冬季温度，有轨电车技术的这种成熟将使有轨电车系统对当地社区更具吸引力。
Ball (1991) 还指出，在蒙特利尔，有轨电车配备了“暴风雪窗户”和防雪装置。 可以合理地假设，阿尔伯塔的有轨电车运营商可以使用这些功能。
引入了票务创新来支持有轨电车运营。 Ball (1991) 描述了 PAYE (即付即上) 票务的引入，以支持更快的乘客登车。 据推测，先前的系统要求乘客在登车前购买车票。
电动有轨电车最初是为了取代马拉的先行者。 对于阿尔伯塔的较小城市来说，有轨电车使得实施可行的公共交通系统成为可能 (Ball 1991)。 郊区通勤者的出现，这些居民住在城市核心以外的地区，而城市核心是就业中心，有轨电车使得这些郊区的出现成为可能。 这支持了其他环境变化，包括加拿大经济增长，低密度地区定居点增加以及自然资源开发 (Stelter and Artibise 1982)。
阿尔伯塔的有轨电车系统的诞生以市政府的作用为特征。 卡尔加里和埃德蒙顿在东部城市之后启动了系统，并且这些系统归地方政府所有 (Ball 1991)。 这意味着很难在阿尔伯塔的背景下确定先前的模型，并且管理有轨电车系统运营的明确政策很可能是从加拿大东部城市或美国的政策中改编而来的。
一项可能促进了阿尔伯塔城市有轨电车系统快速发展的政策是与税收相关的政策。 在第一次世界大战之前，草原城市几乎完全依赖土地税 (Stelter and Artibise 1982)。 这意味着土地的开发变得更有经济价值，将为市政当局创造更高的税收。 有轨电车是开启城市中心以外土地价值的钥匙。
阿尔伯塔城市有轨电车系统的增长是通过私人和公共领域驱动的。 在没有合适替代模式的情况下，导致郊区住宅区发展的大型宏观力量要求有轨电车系统是可行的。 事实上，类似于电力、水、污水和铺砌道路，人们对有轨电车服务于新开发项目的期望很高 (Harris 2020)。 通过私人土地开发商感受到的市场需求为有轨电车系统不断扩展到服务越来越远的土地细分创造了压力。 随后，对有轨电车系统进一步投资的回报率下降 (Stelter and Artibise 1982)。
有轨电车系统增长及其服务城市的之间的关系受到市政当局目标的影响。 Stelter & Artibise (1982) 假设，包括阿尔伯塔在内的加拿大草原省份的城市，其发展受到“草原城市精英”的塑造，这些精英在紧密的社交圈中跨越私人和市政部门。 因此，更容易寻求和获得对任何新举措的共识，例如建立和扩展有轨电车系统。 此外，地区之间存在竞争，他们都渴望城市发展和随之而来的地位。 结果是在与加拿大东部各省相比，低密度地区有轨电车系统持续发展。 例如，1921 年，埃德蒙顿的人口密度为每英亩 2.2 人，而蒙特利尔为 19.2 人，多伦多为 31.5 人 (Stelter and Artibise 1982)。
在某种程度上，有轨电车系统在促进就业中心周围郊区发展方面的成功，提供了一个可以由私人汽车服务的市场细分。 但是，汽车使用量的增加导致城市核心拥堵，减缓了有轨电车的速度 (Ball 1991)。 这进一步突出了私人汽车交通的相对优势，导致更多拥堵。 实际上，在此过渡期间，负反馈循环正在运行。
加拿大的一些有轨电车运营商开始运营公共汽车 (Roberts, Meadowcroft et al.)。 不清楚这在阿尔伯塔城市中发生的程度，以及这些公共汽车是在多大程度上试图补充或取代有轨电车系统。 无论如何，这表明存在一种可行的替代方案，它不依赖于专用基础设施，而只依赖于与汽车共享的基础设施。 此外，公共汽车克服了有轨电车在寒冷的加拿大气候中的某些局限性。 在卡尔加里，有轨电车事故被归因于寒冷天气中车轮在轨道上的抓地力下降 (Stark 2015)。
阿尔伯塔城市有轨电车的未来
[edit | edit source]任何以现代轻轨车辆为基础的系统形式重新建立有轨电车，最好考虑导致其衰败的因素。 尽可能利用专用车道或路权，以减少城市道路拥堵对平均速度的影响。 由于围绕汽车使用而制定的监管环境，这一点也至关重要（Roberts, Meadowcroft 等）。 假设现代技术无法解决寒冷天气抓地力问题，那么在更隔离的操作环境中，事故风险也会降低。 在阿尔伯塔省寒冷气候的城市中，当有防风雨停车场时，私人汽车为居民提供高舒适度的门到门服务。 为了让现代有轨电车具有竞争力，它们应该提供通往受控室内环境（例如卡尔加里的“Plus 15”网络）的遮蔽连接。
定性分析
[edit | edit source]源数据
[edit | edit source]每个系统的历史总长度来自 Street Railway Investments (1894-1910), McGraw Electric Railway Manual: The Red Book of American Street Railway Investment (1911-1914) 和 McGraw Electric Railway Directory (1917-1920)。 确定有有轨电车系统的阿尔伯塔省城市包括卡尔加里、埃德蒙顿、莱斯布里奇和斯特拉斯科纳。 1909 年有一个关于斯特拉斯科纳的条目，因为该系统在次年被埃德蒙顿管理。 因此，斯特拉斯科纳没有被包含在分析中。
| 年份 | 卡尔加里 | 埃德蒙顿 | 莱斯布里奇 | 阿尔伯塔省总计 |
| 1907 | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 |
| 1908 | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 |
| 1909 | 0.0 | 21.0 | 0 | 21.0 |
| 1910 | 16.5 | 16.0 | 0 | 32.5 |
| 1911 | 16.5 | 17.8 | 0 | 34.3 |
| 1912 | 41.0 | 17.8 | 0 | 58.8 |
| 1913 | 60.0 | 77.8 | 0 | 137.8 |
| 1914 | 60.0 | 77.8 | 10.5 | 148.3 |
| 1915 | NA | NA | NA | NA |
| 1916 | NA | NA | NA | NA |
| 1917 | 75.0 | 53.9 | 10.5 | 139.4 |
| 1918 | 75.0 | 54.0 | 10.5 | 139.5 |
| 1919 | 75.0 | 54.0 | 10.5 | 139.5 |
| 1920 | 65.5 | 55.4 | 10.5 | 131.4 |
从表 1 中可以看出，1915 年和 1916 年的数据不可用。
方法
[edit | edit source]使用三参数逻辑函数拟合曲线。
S(t) = Smax/[1+exp(-b(t-ti)]
其中
- S(t) - 给定年份 t 的模型系统长度。
- Smax – 每个系统达到的最大长度
- ti – 拐点的时间段（达到最大系统长度的一半）。 这是使用基础数据的初始图估计的。
- b – 这是通过在各种 t 值的计算系统长度集上使用 MS Excel Goal Seek 函数来估计的。 Goal Seek 使 R 平方值最大化，该值是使用 MS Excel RSQ 函数计算的。
为卡尔加里、埃德蒙顿和莱斯布里奇的有轨电车系统计算并绘制了三参数逻辑函数的输出。 此外，使用所有年份每个系统的总长度之和进行了全省分析。
然后使用 MS Excel 回归函数执行回归以确定 t 统计量和 R 平方值。 主要参数和统计数据总结如下。 图表显示了在 MS Excel 中生成的实际系统长度和模型系统长度。
| 卡尔加里 | 埃德蒙顿 | 莱斯布里奇 | 阿尔伯塔省总计 | |
|---|---|---|---|---|
| Smax | 75.0 | 77.8 | 10.5 | 148.3 |
| Smax / 2 | 37.5 | 38.9 | 5.3 | 74.1 |
| ti | 1911.9 | 1912.25 | 1913.5 | 1912.1 |
| b | 1.11000000000005 | 7.71000000000109 | 7.45 | 6.51000000009895 |
| R 平方 | 0.980026507614506 | 0.867488383312716 | 0.999680005916117 | 0.969883555945083 |
| t 统计量 | 0.024038100921646 | -1.240556648885 | 0.929077512758783 | -2.74686585435328 |
卡尔加里
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从该图可以看出，卡尔加里有轨电车系统的诞生阶段大约发生在 1909 年和 1910 年。 在稍长的时间段内（1911 年至 1913 年）发生了增长。 该模型对系统成熟和达到最大长度的最后几年提供了合理的预测。 该模型没有考虑 1920 年开始出现的衰退。 虽然从图表目视检查以及考虑约为 0.98 的高 R 平方值来看，该模型似乎可以可靠地预测卡尔加里的有轨电车系统长度，但约为 0.02 的低 t 统计量表明在 95% 水平上对 b 的值没有信心。
埃德蒙顿
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与卡尔加里相比，埃德蒙顿有轨电车系统经历了更长的诞生阶段（4 年），系统长度在 1908 年至 1912 年期间在约 20 英里左右波动。 增长阶段非常短，系统长度在不到一年的时间内增加到近 80 英里的最大值。 虽然系统长度从 1914 年下降到 1917 年，但很难确定这是否是连续衰退阶段的一部分，还是从最大系统长度进行的一次性调整。 与卡尔加里相比，R 平方值（约为 0.87）较低，而 t 统计量（约为 -1.24）虽然比卡尔加里大，但在 95% 置信水平上并不显著。 这从系统生命早期（1909 年至 1911 年）实际预测值与模型预测值之间的明显差异以及 1914 年至 1917 年之间的下降得到了证实。
莱斯布里奇
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莱斯布里奇系统不同寻常，因为它从未超过最初的 10 英里。 在这种情况下，评论系统的诞生、增长或成熟没有任何意义。
有趣的是，这导致模型生成的 R 平方值非常接近 1，但 t 统计量仍然远低于 2，因此在统计学上并不显著。
阿尔伯塔省（组合）
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阿尔伯塔省系统长度主要受卡尔加里和埃德蒙顿两者的影响，两者都达到最大长度，介于 70 英里到 80 英里之间。 这反映在每个增长阶段。 诞生似乎发生在 1909 年至 1911 年之间，随后是接下来的两年增长。 成熟至少从 1914 年持续到 1913 年。 鉴于可用数据，无法确定 2020 年的下降是否代表全省系统衰退的重要节点。 尽管模型的 R 平方值仍然相对较高，为 0.97，但它非常适合实际的全省系统长度，但 t 统计量为 -2.75，表明在 95% 置信水平上具有显著性。
结论
[edit | edit source]单个有轨电车系统长度的增长似乎是零星的，这可能影响了在 95% 置信水平上生成模型的难易程度。 数据的整合产生了统计学上显著的模型，但该模型不能用于预测整个阿尔伯塔省的有轨电车系统的生命周期中的所有阶段。 全省模型没有生成与明显的诞生阶段相关的点，只有少数可能与增长阶段相关的有用点。 对此分析的扩展可以是探索可以产生更有用结果的不同模型。
参考文献
[edit | edit source]Ball, N. (1991). Building Canada : A History of Public Works. 多伦多，加拿大，多伦多大学出版社。
Gregersen, E. 和 S. Britannica Educational Publishing (2011). The Complete History of Wheeled Transportation : From Cars and Trucks to Buses and Bikes. 芝加哥，伊利诺伊州，美国，Rosen 出版集团。
Harris, R. (2020). Creeping Conformity: How Canada Became Suburban, 1900-1960. 多伦多，加拿大，多伦多大学出版社。
McGraw Electric Railway Directory (1917-1920). 纽约，纽约，美国，McGraw-Hill 出版公司。
McGraw Electric Railway Manual: The Red Book of American Street Railway Investment (1911-1914). 纽约，纽约，美国，McGraw 出版公司
MS Excel (2022). 微软。
Roberts, C., Meadowcroft, J. 和 Layzell, D. (2020). The Rise of the Automobile : Lessons from Historical Canadian Transportation Transitions. Transition Accelerator Reports. [在线] 2020 年 11 月。
Stark, E. (2015). Five Things About Calgary’s Old Streetcars. 卡尔加里先驱报。 [在线] 2015 年 12 月 7 日。
Stelter, G. A. 和 A. F. J. Artibise (1982). Shaping the Urban Landscape : Aspects of the Canadian City-Building Process. 蒙特利尔，加拿大，麦吉尔-皇后大学出版社。
Street Railway Investments (1894-1910). 纽约，纽约，美国，Street Railway Publishing Company。