交通运输部署案例集/2023/新干线

定性分析

新干线概述

新干线 (新幹線) 是日本的一种高速铁路服务。新干线在日语中意为“新干线”，因此该服务是为了更快地将乘客运送到主要城市而开发的。根据日本国土交通省（2006），该计划由全国新干线铁道建设法（1970）定义，该法律规定新干线是时速超过 200 公里连接主要城市的铁路服务。因此，新干线的主要技术特征是其时速可以超过 200 公里。例如，东北新干线的时速可达 320 公里。其他线路的时速则取决于具体线路，但截至目前，大多数线路的运营速度都超过 270 公里。最初，该服务仅在大阪和东京之间提供，但目前的系统已连接到北海道（日本北部）和鹿儿岛（日本南部）等其他城市。事实上，国土交通省（2006） 的统计数据表明，运营里程从 1965 年的 552.6 公里增加到 2020 年的 2997.1 公里。此外，该法律 (1970) 也表明，高速铁路服务旨在促进日本国家和地方经济发展。因此，该服务似乎侧重于通勤者（商务），从而促进经济发展。佐藤（2007）展示了使用新干线的目的，他透露，2000 年约 70% 的乘客使用新干线出差。这意味着新干线的主要市场是商务人士。

主要优势之一似乎是前往日本主要城市的交通便利性。例如，大阪和东京的新干线车站都靠近其商业区。这些车站连接着许多本地线路，乘客只需乘坐铁路即可完成行程。相比之下，对于航空，羽田机场（东京）和伊丹机场（大阪）并没有像新干线车站那样靠近市区。事实上，井上等人 (2015)表明，良好的交通可达性是选择新干线的因素之一。旅行时间可能是使用新干线的另一个优势。东京距离大阪约 550 公里，但新干线使乘客可以在 2.5 小时内完成行程。井上等人 (2015)描述了短途旅行时间是乘客选择乘坐新干线的理由之一。

先前模式

在新干线发明之前，还有其他交通系统可用。例如，由公司和日本国有铁路运营的铁路。此外，渡轮是东京到大阪的常见交通方式。但是，这些交通方式也存在局限性。东京和大阪之间的交通拥堵是一个问题。据野口（1990，引自胡德，2006）称，他发现乘客数量是容量的 3 到 4 倍。此外，这些交通系统还存在重大的安全问题。胡德 (2006)发现，这些交通系统导致了超过 1800 人伤亡。这是在第二次世界大战之后，许多基础设施仍在重建，因此网络状况很差。日本的交通市场发展受到多种因素的影响。例如，从 1947 年到 1949 年出现了婴儿潮，人口因此增长。此外，由于朝鲜战争，日本经历了巨大的经济增长。这些因素意味着交通需求将会增加。为了解决这些问题，政府寻求一条新的干线（新干线）。这是因为之前的火车和渡轮速度慢，拥挤且不安全。政府决定建设一条新的线路，以避免铁路人员通行（高架桥），并以高速运营（缓和曲线）。

新干线的诞生

新干线的诞生涉及多项发明。其中一项技术是转向架的合适结构。这是因为当时还没有高速条件下的数据。因此，新干线开发团队调查了转向架发生的现象（下前，2022）。他透露，项目团队发现，以前的转向架能够用于高速运行。然而，团队发现了另一个问题。它是由轴的弹性引起的。他们通过尝试各种转向架类型来继续研究这种现象，然后通过在特定位置使用橡胶进行特定的悬挂解决了问题，这使得轴具有足够的弹性。

列车自动控制 (ATC) 和集中交通控制系统 (CTC) 也是新干线运营的创新之一。这是因为新干线的运营速度将超过 200 公里/小时，因此在火车司机识别到交通信号灯后停止新干线似乎是不可能的。因此，发明了这种自动控制系统来自动保持距离。当时，AF 波逐渐得到应用，因此川那部将这种技术应用于 ATC 的发明（下前，2022）。CTC 是在美国发明的，1927 年安装在纽约中央铁路，日本的一些公司在 1954 年安装了它（下前，2022）。然而，下前 (2022)表明 CTC 仅安装在短途线路。因此，他们通过测试原型，将现有技术应用于为长途使用发明 CTC（下前，2022）。这些技术使司机能够保持恒定的距离，以避免发生碰撞。

早期市场发展

第一条新干线是东海道新干线，它在大阪和东京之间运营。对于东海道新干线来说，这些线路主要针对在大阪和东京之间通勤的乘客。在东海道新干线开通之前，行程大约需要 6 个小时，现在缩短到了大约 4 个小时（下前，2022）。这使得通勤者能够在一天内完成往返行程。如果每次行程都需要 6 个小时，那么晚上回家就会很困难。然而，利用新干线服务，乘客可以在早上离开东京的家，在大阪参加会议，并在晚上返回东京的家。这个系统有助于提高东京和大阪之间通勤的需求。这一成功也导致了新线路（新市场）的开发，许多城市和县都试图吸引新线路到他们的区域。

政策的作用

日本新干线的第一项政府政策是“Dangan ressha”，意思是“子弹列车”。二战前，日本占领了朝鲜、台湾和中国部分地区。由于与中国和控制东亚地区的美国、英国、法国和荷兰等国家之间的战争，运输大量货物对支撑日本军事力量至关重要，因此日本政府计划建造“Dangan ressha”连接东京和下关。这些国家控制着东亚，因此下关这个靠近朝鲜的港口城市是将货物运往他们控制地区的合适地点。该计划包括开发时速可达 200 公里的新型列车 (Shimomae, 2022)。然而，战争摧毁了许多基础设施，因此该项目未能完成。二战后，大阪和东京之间的通勤需求激增，因此日本国有铁路将“Dangan ressha”定位为“新干线”，并开始建设新干线。路线等规划来自“Dangan ressha”，政府已经为“Dangan ressha”购买了一些土地。因此，新干线在很大程度上基于之前的政策。第一条新干线于 1964 年成功开通后，政府认识到新干线的重大意义，因此于 1970 年颁布了《全国新干线铁路发展法》。该法案提议建设 5 条新线路，分别是：北海道新干线、东北新干线、北陆新干线和九州新干线（2 条线路）。因此，新政策受到了现有新干线线路的影响。此外，在该法案颁布之前，另外两条线路已经建成，因此该法案中未包含这两条线路。虽然“Dangan ressha”计划表明了连接下关和东京的线路，但新政策却显示了其他线路。由于这项法律，该法案中指出的某些线路仍在建设中。东北新干线和九州新干线的一条线路已经建成，但北陆新干线、九州新干线的另一条线路和北海道新干线仍在建设中。

新干线的发展

自开通之年起，新干线运营线路的距离和乘客数量大幅增加。这可能受到市场和其他事件的影响。Shimomae (2022) 指出，东京奥运会可能对新干线的成功做出了贡献。新干线的成功推动了这项法律的颁布。成功也影响了政治家。例如，首相田中角荣表示，新干线可以促进农村和城市经济的共同发展 (Kobayashi, 2017)。事实上，在这一发展时期，许多新干线线路已经建成或提议建设。然而，建设成本是其中一个严重问题。根据 Shimomae (2022) 的说法，由于日本国有铁路负债累累，因此被拆分成几家私营公司。因此，当时所有新干线线路的建设都停止了。从国有机构转变为私营公司意味着政府鼓励这些公司更有效地运营铁路。在这项转变之前，政府完全控制着该机构，并利用税收为新干线的建设提供资金，但转变之后，JR 等私营公司必须像其他公司一样考虑预算和成本。这也意味着新干线的建设将由公共部门和私营部门在转变之后共同支持。因此，公共部门在资金方面仍然支持新干线的运营商，但私营部门必须评估运营新干线的盈利能力和成本，以有效地运营新干线。此外，私营部门还必须支付成本。因此，新干线线路的建设变得更加可持续和成本效益更高。

成熟阶段的发展

在新干线初期，其他基础设施尚未得到令人满意的发展。然而，技术的进步和经济发展使得政府能够建设其他基础设施，例如高速公路和机场。事实上，航空能够让乘客以比新干线更短的时间进行旅行。此外，东京和大阪之间运营着低成本航空公司。该服务的票价比新干线更便宜。长途巴士服务也以更便宜的价格提供。为了与这些交通方式竞争，新干线仍然在不断发展，以更高的速度运营，并以高安全性、高节能的方式实现可持续发展，降低成本 (Shimomae, 2022)。此外，新的新干线也致力于降低噪音 (Shimomae, 2022)。这是因为政府制定了新的环境政策。特别是对于东海道新干线，新技术试图满足当前和未来的需求。东海旅客铁道株式会社和日本政府正在建设中央新干线，该线路由磁悬浮列车运营。从新干线的研发情况来看，研究小组发现，由于铁路和车轮的限制，存在最高速度。因此，东海旅客铁道株式会社重新发明了磁悬浮列车。这种列车能够以 500-600 公里的时速运营，并在约 1 小时内连接大阪和东京。东海旅客铁道株式会社表示，这将有助于解决东海道新干线的拥堵问题，并提高可达性 (JR Tokai, n.d.)。这种发展可能能够与其他交通方式竞争。事实上，Inoue 等人 (2015) 表明，这种发展可能不会受到其他交通方式，如低成本航空公司的阻碍。

定量分析

数据来自日本国土交通省的统计数据 (2022)，数据包括所有新干线线路。为了从原始数据中预测乘客-公里数，使用了以下公式。

$S(t)=K/(1+\exp(-b(t-t_{i})))$

其中：

S(t)：状态度量，t：时间，ti：拐点时间，K：饱和状态水平，b：估计系数

K、ti 和 b 未知，因此使用以下线性回归进行估计。

$ln(PKT)/(K-PKT)=bt+c$

其中：

PKT：乘客-公里数，c：系数

结果如图 1、图 2 和表 1 所示。数据包括疫情期间的情况，因此在 2020 年至 2021 年间观察到大幅下降。这种异常情况可能会影响预测，因此考虑了两种情况：分析全部数据（情况 1）和排除疫情条件后的分析（情况 2）。结果，客运量似乎在增加。事实上，在 2009 年、2019 年和 2020 年有一些下降，但这可能是由于雷曼兄弟事件和疫情的负面影响。分析表明，情况 1 可能不准确，因为 R 平方约为 0.6，而情况 2 为 0.9。类似地，情况 2 的 t 统计量大于情况 1。然而，两种情况的 t 统计量均大于 2，这意味着它们在统计学上是显著的。因此，情况 2 更准确，而情况 1 可能足够准确以进行预测。情况 2 的结果表明拐点时间为 1995 年。从图 2 中可以看出，1965 年至 1980 年可能是孕育期，而增长期似乎在 1980 年至 2010 年之间。2010 年之后，可能是新干线服务的成熟阶段。到 1980 年，数字逐渐增长，并且从 1980 年到 2010 年持续增长。然而，估计模型表明，2010 年后客运量趋于稳定。2022 年，一条新的新干线开通，北陆新干线的一部分预计将于 2024 年开通。因此，开通后模型可能会发生变化。

图 1：包括 2020 年和 2021 年的客运量变化

图 2：不包括 2020 年和 2021 年的客运量变化

表 1：R 平方和 t 统计量的比较

	情况 1	情况 2
R 平方	0.58	0.92
T 统计量	6.17	16.95
P 值	1.2E-06	3.2E-15
拐点时间	2000	1995

参考文献

Hood, C. (2006). Shinkansen: From Bullet train to symbol of modern Japan (vol. 5). Routledge. https://doi.org/10.4324/9780203180389

Inoue, G., Ono, M., Uehara, K., & Isono, F. (2015). Stated-preference analysis to estimate the domestic transport demand following the future entry of LCCs and the inauguration of the Linear Chuo Shinkansen in Japan. Journal of Air Transport Management, 47, 199–217. https://doi.org/10.1016/j.jairtraman.2015.06.004

JR Tokai (n.d.). Liner Chuo Shinkansen and the future of Japan. https://linear-chuo-shinkansen.jr-central.co.jp/future/

Kobayashi. T. (2017, February 3). “Shinkansen wo zenkokuni” Tanaka Kakuei no tetudo seisaku toha?: “Nihon retto kaizoron” ni miru 45nennmaeno miraizu [“Build Shinkansen to entire Japan” What is the railway policy of Kakuei Tanaka?: The future image in 1975 based on Nihonrettokaizoron] Toyo Keizai Online. https://toyokeizai.net/articles/-/156568?page=4

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Sato, T. (2007). A study on changes in passenger demand for Shinkansen. https://www.jttri.or.jp/members2/kenkyuh/21_sato.pdf

Shimomae, T. (2022). Birth of the Shinkansen : the origin story of the world-first bullet train. Springer.

The Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Japan. (2006). What is the outline of “new Shinkansen lines”?. Shinkansen Development.

https://www.mlit.go.jp/english/2006/h_railway_bureau/01_shinkansen/01_whats.html

The Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Japan. (2022). Tetsudo unsou toukei chosa [Railways logistics statistics]. E-Stat. https://www.e-stat.go.jp/stat-search/files?page=1&layout=datalist&toukei=00600350&kikan=00600&tstat=000001011026&cycle=8&year=20211&month=0&result_back=1&result_page=1&tclass1val=0

The Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Japan. (n.d.). Shinkansen ryokyaku yusouryou no suii [The change in the number of passengers carried by Shinkansen]. https://www.mlit.go.jp/common/000232384.pdf