运输部署案例集/新加坡地铁
大众捷运系统（MRT）是新加坡共和国的公共交通系统。该系统构想于 20 世纪 60 年代，建成于 20 世纪 80 年代，现已延伸至新加坡的各个角落。地铁系统拥有许多创新的技术，预计在未来几十年内将继续发展。
新加坡地铁是一个重轨快速运输系统。它在六条线路运行无人驾驶列车，拥有 140 个车站[1]。此外还有 3 个轻轨系统作为主要地铁系统的补充。列车在标准轨距 1435 毫米的轨道上运行，并使用直流第三轨或架空线电气化（取决于线路）。较新的列车配备了电子地图，以及外部信息显示屏（见图 2）。
该系统的主要优势是完全高架。这意味着没有平交道来减慢列车的速度。这使得列车能够提供高频服务，高峰时段为 2-3 分钟，非高峰时段为 5-7 分钟[1]。它还拥有比类似交通方式（如公共汽车）更高的运载能力。
地铁采用了许多创新技术，这些技术已被世界各地的许多交通管理机构借鉴。所有 140 个车站都安装了站台门，较新的车站也兼作防空洞。较新的地下车站还设有高架入口，以防止暴雨时水进入车站（见图 1）。此外，该系统还拥有许多跨平台换乘，包括市政厅和莱佛士坊之间东西线和南北线的双跨平台换乘[2]。这使乘客能够通过在这些车站之一的站台另一侧跨越，在他们打算换乘的线路上的任一方向旅行。所有车站都设有编号的出口，方便乘客使用，许多车站直接连接到相邻建筑物的出口。
新加坡使用车站编号系统，该系统由两个字母的线路前缀和一个单独的车站编号组成。例如，南北线的 Toa Payoh 编号为 NS19。换乘站有多个编号，车站编号规则还有一些例外情况（例如，建国纪念馆 TE22A、淡滨尼 EW4/CG、榜鹅 NE17/PTC 等）。新加坡还对线路的终点进行编号，以便乘客更容易找到正确的站台。例如，开往榜鹅的列车在系统地图和车站标识上编号为 7[1]。
该系统使用电子卡进行支付。有多种类型的车票卡在流通，其中最著名的是 EZ-Link 和 NETS flashpay 卡。然而，如今乘客可以使用信用卡和借记卡，包括数字钱包，在新的 CEPAS 标准下刷卡上下车。
地铁使用来自世界各地的技术。地铁使用来自川崎重工、西门子、中车和阿尔斯通等制造商的多种类型的列车[3]。信号系统来自阿尔斯通、西屋、西门子和泰雷兹。西屋还生产了部分站台门。
在 20 世纪 60 年代，新加坡是一个人口不断增长的弹丸小岛。这导致了严重的交通拥堵和低效的出行方式。公共汽车网络日益严重的拥堵也令人担忧，需要找到一个解决方案。联合国开发计划署和新加坡国家和城市规划局共同进行了一项研究，以预测新加坡未来几年的增长[4]。1967 年的研究发现，到 1992 年，新加坡的人口预计将激增至 340 万，为了应对人口增长，新加坡需要限制汽车，改善道路，并建造一个公共交通系统[5]。对地铁的支持并非来自所有人。当时，新加坡并没有像今天这样富裕，低廉的公共汽车价格非常有吸引力。1972 年，新加坡大众捷运研究完成，建议建设一个重轨网络。1980 年，来自哈佛大学的顾问被邀请提供第二意见[6]。这项研究发现，只要建立一个限制汽车使用的系统，全公共汽车系统就可以运行。然而，政府在 1981 年进行了一项研究，发现仅靠公共汽车系统是不够的。在此基础上，新加坡政府决定于 1982 年开始建设。
1983 年，现今的南北线和东西线开始建设，第一段于 1987 年开通，并于 1988 年由总理李光耀正式开通[7]。
在新加坡地铁系统取得初步成功后，在接下来的几十年里，地铁系统迅速发展。1996 年，兀兰延伸段完工，将地铁延伸至新加坡北部。在此之前，有一条支线从裕廊东延伸到蔡厝港。随着兀兰延伸段的完工，这条支线现在与南北线的其余部分连接起来。因此，列车不再在裕廊东分支于东西线，而是沿着南北线穿过兀兰，然后沿着旧的支线部分行驶，并在裕廊东终点站，形成绕过新加坡中央集水区自然保护区的环线。
2003 年，东北线开通，将新加坡东北部与地铁网络的其余部分连接起来。这是新加坡第一条完全位于地下的地铁线路。
到目前为止，地铁系统几乎完全是放射状的，所有三条线路都通往市中心。为了解决这个问题，环线开始建设，并于 2006 年开通。这使乘客能够在郊区之间旅行，而无需经过市区，从而有助于减轻繁忙市中心区域的拥堵。环线的建设见证了新加坡地铁发生的第一次严重事故，即尼诰大道隧道坍塌事故。破坏如此严重，以至于整个坍塌区域都被填埋，隧道重新校准，车站又在新的地点重建[8]。
在 MRT 扩展的同时，还建造了三个新的轻轨系统。这些系统由运行在橡胶轮胎上的自动人行道组成，它们连接到现有的 MRT 车站，目的是让住在高密度住宅区的乘客通过铁路更方便地回家。虽然这些系统在当时看起来很超前，但它们被广泛认为是失败的，因为它们造价昂贵、不可靠、乘坐不舒服、残疾人难以使用，而且（考虑到从人行道到站台的时间）比公共汽车还慢[9]。尤其是武吉班让轻轨的可靠性是市中心线的七分之一[9]。这条线路以前还包括十英里路口轻轨站，该站于 2019 年关闭，成为新加坡第一个也是唯一一个因客流量低而关闭的火车站。政府官员后来承认，武吉班让轻轨系统是为了改善他们的选举前景而匆忙建成的[9]。
目前，有三条新的 MRT 线路正在建设中。汤申-东海岸线旨在将兀兰地区与位于实龙岗下水的市区线连接起来，途径新加坡东海岸的一条新走廊。同样，跨岛线将沿一条新的北部轴线连接新加坡东部地区到宏茂桥和明珠坊 MRT 车站。这条线路还将为繁忙的环线提供一条替代路线。最后，裕廊区域线旨在通过将通勤者与现有的文礼、裕廊东和蔡厝港车站连接起来，为裕廊地区提供服务。还计划增加填充车站和现有线路的延伸部分。MRT 还拥有一些尚未开通的车站和空壳车站，这些车站将在未来需求出现时投入运营。
新加坡长期以来一直推行将公共交通置于私人车辆之上的政策。新加坡是第一个实施道路定价（ERP）的国家，而 MRT 系统的建设使得新加坡能够减少对私人车辆的依赖。因此，MRT 现在是新加坡的主要交通工具。
尽管 MRT 取得了巨大成功，但也有多个 MRT 项目被放弃或从未建成，包括东西线大士南延伸段[10]和榜鹅北轻轨[11]。
成熟度
[edit | edit source]由于 MRT 仍在扩展，该系统尚未达到成熟期。但是，该系统最终将达到峰值。新加坡是一个岛屿，这意味着（除少数例外）不会有更多的城市蔓延。除了目前规划中的线路之外，任何未来的新 MRT 线路都可能提供通过现有区域的新路线，而不是服务于新区域。随着新加坡人口的增长，人口密度也必须随之增加，这可能意味着未来会有更多的 MRT 线路。
政府政策
[edit | edit source]最初，新加坡政府最大的政策决定是资助众多的交通研究，以及完全资助 MRT 系统的初始建设。这表明当时政府提供了强有力的、坚定不移的支持。像地铁线和高速公路这样的大型项目通常通过公私合作伙伴关系（PPP）来完成。这是一种政府与私营部门之间的合作形式，在这种合作形式中，私营部门代表政府完全或部分地资助基础设施建设，作为回报，他们在合同期间获得延长收入。在火车线路的情况下，一家私营公司将支付火车线路的建设费用，然后该公司可以向客户收取车费，以偿还其投资。这通常会持续很多年，然后基础设施才会归还给政府。新加坡政府没有这样做，因为他们希望刺激投资者对这个国家的信心，并且他们希望保持车费低廉。平均 MRT 车费仅为 0.85 新元[12]，这是经过精心设计的。通过保持低廉的车费，MRT 仍然是所有新加坡人的可行选择，并且为驾驶提供了现实的替代方案。
新加坡政府关于 MRT 的另一项长期政策是使用交通导向型发展（TOD）。新加坡是一个人口众多的小岛国，有可能成为全球最昂贵的房地产市场之一。然而，由于政府制定了旨在让新加坡人拥有住房的政策，住房对大多数新加坡人来说仍然是可以负担的。2023 年，77.8% 的新加坡人住在公共住房[13]，在当地被称为组屋，以监管它们的政府部门（建屋发展局）命名。所有组屋单位都以 99 年的租约出租给公民。建屋发展局的主要工作是将空置土地开发成“新镇”，让居民在那里居住、购物和娱乐[14]。如今，大多数组屋开发项目都位于 MRT 车站附近。这使得住在组屋社区的公民能够轻松地通勤到市区，同时也减少了新加坡人拥有汽车的必要性。建设 MRT 车站会提高周围土地的价值[15]，进而导致更多企业涌现和更多经济活动。新加坡政府目前的目標是到 2030 年，80% 的家庭距离 MRT 车站不超过 10 分钟[16]。
尽管新加坡将公共交通设计为驾驶的可行替代方案，但仍有少数新加坡人选择驾驶。为此，新加坡政府制定了道路定价系统，以说服人们减少驾驶，更多地使用 MRT。新加坡是世界上第一个实施道路定价的国家。车辆进入新加坡市区（称为限制区域）需要缴费。1998 年，新加坡转向电子道路定价（ERP）。该系统包括安装在繁忙道路上方的门架，通过车辆内的类似于收费通行证的装置向通过门架的司机收取费用（见图 3）。ERP 收费根据一天中的时间和当时的拥堵程度而变化。此外，道路上的车辆数量有配额限制，公民必须竞标才能获得驾驶汽车的许可证。这种让驾驶变得昂贵而让交通变得便宜的“胡萝卜加大棒”策略帮助提高了新加坡 MRT 的客流量，降低了汽车拥有率。降低汽车使用、增加公共交通使用和 TOD 这三项政策有助于使新加坡成为一个更可持续的城市[12]。但是，政府也在投资新的道路，例如南北走廊[17]和樟宜北走廊[18]，这可能会削弱该策略的有效性。
目前，所有未来的 MRT 车站都计划建在地下。这可能有很多原因。大多数新的车站可能位于已经建成的区域，因此地上没有空间建车站。此外，世界各地有一种趋势，即高架桥被认为是难看且吵闹的。为此，陆路交通管理局（LTA）一直在对现有的高架桥进行隔音墙改造，据估计，该项目的社会效益已超过 7 亿新元[19]。最后，较新的 MRT 车站还兼作防空洞，这需要地下车站。
MRT 的车辆和相关基础设施由新加坡交通管理局 LTA 拥有。MRT 系统本身由两家不同的公司运营。东西线、南北线、环线和汤申-东海岸线由 SMRT 公司运营，而东北线和市区线由 SBS Transit 运营。
定量
[edit | edit source]MRT 目前处于生命周期的增长阶段。它是一个完善的系统，但仍有一些扩展计划正在进行和建设中。为了估计 MRT 在未来会有多长，可以使用三因素逻辑函数。在这种情况下，该函数将采用以下形式
S(t) = Smax/[1+exp(-b(t-ti)] 其中
- s(t) 是 MRT 系统的轨道长度，以公里为单位
- t 是年份
- ti 是 MRT 系统达到最终规模 50% 的年份
- Smax 是 MRT 的最终长度
- b 是一个需要估计的系数
数据
[edit | edit source]2005 年至 2021 年的系统长度数据来自 LTA。[20]此外，预计该系统将在 2030 年达到 360 公里[16]，并在 2040 年达到 400 公里[21]。使用这些数据组装数据集。
为了使模型起作用，需要 Smax、b 和 ti 的值。为了估计 b 和 ti，可以使用线性回归。线性回归要求因变量本质上是线性的，因此，而不是回归因变量本身，可以将其转换为线性形式，然后转换回来以得出预测值。回归将采用以下形式
Y=bX+c 其中 Y=ln(Length/(Smax-Length))
ln(Length/(Smax-Length)) 是逻辑函数的线性变换。此回归中的 b 项等于逻辑函数中的 b 项。此回归还提供 ti 的值，形式为 ti=c/-b，其中 c 是回归中的常数项。在本例中，ti 表示回归线的中间点。由于 Smax 尚未估计，因此将使用 500 公里的测试值。
| 年份 | 系统长度 | ln(Year/(500-Year)) (Y 值) |
|---|---|---|
| 2005 | 138.2 | -0.962389662 |
| 2006 | 138.2 | -0.962389662 |
| 2007 | 138.2 | -0.962389662 |
| 2008 | 138.2 | -0.962389662 |
| 2009 | 147.7 | -0.869299896 |
| 2010 | 158.7 | -0.765746228 |
| 2011 | 175.3 | -0.616402887 |
| 2012 | 177.7 | -0.595386054 |
| 2013 | 182 | -0.558044696 |
| 2014 | 183 | -0.549415621 |
| 2015 | 199.6 | -0.408799556 |
| 2016 | 199.6 | -0.408799556 |
| 2017 | 228.1 | -0.175650222 |
| 2018 | 228.1 | -0.175650222 |
| 2019 | 228.1 | -0.175650222 |
| 2020 | 232.3 | -0.141837311 |
| 2021 | 245.3 | -0.037604431 |
| 2030 | 360 | 0.944461609 |
| 2040 | 400 | 1.386294361 |
将 Y 回归到年份值返回以下结果
- b = 0.072345064
- c = -146.1664168
- ti = c/-b = 2020.406225
- r2 = 0.978846792
从此处，可以使用以下公式将 Y 值转换为预测值
预测长度 = Smax/(1+EXP(-b*(Year-t_i)))
| 年份 | 系统长度 | 预测长度 |
|---|---|---|
| 2005 | 138.2 | 123.5104691 |
| 2006 | 138.2 | 130.3610072 |
| 2007 | 138.2 | 137.4527897 |
| 2008 | 138.2 | 144.7792635 |
| 2009 | 147.7 | 152.3321682 |
| 2010 | 158.7 | 160.1015059 |
| 2011 | 175.3 | 168.075535 |
| 2012 | 177.7 | 176.2407903 |
| 2013 | 182 | 184.582131 |
| 2014 | 183 | 193.0828173 |
| 2015 | 199.6 | 201.7246166 |
| 2016 | 199.6 | 210.4879371 |
| 2017 | 228.1 | 219.3519895 |
| 2018 | 228.1 | 228.2949721 |
| 2019 | 228.1 | 237.294278 |
| 2020 | 232.3 | 246.3267188 |
| 2021 | 245.3 | 255.3687619 |
| 2030 | 360 | 333.4349946 |
| 2040 | 400 | 402.4741113 |
最后一步是估计 Smax。为此，可以使用 Excel 求解器。可以从每年的预测长度中减去实际长度。然后，可以将这些值平方以计算平方误差和 (SSE)。然后，可以将 Excel 求解器设置为通过更改 Smax 值来最小化 SSE。更改 Smax 值将更改 Y 值，因此也会更改回归结果。但是，整个模型是使用 =SLOPE、=INTERCEPT 和 =LINEST 等公式链接的，因此回归结果将刷新并仍然准确。最终模型如下所示，并在图 4 中显示
| 年份 | 系统长度 | 预测长度 |
|---|---|---|
| 2005 | 138.2 | 125.9795829 |
| 2006 | 138.2 | 132.4898278 |
| 2007 | 138.2 | 139.2227959 |
| 2008 | 138.2 | 146.1745573 |
| 2009 | 147.7 | 153.3399304 |
| 2010 | 158.7 | 160.712444 |
| 2011 | 175.3 | 168.2843112 |
| 2012 | 177.7 | 176.0464201 |
| 2013 | 182 | 183.988339 |
| 2014 | 183 | 192.09834 |
| 2015 | 199.6 | 200.3634404 |
| 2016 | 199.6 | 208.7694628 |
| 2017 | 228.1 | 217.3011134 |
| 2018 | 228.1 | 225.9420785 |
| 2019 | 228.1 | 234.6751383 |
| 2020 | 232.3 | 243.4822954 |
| 2021 | 245.3 | 252.3449184 |
| 2022 | 261.2438953 | |
| 2023 | 270.1597974 | |
| 2024 | 279.0730472 | |
| 2025 | 287.9640907 | |
| 2026 | 296.8135684 | |
| 2027 | 305.6024827 | |
| 2028 | 314.312359 | |
| 2029 | 322.9253968 | |
| 2030 | 360 | 331.4246095 |
| 2031 | 339.7939489 | |
| 2032 | 348.0184147 | |
| 2033 | 356.0841459 | |
| 2034 | 363.9784942 | |
| 2035 | 371.6900796 | |
| 2036 | 379.2088258 | |
| 2037 | 386.5259798 | |
| 2038 | 393.6341125 | |
| 2039 | 400.5271049 | |
| 2040 | 400 | 407.2001186 |
最终系数为
- Smax = 537.9055032
- b = 0.066316646
- c = -134.1495991
- ti = 2022.86465
- r2 = 0.981442958
- SSE = 1713.366747
此系统长度列确实包含缺失值，但线性回归仍然可以起作用。需要注意的是，此数据表示新加坡铁路网络（包括 MRT 和 LRT 系统）的总长度。但是，由于在此期间没有新建 LRT 线路，也没有计划新建任何 LRT 线路，因此它们不会影响模型的准确性。LRT 系统的总长度占系统长度的 28.8 公里。数据似乎没有考虑十英里路口站的关闭，这意味着此数据还包括用于进入车场的轨道，因为十英里路口站也是武吉班让 LRT 车场的所在地，该车场仍在使用。
该模型预测 MRT 将在 538 公里处达到顶峰，拐点年份为 2022 年。该模型的 R2 超过 98%。但是，这并不意味着模型的准确率为 98%。相反，它仅仅意味着系统长度变化的 98% 可以归因于时间的推移。
MRT 的诞生阶段是在 1987 年至 1990 年期间，因为这是 MRT 第一阶段开通的时间。这个诞生阶段证明了系统的可行性，并导致了增长阶段，该阶段一直持续到今天。根据模型，增长阶段似乎在 2050 年左右结束。如果模型是正确的，到那时，大多数系统将被建造，只剩下很少的剩余部分需要建造。该模型预测，到 2100 年，该系统将完全建成。
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