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運輸部署案例集/2018/悉尼火車

來自華夏公益教科書,開放的書籍,開放的世界

悉尼的火車網路自1855年誕生以來一直是該地區社會經濟發展的支柱。 擁有地下核心,815公里的軌道和8條都市線路上的178個車站,悉尼火車在其使用壽命中已為超過220億名乘客提供服務。 目前,悉尼地鐵西北線將於2024年投入運營,並計劃在未來將擬議中的西悉尼航空城連線到網路網格[1]

本報告旨在分析悉尼火車的歷史生命週期。 這將包括其首次部署的背景,以及在其適應新的市場和技術發展時對其網路進行的任何重大更改。 然後將進行定性和定量分析,並根據交通方式中存在的典型增長下降趨勢進行觀察。 透過多年來的客運資料,與詳細說明多年來預期客運量的物流三引數函式進行直接比較將有助於確定出生、增長和成熟的精確日期。 然後,最佳擬合曲線的引數將表明悉尼火車增長的正常性,並詳細說明引數給出此類值的解釋。

為了更好地理解為什麼修建第一個火車網路,需要了解技術創新和市場需求,或者缺乏這些需求。 以下運輸方式詳細說明了大悉尼地區的當前展望

水上運輸

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水上運輸是 19 世紀初運輸貨物和人員最重要的方式。 河流系統和港口為繁榮的市場提供了基礎。 由於悉尼港周圍的土地無法耕種,人們便在肥沃的地區上游遷移[2]。 巴拉瑪塔和溫莎等小定居點發展起來,其中一些定居點進一步深入到霍克斯伯里尼皮安河系。 這些地區種植的食品和作物隨後被運向下游到城市[3]。 這導致市場發展和貿易建立。 然而,當時的水上運輸由於旅行時間過長而不足以進行日間旅行。 據記載,從悉尼港到巴拉瑪塔的上游帕拉瑪塔河需要 12 個小時,遠超過其預定的 5-6 個小時。 也就是說,隨著 1831 年蒸汽船的引入[4],以及所有方向上不斷擴張的繁榮社群,沿海航運不僅開通了沿海地區(獵人谷)的航線,還開通了海外航線。 傑克遜港的深水和作為樞紐的中心地位使其成為南太平洋最大的海港。 這意味著即使在 19 世紀中葉鐵路引入之後,水上運輸仍然是悉尼早期社會經濟增長的基石。

陸地運輸

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由於圍繞水上運輸的市場蓬勃發展,這導致對陸地運輸的總體需求不足。 此外,尚未開發的創新意味著陸地運輸質量低下,並且經常落後於其水生對應物[5]。 19 世紀初的常見交通方式是沿未開發道路行駛的馬車。 1814 年,在悉尼和里士滿之間開通了常見的驛車服務,用於運輸貨物和乘客。 1821 年,從悉尼到巴拉瑪塔的路線使用了進口的英國驛馬車。 這種交通方式不可靠,因為馬蹄和木製車輪在碎石軌道上行駛不好,導致經常發生故障和事故。 這項服務不僅不可靠,而且價格昂貴。 從悉尼到巴瑟斯特的單程票價需時 23 天,費用為 4 英鎊。 必須指出的是,普通工人的週薪為 5 先令,1 英鎊為 20 先令。 這突出了價格差異和陸地運輸的高成本。 悉尼鎮的中心化意味著大多數商品交易必須在城市內進行。 這將意味著需要可靠的方式將商品從生產力強的大悉尼及其周邊地區運往這裡。 儘管動力工業化,從驢、公牛和馬等有機資源轉向煤炭和石油等燃料來源,但陸地運輸直到鐵路引入後才出現任何工業創新。

社會經濟概況

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由於悉尼周邊地區土地無法耕種,人們被鼓勵沿著河流系統遷移。 由於船隻和拖船的半可靠運輸,悉尼的大部分經濟依賴於其河流系統。 放寬了十九個郡的土地限制,允許蹲點者將羊和牛從邊界趕走。 繁榮的貿易市場導致建立了巴拉瑪塔和溫莎等定居點,這些城市中心遠離城市。 這樣,河流系統為悉尼的城市擴張提供了最初的骨架。 1831 年,蒸汽船索菲婭·簡號開通了與獵人谷、紐卡斯爾和海外其他定居點的貿易。 第二艘蒸汽船驚喜號在巴拉瑪塔和悉尼之間運營。 優質羊毛、農作物和牲畜的生產是悉尼經濟的驅動力,直到 1851 年淘金熱。


火車可以有效地大量運輸貨物或乘客。 對其行駛方式(軌道)的完全控制意味著火車在其自身網路中非常孤立。 這使得可以可靠地預測時間表並最佳化鐵路網路的利用。 火車在能量和空間效率方面優於機動車輛。 每人移動所需的能量少得多,所需的佔地面積也少得多。 此外,火車不易發生擁堵。 然而,大量湧入的乘客會導致擁堵。 這將增加卸貨和裝貨時間,從而減緩火車速度。 時間表很嚴格,當時間表安排得無法承受延誤時,就會對其他線路產生影響。 這將造成時間表衝突,導致大規模延誤和時間表永久性地落後於進度。

第一條鐵路的規劃始於 1840 年代,其目標是將悉尼港與內陸定居點戈爾本連線起來。 第一階段由悉尼輕軌和鐵路公司於 1850 年至 1855 年間修建,於 1855 年 9 月 26 日開始運營。 這條軌道在悉尼和巴拉瑪塔之間執行,並在紐鎮、阿什菲爾德、伯伍德和霍姆布什設有中間車站[6]

鐵路的目的是提供一種將貨物從城市中心運往城市的大規模運輸方式。 由於馬車不可靠,而蒸汽船的進入區域有限,因此鐵路在市場上佔有很強的優勢。 直到 1890 年第一條僅供平民使用的鐵路(北岸)建成後,才完全接受了客運市場。 鐵路導致了悉尼發展中的地理變化。 它見證了人口沿著鐵路路線重新分配,吸引了中間車站周圍的熱點地區。 隨著線路擴充套件到彭里斯(1862 年)、坎貝爾敦(1858 年)和里士滿(1864 年),悉尼的火車網路為其人口提供了骨架。 這種趨勢的遺蹟至今依然存在。 政府最初的目標是降低鐵路的資本成本,因為他們已經清楚地認識到鐵路對悉尼經濟的積極影響。 大部分軌道和庫存必須從英國進口,但到 1880 年代,它們已經在當地製造。 這導致了線路迅速擴張,深入到內地。

修建第一條鐵路需要整合基本要素和現有的創新。 以下是早期鐵路建設中採用的創新列表

  • 蒸汽技術
  • 軌距標準
  • 鐵匠技術
  • 房地產
  • 市場規劃

從一開始,所有機車都使用蒸汽機。除了輪船之外,悉尼人還沒有接受蒸汽技術。陸地運輸依靠動物牽引,汽車尚未發展。此外,鐵軌的使用使火車能夠完全控制自己的行進方式。鐵軌比土路更加可靠,並且能更好地應對重負荷的分配。這意味著火車比汽船和貨車更可靠,能運載更多的貨物。電動機的發明和英國的首次應用,其趨勢席捲了悉尼。

增長週期

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與所有其他交通方式一樣,悉尼鐵路系統在其運營的 163 年中也經歷了自己的增長週期。這個增長週期可以分為三個階段:誕生階段、增長階段和成熟階段。本報告的這一部分旨在將基礎設施的建設和政策的變化與每個階段的典型屬性聯絡起來。將給出附著日期的估計。但是,這將在報告的後面進行定量分析。

誕生階段

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修建鐵路的第一份提案出現在 1841 年。然而,直到 1848 年 1 月 24 日釋出的測量員報告中,長途鐵路的前景才得以實現。該報告詳細說明了幫助農民和牧民將他們的產品運往悉尼港的目標。此外,一條延伸的鐵路將允許進入大部分未開發的國家進行定居。因此,在悉尼輕軌和鐵路公司的專案指導下,建設於 1949 年開始。在這個階段,誕生的第一個影響顯而易見。缺乏政府關於鐵路建設的政策,無論是由軌距標準還是枕木間距,都導致了無數的延誤和範圍變更。其中一個例子就是軌距在專案進行到中途時從愛爾蘭標準(寬度 1.6 米)改為英國標準軌距(寬度 1.44 米)[7]。再加上工程師的不斷更換和資金不足,意味著該公司越來越依賴殖民政府的資金。這導致了現在悉尼鐵路公司在 1955 年 9 月 3 日被政府收購。在誕生階段發生的此類事件很常見。由於缺乏駕馭新技術的經驗,計劃和預見中的錯誤是不可避免的。

由於規劃不當,還出現了其他問題。中央終點站建在城市邊緣。這意味著馬拉公共汽車和計程車必須滿足往返於熱門的海港環形碼頭的“最後一公里”交通需求。工程師約翰·惠頓將終點站延伸到城市範圍內列為未來專案中的首要任務。他的提案包括在聖詹姆斯教堂、海德公園附近建立一個車站,這讓許多居民感到惱火。儘管遇到了挫折,第一趟列車於 1855 年 9 月 26 日“十一點二十”從終點站出發。

第二條提議的線路是為了將大分水嶺上的定居點與悉尼連線起來。然而,緩慢的建設和高昂的成本損害了該專案的成功。鑑於預計仍有許多鐵路有待建設,政府的政策變成了降低每個專案的資本成本。此時,大多數枕木和軌道都是從英國進口的。為了降低成本,政府的計劃重點發展基礎設施來建造鐵路部件。這導致大多數鐵路部件在 1880 年代成為當地採購的。

1872 年 5 月,亨利·帕克斯再次當選為總理,為鐵路網注入了新的樂觀情緒。他與他的公共工程部長詹姆斯·蘇格蘭承認鐵路對於改變社群的社會和經濟面貌至關重要。鐵路將為定居提供土地[8]。銷售這些土地將產生收入。此時殖民政府的重點仍然是通往大型內陸殖民地的貨運線。截至 1881 年 3 月,有一條線路通往

  • 古爾本(220 公里)
  • 藍山/拉格蘭(215 公里)
  • 黑鎮至里士滿(26 公里)
  • 北線連線到獵人谷和紐卡斯爾(168 公里)

增長階段

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採用郊區市場是增長的一個明確跡象。隨著城市開發商對潛在的新郊區線路施加壓力,這個市場利基得以實現。必須說,在這一點上,所有鐵路工程都是由殖民政府進行和維護的。然而,由於農村利益,對郊區線路的提案被拒絕了。這種情況在 1889 年的經濟蕭條中發生了改變,經濟平衡從農村城鎮轉移到城市。第一條僅限郊區的鐵路於 1887 年招標;一條從霍恩斯比到米爾森角的線路。服務從 1890 年 1 月 1 日開始從霍恩斯比到聖萊昂納德段,最後一部分到米爾森角段於 1893 年 5 月 1 日開通。

淘金熱帶來的人口激增,到 1890 年人口增加到 500,000 人,以及經濟格局的改變,為郊區鐵路帶來了繁榮。由於大多數居民居住在有鐵路的郊區,因此重點是擴充套件現有線路,分支到其他郊區。因此,以下鐵路線路相繼建成

  • 伊拉瓦拉線,從雷德芬到基亞馬。第一段至赫斯特維爾,1884 年 10 月 15 日,至沃特福德段,1886 年 3 月 9 日
  • 班克斯鎮線,從悉尼漢姆和貝爾莫爾,1895 年 2 月 1 日[9]
  • 私人線路,從克萊德樞紐到玫瑰山,1888 年 11 月 17 日,並延伸到卡靈福德,1901 年 8 月 1 日。

此外,通勤旅行的創新在 1877 年看到了從美國進口的類似於沙龍的客車。在接下來的 50 年裡,9 個不同的供應商生產了 659 輛這樣的客車,為鐵路提供服務。

郊區旅行的繁榮為網路帶來了問題。由於鐵路為貨運和郊區列車提供服務,因此必須採取措施提高這些線路的通行效率。格萊布島被提議作為運輸和鐵路運營設施的樞紐,一條從夏季灣到懷特灣和羅茲爾的雙軌貨物線。因此,下面給出了有關工程的詳細資訊

  • 從弗萊明頓到坎普西的城際貨物線(1916 年 5 月 11 日)
  • 從皮皮塔的屠宰場支線(1911 年 5 月 31 日)[10]
  • 達爾維奇山到格萊布島/羅茲爾(1916 年 5 月 25 日)
  • 機車庫和編組場恩菲爾德(1923 年 1 月 23 日)
  • 羅茲爾到達令港(1922 年 1 月 23 日)

20 世紀 20 年代初看到了火車創新的最新成果:電動火車。這些火車給出行時間帶來了微不足道的改進,但在市場上被視為鐵路網的進步。從美國引進的第一個電氣化服務於 1926 年 3 月 1 日從中央車站到奧特利開通,隨後在從博物館到聖詹姆斯的城市環線進行了進一步的開發。

成熟階段

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由於戰爭的努力,鐵路的建設在 20 世紀後期的大部分時間都停滯不前。電氣化仍在繼續進行到所有郊區線路,而且幾乎沒有提案建議擴充套件現有系統。電氣化的範圍擴充套件到都會區的郊區:

  • 鮑恩福爾斯,1957 年 6 月
  • 戈斯福德,1960 年 1 月
  • 臥龍崗,1986 年 2 月
  • 基亞馬,2001 年 11 月

鐵路系統最顯著的改進來自創新,這些創新帶來了更有效地利用空間和能源。雖然該系統第一次電氣化是在 1926 年,但到了 1950 年,技術已經發展到過時的設施已經無法滿足日益增長的需求的地步。大多數系統都不得不進行升級。

此外,雙層 U 型車隊於 1969 年投入使用。與單層車相比,這些車輛的運載能力有所提高,從而使每列火車能運載更多乘客。對城市環線的升級提高了列車從一條郊區線路到下一條郊區線路的迴圈利用率。由於悉尼火車系統的徑向迴圈性質,這一點非常重要。列車現在可以在終止後立即繼續服務。

增長週期的再生

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澳大利亞在 1970 年至 1975 年期間經歷了經濟衰退。這導致了高失業率和通貨膨脹的加劇。隨著人們失去工作,鐵路等交通系統不堪重負,通勤旅行經歷了大幅下降。然而,1972 年看到了管理結構的改革,鐵路出現了一種平等主義運動,挑戰了傳統組織中的地位標記和階級區別(根據新南威爾士州運輸遺產)。這將是一個持續變化的時期,從公共交通委員會到州立鐵路局,最終到新南威爾士州鐵路公司(RailCorp)[11]。物流運營現已與基礎設施和軌道工程分離,貨運服務已私有化。這以及政府精簡和削減過度支出的政策降低了票價,從而鼓勵通勤者再次乘坐火車出行。管理機構的改革和鐵路網路的擴充套件使該網路重煥生機。這段時間的擴張如下:

  • 東郊鐵路(1979 年)
  • 東山至格倫菲爾德(1987 年)
  • 坎貝爾鎮至布萊克鎮的坎伯蘭線服務(1996 年)
  • 奧林匹克公園環線(1998 年)
  • 悉尼機場線(2000 年)
  • 埃平至查茨伍德(2009 年)
  • 西南鐵路連線線(2015 年)

隨著悉尼地鐵西北線和悉尼地鐵中央商務區等未來專案的建設,該網路尚未成熟,預計在可預見的未來需求將會增加。2015 年火車乘客量的激增以及每年通勤者數量增加的趨勢證明了這一點。

定量分析

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以下資料詳細說明了悉尼火車在其最初的 161 年壽命中乘客的年度客流量。資料始於 1855 年,結束於 2016 年。

年份 年度客流量(百萬) 預測客流量(百萬)
1855 0 3.74
1856 0 3.90
1857 0 4.07
1858 0 4.24
1859 0 4.42
1860 0 4.61
1861 0 4.81
1862 0 5.01
1863 0 5.23
1864 0 5.45
1865 0 5.68
1866 0 5.92
1867 0 6.17
1868 0 6.44
1869 0 6.71
1870 0 6.99
1871 1 7.29
1872 1 7.60
1873 2 7.92
1874 2 8.25
1875 3 8.60
1876 3.3 8.97
1877 3.7 9.34
1878 4.1 9.74
1879 4.5 10.15
1880 5 10.57
1881 5.3 11.02
1882 5.7 11.48
1883 6.1 11.96
1884 6.5 12.46
1885 7 12.98
1886 7.4 13.52
1887 7.7 14.08
1888 8.1 14.67
1889 8.6 15.27
1890 9 15.91
1891 9.5 16.56
1892 10.1 17.25
1893 10.7 17.96
1894 11.3 18.70
1895 12 19.46
1896 13 20.26
1897 14.1 21.09
1898 15.3 21.95
1899 16.6 22.84
1900 18 23.77
1901 19.9 24.73
1902 22.1 25.73
1903 24.5 26.76
1904 27.1 27.83
1905 30 28.95
1906 32.2 30.10
1907 34.6 31.30
1908 37.2 32.54
1909 40 33.82
1910 43 35.15
1911 48.3 36.53
1912 54.3 37.95
1913 61 39.43
1914 68.3 40.95
1915 77 42.53
1916 81.6 44.16
1917 86.5 45.84
1918 91.7 47.58
1919 97.2 49.38
1920 103 51.24
1921 105.8 53.15
1922 108.8 55.12
1923 111.8 57.16
1924 114.8 59.25
1925 118 61.41
1926 121.4 63.64
1927 124.9 65.93
1928 128.5 68.28
1929 132.2 70.70
1930 136 73.18
1931 138.7 75.74
1932 141.4 78.36
1933 144.2 81.05
1934 147.1 83.80
1935 150 86.62
1936 153.8 89.52
1937 157.7 92.47
1938 161.7 95.50
1939 165.8 98.59
1940 170 101.75
1941 180.4 104.98
1942 191.5 108.27
1943 203.3 111.62
1944 215.8 115.03
1945 229 118.51
1946 232.1 122.04
1947 235.3 125.63
1948 238.5 129.28
1949 241.7 132.98
1950 245 136.74
1951 249.1 140.54
1952 253.2 144.39
1953 257.4 148.28
1954 261.7 152.21
1955 266 156.19
1956 263.5 160.19
1957 260.9 164.23
1958 258.4 168.30
1959 256 172.40
1960 252.5 176.51
1961 252.7 180.65
1962 257.8 184.80
1963 263.8 188.96
1964 261.7 193.13
1965 257.6 197.30
1966 255.3 201.47
1967 253.3 205.64
1968 248.5 209.80
1969 252.6 213.95
1970 254.8 218.09
1971 230.7 222.21
1972 201.2 226.30
1973 198.5 230.38
1974 190.9 234.42
1975 179.5 238.43
1976 181.1 242.41
1977 180 246.35
1978 179 250.24
1979 204.9 254.10
1980 207.8 257.91
1981 216 261.66
1982 202.9 265.37
1983 198.9 269.03
1984 197 272.63
1985 214.9 276.17
1986 220.6 279.65
1987 242.6 283.07
1988 246.1 286.43
1989 248.4 289.73
1990 251.6 292.96
1991 243.8 296.13
1992 229.8 299.23
1993 234.8 302.26
1994 249.6 305.23
1995 256.4 308.13
1996 264.7 310.96
1997 266.5 313.73
1998 270.5 316.42
1999 278.7 319.05
2000 293.1 321.61
2001 267.1 324.10
2002 263.7 326.53
2003 263.6 328.89
2004 259.9 331.19
2005 261.9 333.42
2006 269 335.59
2007 283.3 337.69
2008 292.2 339.73
2009 289.1 341.72
2010 294.5 343.64
2011 303.5 345.50
2012 306.2 347.30
2013 315.1 349.05
2014 326.5 350.74
2015 361.1 352.38
2016 385.9 353.96

使用三引數邏輯函式對悉尼火車進行歸一化。這表示為

S(t)=K/(1+e^((-b(t-t_0 )) ) )

其中

  • K = 飽和狀態水平
  • b = 線性迴歸模型中自變數 X 的係數
  • t = 時間
  • t0 = 拐點時間

使用線性迴歸模型來估計 K、b 和 t0。使用的方程式是

  • Y=bX+c
  • Y=LN((年度客流量 )/(K-年度客流量))

使用 Excel,使用 K 的變數值來找到最佳估計。使用最小二乘法的定義來找到最佳擬合的 K(由 Rsquared 定義)。Rsquared 越接近 1,統計模型就越好。下表是推匯出的變數的摘要。

變數
K 395.1
b 0.04225
Rsquared 0.8366
t0 1965.06

從這裡可以預測乘客量的預測趨勢線。下圖顯示了實際乘客量與預測乘客量的對比圖。

S 曲線

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悉尼火車在其生命週期中的年度客流量

預計飽和狀態 K 水平將接近新南威爾士州交通運輸局收集的實際值。邏輯函式考慮了整個系統的壽命,從而試圖對異常趨勢和異常值進行歸一化。Rsquared 值為 0.8366,表明曲線擬合效果一般。這是由於 1970 年以後出現了非同尋常的增長趨勢。成熟後階段,即增長曲線的再生,不符合標準的 S 曲線。透過省略 1955 年以後的資料,可以生成 Rsquared 值為 0.976。在改革和貨運部門私有化給系統帶來新活力之前,悉尼火車正在接近成熟狀態。更好的方法是將悉尼火車的壽命分為兩個時期,改革前和改革後。三引數邏輯函式適用於改革前,而建議在改革後使用具有新梯度 A 的對數函式。

分析上面的 S 曲線和資料點可以確定每個階段在增長週期中的固定日期。

階段 年份
誕生 1855
增長 1910
成熟 1955
增長再生 1975-


參考文獻

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  1. https://www.transport.nsw.gov.au/system/.../sydney-trains-annual-report-2016-17.pdf
  2. https://dictionaryofsydney.org/entry/transport
  3. http://docs.wixstatic.com/ugd/367ea5_684bdddc1d2f429f8b46c61565dbfcf6.pdf
  4. http://myplace.edu.au/decades_timeline/1830/decade_landing_17_1.html?tabRank=4&subTabRank=2
  5. https://dictionaryofsydney.org/entry/the_railways_of_sydney_shaping_the_city_and_its_commerce
  6. 悉尼詞典,塑造城市及其商業,https://dictionaryofsydney.org/entry/the_railways_of_sydney_shaping_the_city_and_its_commerce
  7. http://docs.wixstatic.com/ugd/367ea5_3d5a91f5d2a540418e11d75089cc766a.pdf
  8. R Lee,殖民地工程師:約翰·惠頓 1819-1898 和澳大利亞鐵路的建設(悉尼:澳大利亞鐵路歷史學會,2000 年),217
  9. http://docs.wixstatic.com/ugd/367ea5_7deb00be334f433f9d75620a09afd66e.pdf
  10. 內維爾·波拉德,“屠宰場線的歷史”,澳大利亞鐵路歷史學會公報,36,第 571-2 號(1985 年 5 月-6 月)
  11. http://docs.wixstatic.com/ugd/367ea5_4da4d3302fb84455866c39caa8a37cfe.pdf
華夏公益教科書