運輸部署案例集/2021/阿拉巴馬州

引言

鐵路是一種陸地交通方式，帶有法蘭輪的車輛在兩條平行鋼軌或軌道上行駛，它將自行供電或使用機車進行推進。

與其他交通方式相比，鐵路的優勢在於其成本效率。運輸包含許多單獨的部分，將貨物從不同的地方轉移到港口，並將貨物從陸地裝上船，在運輸後，貨物也需要從船上卸到陸地。如果運輸程式的貨運量很大，其成本將遠遠超過鐵路。由於鐵路使用軌道，並且不需要與其他運輸方式共享軌道，因此可以保證運輸時間。

與卡車相比，鐵路可以運載大量貨物。資料表明，一輛雙層貨車的貨物運輸量相當於 280 輛卡車，這對於大宗貨物運輸來說要好得多。同時，與公路運輸相比，使用鐵路是環保的，資料顯示溫室氣體排放量可減少 70%。

由於對商品運輸的需求不斷增長，鐵路的開發從未停止。世界各地的行業都急需運輸，例如煤炭、散裝商品、汽車和其他重型商品。交通和物流的巨大增長也推動了鐵路的發展。

歷史

以前的運輸方式及侷限性

在鐵路發展之前，使用船隻或馬匹等動物運輸貨物是常用的方法。內陸運輸主要依靠馬匹，因為大部分道路都是維護不善的土路，人畜出行都不容易。

由於道路質量差，馬匹運輸通常給人們帶來不舒適的體驗，可能導致心率加快、出汗、頭暈、噁心和嘔吐。如果人們騎馬運輸貨物，可能會發生許多疾病。由於馬匹運輸需要馬匹拉動裝有貨物的馬車前進，因此馬車的重量也有限，因此不可能一次運載太多貨物。同時，運輸過程會被中斷，因為馬匹需要喝水、吃東西和休息，如果它們在運輸過程中受傷，則需要更長的時間才能完成旅程。

由於惡劣天氣的發生可能會對貨物造成一定程度的損壞，因此無法保證時間和貨物質量。

另一種透過水路運輸貨物的運輸方式是航運。航運要好得多，因為船舶可以同時處理大量貨物，並且航運中的集裝箱可以直接用於內陸。弊端總是伴隨著益處。由於航運高度依賴於海洋和天氣，因此航程的時間和路線都是可變的。. 限制還包括旅途中人員的風險，因為他們無法與內陸人員聯絡，並且必須處理任何緊急情況。

人們希望更快、更安全地運輸貨物，基於馬匹運輸和船舶運輸的缺點，發展的決心改變了歷史。一旦鐵路發明出來，它就為人們開闢了一個全新的世界。運輸時間大大縮短，貨物可以以固定的時間表以安全的方式進行運輸，人們發現他們的國家，甚至世界，似乎比以前更小了。

技術特徵

首先，鐵軌是用木材製成的，非常脆弱，隨著鋼鐵生產技術的不斷發展，金屬被應用到鐵軌上，這是 1760 年代對其最重要的補充。

此外，鐵路最重大、最具戲劇性的發展是蒸汽的應用。在工程師詹姆斯·瓦特之前，蒸汽只被用於水泵，沒有人發現它的其他用途，詹姆斯透過使用高壓活塞改變了整個局面，然後理查德·特里維西克於 1802 年發明了第一臺蒸汽機車。

1804 年和 1808 年，不同版本的機車被髮明出來，這項技術隨後被應用於鐵路，帶來了巨大的改進。1812-1813 年，第一條使用蒸汽機驅動的商業鐵路開通。

從發明和發展機車到在鐵路中使用機車，以及不斷修改發明以找到最佳解決方案，整個過程都要歸功於化學家和工程師。使用基本原理，經過多次嘗試來開發技術，最終獲得高質量的成果，這是發明的唯一途徑。

從使用馬匹在軌道上拉動馬車到鐵路使用蒸汽機進行操作，驅動力是人們渴望擺脫控制馬車並使運輸更有效率的願望。鐵路的發明不僅可以運輸乘客和貨物，還可以將郵件從一個地方運送到另一個地方，這也為郵局提供了改進的機會。

此後，運輸革命和鐵路的巨大發展很快席捲全球。1879 年，德國工程師維爾納·西門子發明了第一條電力鐵路。當時，電力鐵路可以承載短途旅行的乘客。

早期市場發展

美國鐵路的歷史年份幾乎與這個國家相同，必須承認，鐵路是這個國家繁榮最重要的原因之一。

追溯到 1815 年，約翰·史蒂文斯上校獲得了在北美建設新澤西鐵路公司的第一份特許狀，該鐵路於 1832 年建成。蒸汽機車也在該國的鐵路線上進行了測試。

從一開始，早期鐵路就只用於運輸貨物。一個例子是美國的第一條鐵路，馬薩諸塞州的花崗岩鐵路。這條 3 英里的鐵路的作用是運輸用於紀念碑專案的石板。

隨著人們發現鐵路的成本和時間節省優勢，以及一次運輸大量貨物的便利性，越來越多的鐵路專案開始啟動。軌道技術發展到可以承載更多貨物，同時，一些鐵路也能夠成為乘客在各州之間旅行的角色。莫霍克和哈德遜鐵路將奧爾巴尼的哈德遜河與斯肯尼克塔迪的莫霍克河連線起來，與伊利運河共享客貨運輸市場。

鐵路功能的改進，如提高軌道質量和升級集裝箱，以及發現新功能的增強，如將服務群體從為商人運輸貨物擴充套件到所有旅行的乘客，都能吸引更多人參與這個行業，並使其發展更快、更好。

“誕生階段”的政策

在鐵路發展的早期階段，它並沒有取代航運在運輸領域的應用，但隨著可靠的高速運營成果的出現，證明了鐵路在該行業擁有光明的前途。鐵路發展的一個重要里程碑是 1846 年賓夕法尼亞州立法機構頒佈的賓夕法尼亞鐵路公司章程。該法案旨在規範城市的職能，並結合城市與鐵路發展，為鐵路制定了長期的發展規劃。

政府必須對鐵路發展有一個清晰的認識，制定鐵路總體規劃，才能看到鐵路成功誕生的階段。

“增長階段”中的公共和私營部門

資料顯示，1860 年的鐵路數量比早期階段增加了三倍以上。隨著技術的快速發展，鐵路作為社會發展的見證者也獲得了巨大的增長。由於對鐵的需求，政府決定開始完成橫貫金州大陸鐵路的計劃。在這種情況下，公共部門扮演著至關重要的領導角色，不可替代地控制著發展方向。在演變過程中，及時做出正確的決策至關重要。

對於私營部門而言，在聯邦政府制定官方計劃的情況下，投資者將有雄心和信心在該行業投入更多資金，從而使系統保持迴圈。僅在 1850 年，投資者就投入了 3.72 億美元用於鐵路建設。

另一方面，反對者可能會不同意鐵路的發展，這可能會對鐵路產生一些負面影響。由於鐵路和其他運輸方式之間的市場衝突，政府必須平衡這些行業，並考慮鐵路的整體戰略規劃，使其沿著正確的軌道發展，並且隨著時間的推移，正確的發展方向將得到驗證。

重塑運輸方式的機會

在成熟期，鐵路似乎達到了其侷限性，需要做出一些改變來更好地適應市場。鐵路無法運輸兩大洲之間的商品。同時，使用鐵路運輸一些客戶貨物在經濟上也不划算，導致一些公司減少了鐵路運輸的參與度。該行業應該找到一種方法與這些客戶貨物公司合作，找出合作方式，例如將來自幾家公司的貨物裝入同一個集裝箱中，以降低成本，吸引客戶。

一些技術也已應用於鐵路。鐵路安全性和效率的提升，例如智慧感測器、先進的燃油管理系統、列車正線控制和自動檢測裝置，都有助於提高鐵路服務和體驗。為了滿足市場需求，鐵路必須將更多技術融入其中，吸引更多業務，實現擴張。

阿拉巴馬州有軌電車網路的定量分析

生命週期模型

如生命週期圖所示，該圖展示了美國阿拉巴馬州 27 年間軌道里程的變化趨勢，包括誕生階段、成長階段和成熟階段。在每個階段，外部市場環境、公共部門政策以及鐵路使用的技術都會隨著時間而變化。

1894 年至 1920 年的軌道里程原始資料。

年份	軌道里程
1894	246.9
1895	231.3
1896	215.7
1897	200.1
1898	208
1899	168
1900	196.38
1901	168.2
1902	180.7
1903	207.13
1904	244.12
1905	251.68
1906	243.03
1907	273.68
1908	240.43
1909	284.43
1910	281.23
1911	312.01
1912	269.56
1913	284.47
1914	363.58
1915	364.67
1916	365.75
1917	366.84
1918	366.89
1919	365.54
1920	365.98

為了確定選定時間段內鐵路的各個階段，我們將使用 S 形曲線來預測阿拉巴馬州鐵路軌道里程的生命週期，並採用數學方法進行預測。以下公式將詳細解釋該過程。

$S(t)={\frac {K}{1+e^{-b(t-t_{0})}}}$ 其中，S(t) 表示技術規模（軌道里程），

K 表示飽和狀態水平，

t 表示時間（年），

b 表示係數，

t₀ 表示拐點時間（下降點）

因此，使用 K 和 b，可以將任何給定年份 (t) 代入 S 形曲線方程以求出軌道里程。

引數	值
K	450
b	0.076847317
t0	1901.137684

阿拉巴馬州有軌電車網路的生命週期

如圖所示，可以看出阿拉巴馬州的實際里程經歷了一段波動期，這可能是由於收集資料的丟失造成的。實際里程和預測里程的總體趨勢均為上升。1914 年，軌道里程達到峰值，隨後下降，並逐漸趨於平穩。