運輸部署案例集/2021/愛達荷州有軌電車
有軌電車是一種交通方式，與其他交通方式區別開來，因為它們在具有專用路權的鐵軌上行駛（不列顛百科全書，2018 年）。它們已經由多種方法供能；最初由馬匹；然後由在道路縫隙中執行的電纜；然後隨著技術進步，由連線到架空線的電線杆。它透過不同的方法取得了重大進展，帶來了重大的社會、經濟和商業變化和發展。重要的是要注意，有軌電車和輕軌之間存在重大差異，儘管它們通常可以互換使用。有軌電車的一個重要的技術特徵是連線到架空線的電車杆，這也帶來了它的獨特性。它從連線的架空線獲取電力，併為牽引電機提供電力以執行（Dell 等，2014 年）。有軌電車有無數的優點，一些主要優勢包括它們可以行駛更長的距離以及它們的票價/運營成本更低，這兩者都對公民有直接影響。在電動有軌電車出現之前，馬拉車是一種交通方式，由於餵養和照顧馬匹的成本很高，因此其運營成本要高得多（Cameron，2017 年）。此外，由於它們是動物驅動的，因此它們的行程距離和行駛速度受到限制。由蒸汽機驅動的纜車在執行方式上也存在缺點。它向大氣中排放了大量汙染物，並且經常出現故障，導致街軌卡住（不列顛百科全書，2018 年）。與其他模式相比，電氣化有軌電車無疑是一種更有效、更便宜和更環保的選擇。它們的主要市場是需要通勤上班的人。大量市民不住在他們工作的地方，而是住在更遠的社群和城鎮。由於票價成本較低，因此有軌電車對大多數工薪階層市民來說都是可負擔的，併為他們提供了更多工作機會（博伊西州立大學，2021 年）。它們的另一個市場是旅遊業；當有軌電車開始運營時，旅遊勝地水族館的遊客數量顯著增加（博伊西州立大學，2021 年）。
美國有軌電車的歷史可以追溯到 19 世紀初，當時引入了公共馬車（馬拉公共汽車）。公共馬車是一種帶有兩軸和四個輪子的馬車，通常由兩匹馬拉動（查爾斯頓縣公共圖書館，2017 年）。它們按照預定的時間表行駛，並在預定的路線行駛。在公共馬車出現之前，乘客會步行到目的地，因此他們的體力是有限制的。公共馬車的發明節省了乘客的疲勞，並使他們能夠從一個地方運送貨物到另一個地方。與其他發明不同，公共馬車不是技術創新的結果，而是現有產品的演變結果（查爾斯頓縣公共圖書館，2017 年）。隨著新的街軌和鐵路開始發展，馬拉有軌電車成為一種更平穩、更快的選擇。由於鐵路和軌道鋪設的增長，馬拉車現在可以在特定路線運營，而不會干擾其他交通。但是，動物動力運輸存在很多問題：它們需要大量護理，需要付出巨大的努力（Cameron，2017 年），它們的糞便汙染了街道（Morris，2007 年），而且它們的運營成本很高（這意味著它們對工薪階層人士來說是遙不可及的）。1873 年，有資料稱，安德魯·哈利迪目睹了馬匹在陡峭的地形和潮溼的鵝卵石路面上掙扎著拉動馬車時的折磨，這主要促使了他蒸汽機動力系統的創新。鐵路系統是纜線驅動的，由透過縫隙並經過位於發電站的蒸汽軸的長纜線組成（不列顛百科全書，2018 年）。纜車的重大缺點之一是它們都以恆定速度行駛，因此任何發生的故障都會導致整個路線停運。此外，隨著對纜車的需求增加，需要建造更多的發電站。這需要政府和社群投入大量資金，在經濟上不可行（舊金山市政交通局，n.d.）。儘管沒有證據表明纜車在愛達荷州使用過，但纜車的侷限性促使了 1888 年電動有軌電車的發明，隨後愛達荷州於 1891 年開通了有軌電車系統（Casner，2002 年）。值得注意的是，1834 年，托馬斯·戴文波特製造了電池供電的電動機，這導致了有軌電車的電氣化（不列顛百科全書，2018 年）。電動有軌電車的執行方式與纜車非常相似，但它們透過連線到架空線的電線杆（電車杆）獲取電力，而不是由機械滑輪提供動力（Dell 等，2014 年）。
如前所述，在有軌電車電氣化之前，公眾依靠蒸汽機和蒸汽動力纜車。纜車的技術文物和創造有助於開發電動有軌電車。它們都汲取能量，但來自不同的來源，並且以不同的方式。纜車中的纜線最初由發電站中的蒸汽機驅動，但隨著電力變得越來越可用，圖 1：美國有軌電車歷史電動機已取代了一些機車的蒸汽機。然而，纜車本身沒有發動機或電機 - 與有軌電車不同，有軌電車由車載電動機提供動力，並從連線到架空線的電車杆獲取電力。由電動機提供動力的纜車並不是一種受歡迎的選擇，因為它是一種非常昂貴的替代品。值得注意的是，1834 年，當托馬斯·戴文波特研製出第一個電池供電的電動機時，他遭到了投資者的大量批評；他們說電池無法承受重量，而且它是一種不實用的電池，因為它的成本很高（卡爾斯魯厄理工學院，N.D.）。纜車的侷限性以及戴文波特的電池供電電動機促進了有軌電車的創新。此外，電力最初是透過街軌傳輸的，但由於這存在安全風險，因此架空線成為更安全的替代品（Popular Mechanics，1929 年）。
愛達荷州在電氣化創新之前，是一個依賴馬車和馬車公共汽車的州。愛達荷州的市場發展包括用有軌電車取代馬車，因為有軌電車被視為一種更“綠色”的替代方案。愛達荷州首府博伊西的有軌電車系統始於 1890 年，並在 1891 年由博伊西快速交通公司 (GrizTech，N.D.) 開始運營。這些有軌電車使用從一家名為塞普勒斯雅各布的磨坊收集的電力執行，1904 年，博伊西和城際鐵路開通，由斯沃姆瀑布大壩供電。第三家有軌電車公司博伊西谷鐵路公司開業，並開始在另一條路線運營。這三家公司都在不同的軌道上執行，但 1912 年，現有公司合併成了一家名為愛達荷牽引公司的公司 (GrizTech，N.D.)。愛達荷州最重要的利基市場之一是將人們從城市的一端運輸到另一端。隨著有軌電車系統的不斷發展，並開始在更多路線執行，市民們能夠更快、更高效地在各個地方之間旅行。當這些公司合併為一家並相互共享軌道時，有軌電車能夠“環形執行”，將許多村莊和城鎮連線在一起 (GrizTech，N.D.)。因此，愛達荷州有軌電車公司發展帶來的一個主要功能增強是，現在許多人能夠更快地在各個郊區之間旅行——在 30 到 90 分鐘內，只需花費 5 美分，尤其是在公司開始合併之後 (博伊西州立大學，N.D.)。這兩項優勢功能（更快的旅行時間和更低的成本）在馬車中並不存在，即使存在，也只有上層階級才能負擔得起。此外，隨著有軌電車公司前往更多地方並開通更多路線，市民開始在城市的其它地區定居，特別是在靠近他們工作場所或他們喜歡的郊區的地方 (博伊西州立大學，N.D.)。反過來，這又反饋到系統中，提高了有軌電車系統的功能，並激勵公司更有效地提供服務。由於有軌電車系統需求增加和質量提升（產生了規模經濟），有軌電車可以被視為一顆“神奇子彈”（Levinson 和 Garrison，2014）。
功能發現是開發市場的一個重要因素。商人開始採用新的配送系統來配送貨物和貨運。例如，肉類和水果現在從最初的畜牧場運來，進行區域性分銷，形成一個更大、更新的分銷網路，最終迫使有軌電車尺寸更大、行駛速度更快，以跟上需求 (史密森學會，N.D.)。隨著有軌電車功能的提升，它又服務於一個新的市場：旅遊業。愛達荷州一個值得注意的例子是游泳館豪宅。它成為一個非常成功的溫泉的原因是，市民們可以從他們的家鄉乘坐有軌電車前往溫泉大道，只需支付 5 美分；他們可以享受一天的旅行，並在溫泉游泳池度過一天的休閒時光 (博伊西州立大學，N.D.)。
政策在誕生階段的作用
[edit | edit source]在美國的一些地區，馬車和馬車軌道的運營由管理將有軌電車系統引入城市的同一家公司管理。在博伊西市，博伊西快速交通公司最初管理馬車，後來管理有軌電車的電氣化 (Labbe，1980)。馬車和有軌電車都在軌道上執行，由兩名乘務員操作，一人收取車費，一人操作有軌電車系統。1890 年，特許經營協議（包括公司有義務履行的責任和義務）已到位。如果他們按照協議行事，他們將被允許在不止一條路線提供服務，這將為他們提供擴充套件和規劃交通網路的機會，使市民能夠從一個地區前往另一個地區。此外，他們同意了許多有爭議的問題，以確保他們在該州的壟斷地位，並確保他們能獲得其服務的全部利潤 (Jones，2010)。因此，他們同意將收取 5 美分的固定車費，並承擔軌道周圍人行道的維護工作 (Jones，2010)。由於車費被“鎖定”在 5 美分（5 美分硬幣），有軌電車公司在有軌電車系統誕生階段發了大財，尤其是在美國通貨緊縮時期。這後來引起了與地方政府的爭執，因為有軌電車公司不願重新協商任何車費。然而，在許多特許經營協議之後，地方政府決定實施政策，規定公司必須在高峰時段提供折扣，並且必須在深夜運營以彌補車費重新協商的不足 (Jones，2010)。
有軌電車的增長/成熟和衰退
[edit | edit source]隨著城市的城市化發展，有軌電車成為人們從一個地方到另一個地方通勤的主要交通方式。隨著有軌電車系統的發展和有軌電車業務的擴張，它使房地產開發商能夠建造許多城鎮 (Cullingworth 等人，2013)。他們會投資有軌電車公司，周圍郊區的企業家將有機會發展城市的住宅和商業方面。土地投機者專門投資於有軌電車，因為這意味著他們可以影響公司為他們的社群提供服務，從而提高土地價格，發展他們的城鎮。它在城市化程序中發揮了關鍵作用，因此它們成為投資者投資的吸引人的私人企業 (Cullingworth 等人，2013)。如上所述，公共政府部門參與了關於有軌電車公司允許做什麼和不允許做什麼的協議，這些協議是透過特許經營協議達成的。有軌電車公司同意政府提出的許多條件，以確保他們在城市中的壟斷地位，因此他們在 19 世紀 90 年代初和 1990 年代初看到了巨大的增長。就在第一次世界大戰爆發之前，以及在第一次世界大戰期間，有軌電車系統仍在增長，但增長速度在下降。為了提高效率，以及跟上需求，有軌電車安裝了 8 個輪子，而不是 4 個輪子 (大英百科全書，2018)。它們還用鋼製車身替換了木製車身，包括用封閉的門替換敞開式門 (大英百科全書，2018)。儘管進行了所有這些設計變更，但有軌電車在 1920 年仍然面臨著巨大的制約。固定的車費無法與通貨膨脹相匹配，而其它交通方式（公共汽車和汽車）正在競爭。小城市的電車服務正在被公共汽車所取代，尤其是當它們執行頻率低，載重量不大時。在這種情況下，每位乘客的折舊和利息成本比一輛經常維修的載重更大的公共汽車要高得多，因此公共汽車的成本效益要高得多 (Slater，1997)。乘客選擇公共汽車而不是有軌電車的其它原因包括舒適度和更快的旅行時間 (Slater，1997)。
重新設計模式的機會
[edit | edit source]在現代，有軌電車系統將其替代品視為輕軌系統，如上所述，儘管功能類似，但輕軌系統與有軌電車具有不同的特點。19 世紀初的有軌電車系統是私人擁有的，而不是政府擁有的，儘管政府在政策和運營方面有很大的影響力。重新設計該模式的機會是政府在人口密度高的城市地區實施並擁有有軌電車系統，在這些地區，私人汽車所有權可能很昂貴。這將建立一個更大的網路，創造多種交通選擇，併為市民提供更多就業機會 (Kurtzleben，2015)。
定性分析
[edit | edit source]模型和結果
[edit | edit source]由於有軌電車是一種技術創新，它們遵循一個包含 4 個主要階段的技術週期：誕生、增長、成熟和衰退。S 曲線已開發，最適合資料以識別週期的不同階段，假設資料遵循邏輯形狀 (Garrison & Levinson，2014)。使用麥格勞電氣手冊鐵路，記錄了有軌電車的里程數，並在下表 1 中列出。用於計算測量狀態（在本例中為里程）的模型是一個三引數邏輯函式，定義為
S(t) = K/[1+exp(-b(t-ti)]
其中，技術規模與最終市場規模成正比，以下引數定義為
S(t) = 測量狀態（軌道長度）
K = 飽和狀態水平 b = 待估計係數
t = 時間（以年為單位）
t0 = 拐點時間（達到一半 Smax 的年份）
為了更輕鬆地估算以確定達到 50% 部署的年份、最終市場規模和特定係數引數，該模型被轉換為線性關係。由於任何年份的市場規模都是已知的，因此可以透過使用求解器型別的例程迭代各種 K 來根據最適合資料的曲線預測最終市場規模。如果已知 K，則可以推匯出拐點年份。
該模型產生了以下輸出
| 變數 | 值 |
|---|---|
| k | 310 |
| b | 0.310 |
| t0 | 1911 |
表 1
其中 K 值是飽和市場值（根據最接近 1 的迴歸值確定），b 值是曲線的斜率，t0 值是拐點發生的年份（最大增長的點）。
1894-1920 年愛達荷州有軌電車系統的實際長度和預測長度
| 年份 | 軌道長度（英里） | 預測軌道長度（英里） |
|---|---|---|
| 1894 | 3 | 2.16 |
| 1897 | 3.50 | 5.41 |
| 1898 | 3.50 | 7.33 |
| 1899 | 3.50 | 9.92 |
| 1900 | 3.50 | 13.36 |
| 1901 | 3.50 | 17.94 |
| 1902 | 3.50 | 23.95 |
| 1903 | 5.50 | 31.77 |
| 1904 | 35.50 | 41.76 |
| 1905 | 44.00 | 54.28 |
| 1906 | 104.00 | 69.58 |
| 1907 | 124.00 | 87.71 |
| 1908 | 137.00 | 198.43 |
| 1909 | 151.00 | 131.17 |
| 1910 | 178.00 | 155.00 |
| 1911 | 81.00 | 178.33 |
| 1912 | 81.00 | 201.57 |
| 1913 | 98.00 | 222.29 |
| 1914 | 102.50 | 240.42 |
| 1917 | 284.70 | 278.23 |
| 1918 | 303.70 | 286.05 |
| 1919 | 302.20 | 292.06 |
| 1920 | 160.20 | 296.64 |
| 年份 | 軌道英里數 | 總計 | |||||
| NEZPERCE | JEROME | BOISE | COEUR D'ALENE | LEWISTON | MILNER | ||
| 1894 | 3 | 3 | |||||
| 1897 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1898 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1899 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1900 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1901 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1902 | 3.50 | 3.50 | |||||
| 1903 | 5.50 | 5.50 | |||||
| 1904 | 5.50 | 30 | 35.50 | ||||
| 1905 | 7 | 37 | 44.00 | ||||
| 1906 | 7 | 37 | 60 | 104.00 | |||
| 1907 | 8 | 46 | 70 | 124.00 | |||
| 1908 | 9 | 50 | 73 | 5 | 137.00 | ||
| 1909 | 8 | 10 | 9 | 50 | 74 | 151.00 | |
| 1910 | 135 | 178.00 | |||||
| 1911 | 81.00 | ||||||
| 1912 | 81.00 | ||||||
| 1913 | 98.00 | ||||||
| 1914 | 102.50 | ||||||
| 1917 | 284.70 | ||||||
| 1918 | 303.70 | ||||||
| 1919 | 302.20 | ||||||
| 1920 | 160.20 | ||||||
如上所述，該模型有助於預測不同的迴圈階段，因為它近似於 S 曲線。從圖中可以看出，模型的誕生階段發生在 1894-1904 年間。儘管有軌電車於 1891 年在愛達荷州推出，但愛達荷州是一個非常小的城市，人口密度很低，因此誕生階段沒有經歷太多增長。此外，從 1905 年到拐點年份（1911 年）之間有一個明顯的指數增長時期，代表了迴圈的增長階段。從 1911 年開始，增長率呈下降趨勢，表明迴圈的成熟階段。由於該模型的 R 平方值為 0.94，T 狀態值大於 2，因此結果可以被認為具有統計意義（在 95% 的置信水平下）。然而，儘管該模型擬合良好，但它並沒有完全捕捉到實際情況。在 1905-1911 年的增長階段，軌道長度隨著年份的變化而波動，增長率下降和增加，這在 S 曲線上沒有體現出來。此外，1895 年、1896 年、1915 年和 1916 年的資料沒有記錄，它們的值是根據趨勢假設的，因此任何增長下降都不會被描繪出來，並且會引發有效性問題。
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[17] Kurtzleben, D. (2015). Everything you need to know about the streetcar craze. https://www.vox.com/2018/7/13/17570156/us-streetcartrend-public-transportation [20] "This is how some of the world's familiar..." Archived 1 January 2016 at the Wayback Machine Popular Mechanics, May 1929, pg. 750. via Google Books.