交通部署案例集/2021/印第安納州有軌電車
有軌電車（北美英語指歐洲的電車）指的是在城市街道上的有軌電車軌道上執行的鐵路車輛。[1] 有軌電車通常以單一單元執行，通常由電動機驅動。
該運輸模式的主要技術特點是使用電力。自1840年代以來，人們一直夢想著用電流傳輸來移動車輛，但由於缺乏實際技術來產生足夠的電力，因此無法實現。[2] 早期有軌電車先驅弗蘭克·斯普拉格 (1857-1934) 對有軌電車技術做出了重大貢獻，他的系統在 1888 年在弗吉尼亞州里士滿的聯合客運鐵路 12 英里的軌道上進行測試時，展現出卓越的執行可靠性和財務可行性。[2]
在電動有軌電車誕生之前，公共汽車和馬拉電車被用作主要的城市交通工具，動物每天只能工作一定的時間，而且每趟旅程只能承載少量乘客。隨著有軌電車的迅速發展，這種交通工具已在美國各地推廣。與以前的車型相比，電動有軌電車能夠容納更重的乘客負荷，這極大地降低了乘客每英里的運輸成本。較低的票價和更舒適的乘坐體驗激發了更廣泛的社會群體對公共交通工具的使用。[2]
在有軌電車誕生之前，公共汽車和馬拉電車被用作主要的城市交通工具。從 1820 年代到 1880 年代，北美城市街道上開始運營馬車客運線路。這種交通工具的設計是在兩側配備了兩排木製長凳，坐在長凳上的乘客面面相覷，與公共汽車相比，提供了更加舒適的乘坐體驗。
然而，馬拉電車的侷限性顯而易見，因為給定的動物每天只能工作一定的時間。馬匹需要晝夜不停地進行飼養、梳理、餵食和照顧，並會產生大量的糞便，導致儲存和處理的成本高昂，街道也變得骯髒。此外，馬匹有時可能會失控，導致可能發生的嚴重交通事故。因此，人們渴望找到一種經濟高效且便捷的替代交通工具。
市場的不斷發展是由於乘客對交通工具的需求體驗不佳。由於許多公司運營著馬拉電車服務，其中許多公司只有一條線路，乘客通常會遇到轉車不便和支付多趟票價的困擾。隨著新的電力技術的出現，大型公司兼併了小型企業，在城市地區壟斷了服務，並採用公司經營模式來籌集電力基礎設施投資所需的資金。[2]
由於乘客和公司對馬拉電車的體驗不佳，人們渴望找到一種新的交通工具設計技術。隨後，第一批由蒸汽驅動的機械有軌電車問世，並用於郊區有軌電車線路。這種蒸汽有軌電車的設計是在車廂內配備蒸汽機，在美國被稱為“蒸汽啞巴”。然而，人們很快發現，由於其移動速度緩慢、噪音很大，以及燃料燃燒產生的令人不快的汙染，這種技術存在侷限性。隨後，發明家採取了一些措施來防止發動機排放可見煙霧和蒸汽，包括用焦炭代替煤炭，以及使用冷凝器或過熱器來避免可見蒸汽排放。雖然這些措施部分解決了汙染問題，但這種有軌電車的主要缺點是發動機空間有限，而且這些有軌電車普遍動力不足。
有軌電車的設計隨後轉向使用纜索，有軌電車將由一根移動的鋼纜沿固定軌道拉動。纜索的移動通常由遠離車輛的“發電站”提供。[3] 第一個實用的纜車於 1873 年在舊金山進行了測試，其成功部分歸功於有效且可靠的纜索抓取裝置的發展，該裝置能夠在不造成損壞的情況下抓取和釋放移動的纜索。[4] 這種纜車能夠以更高的速度執行，而且沒有產生汙染和噪音的問題。纜車在美國許多城市安裝，到 1890 年代，在美國 16 個城市已鋪設了約 800 公里的纜索有軌電車線路。[3] 但是，由於所需的纜索系統、固定發動機、滑輪以及軌道下方的長地下拱頂結構的成本高昂，纜車遭受著高昂的基礎設施成本的困擾。纜車還需要具有高度操作技能和警覺操作員的人員，以避免障礙物和其他纜車。由於纜索在斷裂和磨損時不可避免地會損壞，因此需要定期更換整根纜索（通常為幾米）。[5]
基於電動機技術和架空線路導電方式的專業知識，烏克蘭工程師費奧多爾·皮羅茨基於 1875 年首次發明了電動有軌電車線。[6]
一旦解決電力生產和傳輸的技術問題，電動有軌電車的發明由於其便捷性和經濟性而被迅速採用。在可靠的電動有軌電車開發之後，在大多數地方，成本高昂且維護費用高的纜車系統迅速被取代。[5]
美國被稱為步行城市，因為步行是上班的主要交通方式。聯邦政府從 1840 年代初開始促進交通基礎設施建設。由於印第安納州在其他城市之前就經歷了更高的增長水平，並且在美國鐵路行業中一直是全國領導者，因此世界上第一個聯合車站於 1853 年 9 月 20 日在印第安納波利斯印第安納州的批發區開業。此外，印第安納州第一條電力有軌電車鐵路於 1888 年 8 月 30 日在南本德開通，即拉斐特街鐵路。直到 19 世紀 90 年代，印第安納州許多較大且規模不一的城市都由不同的交通公司修建了多條線路，印第安納波利斯、里士滿、科科莫等地都有有軌電車系統運營。
電動有軌電車的這項新技術帶來了大型公司的併購，吞併了較小的企業，壟斷了城市地區的交通服務，並採用公司商業形式來籌集投資電力基礎設施所需的資金。
聯邦政府從 1840 年代初開始促進交通基礎設施建設。[7] 這種政策與有軌電車孕育階段交通需求的快速增長密切相關。特許經營政策是從馬車時期開始的，後來發展到電動有軌電車的孕育階段，特許經營賦予特定公司在特定街道上運營的壟斷權。[8] 特許經營的持續使用對於有軌電車來說至關重要，因為公司必須侵佔公共道路權以在街道上鋪設軌道來運營馬車，後來又運營纜車和電動有軌電車。[8] 在 19 世紀 80 年代和 90 年代，交通行業認識到進行重組的必要性，以籌集必要的資金，併為城市公眾提供最好的服務，當時，在城市或城市地區，一家壟斷的交通公司成為美國交通的標準做法。[8]
5 美分的票價政策是從馬車時期借鑑到電動有軌電車系統的。為了換取永久特許經營權（999 年特許經營權），公司在孕育階段同意了 5 美分的票價政策。通常，一傢俬營公司根據市政當局頒發的特許經營權經營線路，特許經營權規定了公司可以在哪些公共道路上修建軌道和運營路線，以及其他規定。[8] 然後將該政策嵌入特許經營權中，公司和運營商被“鎖定”在 5 美分的政策中。
印第安納州第一條電力有軌電車鐵路於 1888 年 8 月 30 日在南本德開通，即拉斐特街鐵路。印第安納州的電動有軌電車在其他城市之前就經歷了更高的增長水平，印第安納州在美國鐵路行業一直是全國領導者。從 1902 年到 1910 年代後期，電動有軌電車取代了美國馬拉車的時期，是發展極為迅速的時期。有軌電車客運量在 1920 年代達到頂峰，從海岸到海岸的城市有 11,000 到 17,000 英里的有軌電車軌道。[9]
第一次世界大戰後，由於汽車的發明，有軌電車系統開始穩步下降。[10] 在第一次世界大戰期間，有軌電車企業由於工資和材料成本上漲而遇到了財務困難。[11] 公司受到幾乎所有市政特許經營權設定的固定票價的擠壓。政府實施的“鎖定”政策也導致了這種模式的衰落，公司被迫遵守市政特許經營權設定的固定票價。這些政策導致公司在經濟上無法進行任何線路擴充套件，導致採用成本高昂且經常失敗的線路。後來，即使政府採取了允許提高票價的行動，但到那時，汽車的使用已經普及，許多城市轉向了公共交通的公共汽車系統。[11]
由於汽車的廣泛使用，許多城市轉向了公共交通的公共汽車系統，有軌電車運營商開始感受到壓力。公共汽車的直接運營費用略高於有軌電車；但是，維護和軌道建設的鉅額費用最終使有軌電車變得不經濟。[11] 1930 年代，美國有軌電車開始被汽車和公共汽車穩步取代，這種趨勢在 1940 年代和 1950 年代加速。
有軌電車系統的重新發明可以側重於特定區域的交通運輸。憑藉現代技術，有軌電車可以提供更大的容量、更高的速度和更舒適的體驗。由於輕軌的運營不涉及溫室氣體的排放，並且提供更好的乘坐體驗，因此現在的有軌電車或輕軌通常比公共汽車更受歡迎。
使用三引數邏輯函式來生成和分析模型
S(t)=(K/([1+e^(-b(t-t_0 ) )]))
其中
- S(t) 是狀態指標（例如，軌道里程）
- t 是時間（年）
- t_0 是拐點時間（達到 1/2 K 的年份）
- K 是飽和狀態水平
- b 是係數
由於里程數是已知的，年份也是已知的，在本例中 K 是未知的。透過對 K 進行多次試驗，對 c 和 b 等係數進行了簡單估計，從而進行了一系列迴歸，模型形式如下：
Y=bX+c
其中
- Y=Ln(Miles/(K-Miles))
- X=年份
透過識別來自 McGraw 電氣鐵路手冊的資料，可以獲得軌道里程數和關聯的年份，並在下表中列出。
| 年份 | 軌道長度（英里） |
|---|---|
| 1903 | 424.5 |
| 1904 | 568.94 |
| 1905 | 690.08 |
| 1906 | 759.28 |
| 1907 | 818.38 |
| 1908 | 915.66 |
| 1909 | 919.97 |
| 1910 | 972.03 |
| 1911 | 1056.82 |
| 1912 | 1009.17 |
| 1913 | 1000.88 |
| 1914 | 1063.54 |
| 1917 | 1060.03 |
| 1918 | 1173.6 |
| 1919 | 1137.5 |
| 1920 | 1177.95 |
使用模型估計方程和進行的一系列迴歸，估計了 t_i、S_max 和 b 的值，如下所示：
| S_max | 2000 |
| b | 0.077307875 |
| t_i | 1913.223255 |
根據上圖，電動有軌電車系統在 1903 年至 1911 年期間持續增長。在 1911 年末觀察到一個突然的輕微下降，增長率在放緩，但軌道總里程仍在增長。
增長階段大約在 1903 年之前，因為印第安納州在其他城市之前很久就經歷了更高的增長水平，並且在美國鐵路行業一直扮演著全國領導者的角色。S 形曲線在 1914 年之前大體上接近線性增長，並在 1920 年之前呈下降趨勢增長。這可能是由於第一次世界大戰期間通貨膨脹和有軌電車衰退造成的。
- ↑ “有軌電車定義”。免費詞典。2018 年 2 月 19 日檢索
- ↑ a b c d 楊，傑。“基礎設施：19 世紀和 20 世紀城市美國的公共交通。”牛津美國曆史研究百科全書。2015 年 3 月 2 日。牛津大學出版社。訪問日期 2021 年 3 月 28 日，<https://oxfordre.com/americanhistory/view/10.1093/acrefore/9780199329175.001.0001/acrefore-9780199329175-e-28>
- ↑ a b 希爾頓，喬治 W. 美國的纜車。加利福尼亞州伯克利：豪厄爾諾斯書籍。（1971 年）。
- ↑ “但尼丁纜車”。2021 年 1 月 2 日檢索
- ↑ a b 厄斯金·哈扎德，《關於鐵路的觀察》，《富蘭克林雜誌和美國機械師雜誌》，第 III 卷，第 4 期（1827 年 4 月）；第 275 頁。
- ↑ Pyrgidis.C.N，鐵路運輸系統：設計、建造和運營。CRC 出版社，2016 年。第 156 頁
- ↑ 本傑明，索瓦庫爾。“美國早期的交通方式：現代能源政策制定者的教訓。”泰勒與弗朗西斯線上，2017 年 3 月 3 日，https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1016/j.polsoc.2009.01.006
- ↑ a b c d SMERK，G.（1986 年）。城市公共交通：從私有到公共再到私有化。運輸雜誌，26(1), 83-91。2021 年 3 月 28 日從 http://www.jstor.org/stable/20712890 檢索
- ↑ 貝爾，隆達。“城市如何再次擁抱有軌電車。”地鐵，2017 年 3 月 22 日，https://www.metro-magazine.com/10002970/how-cities-are-embracing-streetcars-once-again
- ↑ 格拉斯，詹姆斯。“印第安納波利斯交通史上的一個教訓：‘我們已經走了一個輪迴。’”印第安納波利斯之星，2019 年 2 月 3 日，https://www.indystar.com/story/opinion/2019/02/03/james-glass-lesson-indys-transportation-history-we-have-come-full-circle/2748776002/
- ↑ a b c 大英百科全書編輯。“有軌電車”。大英百科全書，2018 年 10 月 29 日，https://www.britannica.com/technology/streetcar。2021 年 3 月 28 日訪問。