交通部署案例集/2021/威斯康星有軌電車
有軌電車（電車），也稱為無軌電車，在美國被定義為在軌道上行駛的電氣化車輛，有軌電車系統在美國的中型到大型城市中使用或仍在使用。早期的有軌電車要麼由馬匹牽引，要麼依賴於昂貴的電池。馬拉的有軌電車於1832年首次出現在美國紐約市中心的街道上。1873年，安德魯·霍利迪在舊金山發明並引入了纜車，其中有軌電車在兩條軌道之間執行的無休止的纜索上執行，並經過發電廠中的蒸汽驅動軸。[1] 1886年，威斯康星州的第一輛電動有軌電車在阿普爾頓的街道上執行。
弗蘭克·朱利安·斯普拉格是電力牽引之父，他為電力鐵路的發展做出了貢獻。他在19世紀後期開發了第一個用於無軌電車系統的電動機，他開發的電動機當時是唯一實用且可靠的電動機。與愛迪生對電燈感興趣不同，斯普拉格將注意力轉向了電動機領域。當時，有軌電車對人們生活的影響比電燈更顯著，因為幾乎所有藍領工人都需要乘坐有軌電車上班，而只有富人才能負擔得起電燈。斯普拉格首先創造了一種帶有固定電刷的恆速、無火花電機，然後他開發了一種將電力再生到電動機驅動裝置的主供電系統的方法，該方法廣泛用於電梯組的能量交換。之後，斯普拉格將電機改進為帶有三點、手推車懸掛的軸裝齒輪的電機，很快就被廣泛用於美國和海外的有軌電車系統。[2][3]
在將電動有軌電車推向市場之前，還存在其他公共交通模式。公共馬車是其中一種選擇，公共馬車是一種動物牽引的四輪馬車（通常是馬匹）。公共馬車的容量和效率取決於馬車的尺寸，但是，即使是最大的公共馬車也最多隻能容納二十名乘客。雖然公共馬車是工業革命中最重大的創新之一，但它很快就逐漸被有軌電車和蒸汽機車取代了。[4] 無軌電車系統是另一種選擇，無軌電車也由電力驅動，但它們在街道上用輪胎行駛。美國的一些城市，包括洛杉磯、亞特蘭大、芝加哥等，都安裝了無軌電車系統，但很快就改用巴士了。[5] 與其他交通方式相比，有軌電車確實有其優勢，它們提供更平穩的乘坐體驗，可以運載更多乘客，並且還可以使用清潔能源。除了乘客容量的提升外，電動有軌電車的廉價性也是其在美國流行的另一個主要原因。根據1899年發表在《科學美國人》雜誌上的文章，電動有軌電車的每英里運營成本為10.06美分，比馬拉或纜車有軌電車的每英里運營成本便宜7-8美分。[6]
由於城市人口的擴張，有軌電車系統市場在20世紀初迅速增長。房地產開發商將修建有軌電車線路來促進新的郊區社群的發展，居民們也願意搬到擁有有軌電車系統的新的郊區。隨著有軌電車的建立，人們的日常生活模式發生了變化，人們可以到更遠的地方上班和在城市購物。在華盛頓，有軌電車系統將最大的公共市場與郊區連線起來，這使得當地居民能夠獲得各種本地或海外產品，也有助於促進當地經濟的發展。到1917年，全國已建成45,000英里的有軌電車軌道，有軌電車乘客達數百萬。[7]
威斯康星州也出現了同樣的發展模式，1886-1888年間，威斯康星州的一些城市只有馬拉的有軌電車。幾年後，隨著威斯康星州各地中心發電廠的建設，該州的有軌電車市場持續增長。該州的多個城市建立了新的有軌電車系統，包括歐克萊爾、梅里爾、密爾沃基、西蘇必利爾、簡斯維爾、麥迪遜、拉克羅斯、格林貝、奧什科什、希博伊根和芳杜拉克。到1900年初，所有馬拉的有軌電車都被電動有軌電車取代。有軌電車線路的建立也導致了威斯康星州郊區的發展，例如密爾沃基的沃沃託薩和南密爾沃基，這促成了早期中心城區的形成。[8][9]
誕生階段的大多數有軌電車公司都是私營公司，例如密爾沃基電力鐵路與照明公司。州或市政府對有軌電車公司收取費用以監管其軌道安裝。由於每家公司都有自己的票價系統和運營路線與政治關係相關，因此該系統導致了效率低下的路線，從而導致通勤者長時間延遲和不適。[9]
在有軌電車的誕生階段，有軌電車通常由馬匹或電池牽引，馬拉的有軌電車在19世紀80年代得到了廣泛使用。1834年，托馬斯·戴文波特開發了一輛由小型電池驅動的、在短軌路上行駛的小型汽車。有軌電車系統直到19世紀60年代才得到發展，當時一位名叫G.F.特雷恩的美國人在倫敦開通了三條線路，在伯肯黑德開通了一條線路。然後，纜車有軌電車進入了市場。纜車有軌電車系統最適合在陡峭的山坡上執行，並在舊金山和西雅圖得到了最佳應用，這兩個城市的這種有軌電車系統至今仍在使用。然而，纜車只能以恆定的速度執行，並且如果纜索發生斷裂或卡住，將影響所有有軌電車。電動和纜車有軌電車的存在消除了馬糞和動物維護的問題。[1]
從1890年到1920年，傳統的電力有軌電車系統開始取代歐洲和美國的馬車線路，並在亞洲、非洲和南美洲的大城市出現。到1901年，威斯康星州有17家電力鐵路公司運營著446英里的軌道。電力有軌電車的增長在20世紀20年代達到頂峰，就像美國其他州一樣。軌道增長最大的是洛杉磯的太平洋電力系統，該網路擴充套件了1100英里，包含700多條線路。[9][10]
在第一次世界大戰期間，有軌電車公司遇到了財務困難，工資和材料成本增加。這導致票價上漲。與此同時，汽車的廣泛使用也衝擊了有軌電車系統。許多城市將公交系統改為公共交通工具。在美國，有軌電車在20世紀30年代開始轉向汽車和公交系統，並在1940年至1950年期間迅速發展。世界各地的有軌電車系統也呈下降趨勢，倫敦在50年代初沒有電車運營，巴黎在20世紀30年代關閉了其有軌電車線路。[1]然而，第二次世界大戰後，由於乘客數量下降、汽車擁有量增加以及更新有軌電車基礎設施的成本，美國大多數城市都放棄了有軌電車系統。[11]到1965年，只有多倫多和少數幾個美國城市仍在運營有軌電車系統以及其他大眾交通方式。
美國城市有軌電車系統的復興始於20世紀80年代後期，新線路主要用於吸引遊客和支援市中心重建。2001年，波特蘭在北美開通了第一個新的現代有軌電車系統，該系統是重建核心區域和內城社群的戰略。許多城市很快效仿波特蘭，華盛頓特區、堪薩斯城、辛辛那提、底特律等城市也正在規劃或建設自己的系統。[11]
對威斯康星州有軌電車系統生命週期的分析包括以下系統引數
- 增長率
- 拐點年份
- 發展階段
- 預測系統規模
由於威斯康星州部分地區有軌電車系統的增長不符合S曲線，且歷史資料的質量存疑，因此對上述引數的分析進行了調整。
威斯康星州有軌電車系統總軌道長度資料結合了17個城市的電力有軌電車軌道長度資料。
| 年份 | 軌道長度（英里） |
|---|---|
| 1894 | 258.38 |
| 1897 | 277.22 |
| 1899 | 288.13 |
| 1900 | 373.18 |
| 1901 | 384.08 |
| 1902 | 431.79 |
| 1903 | 449.35 |
| 1904 | 526.4 |
| 1905 | 579.6 |
| 1906 | 541.1 |
| 1907 | 832.26 |
| 1908 | 859.79 |
| 1909 | 886.89 |
| 1910 | 790.19 |
| 1911 | 809.74 |
| 1912 | 774.95 |
| 1913 | 764.45 |
| 1914 | 730.31 |
| 1917 | 747.879 |
| 1918 | 798.088 |
| 1919 | 743.258 |
| 1920 | 752.48 |
為了找到最佳擬合的邏輯斯蒂曲線，排除了1907年至1911年的資料。
威斯康星州電力有軌電車系統報告的英里數的最佳擬合邏輯斯蒂曲線如下表所示
| 引數 | 值 |
|---|---|
| S(max) | 900 |
| b | 0.119117 |
| t(i) | 1902 |
| RSQ | 0.97 |
分析總體上是準確的，但是，在1907年至1911年期間觀察到了軌道長度的一些意外增長。這種意外增長或1911年之後的下降可能是由於這段時間內公司合併造成的。
- ↑ a b c 大不列顛百科全書編輯。 “有軌電車”。大不列顛百科全書，2018年10月29日，https://www.britannica.com/technology/streetcar。2021年3月23日訪問。
- ↑ “弗蘭克·斯普拉格——電氣先驅”。Edisontechcenter.Org，2013年，https://edisontechcenter.org/FrankSprague.html。2021年3月23日訪問
- ↑ 惠蘭，M 和 W·科恩倫普夫。“有軌電車、輕軌和地鐵”。Edisontechcenter.Org，2014年，https://edisontechcenter.org/TrolleysTrams.html。2021年3月23日訪問。
- ↑ 赫普，約翰。“費城大百科全書|公共汽車”。Philadelphiaencyclopedia.Org，https://philadelphiaencyclopedia.org/archive/omnibuses/。2021年3月23日訪問。
- ↑ 大不列顛百科全書編輯。“無軌電車”。大不列顛百科全書，2015年11月2日，https://www.britannica.com/technology/trolleybus。2021年3月23日訪問。
- ↑ “電力有軌電車比馬匹更有效率”。Scientific American，2015年，https://sciam.tw/article/electric-street-cars-are-more-efficient-than-horses/。2021年3月21日訪問。
- ↑ “有軌電車之城：華盛頓特區”。美國國家歷史博物館，https://americanhistory.si.edu/america-on-the-move/streetcar-city。2021年3月21日訪問。
- ↑ “威斯康星州的大眾交通|威斯康星州歷史學會”。威斯康星州歷史學會，https://www.wisconsinhistory.org/Records/Article/CS1937。2021年3月21日訪問。
- ↑ a b c 史密斯，肯。“密爾沃基舊有軌電車系統簡史”。Urban Milwaukee，2015年，https://urbanmilwaukee.com/2015/03/31/a-short-history-of-milwaukees-old-streetcar-system/。2021年3月21日訪問。
- ↑ “太平洋電力鐵路：地圖、歷史、照片和紅色汽車”。American-Rails.Com，https://www.american-rails.com/pacific.html。2021年3月22日訪問。
- ↑ a b 馬歇爾，肖恩。“慾望的有軌電車：為什麼美國城市痴迷於建造電車？”。衛報，2015年，https://www.theguardian.com/cities/2015/feb/20/streetcars-of-desire-why-are-americans-obsessed-with-building-trams。2021年3月22日訪問。