運輸部署案例集/2022/阿爾伯塔
有軌電車是現代城市輕軌車輛的前身。 它們由電力驅動，在城市和郊區地區軌道上執行，主要（如果不是全部）用於運輸付費乘客。 加拿大的系統引進在某種程度上反映了 19 世紀後期美國的情況。
有軌電車的益處和優勢在與先前交通方式對比時體現得最為明顯。 Ball (1991) 指出，19 世紀 60 年代，蒙特利爾等較大的加拿大城市開始使用馬拉的有軌電車。 這些車廂包括春季使用的木輪車廂，這些車廂在泥濘中行駛，夏季使用的軌道車廂，以及冬季使用的雪橇 (Ball 1991)。 類似的技術可能將是阿爾伯塔城市唯一的選擇。
馬拉的有軌電車在木輪上行駛時對乘客來說很不舒服，這些車廂後來被金屬輪車廂取代，這些車廂在軌道上行駛 (Ball 1991)。 但是，這些車廂仍然存在著明顯的動物糞便處理和管理問題。
Ball (1991) 還指出，在此期間，傳統鐵路更加骯髒，會產生煤煙和煙塵，此外還需要專門的專用通道。 當時沒有可行的私人交通方式（汽車），這意味著存在一個市場細分，需要一種更清潔、更地方化的替代方式來服務不斷增長的加拿大城市郊區。
纜車似乎是馬拉有軌電車的第一個真正替代品。 但是，(Gregersen and Britannica Educational Publishing 2011) 認識到，它們最適合具有陡峭山坡的地形，並且在這些地形中，由於持續移動的鋼纜被夾住以使纜車移動，因此與車輛的固定速度相關的服務問題不存在。 這些系統也具有很高的資本成本，而且在加拿大從未使用過 (Ball 1991)。
電力驅動馬達的應用和相關配電基礎設施的推出，可以認為是導致電動有軌電車發展的關鍵技術進步。 軌道和車廂等硬體將作為鐵路發展的一部分得到支援。 在 19 世紀 80 年代後期開發的多種系統架構中，弗蘭克·斯普拉格在弗吉尼亞州里士滿實施的系統成為“主導系統”(Ball 1991)。
作為馬拉系統的一種演變，第一輛電動有軌電車在尺寸和乘客舒適度方面類似。 馬匹 (或馬匹) 可以拉動的重量決定了這些車廂的設計。 隨著人們認識到這些限制不再適用，有軌電車變得更長，更豪華，並配備了座椅和封閉的乘客空間 (Ball 1991)。 鑑於阿爾伯塔城市的冬季溫度，有軌電車技術的這種成熟將使有軌電車系統對當地社群更具吸引力。
Ball (1991) 還指出，在蒙特利爾，有軌電車配備了“暴風雪窗戶”和防雪裝置。 可以合理地假設，阿爾伯塔的有軌電車運營商可以使用這些功能。
引入了票務創新來支援有軌電車運營。 Ball (1991) 描述了 PAYE (即付即上) 票務的引入，以支援更快的乘客登車。 據推測，先前的系統要求乘客在登車前購買車票。
電動有軌電車最初是為了取代馬拉的先行者。 對於阿爾伯塔的較小城市來說，有軌電車使得實施可行的公共交通系統成為可能 (Ball 1991)。 郊區通勤者的出現，這些居民住在城市核心以外的地區，而城市核心是就業中心，有軌電車使得這些郊區的出現成為可能。 這支援了其他環境變化，包括加拿大經濟增長，低密度地區定居點增加以及自然資源開發 (Stelter and Artibise 1982)。
阿爾伯塔的有軌電車系統的誕生以市政府的作用為特徵。 卡爾加里和埃德蒙頓在東部城市之後啟動了系統，並且這些系統歸地方政府所有 (Ball 1991)。 這意味著很難在阿爾伯塔的背景下確定先前的模型，並且管理有軌電車系統運營的明確政策很可能是從加拿大東部城市或美國的政策中改編而來的。
一項可能促進了阿爾伯塔城市有軌電車系統快速發展的政策是與稅收相關的政策。 在第一次世界大戰之前，草原城市幾乎完全依賴土地稅 (Stelter and Artibise 1982)。 這意味著土地的開發變得更有經濟價值，將為市政當局創造更高的稅收。 有軌電車是開啟城市中心以外土地價值的鑰匙。
阿爾伯塔城市有軌電車系統的增長是透過私人和公共領域驅動的。 在沒有合適替代模式的情況下，導致郊區住宅區發展的大型宏觀力量要求有軌電車系統是可行的。 事實上，類似於電力、水、汙水和鋪砌道路，人們對有軌電車服務於新開發專案的期望很高 (Harris 2020)。 透過私人土地開發商感受到的市場需求為有軌電車系統不斷擴充套件到服務越來越遠的土地細分創造了壓力。 隨後，對有軌電車系統進一步投資的回報率下降 (Stelter and Artibise 1982)。
有軌電車系統增長及其服務城市的之間的關係受到市政當局目標的影響。 Stelter & Artibise (1982) 假設，包括阿爾伯塔在內的加拿大草原省份的城市，其發展受到“草原城市精英”的塑造，這些精英在緊密的社交圈中跨越私人和市政部門。 因此，更容易尋求和獲得對任何新舉措的共識，例如建立和擴充套件有軌電車系統。 此外，地區之間存在競爭，他們都渴望城市發展和隨之而來的地位。 結果是在與加拿大東部各省相比，低密度地區有軌電車系統持續發展。 例如，1921 年，埃德蒙頓的人口密度為每英畝 2.2 人，而蒙特利爾為 19.2 人，多倫多為 31.5 人 (Stelter and Artibise 1982)。
在某種程度上，有軌電車系統在促進就業中心周圍郊區發展方面的成功，提供了一個可以由私人汽車服務的市場細分。 但是，汽車使用量的增加導致城市核心擁堵，減緩了有軌電車的速度 (Ball 1991)。 這進一步突出了私人汽車交通的相對優勢，導致更多擁堵。 實際上，在此過渡期間，負反饋迴圈正在執行。
加拿大的一些有軌電車運營商開始運營公共汽車 (Roberts, Meadowcroft et al.)。 不清楚這在阿爾伯塔城市中發生的程度，以及這些公共汽車是在多大程度上試圖補充或取代有軌電車系統。 無論如何，這表明存在一種可行的替代方案，它不依賴於專用基礎設施，而只依賴於與汽車共享的基礎設施。 此外，公共汽車克服了有軌電車在寒冷的加拿大氣候中的某些侷限性。 在卡爾加里，有軌電車事故被歸因於寒冷天氣中車輪在軌道上的抓地力下降 (Stark 2015)。
阿爾伯塔城市有軌電車的未來
[edit | edit source]任何以現代輕軌車輛為基礎的系統形式重新建立有軌電車，最好考慮導致其衰敗的因素。 儘可能利用專用車道或路權，以減少城市道路擁堵對平均速度的影響。 由於圍繞汽車使用而制定的監管環境，這一點也至關重要（Roberts, Meadowcroft 等）。 假設現代技術無法解決寒冷天氣抓地力問題，那麼在更隔離的操作環境中，事故風險也會降低。 在阿爾伯塔省寒冷氣候的城市中，當有防風雨停車場時，私人汽車為居民提供高舒適度的門到門服務。 為了讓現代有軌電車具有競爭力，它們應該提供通往受控室內環境（例如卡爾加里的“Plus 15”網路）的遮蔽連線。
定性分析
[edit | edit source]源資料
[edit | edit source]每個系統的歷史總長度來自 Street Railway Investments (1894-1910), McGraw Electric Railway Manual: The Red Book of American Street Railway Investment (1911-1914) 和 McGraw Electric Railway Directory (1917-1920)。 確定有有軌電車系統的阿爾伯塔省城市包括卡爾加里、埃德蒙頓、萊斯布里奇和斯特拉斯科納。 1909 年有一個關於斯特拉斯科納的條目，因為該系統在次年被埃德蒙頓管理。 因此，斯特拉斯科納沒有被包含在分析中。
| 年份 | 卡爾加里 | 埃德蒙頓 | 萊斯布里奇 | 阿爾伯塔省總計 |
| 1907 | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 |
| 1908 | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 |
| 1909 | 0.0 | 21.0 | 0 | 21.0 |
| 1910 | 16.5 | 16.0 | 0 | 32.5 |
| 1911 | 16.5 | 17.8 | 0 | 34.3 |
| 1912 | 41.0 | 17.8 | 0 | 58.8 |
| 1913 | 60.0 | 77.8 | 0 | 137.8 |
| 1914 | 60.0 | 77.8 | 10.5 | 148.3 |
| 1915 | NA | NA | NA | NA |
| 1916 | NA | NA | NA | NA |
| 1917 | 75.0 | 53.9 | 10.5 | 139.4 |
| 1918 | 75.0 | 54.0 | 10.5 | 139.5 |
| 1919 | 75.0 | 54.0 | 10.5 | 139.5 |
| 1920 | 65.5 | 55.4 | 10.5 | 131.4 |
從表 1 中可以看出，1915 年和 1916 年的資料不可用。
方法
[edit | edit source]使用三引數邏輯函式擬合曲線。
S(t) = Smax/[1+exp(-b(t-ti)]
其中
- S(t) - 給定年份 t 的模型系統長度。
- Smax – 每個系統達到的最大長度
- ti – 拐點的時間段（達到最大系統長度的一半）。 這是使用基礎資料的初始圖估計的。
- b – 這是透過在各種 t 值的計算系統長度集上使用 MS Excel Goal Seek 函式來估計的。 Goal Seek 使 R 平方值最大化，該值是使用 MS Excel RSQ 函式計算的。
為卡爾加里、埃德蒙頓和萊斯布里奇的有軌電車系統計算並繪製了三引數邏輯函式的輸出。 此外，使用所有年份每個系統的總長度之和進行了全省分析。
然後使用 MS Excel 迴歸函式執行迴歸以確定 t 統計量和 R 平方值。 主要引數和統計資料總結如下。 圖表顯示了在 MS Excel 中生成的實際系統長度和模型系統長度。
| 卡爾加里 | 埃德蒙頓 | 萊斯布里奇 | 阿爾伯塔省總計 | |
|---|---|---|---|---|
| Smax | 75.0 | 77.8 | 10.5 | 148.3 |
| Smax / 2 | 37.5 | 38.9 | 5.3 | 74.1 |
| ti | 1911.9 | 1912.25 | 1913.5 | 1912.1 |
| b | 1.11000000000005 | 7.71000000000109 | 7.45 | 6.51000000009895 |
| R 平方 | 0.980026507614506 | 0.867488383312716 | 0.999680005916117 | 0.969883555945083 |
| t 統計量 | 0.024038100921646 | -1.240556648885 | 0.929077512758783 | -2.74686585435328 |
卡爾加里
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從該圖可以看出，卡爾加里有軌電車系統的誕生階段大約發生在 1909 年和 1910 年。 在稍長的時間段內（1911 年至 1913 年）發生了增長。 該模型對系統成熟和達到最大長度的最後幾年提供了合理的預測。 該模型沒有考慮 1920 年開始出現的衰退。 雖然從圖表目視檢查以及考慮約為 0.98 的高 R 平方值來看，該模型似乎可以可靠地預測卡爾加里的有軌電車系統長度，但約為 0.02 的低 t 統計量表明在 95% 水平上對 b 的值沒有信心。
埃德蒙頓
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與卡爾加里相比，埃德蒙頓有軌電車系統經歷了更長的誕生階段（4 年），系統長度在 1908 年至 1912 年期間在約 20 英里左右波動。 增長階段非常短，系統長度在不到一年的時間內增加到近 80 英里的最大值。 雖然系統長度從 1914 年下降到 1917 年，但很難確定這是否是連續衰退階段的一部分，還是從最大系統長度進行的一次性調整。 與卡爾加里相比，R 平方值（約為 0.87）較低，而 t 統計量（約為 -1.24）雖然比卡爾加里大，但在 95% 置信水平上並不顯著。 這從系統生命早期（1909 年至 1911 年）實際預測值與模型預測值之間的明顯差異以及 1914 年至 1917 年之間的下降得到了證實。
萊斯布里奇
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萊斯布里奇系統不同尋常，因為它從未超過最初的 10 英里。 在這種情況下，評論系統的誕生、增長或成熟沒有任何意義。
有趣的是，這導致模型生成的 R 平方值非常接近 1，但 t 統計量仍然遠低於 2，因此在統計學上並不顯著。
阿爾伯塔省（組合）
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阿爾伯塔省系統長度主要受卡爾加里和埃德蒙頓兩者的影響，兩者都達到最大長度，介於 70 英里到 80 英里之間。 這反映在每個增長階段。 誕生似乎發生在 1909 年至 1911 年之間，隨後是接下來的兩年增長。 成熟至少從 1914 年持續到 1913 年。 鑑於可用資料，無法確定 2020 年的下降是否代表全省系統衰退的重要節點。 儘管模型的 R 平方值仍然相對較高，為 0.97，但它非常適合實際的全省系統長度，但 t 統計量為 -2.75，表明在 95% 置信水平上具有顯著性。
結論
[edit | edit source]單個有軌電車系統長度的增長似乎是零星的，這可能影響了在 95% 置信水平上生成模型的難易程度。 資料的整合產生了統計學上顯著的模型，但該模型不能用於預測整個阿爾伯塔省的有軌電車系統的生命週期中的所有階段。 全省模型沒有生成與明顯的誕生階段相關的點，只有少數可能與增長階段相關的有用點。 對此分析的擴充套件可以是探索可以產生更有用結果的不同模型。
參考文獻
[edit | edit source]Ball, N. (1991). Building Canada : A History of Public Works. 多倫多，加拿大，多倫多大學出版社。
Gregersen, E. 和 S. Britannica Educational Publishing (2011). The Complete History of Wheeled Transportation : From Cars and Trucks to Buses and Bikes. 芝加哥，伊利諾伊州，美國，Rosen 出版集團。
Harris, R. (2020). Creeping Conformity: How Canada Became Suburban, 1900-1960. 多倫多，加拿大，多倫多大學出版社。
McGraw Electric Railway Directory (1917-1920). 紐約，紐約，美國，McGraw-Hill 出版公司。
McGraw Electric Railway Manual: The Red Book of American Street Railway Investment (1911-1914). 紐約，紐約，美國，McGraw 出版公司
MS Excel (2022). 微軟。
Roberts, C., Meadowcroft, J. 和 Layzell, D. (2020). The Rise of the Automobile : Lessons from Historical Canadian Transportation Transitions. Transition Accelerator Reports. [線上] 2020 年 11 月。
Stark, E. (2015). Five Things About Calgary’s Old Streetcars. 卡爾加里先驅報。 [線上] 2015 年 12 月 7 日。
Stelter, G. A. 和 A. F. J. Artibise (1982). Shaping the Urban Landscape : Aspects of the Canadian City-Building Process. 蒙特利爾，加拿大，麥吉爾-皇后大學出版社。
Street Railway Investments (1894-1910). 紐約，紐約，美國，Street Railway Publishing Company。