運輸部署案例集/2023/香港地鐵
港鐵是香港運營的國內鐵路系統，包括九條本地鐵路線路、機場快線和廣深港高速鐵路。這些線路連線香港島、九龍和新界。香港地鐵還包括輕軌網路，連線新界社群，如屯門和元朗。整個路線總長約271公里，是香港公共交通系統的骨幹，佔所有公共交通出行方式的41%。第一條地鐵線路於1979年10月1日開通，從石硤尾到觀塘，長15公里，包括9個車站。引入地鐵的主要原因是為了幫助解決和緩解香港嚴重的交通擁堵問題，地鐵的主要市場是香港通勤者，使他們在香港各地出行更加快捷和便利。地鐵自引入香港以來，其主要優勢在於它使香港各地出行更加快捷和便利，此外，它還有助於減少香港的交通流量。
在1979年10月1日香港地鐵投入運營之前，香港有很多替代性和現有的交通方式，例如人力車和轎車等基本交通方式，直到1888年，中環山頂纜車線路才投入運營，山頂纜車線路從花園道站到山頂山坡上的山頂廣場，行程7分鐘。1904年，俗稱“叮叮”的電車線路投入運營，最初在香港島上只有一條單軌線路，從堅尼地城到銅鑼灣，後來電車線路不斷擴充套件，增加了更多線路，使香港更容易乘坐電車出行。20世紀20年代，私營公司開始運營公共巴士路線。戰後，由於人口激增，當地對巴士服務的需求呈指數級增長，1960年，雙層巴士投入運營，以幫助運載更多通勤者並滿足日益增長的人口需求。雖然觀點不一，但據信計程車於1920-1950年代左右引入香港，由於1960年戰後公共交通短缺，出現了大量在政府法規之外運營的非法無牌計程車。1969年，小巴引入香港，並立即受到歡迎，許多“紅牌”計程車司機和乘客最終轉向乘坐小巴。
在1979年第一條地鐵線路開通之前，由於人口快速增長以及出行需求增加，香港正經歷著嚴重的交通擁堵。人力車和轎車的侷限性在於速度非常慢，而且行駛距離非常有限，因為需要人力拉動，此外，人力車空間非常有限，最多隻能搭載兩人。電車的引入使香港的出行變得更加快捷和便利，這是因為電車可以將大量乘客從一個地方運送到另一個地方，從而激發了香港通勤者對公共交通的興趣。然而，電車的引入也帶來了一些積極的方面。但也存在一些侷限性。電車的主要侷限性在於可達性，因為現有的電車線路僅存在於香港島，而不在九龍，這影響了九龍人口對該交通方式的可達性。此外，電車也會受到交通和擁堵的影響，因為電車沿著城市主要道路的軌道執行，因此電車必須等待任何可能的障礙物，例如汽車和巴士。巴士、小巴和計程車也受到困擾香港的交通和擁堵問題的困擾，因為它們必須等待其他車輛等障礙物移動。此外，由於大量人在狹小的區域和狹窄的街道上上下班，道路空間有限，從而導致擁堵。
經過近二十年的香港政府與交通顧問的協商，地鐵的開發旨在應對香港日益嚴重的交通擁堵問題。地鐵的設計目的是透過城市地區提供地面以外的高效公共交通。第一批地鐵列車，稱為M型列車，現稱為CM型列車，是來自地鐵卡梅爾的電力列車，用於改進後的初始系統（最初路線為金鐘至觀塘）。除了第一批地鐵列車外，還在九龍灣車廠設立了一箇中央控制室，以管理第一條地鐵的運營。1982年，T型列車，現稱為CT型列車，投入運營，後來隨著20世紀80年代更多線路的開通，中央控制室得以擴充套件，以管理荃灣線和港島線等線路。
在港鐵發展的初期階段，其主要目標市場被認定為香港通勤乘客。初始線路（改良初始系統）的設計旨在反映和預測一般人口和不斷增長的住宅區的變化。在首條港鐵線路石硤尾至觀塘線開通後幾個月，該線路便延伸至尖沙咀，隨後於1980年2月12日，初始線路進一步延伸至金鐘，並跨越維多利亞港開通。新線路的開通使九龍和香港島之間的出行更加快捷方便。第一條港鐵線路在九龍灣設有一箇中央控制室，用於管理訊號和通訊。
港鐵進行了功能改進，以提升乘客的體驗、效率和乘坐體驗。隨著越來越多的線路和路線逐漸引入系統，列車和控制中心也逐漸升級。如前所述，港鐵於1979年開通時，在九龍灣設立了中央控制室，後來擴充套件到管理觀塘線、荃灣線和港島線等線路。這些控制室配備了總排程員負責監督所有線路，線路排程員負責決策和通訊，以及列車服務管理員負責訊號系統。在20世紀80年代，九廣鐵路（KCR）進行升級和電氣化改造，使香港北部地區能夠實現公共火車出行。隨著九廣鐵路的現代化，在紅磡開設了一個訊號室，負責管理香港北部地區的列車。1994年，九廣鐵路控制室遷至火炭。在此期間，從1995年到1998年，港鐵升級至計算機化控制系統，提高了運營效率，並配備了模擬顯示屏，使所有操作人員能夠檢視事件和列車位置，兩名列車排程員共同控制一條線路，從而更好地管理事件。在20世紀90年代，隨著赤鱲角機場鐵路專案的啟動，九龍灣控制室已達到最大容量，因此決定在青衣站新建一個控制室，並設計用於整合現有和未來的線路。2007年，港鐵與九廣鐵路合併後，決定將唯一的控制室設在青衣控制室。2012年，對控制中心進行了1.17億港元的升級改造。
自港鐵成立以來，香港政府一直實施相關政策，以促進港鐵的發展，並將其融入香港社會。1979年港鐵開始運營時，香港政府實施了一項抑制巴士競爭的政策。該政策規定，新開通的巴士路線中，最多有一半可以與港鐵路線平行，但巴士票價必須與港鐵票價相當。此舉激勵人們選擇新的港鐵而非巴士，幫助港鐵逐漸融入香港社會。此外，該政策還規定，新界地區的巴士路線不得前往尖沙咀或跨越維多利亞港前往香港島。在港鐵初期實施這些政策，有助於減少交通流量，並實現巴士等資源的更有效分配，此外，還使港鐵能夠順利融入香港的交通運輸系統。
隨著港鐵在20世紀90年代持續發展，政策也開始隨之調整以適應港鐵的增長。隨著機場快線和東涌線等新線路的開通，香港適應了新的需求和乘客數量的指數級增長。20世紀90年代，香港的新交通政策更加註重不同交通方式之間的良性競爭，實施了多式聯運協調政策，構建以巴士和鐵路為核心的均衡交通網路，完善交通基礎設施，擴充套件和升級圍繞公共交通的服務，以及管理道路使用情況。20世紀90年代，香港的交通政策還重點關注擴充套件鐵路基礎設施，以幫助提升人口的出行便利性。在鐵路優先的交通政策的幫助下，港鐵及其快速增加的新線路的發展得到了推動。從1984年到1994年，鐵路車輛公里數和客運量平均年增長率約為9%。
在首條港鐵線路改良初始系統以及尖沙咀延伸段開通之後，網路隨後不斷擴充套件，並仍在繼續擴充套件以滿足香港的人口需求，並在20世紀90年代將列車編組從6節改為8節。1982年荃灣線開通，並在1985年（金鐘至柴灣段）和1991年（荔景至美孚段）進行延伸。在1980年至1990年期間，港鐵新增了3條新線路。從1991年到2019年，港鐵又新增了9條新線路，其中包括迪士尼線和沙中線。隨著這些擴充套件，新列車被引入並對舊列車進行了翻新。這些新線路採用了來自歐洲的Adtranz-CAF A型列車、來自韓國的Rotem K型列車和來自中國的中國中車長春C型列車。這些列車方面的變化為乘客提供了更快、更舒適的乘坐體驗，並提升了乘客體驗。
港鐵在2019年新冠疫情和香港抗議活動爆發前進入了成熟階段。客運量每年都在逐步增長，直到2019年達到68億人次的峰值，然後在次年2020年下降到36億人次。此後，資料表明客運量仍在持續下降。這主要歸因於新冠疫情導致全市封鎖，限制了香港的出行。此外，香港暴動也迫使人們停止使用港鐵，因為許多車站在此期間遭到破壞並被迫關閉。為了應對客運量的下降以及疫情對經濟的影響，港鐵決定調整票價優惠政策，於2021年4月1日至2021年6月26日降低票價1.85%，每次行程返還5%的優惠。此外，港鐵還降低了“城際票”和“月票附加費”的價格。
利用1979年至2021年的港鐵客運量資料，對港鐵的生命週期進行了視覺化和建模，以確定香港港鐵的誕生、成長和成熟階段。所使用的資料來自ChatGPT，ChatGPT從港鐵官方網站、香港統計年刊、香港年鑑和《南華早報》獲取了資料。1986年至1989年的資料由ChatGPT估算，因此ChatGPT提供的資料並非完全準確，因此在對香港港鐵進行分析時使用了ChatGPT提供的最接近實際情況的資料集。此外，2019年以後的資料已從模型分析中移除，因為它受到新冠疫情的外部因素影響，導致香港實施封鎖，影響了人們的出行能力。
以下模型使用公式1在Excel中繪製。
S(t) = K/[1+exp(-b(t-ti)]
公式1
其中
- S(t)：表示測量的狀態（客運量）
- t：時間（年）
- ti：拐點時間（達到½ Smax (k)的年份）
- K：飽和狀態水平
- b：待估算係數
為了估算客運量，單變數線性迴歸估算模型形式公式2中的係數c和b。
Y=bX+c
公式2
- Y：ln(乘客數/(Smax(k)-乘客數))
- X：年份
對不同的K值進行了測試和分析，以找到最接近1的R2最大值。這是透過對每個年份在相應的K值下使用單變數線性迴歸實現的。使用RSQ()函式計算R2，如果R2值在測試的K值中最接近1，則使用INTERCEPT()和SLOPE()函式查詢b和c的值。然後將這些係數代回三引數邏輯斯蒂增長方程，以找到ti並預測乘客數量（客運量）。
| 年份 | 乘客數量（百萬） | 預測值（百萬） |
|---|---|---|
| 1979 | 28.8 | 71 |
| 1980 | 41.6 | 78 |
| 1981 | 55.4 | 86 |
| 1982 | 75.7 | 95 |
| 1983 | 96.3 | 105 |
| 1984 | 122.2 | 116 |
| 1985 | 149.5 | 128 |
| 1986 | 174.2 | 142 |
| 1987 | 196.9 | 156 |
| 1988 | 221.6 | 172 |
| 1989 | 246.3 | 190 |
| 1990 | 269.9 | 209 |
| 1991 | 293.6 | 229 |
| 1992 | 317.3 | 252 |
| 1993 | 335.9 | 276 |
| 1994 | 367.8 | 303 |
| 1995 | 406.6 | 332 |
| 1996 | 452.8 | 363 |
| 1997 | 480.9 | 397 |
| 1998 | 501.4 | 433 |
| 1999 | 528.6 | 471 |
| 2000 | 562.5 | 513 |
| 2001 | 599.2 | 557 |
| 2002 | 646.8 | 603 |
| 2003 | 687.5 | 653 |
| 2004 | 726.8 | 704 |
| 2005 | 760.9 | 759 |
| 2006 | 794.7 | 816 |
| 2007 | 845 | 875 |
| 2008 | 849.6 | 936 |
| 2009 | 825.4 | 999 |
| 2010 | 921.4 | 1063 |
| 2011 | 1039.5 | 1129 |
| 2012 | 1100.7 | 1195 |
| 2013 | 1136.6 | 1262 |
| 2014 | 1182.6 | 1330 |
| 2015 | 1285.7 | 1397 |
| 2016 | 1389.3 | 1463 |
| 2017 | 1460.6 | 1529 |
| 2018 | 1681.1 | 1594 |
| 2019 | 1712.2 | 1657 |
圖1所示的結果表明，1979年至1984年是港鐵的萌芽階段，1985年至2008年是港鐵的增長階段，而成熟階段則在2019年，當時客運量達到峰值17億。此外，圖1顯示，2005年的預測客運量與實際客運量之間存在一定的相關性，而在其他年份，預測乘客與實際乘客之間存在數百萬的差異。該模型還表明，2008年至2017年客運量下降，低於預測客運量，而在2018年至2019年客運量突然增加，曲線達到17億乘客的最大飽和度。
儘管2005年存在一定的相關性，但分析的S型曲線預測資料與實際資料並不能準確地描繪或預測客運量資料，因為客運量資料與預測乘客資料之間存在數百萬的差異，1986年至1989年的資料是估計值，影響了資料的可靠性。此外，該圖在2010年代初和後期的資料低於預測值，直到2018年。與預測乘客相比，乘客數量下降可能是受全球金融危機等外部因素的影響，全球金融危機嚴重影響了香港，導致一些工作崗位流失和生活成本上升，可能影響了香港地鐵的使用率，而預測乘客模型無法解釋這些因素，因為它假設增長並且沒有考慮外部因素。總的來說，根據資料生成的模型並不能準確地說明港鐵的發展趨勢和生命週期，需要進一步的研究和更好的資料收集才能建立一個更準確的模型。導致該圖不準確的另一個原因是ChatGPT提供了多種資料來源，並且不斷更改資料，因此從ChatGPT提供的最準確的資料集被選擇用於分析，並且因為港鐵提供了模糊的年度客運量估計或缺少運營早期的資料。
參考文獻
1. (2022) 運輸署 - 鐵路。可在以下網址獲取：https://www.td.gov.hk/en/transport_in_hong_kong/public_transport/railways/index.html (訪問日期：2023年3月19日)。
2. 香港的公共交通系統是如何如此出名的？ (2018) 南華早報。可在以下網址獲取：https://www.scmp.com/news/hong-kong/community/article/2131681/how-did-hong-kongs-public-transport-system-become-so (訪問日期：2023年3月19日)。
3. 港鐵網站 (無日期) 港鐵 > 首頁。可在以下網址獲取：https://www.mtr.com.hk/en/customer/main/index.html (訪問日期：2023年3月19日)。
4. Wong, M. (2015) 港鐵網路概覽, 棋盤山。可在以下網址獲取：https://www.checkerboardhill.com/2010/12/overview-of-the-mtr-network/ (訪問日期：2023年3月19日)。
5. 保持城市可持續發展 (無日期) 港鐵2021年可持續發展報告 - 首頁。可在以下網址獲取：https://www.mtr.com.hk/sustainability/en/home.php (訪問日期：2023年3月19日)。
6. 港鐵列車 - 港鐵 (無日期) Google 網站：登入。可在以下網址獲取：https://sites.google.com/site/mtr01fans/interesting-facts/mtr-trains (訪問日期：2023年3月19日)。
7. Wong, M. (2021) 港鐵網路圖隨時間的演變, 棋盤山。可在以下網址獲取：https://www.checkerboardhill.com/2021/03/mtr-network-map-evolution/ (訪問日期：2023年3月19日)。
8. 5小時前，2023年3月19日和2023年3月18日 (無日期) 2015年JRA對決：我們是否應該將電車從中環移除？（贊成）, 青年郵報。南華早報。可在以下網址獲取：https://www.scmp.com/yp/discover/your-voice/opinion/article/3066982/face-jra-2015-should-we-remove-trams-central (訪問日期：2023年3月19日)。
9. Cluelessyanni (2021) 香港列車快速指南, Medium。RailPub。可在以下網址獲取：https://medium.com/railpub/a-quick-guide-to-hong-kongs-trains-6fc0dc8f660f (訪問日期：2023年3月19日)。
10. (無日期) OpenAI API。可在以下網址獲取：https://platform.openai.com/onboarding?app=chat (訪問日期：2023年3月19日)。
11. 港鐵地鐵卡梅爾電動列車（直流） - Alchetron，免費社會百科全書 (2022) Alchetron.com。可在以下網址獲取：https://alchetron.com/MTR-Metro-Cammell-EMU-(DC) (訪問日期：2023年3月19日)。
12. 香港交通：應對變化 - jstor.org (無日期)。可在以下網址獲取：https://www.jstor.org/stable/pdf/23286705.pdf (訪問日期：2023年3月19日)。
13. Chcom (2021) 港鐵公司, CompaniesHistory.com - 世界上最大的公司和品牌。可在以下網址獲取：https://www.companieshistory.com/mtr-corporation/ (訪問日期：2023年3月19日)。
14. Revell, H. 和 Salson, R. (無日期) 亞太地區創新系統應用與整合工程 [預印本]。
15. 管理大眾公共交通的無障礙設施，以香港為例… (無日期)。可在以下網址獲取：https://www.jstor.org/stable/26201613 (訪問日期：2023年3月19日)。
16. 港鐵的歷史 - the loop HK (無日期)。可在以下網址獲取：https://theloophk.com/hong-kong-city-guide-history-mtr-mass-transit-train-system/ (訪問日期：2023年3月19日)。
17. Wong, M. (2022) 港鐵列車控制中心的簡史, 棋盤山。可在以下網址獲取：https://www.checkerboardhill.com/2020/02/a-history-of-mtr-train-control-centres/ (訪問日期：2023年3月19日)。
18. Wong, M. (2020) 告別第一代港鐵列車, 棋盤山。可在以下網址獲取：https://www.checkerboardhill.com/2016/11/farewelling-first-generation-mtr-trains/ (訪問日期：2023年3月19日)。