交通運輸部署案例集/2023/新幹線

定性分析

新幹線概述

新幹線 (新幹線) 是日本的一種高速鐵路服務。新幹線在日語中意為“新幹線”，因此該服務是為了更快地將乘客運送到主要城市而開發的。根據日本國土交通省（2006），該計劃由全國新幹線鐵道建設法（1970）定義，該法律規定新幹線是時速超過 200 公里連線主要城市的鐵路服務。因此，新幹線的主要技術特徵是其時速可以超過 200 公里。例如，東北新幹線的時速可達 320 公里。其他線路的時速則取決於具體線路，但截至目前，大多數線路的運營速度都超過 270 公里。最初，該服務僅在大阪和東京之間提供，但目前的系統已連線到北海道（日本北部）和鹿兒島（日本南部）等其他城市。事實上，國土交通省（2006） 的統計資料表明，運營里程從 1965 年的 552.6 公里增加到 2020 年的 2997.1 公里。此外，該法律 (1970) 也表明，高速鐵路服務旨在促進日本國家和地方經濟發展。因此，該服務似乎側重於通勤者（商務），從而促進經濟發展。佐藤（2007）展示了使用新幹線的目的，他透露，2000 年約 70% 的乘客使用新幹線出差。這意味著新幹線的主要市場是商務人士。

主要優勢之一似乎是前往日本主要城市的交通便利性。例如，大阪和東京的新幹線車站都靠近其商業區。這些車站連線著許多本地線路，乘客只需乘坐鐵路即可完成行程。相比之下，對於航空，羽田機場（東京）和伊丹機場（大阪）並沒有像新幹線車站那樣靠近市區。事實上，井上等人 (2015)表明，良好的交通可達性是選擇新幹線的因素之一。旅行時間可能是使用新幹線的另一個優勢。東京距離大阪約 550 公里，但新幹線使乘客可以在 2.5 小時內完成行程。井上等人 (2015)描述了短途旅行時間是乘客選擇乘坐新幹線的理由之一。

先前模式

在新幹線發明之前，還有其他交通系統可用。例如，由公司和日本國有鐵路運營的鐵路。此外，渡輪是東京到大阪的常見交通方式。但是，這些交通方式也存在侷限性。東京和大阪之間的交通擁堵是一個問題。據野口（1990，引自胡德，2006）稱，他發現乘客數量是容量的 3 到 4 倍。此外，這些交通系統還存在重大的安全問題。胡德 (2006)發現，這些交通系統導致了超過 1800 人傷亡。這是在第二次世界大戰之後，許多基礎設施仍在重建，因此網路狀況很差。日本的交通市場發展受到多種因素的影響。例如，從 1947 年到 1949 年出現了嬰兒潮，人口因此增長。此外，由於朝鮮戰爭，日本經歷了巨大的經濟增長。這些因素意味著交通需求將會增加。為了解決這些問題，政府尋求一條新的幹線（新幹線）。這是因為之前的火車和渡輪速度慢，擁擠且不安全。政府決定建設一條新的線路，以避免鐵路人員通行（高架橋），並以高速運營（緩和曲線）。

新幹線的誕生

新幹線的誕生涉及多項發明。其中一項技術是轉向架的合適結構。這是因為當時還沒有高速條件下的資料。因此，新幹線開發團隊調查了轉向架發生的現象（下前，2022）。他透露，專案團隊發現，以前的轉向架能夠用於高速執行。然而，團隊發現了另一個問題。它是由軸的彈性引起的。他們透過嘗試各種轉向架型別來繼續研究這種現象，然後透過在特定位置使用橡膠進行特定的懸掛解決了問題，這使得軸具有足夠的彈性。

列車自動控制 (ATC) 和集中交通控制系統 (CTC) 也是新幹線運營的創新之一。這是因為新幹線的運營速度將超過 200 公里/小時，因此在火車司機識別到交通訊號燈後停止新幹線似乎是不可能的。因此，發明了這種自動控制系統來自動保持距離。當時，AF 波逐漸得到應用，因此川那部將這種技術應用於 ATC 的發明（下前，2022）。CTC 是在美國發明的，1927 年安裝在紐約中央鐵路，日本的一些公司在 1954 年安裝了它（下前，2022）。然而，下前 (2022)表明 CTC 僅安裝在短途線路。因此，他們透過測試原型，將現有技術應用於為長途使用發明 CTC（下前，2022）。這些技術使司機能夠保持恆定的距離，以避免發生碰撞。

早期市場發展

第一條新幹線是東海道新幹線，它在大阪和東京之間運營。對於東海道新幹線來說，這些線路主要針對在大阪和東京之間通勤的乘客。在東海道新幹線開通之前，行程大約需要 6 個小時，現在縮短到了大約 4 個小時（下前，2022）。這使得通勤者能夠在一天內完成往返行程。如果每次行程都需要 6 個小時，那麼晚上回家就會很困難。然而，利用新幹線服務，乘客可以在早上離開東京的家，在大阪參加會議，並在晚上返回東京的家。這個系統有助於提高東京和大阪之間通勤的需求。這一成功也導致了新線路（新市場）的開發，許多城市和縣都試圖吸引新線路到他們的區域。

政策的作用

日本新幹線的第一項政府政策是“Dangan ressha”，意思是“子彈列車”。二戰前，日本佔領了朝鮮、臺灣和中國部分地區。由於與中國和控制東亞地區的美國、英國、法國和荷蘭等國家之間的戰爭，運輸大量貨物對支撐日本軍事力量至關重要，因此日本政府計劃建造“Dangan ressha”連線東京和下關。這些國家控制著東亞，因此下關這個靠近朝鮮的港口城市是將貨物運往他們控制地區的合適地點。該計劃包括開發時速可達 200 公里的新型列車 (Shimomae, 2022)。然而，戰爭摧毀了許多基礎設施，因此該專案未能完成。二戰後，大阪和東京之間的通勤需求激增，因此日本國有鐵路將“Dangan ressha”定位為“新幹線”，並開始建設新幹線。路線等規劃來自“Dangan ressha”，政府已經為“Dangan ressha”購買了一些土地。因此，新幹線在很大程度上基於之前的政策。第一條新幹線於 1964 年成功開通後，政府認識到新幹線的重大意義，因此於 1970 年頒佈了《全國新幹線鐵路發展法》。該法案提議建設 5 條新線路，分別是：北海道新幹線、東北新幹線、北陸新幹線和九州新幹線（2 條線路）。因此，新政策受到了現有新幹線線路的影響。此外，在該法案頒佈之前，另外兩條線路已經建成，因此該法案中未包含這兩條線路。雖然“Dangan ressha”計劃表明了連線下關和東京的線路，但新政策卻顯示了其他線路。由於這項法律，該法案中指出的某些線路仍在建設中。東北新幹線和九州新幹線的一條線路已經建成，但北陸新幹線、九州新幹線的另一條線路和北海道新幹線仍在建設中。

新幹線的發展

自開通之年起，新幹線運營線路的距離和乘客數量大幅增加。這可能受到市場和其他事件的影響。Shimomae (2022) 指出，東京奧運會可能對新幹線的成功做出了貢獻。新幹線的成功推動了這項法律的頒佈。成功也影響了政治家。例如，首相田中角榮表示，新幹線可以促進農村和城市經濟的共同發展 (Kobayashi, 2017)。事實上，在這一發展時期，許多新幹線線路已經建成或提議建設。然而，建設成本是其中一個嚴重問題。根據 Shimomae (2022) 的說法，由於日本國有鐵路負債累累，因此被拆分成幾家私營公司。因此，當時所有新幹線線路的建設都停止了。從國有機構轉變為私營公司意味著政府鼓勵這些公司更有效地運營鐵路。在這項轉變之前，政府完全控制著該機構，並利用稅收為新幹線的建設提供資金，但轉變之後，JR 等私營公司必須像其他公司一樣考慮預算和成本。這也意味著新幹線的建設將由公共部門和私營部門在轉變之後共同支援。因此，公共部門在資金方面仍然支援新幹線的運營商，但私營部門必須評估運營新幹線的盈利能力和成本，以有效地運營新幹線。此外，私營部門還必須支付成本。因此，新幹線線路的建設變得更加可持續和成本效益更高。

成熟階段的發展

在新幹線初期，其他基礎設施尚未得到令人滿意的發展。然而，技術的進步和經濟發展使得政府能夠建設其他基礎設施，例如高速公路和機場。事實上，航空能夠讓乘客以比新幹線更短的時間進行旅行。此外，東京和大阪之間運營著低成本航空公司。該服務的票價比新幹線更便宜。長途巴士服務也以更便宜的價格提供。為了與這些交通方式競爭，新幹線仍然在不斷發展，以更高的速度運營，並以高安全性、高節能的方式實現可持續發展，降低成本 (Shimomae, 2022)。此外，新的新幹線也致力於降低噪音 (Shimomae, 2022)。這是因為政府制定了新的環境政策。特別是對於東海道新幹線，新技術試圖滿足當前和未來的需求。東海旅客鐵道株式會社和日本政府正在建設中央新幹線，該線路由磁懸浮列車運營。從新幹線的研發情況來看，研究小組發現，由於鐵路和車輪的限制，存在最高速度。因此，東海旅客鐵道株式會社重新發明了磁懸浮列車。這種列車能夠以 500-600 公里的時速運營，並在約 1 小時內連線大阪和東京。東海旅客鐵道株式會社表示，這將有助於解決東海道新幹線的擁堵問題，並提高可達性 (JR Tokai, n.d.)。這種發展可能能夠與其他交通方式競爭。事實上，Inoue 等人 (2015) 表明，這種發展可能不會受到其他交通方式，如低成本航空公司的阻礙。

定量分析

資料來自日本國土交通省的統計資料 (2022)，資料包括所有新幹線線路。為了從原始資料中預測乘客-公里數，使用了以下公式。

$S(t)=K/(1+\exp(-b(t-t_{i})))$

其中：

S(t)：狀態度量，t：時間，ti：拐點時間，K：飽和狀態水平，b：估計係數

K、ti 和 b 未知，因此使用以下線性迴歸進行估計。

$ln(PKT)/(K-PKT)=bt+c$

其中：

PKT：乘客-公里數，c：係數

結果如圖 1、圖 2 和表 1 所示。資料包括疫情期間的情況，因此在 2020 年至 2021 年間觀察到大幅下降。這種異常情況可能會影響預測，因此考慮了兩種情況：分析全部資料（情況 1）和排除疫情條件後的分析（情況 2）。結果，客運量似乎在增加。事實上，在 2009 年、2019 年和 2020 年有一些下降，但這可能是由於雷曼兄弟事件和疫情的負面影響。分析表明，情況 1 可能不準確，因為 R 平方約為 0.6，而情況 2 為 0.9。類似地，情況 2 的 t 統計量大於情況 1。然而，兩種情況的 t 統計量均大於 2，這意味著它們在統計學上是顯著的。因此，情況 2 更準確，而情況 1 可能足夠準確以進行預測。情況 2 的結果表明拐點時間為 1995 年。從圖 2 中可以看出，1965 年至 1980 年可能是孕育期，而增長期似乎在 1980 年至 2010 年之間。2010 年之後，可能是新幹線服務的成熟階段。到 1980 年，數字逐漸增長，並且從 1980 年到 2010 年持續增長。然而，估計模型表明，2010 年後客運量趨於穩定。2022 年，一條新的新幹線開通，北陸新幹線的一部分預計將於 2024 年開通。因此，開通後模型可能會發生變化。

圖 1：包括 2020 年和 2021 年的客運量變化

圖 2：不包括 2020 年和 2021 年的客運量變化

表 1：R 平方和 t 統計量的比較

	情況 1	情況 2
R 平方	0.58	0.92
T 統計量	6.17	16.95
P 值	1.2E-06	3.2E-15
拐點時間	2000	1995

參考文獻

Hood, C. (2006). Shinkansen: From Bullet train to symbol of modern Japan (vol. 5). Routledge. https://doi.org/10.4324/9780203180389

Inoue, G., Ono, M., Uehara, K., & Isono, F. (2015). Stated-preference analysis to estimate the domestic transport demand following the future entry of LCCs and the inauguration of the Linear Chuo Shinkansen in Japan. Journal of Air Transport Management, 47, 199–217. https://doi.org/10.1016/j.jairtraman.2015.06.004

JR Tokai (n.d.). Liner Chuo Shinkansen and the future of Japan. https://linear-chuo-shinkansen.jr-central.co.jp/future/

Kobayashi. T. (2017, February 3). “Shinkansen wo zenkokuni” Tanaka Kakuei no tetudo seisaku toha?: “Nihon retto kaizoron” ni miru 45nennmaeno miraizu [“Build Shinkansen to entire Japan” What is the railway policy of Kakuei Tanaka?: The future image in 1975 based on Nihonrettokaizoron] Toyo Keizai Online. https://toyokeizai.net/articles/-/156568?page=4

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Shimomae, T. (2022). Birth of the Shinkansen : the origin story of the world-first bullet train. Springer.

The Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Japan. (2006). What is the outline of “new Shinkansen lines”?. Shinkansen Development.

https://www.mlit.go.jp/english/2006/h_railway_bureau/01_shinkansen/01_whats.html

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The Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Japan. (n.d.). Shinkansen ryokyaku yusouryou no suii [The change in the number of passengers carried by Shinkansen]. https://www.mlit.go.jp/common/000232384.pdf