長吉圖區域綜合交通網運營效率評價

沈瑞峰，楊家其，楊香傳（武漢理工大學，湖北 武漢 430063）

長吉圖區域綜合交通網運營效率評價

沈瑞峰，楊家其，楊香傳
（武漢理工大學，湖北 武漢 430063）

運用DEA模型及離散系數綜合評價法對長吉圖綜合交通網各種運輸方式的效率、運輸方式之間的協同效率進行了綜合評價，結果顯示長吉圖地區綜合運網效率在不斷提升但整體水平不高。找出了長吉圖區域綜合交通網絡航道條件有待提升，鐵路運網待完善，貨運場站待整合等薄弱環節，提出了改善長吉圖綜合交通運輸網運營效率的對策建議，可以為長吉圖區域綜合交通網絡運營層確定未來的發展思路以及建設重點提供一定的參考。

長吉圖；區域綜合交通網；DEA；變異系數綜合評價法；綜合運營效率

1 引言

對綜合交通網絡的運營效率進行評價有利于了解其運營的運行情況及存在的問題，對改善綜合交通運輸網絡的運營結構、提高運營效率具有重要意義。對此國外學者在靜態和動態配流、網絡設計、隨機網絡、交通網絡管理策略、交通網絡特征與性質、交通運輸系統結構優化等方面都有廣泛而深入的研究。YU Shijun等嘗試應用信息墑理論對區域運輸結構演變及其發展規律進行定量研究[1]。Akio Imai等提出了基于遺傳算法的港口樞紐運輸結構的非線性優化模型解決運輸結構失衡[2]。 Bell構建了交通運輸網絡的拓撲圖形[3]。James等對評價網絡連接結構的指標進行分析，并提出了一種基于路徑長度離散分布的計算方法[4]。國內學者主要側重于區域交通網絡評價、交通網絡設施建設等方面,大多以定性、框架型的研究為主。文獻[5-7]主要研究了綜合交通運輸系統分析理論與中國綜合交通運輸體系和建設相關問題。程美玲對長江三角洲進行研究時，構建了區域綜合交通網絡建設層次分析模型、交通網絡布局優化模型、綜合交通樞紐優化建設模型以及綜合交通運輸結構優化模型[8]。高楊斌對綜合交通需求、方式結構的宏觀預測方法、綜合交通體系發展規模和綜合交通網絡宏觀布局四個關鍵問題進行了詳細的研究與計算[9]。姜革鋒建立了區域綜合交通運輸一體化的評價指標體系，從硬連接和軟連接方面提高區域綜合交通運輸一體化效率[10]。

長吉圖綜合交通運輸網是一個多輸入多輸出的復雜系統，鑒于常使用的層次分析法與模糊綜合評價法主觀性太強，人工神經網絡分析法需要大量的樣本數據，DEA模型具有解決此類問題的優勢，因此本文選擇運用DEA模型對長吉圖運輸網中各種運輸方式的效率進行評價，運用離散系數綜合評價法對綜合交通網運營效率進行評價。

2 區域綜合交通運輸網運營效率評價模型

根據區域綜合交通網絡本文采用C2R模型和C2GS2模型結合的方法，對單種運輸方式效率進行評價。將收集和選取的各個指標數據代入DEA模型中，利用各種軟件進行計算，最后根據計算的結果判斷各DMU是否為(弱）DEA有效，并進行規模收益情況和目標輸入輸出分析；同時可借助投影方法對造成那些非DEA有效或弱DEA有效的原因進行分析，提出應改進的方向和建議。

2.1 單種運輸方式評價模型及指標體系

DEA模型是現有效率評價模型中最為有效的方法之一。其基本思想是把每一個被評價單位作為一個DMU（決策單元）構成被評價群體，通過對投入和產出比率的綜合分析，以DMU的各個投入和產出指標的權重為變量進行評價運算，判斷DMU是否具有相對有效性，即DEA有效。其一般步驟為：（1）確定評價目的；（2）明確評價對象，即確定決策單元((DMU）；（3）建立指標評價體系；（4）DEA模型的選擇，根據DMU的實際經濟背景和評價目的來選擇模型；（5）DEA評價分析。

C2R模型作為DEA模型中最為基本的模型，其建立與運算都相對快捷有效，設有n個待評價的決策單元(DMU)，每個DMU都有m種輸入和s種輸出。模型以第j 個DMU的效率指數作為目標，以所有DMU的效率指數作為約束，設第j決策單元的x輸入向量和y輸出向量分別為xj=(x1j,x2j,...,xmj)T＞0，yj=(y1j,y2j,...,ymj)T＞0，其中：j=1,2,...,n，引入松弛變量s+和剩余變量s-，則非阿基米德無窮小的C2R模型如下：

式中：θ為資源配置效率，x為輸入指標，y為輸出指標，λ為輸入變量系數。

推動交通運輸業的發展，應以提高交通運營層效率和效益水平為內在要求，實現效率最高，成本最低，資源耗費最少的終極目標。具體的區域綜合交通運輸網運營效率評價指標體系見表1。

2.2 多運輸方式協同效率評價模型

針對多種運輸方式之間的效率，可采用以下方法進行評價。

（1）單運輸方式對其他單方式的銜接有效性效度。假設a,b為兩個交通運輸方式，且DEA評價模型中的輸入指標設置成a方式的，輸出指標設置成b方式的，由此可構建出評價a方式對b方式綜合有效性的“交叉”輸入輸出表。構成這種交叉輸入輸出表的決策單元必須是同類型的，用來反映子系統之間的數量關系。引進以下參數：

①Ch(a/b)為方式a對方式b的銜接效度，數值區間為[0,1]，反映兩系統之間銜接的協調程度。若Ch(a/b)越接近于1，說明方式a對方式b的協調程度效果越好。

②Dh(a/b)為方式a對方式b的有效發展效度，若Dh(a/b）＞1，則a方式的投入增加，會使b方式收益明顯增長;否則不能帶來b方式收益的明顯增長。計算公式為：

③Sh(a/b)為方式a對方式b的銜接有效發展的綜合效度，計算公式為：

綜合效度從整體上反映方式a，b之間的協調發展程度，通常情況下，方式a對方式b的綜合效度不等于方式b對方式a的綜合效度，即Sh(a/b)≠Sh(b/a)。

（2）單運輸方式對其他兩種方式的銜接有效性效度。假設綜合系統中存在a,b,c三個子系統，則a方式對b,c方式的協調發展模型中DEA評價模型中的輸入指標設置成a系統的，輸出指標設置成(b，c)方式的,其計算同上文。

表1 綜合交通運輸網運營層效率評價指標體系

2.3 區域綜合交通網絡綜合運營效率評價模型

變異系數綜合評價法是一種基于變異系數求權重的綜合評價方法。該綜合評價法是直接利用各項指標所包含的信息通過計算得到指標權重，是一種客觀賦權并通過綜合計算對評價對象做出一個總體的評價。它具有結果清晰，系統性強的特點，基于大量數據適合進行綜合評價問題的分析。基本步驟如下：

（1）綜合評價指標的構建。

（2）采用倒數法對所有逆指標進行正向化，采用極差法進行標準化處理，計算公式如下：

其中Yij表示經過無量綱化處理的第i個評價對象的第j個評價指標值，minXj和maxXj分別為第j個評價指標的最小值與最大值。

（3）計算各指標的平均數Yj和標準差Sj，計算公式如下：

（4）計算各指標的變異系數Vj和權重Wj，計算公式如下：

（5）計算各評價對象的總指數得分Fi，計算公式為

3 長吉圖區域綜合交通運輸網綜合運營效率評價

3.1 區域綜合交通運輸網各種運輸方式運營效率評價與分析

（1）基于DEA模型的單種運輸方式運營效率評價。應用DEA法對各種單運輸方式進行效率評估。根據各種運輸方式的特點以及調研與收集的數據結果得到五年的基本數據。由于各指標數據度量單位不同，需要對數據進行標準化和綜合化處理，以消除指標受計量單位的影響而帶來不可公度性。對每組數據標準化處理后將指標進行綜合，求得系統DEA評價中的輸入指標，見表2。

為了對系統運輸有效性進行全面的評價，準確判斷其規模有效性和技術有效性，采用C2R模型和C2GS2模型同時進行求解。由此，各種運輸方式系統計算結果見表3。

表2 各種運輸方式DEA輸入輸出指標數據量化表

表3 各種運輸系統計算結果

此外，各種運輸系統綜合有效性和技術有效性近5年的變化趨勢如圖1所示。

圖1 各種運輸系統綜合有效性和技術有效性變化趨勢圖

根據表3的計算結果，在近5年長吉圖區域四種運輸方式的相對效率值中，2016年C2R模型的最優值θ*= 1，且滿足S*-=S*+=0，說明綜合利用效率是DEA有效的，即同時滿足規模有效性和技術有效性，系統內部完全協調。對于其余4個非C2R有效的年份采用C2GS2模型作進一步分析，公路與水路在2012年，鐵路在2015年，航空在2012與2013年C2GS2模型的最優值θ*=1，說明各種運輸系統在對應的年份是技術有效的，在組織、協調、管理等方面是有效的。其余幾個年份，既非規模有效也非技術有效。

由圖1可以看出，長吉圖公路運輸DEA綜合效率指數在近5年內出現了小幅度波動，波動之中整體水平較高；鐵路與航空運輸指數在近5年內出現了穩定增長；水路運輸指數在近5年內由于經濟危機影響出現了較大波動。說明長吉圖區域各種運輸方式系統協調性較好，效率有明顯提高。

（2）各種運輸系統規模效益分析。根據表4，2016年長吉圖各種運輸方式的C2R有效性均達到1，即規模收益是不變的，其余4年均大于1，即規模收益是遞增的。表明過去5年里，長吉圖公路、鐵路、水路、航空運輸系統總體上投入不足，應加大各種運輸方式的投資建設力度。

（3）各種運輸系統投入剩余和產出虧空分析。根據表4，可計算使長吉圖公路運輸效率非DEA有效年份的投入剩余和產出虧空量，以及這些投入剩余及產出虧空量占其實際值的百分比。由計算結果S*-=S*+=0可知，鐵路運輸系統4個非C2R有效年份的產出虧空量均為零；在4個投入指標上都存在投入剩余的問題，但其所占比重均相同。對結果進行計算，匯總于表4中。

表4 各種運輸方式投入產出結果表

從表4中可以看出，各種運輸方式的4個指標投入剩余量占實際值的比重隨著年份增加呈下降趨勢，說明近年來長吉圖各種運輸系統在生產要素上均是有所優化的，運輸系統逐步趨于協調發展。同時，由S*-=S*+=0可知所有產出虧空量均為零，說明在運輸過程中，各個輸出指標的產出效率較高。

3.2 各運輸方式協同效率與區域綜合交通網運營綜合效率評估結果分析

根據上文敘述的方法，可進一步計算四個運輸子系統各個決策單元的協調效度、發展效度和綜合效度值，其在5年間的變化如圖2所示。各種運輸方式的所有指數均隨著年份增加呈現上升狀態，2016年達到效度最高狀態，說明長吉圖近幾年各種交通運輸之間的協調性、發展性和綜合性均有所提高;協調效度曲線和綜合效度曲線發展趨勢大致相同，發展效度曲線變化較為平緩，說明系統協調效度對綜合效度的變化起決定作用；綜合交通運輸體系發展效度低于系統協調效度，說明幾種運輸方式在發展規模上，其比例還不甚適當。

圖2 各運輸方式綜合效度5年變化對比圖

圖3 長吉圖綜合交通運輸網絡營運效率變化趨勢圖

根據調研結果和相關文獻數據，對各個三級指標進行計算，并運用變異系數求得各三級指標的權重，之后運用變異系數綜合評價法進行計算，求得2012年到2016年的長吉圖綜合交通運輸網的營運效率評價值，如圖3所示，分別為0.308 7，0.392 2，0.455 1，0.567 1和0.685 7。說明長吉圖綜合交通運輸的發展水平近十年來一直處于不斷上升、不斷完善的過程。但是，從數值上看目前長吉圖綜合交通運輸發展水平只是剛剛進入中級階段，總體上還比較落后。主要表現在現有的交通基礎設施總體規模仍較小，特別是在主要運輸通道上公路、鐵路客貨運輸能力不足，不能滿足經濟社會發展對交通運輸不斷增長的需求。運輸網絡密度落后于經濟發達區域，與東北地區其他省份的主要經濟區域比較也有較大的差距。

4 結語

本文通過建立基于數據包絡分析（DEA）方法的各種運輸方式及多種運輸方式協同評價模型和基于變異系數綜合評價法的綜合交通網絡運營效率評價模型，對長吉圖區域綜合交通網絡運營效率進行了評價，得出長吉圖地區綜合交通網絡的發展規律和運營效率水平，找出其運營過程的薄弱環節，并根據問題所在提出以下四點策略：長吉圖區域綜合交通網的銜接要以綜合運輸和多式聯運為發展方向，構建網絡化的貨物運輸通道；加速形成長吉圖區域快速客運網絡，提高運輸市場組織化程度，進一步加大運輸市場的引導、監管和調控，促進傳統運輸業向現代物流業轉型；加快建設長吉圖區域綜合運輸網絡的信息化平臺，積極推廣智能交通技術；建立面向綜合效率和綜合效益的銜接管理體系，加強對多種運輸方式、多路徑選擇以及運輸網絡配流的整體優化研究，協調綜合交通運輸中多方之間的經濟協作關系。

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Assessment of Operational Efficiency of Com prehensive Traffic Network of Chang-Ji-Tu Region

Shen Ruifeng,Yang Jiaqi,Yang Xiang chuan
(Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China)

In this paper, we used the DEA model and discrete coefficient comprehensive evaluation method to assess the efficiency and collaboration of the transportation modes of the comprehensive traffic network of the Chang-Ji-Tu region, identified the existing problems, and at the end, proposed the countermeasures and suggestions to improve the operational efficiency of the comprehensive traffic network of the region.

Chang- Ji- Tu; regional comprehensive traffic network; DEA; mutated coefficient comprehensive evaluation method;comprehensive operational efficiency

F252.27;F224.0

A

1005-152X(2017)04-0063-05

2017-03-06

吉林省交通廳科技計劃項目“長吉圖綜合交通運輸網評估及優化分布技術”（45121011）

沈瑞峰（1962-），男，武漢理工大學交通運輸規劃與管理專業碩士研究生，研究方向：交通運輸系統優化分析。

doi∶10.3969/j.issn.1005-152X.2017.04.016