公路快速貨運站點城市布局研究

林國龍，劉月靜，丁 一

(上海海事大學 物流研究中心，上海 201306)

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公路快速貨運站點城市布局研究

林國龍，劉月靜，丁 一

(上海海事大學 物流研究中心，上海 201306)

針對公路快速貨運站點城市布局問題開展了研究。在分析快運站點城市布局影響指標的基礎上，運用聚類法對候選城市進行分類，通過秩和比多指標綜合評價方法，進一步將分類結果按照候選城市建立快運站點的適宜程度排序，再按照空間合理布局的原則，選擇適宜程度分類等級較高的城市，作為公路快速貨運站點城市。并以黑龍江省公路快速貨運站點城市布局為例，對提出的方法進行了驗證。

交通運輸工程；公路快速貨運系統；站點城市布局；系統聚類分析；秩和比評價；空間合理布局

隨著社會經濟的發展和高新技術的廣泛應用，適合公路快速貨運的小批量、多品種、高時效和高附加值貨物的比重不斷增長，公路快速貨運已經成為在中短途運輸中實現貨物快速、安全、準確和“門到門”運輸服務的最佳運輸組織方式。我國政府也將公路快速貨運系統的建設作為推動現代物流業發展的重要舉措[1]。公路快速貨運站點城市布局決定著整個公路快運系統的形狀、模式和結構，是公路快速貨運系統建設中需要首先實現的目標。因此針對公路快速貨運站點城市布局規劃問題的研究就顯得尤為迫切和重要。

目前已有的相關文獻中，對于公路貨運站點布局方法的研究有很多。尹莉等[2]和張華等[3]以總運輸費用最小為目標，構建公路貨運站點布局優化模型；肖云梅[4]利用TOPSIS法對公路貨運樞紐布局眾多影響指標進行分析，并得出各候選貨運場站的可比性評價結果；馬睿瑞等[5]針對同樣的問題，對影響指標進行量化，建立了公路貨運樞紐布局混合整數規劃模型，并用實例驗證了模型的有效性；而劉偉華等[6]則更多地側重于有關樞紐客貨站規模確定的研究；郭凡良[7]和李光蕊[8]分別以預測出的客運量、貨運量為基礎，并結合場站布局影響因素，來規劃場站布局；李明等[9]通過改進現有一般運輸問題的線性規劃模型從而實現了對多物流配送中心選址布局問題的優化；胡大偉等[10]則首次提出運用聚類分析法進行公路貨運站點布局規劃，分析了系統聚類、動態聚類和模糊聚類3種聚類分析方法在公路貨運站點布局中的應用；張小輝等[11]采用模糊聚類分析方法，研究了區域公路貨運站點布局規劃問題，多物流配送中心的選址布局優化模型研究。

李旭宏等[12]則將模糊聚類分析方法應用于公路快速貨運站點城市布局規劃問題，并取得了預期效果；不足的是由于影響指標眾多，根據聚類結果直接得出建立快運站點城市的適宜程度分類，缺乏一定的說服力。

公路快速貨運站點布局與傳統的公路貨運站點布局問題不同，它對公路交通狀況和快運需求程度所包含的各項因素要求更高，而對運輸成本因素要求相對較弱，以運輸成本最小為目標的建模方法就不甚試用。因此，筆者在分析公路快運站點布局影響指標的基礎上，運用系統聚類分析方法對候選城市進行分類；通過秩和比多指標綜合評價方法進一步將分類結果按照候選城市建立快運站點的適宜程度排序；最后根據空間合理布局的原則，選擇適宜程度分類等級較高的城市作為公路快運站點城市。為公路快速貨運站點城市布局規劃問題提供一種切實可行的方法。

1 公路快速貨運站點城市布局影響指標體系

公路快速貨運系統是以高時效的貨物為服務對象，以高等級公路為基礎，依托多層次、網絡化的貨運場站體系集散貨源，使用技術先進、結構合理的車輛載運貨物，利用高效的通信信息技術作為管理手段，通過科學有效的運輸組織，實現貨物和信息安全、準確、快速流動的公路貨運系統[13]，其示意如圖1。

圖1 公路快速貨運系統示意Fig. 1 Schematic representation of road express freight transportation system

如前面提到的快運站點城市選擇方法，公路快運站點城市布局影響指標，應該能對候選城市建立快運站點的適宜程度進行客觀、公正和全面的權衡，且易于比較分析。此外，參考公路快速貨運系統的概念，其布局的影響指標擬從快運需求、高等級公路里程和信息化3個方面進行分析。其對應的具體指標詳見圖2。

圖2 公路快速貨運站點布局指標體系Fig. 2 The index system of road express freight terminal layout

1.1 快運需求

從快運需求角度分析，快運需求程度高的城市適宜建立快運站點。公路貨運量是國民經濟和人民生活對貨運需求的數量尺度[14]，城市貨運量的大小直接關系到城市建立公路貨運站點的適宜程度，是快運站點城市布局的關鍵衡量指標。此外，公路快運系統的服務對象是時效性強的貨物，用特快專遞業務量來反映該服務對象的需求程度，作為快運需求在服務對象方面的具體指標。城市經濟發展水平在很大程度上反映了其快運需求情況，筆者用工業總產值和社會消費品零售總額來衡量城市的經濟發展狀況，作為快運需求在經濟領域的具體考量指標。另外人是快運需求主體，城市人口規模間接衡量了快運的需求情況，因此城市人口數也是公路快運站點布局的重要考核指標。據此，快運需求主要有以下指標：公路貨運量，特快專遞業務量，工業總產值，社會消費品零售總額，人口數。

1.2 高等級公路里程

公路快速貨運系統是以高等級公路(包括高速公路、一級公路和二級公路)為基礎的公路貨運系統。從其示意圖(圖1)上可看出：實際運行過程中高等級公路又劃分為高速公路和其它高等級公路，其中高速公路是優先選擇的線路類型。鑒于此，高速公路里程和其它高等級公路里程作為衡量高等級公路里程的兩個具體指標。

1.3 信息化

高效的通信信息技術是公路快運系統的管理手段，因此城市信息化是影響快運站點城市布局的重要因素。參考城市信息化及其評價指標體系[15]的基礎上，綜合考慮公路快運與城市信息化關聯情況后，選取電信業務收入、移動電話用戶數和互聯網寬帶接入數3個具體指標來衡量城市的信息化水平。

2 基于系統聚類分析的公路快運站 點布局

2.1 聚類分析及其方法的選擇

聚類分析是統計學中研究“物以類聚”問題的多元統計分析方法，它能夠將一批樣本(或變量)數據根據其諸多特征，按照在性質上的親疏程度在沒有先驗知識的情況下進行自動分類。其中類內部個體特征具有相似性，不同類間個體特征的差異性較大。相似或相異的度量通常是根據描述對象的屬性值來計算，距離是經常采用的度量方式[16]。

聚類分析主要通過4個過程來完成。

1) 數據預處理：選擇數量、類型和特征的標度，并將孤立點移出數據。

2) 為衡量數據點間的相似度定義一個距離函數相似性是定義一個類的基礎，不同數據之間在同一個特征空間相似度的衡量對聚類結果很重要。通常通過定義在特征空間的距離度來評估不同對象的相異性。

為測度個體間的距離，先將每個樣本觀測數據看成k維空間上的一個點。一般情況下，點與點之間的距離越大，意味著它們越“疏遠”，因此越有可能分別屬于不同的類。

筆者擬選用夾角余弦距離Lcosine來測度樣本點之間的距離。兩個體(x，y)間的夾角余弦距離數學定義為：

(1)

式中：xi為個體x的第i個變量的變量值；yi為個體y的第i個變量的變量值。

3) 聚類：將數據對象劃分到不同的類中。

4) 評估聚類結果：一般而言，幾何性質(包括類間的分離和類內部的耦合)都可用來評估聚類結果的質量。

筆者通過探索性分析，一開始并不確定最終的分類數目，也不容易確定初始的分類中心，所以文中運用系統聚類方法(hierarchical cluster procedures)中的組間聯接聚類法(average group linkage)進行分析，該方法定義了兩類之間的平均平方距離。

系統聚類是應用最為廣泛的一種聚類方式，其聚類過程是按照一定的層次進行的。其主要思想是：首先將每一個個體看作一類，然后將相近程度最高的兩類進行合并組成一個新類，再將該新類與相似度最高的類進行合并，不斷重復此過程，直到所有的個體都歸為一類[17]。

公路貨運站點布局一般采用定量分析以總運輸費用最小為目標，建立相應的數學模型。此外，在分析公路站點布局影響指標的基礎上，對各個候選地址進行評價也是常用的布局方法。筆者將聚類分析方法應用在站點布局問題上，即采用定量分析和定性分析相結合的方法，首先分析影響站點布局的因素，然后通過聚類分析方法將各個候選城市進行分類，然后在根據空間合理布局的原則選擇最終的站點城市，在定量分析的基礎上更加靈活地選擇站點位置。

2.2 聚類分析及其結果

2.2.1 數據標準化

聚類分析中各變量的變量值不應有量綱和數量級上的差異，因為量綱和數量級對距離的判斷有較大影響，會對最終的聚類結果產生較大的影響。因此聚類分析之前應首先消除量綱和數量級對聚類結果的影響。筆者以黑龍江省各地區相關統計分析數據(表1)為例，并選擇Z-分數[18]將原始數據作標準化變換，其計算如式(2)：

(2)

式中：u為平均數；σ為標準差。

標準化后的數據均值為0，標準差為1，消除了量綱和數量級對結果的影響，標準化處理結果如表2。

2.2.2 聚類結果

根據表1中的公路快運站點布局相關指標的數據，按照組間聯接聚類法進行聚類分析，聚類樹狀圖如圖3。

從圖3中可看出：用此種方法聚類，聚類的組間距離較大，組內距離較小，聚類結果較為理想。該圖將實際距離按比例調整到0～25的范圍內，用逐級連線的方式連接性質相似的樣本或新類，直至聚為一類。各地區的差異性越小，在樹狀圖中表現為距離越短，從而越容易聚為一類；差異性越大，就越晚聚為一類。

根據實際分類需要，將系統聚類分析結果劃分為4類。分類結果如下：第1類：哈爾濱、齊齊哈爾、綏化；第2類：大慶；第3類：佳木斯、黑河、牡丹江；第4類：鶴崗、七臺河、大興安嶺、雞西、雙鴨山、伊春。

表1 黑龍江省各地區快運站點布局相關統計數據Table 1 Statistical data related with road express freight terminal layout of each area in Heilongjiang province

表2 黑龍江省各地區快運站點布局相關統計數據Z-分數標準化處理結果Table 2 Results of standardized Z score (Zs) of the statistical data related with road express freight terminal layout of each area in Heilongjiang province

圖3 使用平均連接(組間)的樹狀圖Fig. 3 The dendrogram of all the cities in Heilongjiang province based on average group linkage

2.3 結果分析

根據目前的分類結果，由于各地區指標眾多，為了進一步說明這4種類別建立快運站點的適宜情況排序，通過秩和比法(rank-sum ratio，簡稱RSR法)作進一步分析。

秩和比(RSR)是一種將多項指標綜合成一個具有0～1連續變量特征的統計量。計算的RSR越大越好，以RSR值對評價對象的優劣直接排序，從而對評價對象作出綜合評價。首先將表1中13個候選城市分別對應的10個評價指標的數據進行編秩，編出各候選城市每個指標的秩次，由于各指標都是高優指標，指標越高秩次值越高，編制如表3，然后計算秩和比(RSR)，如式(3)：

(3)

式中：m為指標數；n為城市數；Rij為第i行第j列元素的秩次。

將秩和比由大到小排序即為各候選城市建立公路快運站點適宜程度由高到低的排序，這4類城市的秩和比如圖4。

聚類結果第1類中：哈爾濱和齊齊哈爾秩和比分別排名第1和第2，因此該類屬于最適宜建立快運站點的城市；第2類大慶秩和比排名第3，因此該類屬于適宜建立快運站點的城市；第3類城市秩和比排名適中，因此該類屬于較適宜建立快運站點的城市；第4類城市秩和比普遍排名靠后，因此該類屬于不適宜建立快運站點的城市。各地區建立公路快運站點的適宜程度等級分類，在地圖上將結果顯示出來(圖5)，以便進一步結合其地理位置選取最終的快運站點城市。

從國外發達國家的實踐來看，公路快速貨運站點的輻射半徑為100～150 km為宜，它與分布于快運站點輻射半徑之內的業務受理點共同構成一個站點的基礎服務載體[19]，如圖1。依據上述建立快運站點的適宜程度等級分類以及空間合理布局的原則，選取聚類結果第1類中哈爾濱、齊齊哈爾、綏化，第3類中的佳木斯、黑河，以及第4類中的雞西作為黑龍江省公路快運站點城市。盡管大慶的適宜程度等級分類排名第2，但是根據其地理位置，已經在最適宜建立快運站點類別的3個城市的輻射范圍內，因此放棄大慶作為快運站點城市。選取雞西則從它的地理位置方面考慮，可以和哈爾濱和佳木斯一起輻射牡丹江、七臺河和雙鴨山，而其秩和比排名第7，說明其建立快運站點適宜程度適中，最終的快運站點城市在圖5中用星號標示，分別為：哈爾濱、齊齊哈爾、綏化、佳木斯、黑河、雞西。

圖4 4類城市的秩和比Fig. 4 Rank-sum ratio of four types of cities

圖5 黑龍江省各地區公路快運站點適宜程度分類分布Fig. 5 Distribution of road express freight terminal in Heilongjiang province according to the suitable degree

表3 黑龍江省各城市指標編秩及秩和比(RSR)值Table 3 Rank value of each index and rank-sum ratio of each city in Heilongjiang province

3 結 論

1) 將聚類分析方法應用于公路快速貨運站點城市布局規劃研究，將所有候選城市根據相應指標進行分類，并運用秩和比多指標綜合評價方法作進一步分析。將分類結果按照候選城市建立快運站點的適宜程度排序，形成候選城市建立快運站點的適宜程度等級分類。最后在結合候選城市地理位置客觀因素，選擇適宜程度等級分類級別較高的城市作為最終的快運站點城市。可以作為公路快速貨運站點城市布局規劃研究的有效方法。

2) 運用系統聚類分析方法進行公路快運站點布局規劃，合理采集和構造影響指標數據是關鍵一步。筆者根據公路快速貨運系統的概念、運行方式以及快運站點布局特點等進行各影響指標的選取。由于數據獲取上的困難，反映高時效貨物等快運需求指標還需作進一步探討。

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(責任編輯：劉 韜)

Layout of Terminal Cities in Road Express Freight System

LIN Guolong，LIU Yuejing，DING Yi

(Logistics Research Center，Shanghai Maritime University，Shanghai 201306，P.R.China)

The study on the layout of terminal cities in road express freight system was carried out.Firstly，systematic cluster method was adopted to divide the candidate cities into several groups，according to the analysis on the influence index of the layout of terminal cities.Secondly，classification results were further ranked by the rank-sum ratio (RSR) method，according to the suitability for the establishment of the road express freight terminal in candidate cities.Thirdly，the cities with high level of suitability were chosen as the terminal cities on the basis of the principle of reasonable space arrangement.Finally，the proposed method was verified by a case study of the terminal cities layout in road express freight system of Heilongjiang province.

traffic and transportation engineering; road express freight transportation system; layout of terminal cities; systematic cluster analysis; rank-sum ratio method; reasonable space arrangement

2016-03-28；

2016-06-12

國家自然科學基金項目(71301101)

林國龍(1952—)，男，浙江象山人，教授，博士，主要從事國際航運與供應鏈方面的研究。E-mail：linglzm@163.com。

劉月靜(1990—)，女，河南商丘人，碩士研究生，主要從事航運金融方面的研究。E-mail：lyuejing@163.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.06.14

U492.31

A

1674-0696(2017)06-085-07