基于改進(jìn)重力模型的港口陸向交通可達(dá)性分析

張璟 李晶

【摘 要】 為全面衡量港口在陸上交通中發(fā)揮的作用，考慮港口及其到達(dá)腹地城市的交通影響因素，改進(jìn)重力模型，并分析港口交通可達(dá)性。以港口與腹地城市的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，選取相關(guān)指標(biāo)構(gòu)建港口吸引力和腹地城市影響力指標(biāo)體系，使用CRITIC法對指標(biāo)集結(jié)；以公路交通網(wǎng)的道路等級分類為基礎(chǔ)，對距離因素進(jìn)行改進(jìn)。計(jì)算東北三省4個主要港口2020年的陸向交通可達(dá)性，對比分析港口陸向交通可達(dá)性高低、分布特點(diǎn)及原因。

【關(guān)鍵詞】 港口；交通可達(dá)性；重力模型

0 引 言

“十四五”時期，我國處于從“富起來”到“強(qiáng)起來”的歷史性跨越新階段，這為我國沿海港口的穩(wěn)定發(fā)展提供了可靠依托。同時，面對國際局勢的更深刻調(diào)整、全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈重構(gòu)等重大挑戰(zhàn)和機(jī)遇，我國正積極構(gòu)建“以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)”的新發(fā)展格局，沿海港口貨物吞吐量的增長動力將會發(fā)生轉(zhuǎn)變。港口作為陸地上貨物的集散地，是貨物在陸路與水路2類運(yùn)輸方式之間轉(zhuǎn)換的場所。陸上交通使得港口與腹地之間產(chǎn)生連接，腹地為港口提供了產(chǎn)品、服務(wù)和市場，推動其發(fā)展。研究港口陸向交通可達(dá)性，既可以用于分析港口與腹地間聯(lián)系的差異和原因，也可為港口未來的服務(wù)和功能調(diào)整、陸上交通網(wǎng)絡(luò)的布局提供參考。

1 研究思路及模型

1.1 研究思路

港口與其陸向腹地通過交通構(gòu)建了緊密的聯(lián)系。對于港口與腹地城市的可達(dá)性，其大小與2個地方之間的相互作用力成正比，隨著兩者之間阻抗的增加而減少，符合重力模型特點(diǎn)。結(jié)合港口與陸向腹地的特點(diǎn)和交通連接的特征，從引力因素和阻抗因素的選取及引力因素的計(jì)算方法這2方面改進(jìn)重力模型。

1.2 模型原理

1.2.1 原始重力模型

傳統(tǒng)交通場景下的重力模型[1]，Ai為港口i的吸引力，Oi和Dj分別為港口i出發(fā)的出行總量、腹地城市j吸引的出行總量； f （Cij）表示阻抗函數(shù)，隨著時間成本、資金成本等的增加而變大，可達(dá)性隨之減小。

Ai＝ Oi Dj f （Cij）（1）

1.2.2 改進(jìn)重力模型

（1） 改進(jìn)引力因素。港口和腹地城市的“引力”越大，說明他們聚集貨物、資金等要素的能力越強(qiáng)，可達(dá)性越高。因此，對于港口 i ，其可達(dá)性 Ti 和本港 i 的吸引力 Ai、腹地城市j的影響力Bj成正比：

Ti＝ Ai Bj ?f （Cij）（2）

（2）改進(jìn)阻抗因素。港口i與腹地城市j之間的距離直接影響兩者的往來交流，因此選取公路交通網(wǎng)絡(luò)上的路程Dij作為其阻抗因素。對于公路交通，當(dāng)港口與腹地城市之間產(chǎn)生交通連接時，不同道路類型關(guān)系與路徑選擇、交通成本、運(yùn)輸時間等因素有關(guān)，因此，本文根據(jù)不同道路類型的速度限制，改進(jìn)公路交通網(wǎng)絡(luò)上的原始距離。

Dij＝ Dab

D*ab＝Dab （3）

D*ij＝ D*ab

式中： i和j分別為路徑起點(diǎn)和終點(diǎn)，該路徑由不同類型路段組成，a和b分別為每個路段的起點(diǎn)和終點(diǎn)； Dab為從a到b的該類型路段長度； D*ab為考慮實(shí)際路網(wǎng)建設(shè)和行駛條件，改進(jìn)后的路段長度；D*ij為從i到 j的所有不同類型路段的改進(jìn)后長度之和。

港口i與腹地城市j的可達(dá)性為Tij＝；港口i的可達(dá)性為Ti＝ 。

1.2.3 計(jì)算模型自變量

（1） 建立港口吸引力和腹地城市影響力指標(biāo)體系[2]，如圖1所示。基于吞吐量衡量港口吸引力，從城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面衡量腹地城市的影響力。

（2） 計(jì)算港口吸引力和腹地城市影響力指標(biāo)。在指標(biāo)體系中，通過客觀權(quán)重賦權(quán)（CRITIC）法確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重后，各項(xiàng)指標(biāo)才能集結(jié)為港口吸引力和腹地城市影響力。

步驟1：計(jì)算指標(biāo)變異性

指標(biāo)變異性是通過標(biāo)準(zhǔn)差反映各指標(biāo)的內(nèi)取值的差異波動情況，從而確定分配權(quán)重。同一個指標(biāo)內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差越大，說明該指標(biāo)的數(shù)值差異越多，變異性越大，包含的信息量更多，該指標(biāo)本身的評價強(qiáng)度得到提升，應(yīng)分配較大權(quán)重。CRITIC法假設(shè)有n個樣本，p個評價指標(biāo)，i和j分別為不同指標(biāo)。

＝xij

Sj＝（4）

式中： ?為第j個指標(biāo)的均值； Sj為第j個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差。

步驟2：計(jì)算指標(biāo)沖突性

指標(biāo)沖突性是通過相關(guān)系數(shù)反映指標(biāo)間的相關(guān)性，從而確定分配權(quán)重。一個指標(biāo)與其他指標(biāo)的相關(guān)性越強(qiáng)，說明該指標(biāo)與其他指標(biāo)的沖突性越小，越有可能包含更多相同的信息。當(dāng)該指標(biāo)與其他指標(biāo)之間重復(fù)過多時，該指標(biāo)的評價強(qiáng)度越低，應(yīng)分配較小權(quán)重。

Rj＝（1 rij）（5）

式中： Rj為第j個指標(biāo)與其他指標(biāo)的沖突性；rij為第i個評價指標(biāo)與第j個評價指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)。

步驟3：計(jì)算信息量

Cj＝Sj （1 rij）＝Sj Rj（6）

綜合考慮指標(biāo)變異性和指標(biāo)沖突性，得出第j個指標(biāo)的信息量Cj，其值越大，說明第j個指標(biāo)在評價指標(biāo)體系中越重要。

步驟4：確定權(quán)重

綜合上述計(jì)算結(jié)果， 第 j 個指標(biāo)的客觀權(quán)重Wj為

Wj＝（7）

2 實(shí)證分析

2.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

2.1.1 研究范圍選取

本文選取錦州港、大連港、營口港和丹東港這4個東北地區(qū)較大的港口作為可達(dá)性計(jì)算和評價的目標(biāo)港口；選取遼寧省、吉林省和黑龍江省作為港口陸向交通可達(dá)性計(jì)算和評價的腹地區(qū)域。

2.1.2 數(shù)據(jù)獲取

港口數(shù)據(jù)來源于《中國港口年鑒（2020年版）》；腹地區(qū)域城市數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒2020》；交通數(shù)據(jù)來源于開放地圖平臺Openstreetmap（https：//www.openstreetmap.org）；不同道路類型設(shè)計(jì)限速的設(shè)置參考《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[3]的道路等級和實(shí)際情況（見表1）。

2.1.3 數(shù)據(jù)處理

（1） 確定指標(biāo)權(quán)重前，為消除不同指標(biāo)之間數(shù)據(jù)范圍差異過大的影響，使用歸一化處理數(shù)據(jù)。

（2）腹地城市影響力評價指標(biāo)中，“第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重”和“第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重”均為百分比，因此，計(jì)算港口吸引力和腹地城市影響力指標(biāo)時，需分別轉(zhuǎn)換成“第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值”和“第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值”，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量級的統(tǒng)一。

2.2 港口陸向交通可達(dá)性分析

結(jié)合港口數(shù)據(jù)，提煉目標(biāo)港口吸引力指標(biāo)（見表2）；通過CRITIC法，計(jì)算并分配各港口對應(yīng)指標(biāo)權(quán)重（見表3）；采用改進(jìn)重力模型，分別計(jì)算東北地區(qū)4個港口與其連接的腹地城市的交通可達(dá)性（見表4）。

2.2.1 營口港

（1） 營口港整體可達(dá)性最高。營口港是全國范圍內(nèi)重要的綜合性主樞紐港，盡管其基礎(chǔ)設(shè)施落后于大連港，如與大連港相差近2/3的泊位數(shù)量、相差一半的碼頭長度，但其貨物吞吐能力較大，擁有最大的集裝箱吞吐量，因此其港口吸引力較強(qiáng)。

（2） 與大連港相比，營口港在輻射腹地城市方面更具地理優(yōu)勢。在4個港口中，營口港位于最“中”的地理位置，抵達(dá)東西兩側(cè)腹地城市都較為便捷；從營口港去往吉林省和黑龍江省的多數(shù)腹地城市時，需經(jīng)過重要交通樞紐沈陽市，在4個港口中，營口港距離沈陽市的交通路線最短。

2.2.2 大連港

（1） 大連港擁有較強(qiáng)的港口吸引力。遼寧省沿海港口承擔(dān)著東北地區(qū)80%以上的外貿(mào)運(yùn)輸，而大連是遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶的核心城市，大連港是東北三省最重要的綜合性外貿(mào)口岸，因此，其外貿(mào)貨物吞吐量遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他港口。此外，大連市持續(xù)建設(shè)東北亞航運(yùn)中心，使得大連港在碼頭長度、貨物吞吐量和集裝箱吞吐量這幾項(xiàng)權(quán)重較大的指標(biāo)中擁有領(lǐng)先優(yōu)勢。

（2） 大連港對不同腹地城市交通可達(dá)性差異較大。大連港位于遼寧省最南端，且距離交通樞紐城市沈陽市較遠(yuǎn)，因此對于東北三省的北部地區(qū)交通可達(dá)性較低。

2.2.3 錦州港

（1） 錦州港的港口吸引力低于營口港和大連港。其港口基礎(chǔ)設(shè)施條件低于丹東港，但因其在東北地區(qū)的國內(nèi)貨物運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用，所以仍擁有較高貨物吞吐量，該指標(biāo)在港口吸引力中占有較大權(quán)重。

（2） 錦州港具有交通優(yōu)勢。與營口港類似，以沈陽為中心城市群的建設(shè)提高了從錦州港通往腹地城市的交通能力，錦州港距離沈陽市較近，可充分利用沈陽市的交通優(yōu)勢，貨物運(yùn)往吉林省和黑龍江省時，可在沈陽市中轉(zhuǎn)，提升了通往腹地區(qū)域的可達(dá)性。

2.2.4 丹東港

（1） 丹東港港口吸引力較低。丹東港對內(nèi)是沈陽經(jīng)濟(jì)區(qū)、東北東部經(jīng)濟(jì)帶等多個城市群的東部主要出海通道；對外是連接?xùn)|北亞地區(qū)俄羅斯、蒙古、韓國和日本的重要通道。但無論是其基礎(chǔ)設(shè)施條件，還是貨物吞吐量級，與營口港和大連港相比仍有差距，導(dǎo)致其港口吸引力相對較低，可達(dá)性較低。

（2） 丹東港僅在東部地區(qū)具有交通優(yōu)勢。與港口吸引力最為相近的錦州港相比，因其地理位置處于遼寧省東部，距離沈陽市較遠(yuǎn)，因此對沈陽市的交通依賴相對最低，僅在東北三省東部地區(qū)具有較高可達(dá)性。

3 結(jié) 語

研究發(fā)現(xiàn)，對于擁有同一腹地區(qū)域的港口，其陸向交通可達(dá)性受港口自身吸引力及港口到腹地城市距離的影響。其中，港口自身吸引力既受港口基于自然條件的基礎(chǔ)設(shè)施影響，也與港口自身在面對不同貿(mào)易對象時扮演的角色和依據(jù)地理優(yōu)勢發(fā)揮作用的貿(mào)易定位有關(guān)；港口到腹地城市的距離與港口相對腹地的地理位置及周圍是否有交通樞紐城市相關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]WILSON A G. A family of spatial interaction models，andassociated developments[J]. Environment and Planning A： Economy and Space，1971（1）：1-32.

[2] 韓增林，尚顏顏，郭建科，等. 東北地區(qū)港口內(nèi)陸空間可達(dá)性綜合測度[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展，2017（5）：11.

[3] 交通運(yùn)輸部公路局，中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司. 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：JTG B01―2014 [S]. 北京：人民交通出版社，2014.