張 戎,諸立超,陶學宗

(同濟大學 道路與交通工程教育部重點實驗室,上海 201804)

基于混合 Logit模型的饒甬運輸鏈選擇行為分析

張 戎*,諸立超,陶學宗

(同濟大學 道路與交通工程教育部重點實驗室,上海 201804)

以上饒和寧波之間公路和鐵路兩條集裝箱運輸鏈為研究對象,分析了鐵路運輸鏈時間和費用構成.然后選取準時性、運輸鏈總時間、運輸鏈總費用和安全性為效用函數(shù)特性變量建立了多項 Logit模型和混合 Logit模型.結果表明,時間和費用對運輸方式選擇起到了關鍵作用,并且鐵路分擔率對于費用的變化較為敏感.在不同假設場景下對公鐵分擔率進行了分析,對改善鐵路服務水平所帶來的分擔率提升進行了定量計算.最后考慮到鐵路時間和費用構成中存在的壓縮空間,從運輸鏈總時間、總費用和列車運行組織三方面提出了海鐵聯(lián)運發(fā)展對策.

綜合交通運輸; 影響因素; 混合 Logit模型; 運輸鏈; 選擇行為

1 引 言

人們在選擇貨運方式時往往會考慮諸多因素,為研究各因素的重要性及其影響程度,學者們采用了不同方法和模型.早期如 Friedlaender[1]等學者對貨運方式選擇的研究主要強調運費率和庫存價格,后來將運輸方式服務屬性納入進來;Baumol和Vinod[2]的運輸選擇模型就考慮了運費率、速度、可靠性和貨損等因素.從上世紀70年代開始,研究者逐漸意識到服務屬性比運費率更為重要. McGinnis[3]對美國351個托運人進行了調查,涉及到貨運方式選擇的八個因素,其中最主要的是速度、可靠性以及貨損.Burg 和 Daley[4]對美國駁船運輸?shù)倪x擇過程進行了分析,結果表明托運人與承運人的偏好不同,托運人更關注費用以外的因素.Murphy 等[5]在研究國際運輸鏈和節(jié)點選擇過程中,通過對貨代進行訪問和調查,發(fā)現(xiàn)貨代更關注設備的可獲得性、運輸信息和貨損的可能性. Nam[6]以貨物分類為基礎,將運輸時間、可達性、頻率、運費和貨重作為影響鐵路、公路貨運方式選擇的重要因素,并根據(jù)彈性分析得到了運輸時間最重要的結論.Cullinane 和 Toy[7]對75份涉及路徑 /方式選擇的文獻進行了歸納,認為最主要的五個因素是價格、速度、運輸時間、貨物特性和服務.Norojono和 Young[8]指出靈活性和服務質量才是決定貨運方式選擇的主要因素.張戎等[9,10]分別采用多項Logit模型(Multinomial Logit Model,以下簡稱MNL)和巢式 Logit模型對運輸鏈①運輸鏈:本文所指運輸鏈特指內(nèi)陸段運輸鏈,內(nèi)陸段運輸鏈是指貨物在腹地和港口口岸間的運輸、中轉、存儲等環(huán)節(jié)的整合。選擇進行分析,結果表明運輸費用對貨運方式選擇影響最大.

從已有文獻來看,鮮有文獻研究鐵路運輸鏈的時間和費用構成.基于此,本文以上饒——寧波運輸鏈(以下簡稱饒甬運輸鏈)為研究對象,對鐵路運輸鏈時間和費用構成進行了細分.為如何改善鐵路貨運服務水平和組織流程、吸引更多的公路集裝箱轉移到鐵路上來確立了改進方向,從而推動集裝箱港口集疏運體系的優(yōu)化.此外,借助于離散選擇模型,可揭示出貨運方式?jīng)Q策者的運輸鏈選擇行為機理,也為海鐵聯(lián)運②海鐵聯(lián)運:進出口貨物由鐵路運到沿海海港直接由船舶運出,或是貨物由船舶運輸?shù)竭_沿海海港之后由鐵路運出的只需"一次申報、一次查驗、一次放行"就可完成整個運輸過程的一種運輸方式。鼓勵政策提供了定量評估工具.通過對MNL和MMNL模型的比較,有助于選取精度和適用性更佳的模型,從而更加準確地預測貨運選擇行為.

本文選取饒甬之間公路和鐵路兩條運輸鏈作為研究對象,在分析鐵路運輸鏈時間和費用構成的基礎上,利用MMNL模型對運輸鏈選擇行為影響因素進行分析.最后結合假設場景概率計算結果提出發(fā)展饒甬海鐵聯(lián)運的政策及措施建議.

2 影響運輸鏈選擇的因素分析

以往研究貨運方式選擇影響因素的文獻基本上都包含運輸時間和費用,表明這兩個因素在貨運方式選擇中的重要性,而對于饒甬之間的集裝箱運輸而言,其準時性要求往往比普通貨物運輸更為苛刻,此外考慮的因素當然應包括安全性,決策者不會選擇一種貨損貨差比例非常高的運輸方式.本文在借鑒相關文獻和對饒甬集裝箱運輸托運人實地調查的基礎上,最終確定準時性、運輸鏈總時間、運輸鏈總費用和安全性為饒甬運輸鏈選擇影響因素.考慮公路和鐵路兩條運輸鏈,其中準時性和安全性為定性變量,以 1 ～5 分表示差、較差、一般、較好和好.鐵路運輸鏈總費用構成見圖1 和表1,總時間構成見圖2 和表2,而公路運輸鏈總費用和總時間相對固定,分別約為 2670 元/TEU 和 11h,這里就不具體展開.

圖1 鐵路運輸鏈總費用組成Fig.1 Total cost compositions of railway transportation chain

鐵路運輸鏈總費用構成如下:集裝箱鐵路運費與所裝貨物無關,僅與起訖點相關,所以重箱運費為 1 682.4 元 /TEU,空箱則為 612.5 元 /TEU;公路短駁費由上饒和寧波兩頭的短駁費組成,其中上饒海鐵聯(lián)運集裝箱量 80% 以上都來自晶科能源,晶科能源距離上饒站 16 km,按照 10 元 /(TEU·km)的集卡運費率,可知上饒段短駁費為 160 元/TEU;而寧波港為了鼓勵海鐵聯(lián)運的發(fā)展,不僅免去了港口與港站之間的短駁費,而且還對兩地間的海鐵聯(lián)運箱給予 500 元/TEU 的補貼;此外,還需考慮集裝箱裝卸費.

表1 鐵路運輸鏈總費用(元/TEU)Table1 Total cost of railway transportation chain( ￥ /TEU)

圖2 鐵路運輸鏈總時間組成Fig.2 Total time compositions of railway transportation chain

鐵路運輸鏈總時間構成如下:上饒至寧波的“五定班列③”運輸時間固定,大約為 17 h;集裝箱在鐵路堆場的等待時間較長,平均為 28 h;集裝箱班列一般為 35 節(jié),共 70TEU,根據(jù)軌道式龍門吊的裝卸效率( 裝、卸分別約為2 min/TEU 和 3 min/ TEU),可確定裝、卸時間分別約為 2.5 h 和 3.5 h;而上饒段和寧波段的短駁時間均在 0.5 h 左右.鐵路運輸鏈總時間為 52 小時 TEU,如表2 所示.

表2 鐵路運輸鏈總時間(h/TEU)Table2 Total time of railway transportation chain(h/TEU)

3 饒甬海鐵聯(lián)運分析

3.1 MMNL

MMNL克服了其他離散選擇模型在效用函數(shù)隨機項分布和決策者同質性假設方面的不足,特性變量待估計參數(shù)β被可服從任意分布的隨機數(shù)所替代,而不再是 MNL 中的固定值,從而反映出決策者偏好的差異.MMNL 概率是 MNL 概率在其參數(shù)密度函數(shù)上的積分,決策者 n 選擇方案 i的概率計算公式可表示為

式中 Lin( β) ——參數(shù) β 的 MNL 概率:

f(β)(應該是 f(β | θ))——密度函數(shù).

Vjn( β)是效用的一部分,依賴于參數(shù) β.如果效用與 x 呈線性關系,那么 Vjn( β)= β′xjn. 在這種情況下,MMNL 概率為

3.2 模型建立

根據(jù)第2節(jié)確定的影響因素,分別建立公路和鐵路運輸鏈的效用函數(shù)如下:式中εroad、εrail——均服從參數(shù)為(0,1) 的二重指數(shù)分布;

θ1、θ2、θ3、θ4、 ASC——待標定的參數(shù).效用函數(shù)中的特性變量如表3所示.

表3 效用函數(shù)特性變量定義及量化Table3 Definition and quantification of characteristic variables in utility function

3.3 模型求解及分析

(1)參數(shù)標定.

采用調查所得的 RP/SP 數(shù)據(jù),利用 NLOGIT軟件分別對 MNL 和 MMNL 進行參數(shù)標定,其中假設 θ2和 θ3均服從正態(tài)分布,參數(shù)估計結果如表4所示.

表4 模型參數(shù)標定結果Table4 Calibration result of model parameters

MMNL 似然函數(shù)值和 McFadden 系數(shù)值( ρ2)分別為-139.040 9 和 0.485 7,而 MNL 的精度指標分別為 -144.267 3 和 0.466 3, 兩 者 的 McFadden系數(shù)都超過了 0.2,它們的中率也均達到了 80% 以上,說明兩者的解釋能力都比較強,但 MMNL 的精度更高.各個特性變量的符號都與預期相同,表明在實際選擇過程中,隨著鐵路(公路)運輸鏈總費用和總時間(符號為負)的增加,決策者就會轉向公路(鐵路),而可靠性和安全性(符號為正)的改善可以增加鐵路(公路)的分擔率.雖然 MMNL 模型中隨機參數(shù)均值和標準差的 t檢驗不顯著,可能原因是由于選取的分布與決策者的實際偏好分布差異較大,不能很好地擬合所引起的,但是模型精度的提升卻說明了隨機參數(shù)的引入對于揭示決策者的異質性仍然起到了積極作用.

下面根據(jù)參數(shù)估計結果計算饒甬運輸鏈的貨物時間價值.從 MNL 中得到的貨物時間價值為θ3/θ2=41.85(元/TEU·h);對 MMNL 而言,由于運輸鏈總時間和總費用服從正態(tài)分布,為簡便起見,直接以均值相除,得到貨物時間價值 μ2/μ1= 42.90(元/TEU·h),即決策者愿意多支付 42.90元 /TEU 的費用以縮短 1 h 的運輸鏈時間.

(2)情景假設.

由 MNL 的特性變量 t檢驗可知,安全性對運輸鏈選擇的影響程度不大,原因可能是鐵路和公路的貨損貨差比例都較低,已非決策者考慮的主要因素,而最主要的影響因素為運輸鏈總時間和總費用,故本文針對這兩個變量設置了四個鐵路運輸鏈總時間和總費用下降的假設情景,并在這些假設情景下進行了分擔率劃分,如表5所示.

表5 不同假設情景下的分擔率劃分Table5 Division of share rate in different scenarios

鐵路運輸鏈總時間和總費用的下降趨勢在兩個模型中是類似的,而降低總費用更容易使公路集裝箱轉移到鐵路上來;并且總費用和總時間下降20%對分擔率造成的影響與下降 10% 相比遠不止兩倍關系,表明小幅下降并不能使分擔率發(fā)生較大變化,但是大幅下降對分擔率影響很大.饒甬之間的公路和鐵路運輸鏈總費用相近,而運輸鏈總時間相差很多,導致決策者更傾向于公路,只有當總費用和總時間縮減幅度較大時,決策者才會轉向鐵路運輸.

4 海鐵聯(lián)運發(fā)展建議及措施

根據(jù)假設場景概率計算結果,表明鐵路運輸鏈總費用和總時間縮減對于增加鐵路分擔率的確有很大幫助.結合上文對鐵路運輸鏈時間和費用構成的分析,應從鐵路運輸鏈總費用、總時間及運輸組織(與總費用和總時間兩者都相關)三方面考慮,提出促進海鐵聯(lián)運發(fā)展的建議及措施;并可根據(jù)上述模型,在不同情景下定量計算由于不同政策措施引起的鐵路運輸鏈總時間和總費用縮減對于鐵路分擔率造成的影響,以評估不同政策措施的優(yōu)劣.而上文已對幾種假設場景的分擔率變化進行了計算,可視為下述幾種措施定量化以后對分擔率造成的影響.

4.1 降低鐵路運輸鏈總費用

運價可以有效調節(jié)運輸市場供需關系,但現(xiàn)行的鐵路運價體系已難以適應市場競爭環(huán)境,而公路正以靈活低廉的回空捎貨價格占據(jù)著市場,因此鐵路價格亟需調整.從假設場景的分擔率變化可知,鐵路總費用下浮比例越大,越能增加對集裝箱的吸引力,所以應盡可能地降低鐵路運價,并可結合上述模型,計算不同幅度的運價下浮對鐵路分擔率造成的影響:第一,適當下調鐵路集裝箱運價,以此來降低公路運輸?shù)倪\價優(yōu)勢;第二,通過推出大批量集裝箱鐵路運輸優(yōu)惠政策來增加鐵路吸引力,并且其量越大優(yōu)惠越多;第三,根據(jù)市場情況,在貨運淡季時提供鼓勵政策,將公路集裝箱轉移到鐵路上來.

鐵路運輸鏈總費用除鐵路運價外還包括兩頭的短駁費、裝卸費、庫存費等,所以為了使鐵路更具競爭力,應通過降低裝卸費、補貼兩頭短駁等方式,進一步降低托運人或貨代的鐵路運輸成本.

此外,饒甬運輸鏈中調空箱的費用占到了鐵路總費用的 20% ～30%,通過上述計算可知,節(jié)省調空箱的費用至少能使鐵路分擔率上升 16% ～19%,而雙重運輸不失為一種降低調空箱費用的好方法.

4.2 壓縮鐵路運輸鏈總時間

就饒甬運輸鏈實際情況來看,鐵路運輸鏈總時間過長,總費用與公路相比沒有較大優(yōu)勢.而根據(jù)決策者對于運輸鏈總時間的支付意愿可知,縮短1 h能夠為鐵路 多帶 來 42.90 元 /TEU 的收益.在條件許可情況下,鐵路貨運適當提速可縮減運輸時間,減少集裝箱在鐵路堆場的等待時間也是一個重要方面.這就需要鐵路與貨主或者貨代有良好的溝通,改進車站裝車作業(yè)流程,使貨主或者貨代能夠按照班列的開行時間及時組織短駁運輸,最大程度地減少集裝箱在鐵路堆場的裝車等待時間.

4.3 優(yōu)化列車運輸組織

優(yōu)化列車運輸組織,有助于減少鐵路運輸時間和費用、保證鐵路運輸服務可靠性,提高鐵路運輸競爭力.上饒—寧波“五定班列”途徑浙贛線和蕭甬鐵路,浙贛線是全國最繁忙的幾條干線之一,為了更好地開行集裝箱班列,可采取以下運輸組織方式:(1)雙重運輸;(2)空箱搭配內(nèi)貿(mào)箱運輸;(3)雙層集裝箱運輸;(4)中轉接續(xù).

雙重運輸——寧波北侖港站的廢銅集裝箱由北侖港站運至鷹潭,在鷹潭將廢銅集裝箱卸下,再將空箱運至上饒,裝上出口貨物后回到北侖港站,因為鷹潭的廢銅進口量和上饒的出口量都比較多,所以容易形成真正的“五定班列”,保證穩(wěn)定的運輸時間;空箱搭配外貿(mào)箱——由于回程空箱數(shù)少于去程重箱數(shù),需將多余車輛解體再裝上空箱返程,而在車列不解體情況下,可將運至上饒及以遠地區(qū)的內(nèi)貿(mào)箱裝上班列以減少解體等作業(yè),從而縮短運輸時間;雙層集裝箱運輸——是充分利用鐵路限界、提高集裝箱運輸效率的一種方法,其運輸能力與單層集裝箱相比提升了一倍,并且有助于降低營運成本;中轉接續(xù)——在 OD 對貨源不足或到發(fā)量不均衡的情況下,往往凸顯不出集裝箱班列的優(yōu)勢,上饒至寧波的“五定班列”也存在著這樣的問題,而中轉接續(xù)正好可以彌補這個缺陷,但中間站數(shù)量不宜超過兩個.

5 研究結論

本文結合饒甬集裝箱運輸鏈,對鐵路運輸鏈的時間和費用構成進行了分析,利用 MNL 和 MMNL定量計算了各因素對選擇行為的影響程度,可知總費用最重要,總時間次之.基于此,本文從運輸鏈總費用、總時間和列車運行組織三方面提出了相應的政策措施,以期將通過公路運輸?shù)募b箱盡量轉移到鐵路上來.此外,通過比較 MNL 和 MMNL 得到了預測能力更佳的模型,但是文中對待估計參數(shù)的正態(tài)分布假設有一定局限性,未來研究中應對多種分布假設進行比較,以得到更符合決策者異質性的模型.由于不清楚空箱來源,所以鐵路運輸鏈總費用中并未考慮空箱的短駁費,這也是需要進一步研究的問題.

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Analysis of Rao Yong Transportation Chain Choice Based on Mixed Multinomial Logit Model

ZHANG Rong,ZHU Li-chao,TAO Xue-zong
(Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education,Tongji University,Shanghai 201804,China)

This paper takes road and railway container transportation chain between Shangrao and Ningbo as objectives,and analyzes cost and time composition of railway transportation chain.Then Multinomial Logit Model and Mixed Multinomial Logit Model are established by selecting punctuality,total transportation chain time,total transportation chain cost and safety as utility function variables.The results show that both time and cost play a key role in transportation mode selection process,and the share rate of railway is more sensitive to the change on cost.Share rate of road and railway are analyzed under different assumption scenarios,and share rate enhancement of railway for its service level improvement is calculated quantitatively.Finally,considering the compression space of time and cost,countermeasures are put forward to develop rail-sea intermodal transportation,including total transportation chain time,total transportation chain cost and train operation organization.

integrated transportation;influence factors;mixed multinomial Logit model;transportation chain;choice behavior

1009-6744(2014)01-0138-06

U169

A

2013-05-06

2013-08-07錄用日期:2013-08-16

國家自然科學基金(71271154).

張戎(1966-),男,浙江嘉善人,教授,工學博士.*通訊作者:zhangrongtj@163.com