林國龍，劉月靜，丁 一

(上海海事大學(xué) 物流研究中心，上海 201306)

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公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局研究

林國龍，劉月靜，丁 一

(上海海事大學(xué) 物流研究中心，上海 201306)

針對(duì)公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局問題開展了研究。在分析快運(yùn)站點(diǎn)城市布局影響指標(biāo)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用聚類法對(duì)候選城市進(jìn)行分類，通過秩和比多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，進(jìn)一步將分類結(jié)果按照候選城市建立快運(yùn)站點(diǎn)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(jí)較高的城市，作為公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市。并以黑龍江省公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局為例，對(duì)提出的方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

交通運(yùn)輸工程；公路快速貨運(yùn)系統(tǒng)；站點(diǎn)城市布局；系統(tǒng)聚類分析；秩和比評(píng)價(jià)；空間合理布局

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，適合公路快速貨運(yùn)的小批量、多品種、高時(shí)效和高附加值貨物的比重不斷增長，公路快速貨運(yùn)已經(jīng)成為在中短途運(yùn)輸中實(shí)現(xiàn)貨物快速、安全、準(zhǔn)確和“門到門”運(yùn)輸服務(wù)的最佳運(yùn)輸組織方式。我國政府也將公路快速貨運(yùn)系統(tǒng)的建設(shè)作為推動(dòng)現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展的重要舉措[1]。公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局決定著整個(gè)公路快運(yùn)系統(tǒng)的形狀、模式和結(jié)構(gòu)，是公路快速貨運(yùn)系統(tǒng)建設(shè)中需要首先實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。因此針對(duì)公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局規(guī)劃問題的研究就顯得尤為迫切和重要。

目前已有的相關(guān)文獻(xiàn)中，對(duì)于公路貨運(yùn)站點(diǎn)布局方法的研究有很多。尹莉等[2]和張華等[3]以總運(yùn)輸費(fèi)用最小為目標(biāo)，構(gòu)建公路貨運(yùn)站點(diǎn)布局優(yōu)化模型；肖云梅[4]利用TOPSIS法對(duì)公路貨運(yùn)樞紐布局眾多影響指標(biāo)進(jìn)行分析，并得出各候選貨運(yùn)場(chǎng)站的可比性評(píng)價(jià)結(jié)果；馬睿瑞等[5]針對(duì)同樣的問題，對(duì)影響指標(biāo)進(jìn)行量化，建立了公路貨運(yùn)樞紐布局混合整數(shù)規(guī)劃模型，并用實(shí)例驗(yàn)證了模型的有效性；而劉偉華等[6]則更多地側(cè)重于有關(guān)樞紐客貨站規(guī)模確定的研究；郭凡良[7]和李光蕊[8]分別以預(yù)測(cè)出的客運(yùn)量、貨運(yùn)量為基礎(chǔ)，并結(jié)合場(chǎng)站布局影響因素，來規(guī)劃場(chǎng)站布局；李明等[9]通過改進(jìn)現(xiàn)有一般運(yùn)輸問題的線性規(guī)劃模型從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)多物流配送中心選址布局問題的優(yōu)化；胡大偉等[10]則首次提出運(yùn)用聚類分析法進(jìn)行公路貨運(yùn)站點(diǎn)布局規(guī)劃，分析了系統(tǒng)聚類、動(dòng)態(tài)聚類和模糊聚類3種聚類分析方法在公路貨運(yùn)站點(diǎn)布局中的應(yīng)用；張小輝等[11]采用模糊聚類分析方法，研究了區(qū)域公路貨運(yùn)站點(diǎn)布局規(guī)劃問題，多物流配送中心的選址布局優(yōu)化模型研究。

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

公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)布局與傳統(tǒng)的公路貨運(yùn)站點(diǎn)布局問題不同，它對(duì)公路交通狀況和快運(yùn)需求程度所包含的各項(xiàng)因素要求更高，而對(duì)運(yùn)輸成本因素要求相對(duì)較弱，以運(yùn)輸成本最小為目標(biāo)的建模方法就不甚試用。因此，筆者在分析公路快運(yùn)站點(diǎn)布局影響指標(biāo)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)聚類分析方法對(duì)候選城市進(jìn)行分類；通過秩和比多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)一步將分類結(jié)果按照候選城市建立快運(yùn)站點(diǎn)的適宜程度排序；最后根據(jù)空間合理布局的原則，選擇適宜程度分類等級(jí)較高的城市作為公路快運(yùn)站點(diǎn)城市。為公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局規(guī)劃問題提供一種切實(shí)可行的方法。

1 公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局影響指標(biāo)體系

公路快速貨運(yùn)系統(tǒng)是以高時(shí)效的貨物為服務(wù)對(duì)象，以高等級(jí)公路為基礎(chǔ)，依托多層次、網(wǎng)絡(luò)化的貨運(yùn)場(chǎng)站體系集散貨源，使用技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理的車輛載運(yùn)貨物，利用高效的通信信息技術(shù)作為管理手段，通過科學(xué)有效的運(yùn)輸組織，實(shí)現(xiàn)貨物和信息安全、準(zhǔn)確、快速流動(dòng)的公路貨運(yùn)系統(tǒng)[13]，其示意如圖1。

圖1 公路快速貨運(yùn)系統(tǒng)示意Fig. 1 Schematic representation of road express freight transportation system

如前面提到的快運(yùn)站點(diǎn)城市選擇方法，公路快運(yùn)站點(diǎn)城市布局影響指標(biāo)，應(yīng)該能對(duì)候選城市建立快運(yùn)站點(diǎn)的適宜程度進(jìn)行客觀、公正和全面的權(quán)衡，且易于比較分析。此外，參考公路快速貨運(yùn)系統(tǒng)的概念，其布局的影響指標(biāo)擬從快運(yùn)需求、高等級(jí)公路里程和信息化3個(gè)方面進(jìn)行分析。其對(duì)應(yīng)的具體指標(biāo)詳見圖2。

圖2 公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)布局指標(biāo)體系Fig. 2 The index system of road express freight terminal layout

1.1 快運(yùn)需求

從快運(yùn)需求角度分析，快運(yùn)需求程度高的城市適宜建立快運(yùn)站點(diǎn)。公路貨運(yùn)量是國民經(jīng)濟(jì)和人民生活對(duì)貨運(yùn)需求的數(shù)量尺度[14]，城市貨運(yùn)量的大小直接關(guān)系到城市建立公路貨運(yùn)站點(diǎn)的適宜程度，是快運(yùn)站點(diǎn)城市布局的關(guān)鍵衡量指標(biāo)。此外，公路快運(yùn)系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象是時(shí)效性強(qiáng)的貨物，用特快專遞業(yè)務(wù)量來反映該服務(wù)對(duì)象的需求程度，作為快運(yùn)需求在服務(wù)對(duì)象方面的具體指標(biāo)。城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在很大程度上反映了其快運(yùn)需求情況，筆者用工業(yè)總產(chǎn)值和社會(huì)消費(fèi)品零售總額來衡量城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，作為快運(yùn)需求在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的具體考量指標(biāo)。另外人是快運(yùn)需求主體，城市人口規(guī)模間接衡量了快運(yùn)的需求情況，因此城市人口數(shù)也是公路快運(yùn)站點(diǎn)布局的重要考核指標(biāo)。據(jù)此，快運(yùn)需求主要有以下指標(biāo)：公路貨運(yùn)量，特快專遞業(yè)務(wù)量，工業(yè)總產(chǎn)值，社會(huì)消費(fèi)品零售總額，人口數(shù)。

1.2 高等級(jí)公路里程

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

1.3 信息化

高效的通信信息技術(shù)是公路快運(yùn)系統(tǒng)的管理手段，因此城市信息化是影響快運(yùn)站點(diǎn)城市布局的重要因素。參考城市信息化及其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[15]的基礎(chǔ)上，綜合考慮公路快運(yùn)與城市信息化關(guān)聯(lián)情況后，選取電信業(yè)務(wù)收入、移動(dòng)電話用戶數(shù)和互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入數(shù)3個(gè)具體指標(biāo)來衡量城市的信息化水平。

2 基于系統(tǒng)聚類分析的公路快運(yùn)站 點(diǎn)布局

2.1 聚類分析及其方法的選擇

聚類分析是統(tǒng)計(jì)學(xué)中研究“物以類聚”問題的多元統(tǒng)計(jì)分析方法，它能夠?qū)⒁慌鷺颖?或變量)數(shù)據(jù)根據(jù)其諸多特征，按照在性質(zhì)上的親疏程度在沒有先驗(yàn)知識(shí)的情況下進(jìn)行自動(dòng)分類。其中類內(nèi)部個(gè)體特征具有相似性，不同類間個(gè)體特征的差異性較大。相似或相異的度量通常是根據(jù)描述對(duì)象的屬性值來計(jì)算，距離是經(jīng)常采用的度量方式[16]。

聚類分析主要通過4個(gè)過程來完成。

1) 數(shù)據(jù)預(yù)處理：選擇數(shù)量、類型和特征的標(biāo)度，并將孤立點(diǎn)移出數(shù)據(jù)。

2) 為衡量數(shù)據(jù)點(diǎn)間的相似度定義一個(gè)距離函數(shù)相似性是定義一個(gè)類的基礎(chǔ)，不同數(shù)據(jù)之間在同一個(gè)特征空間相似度的衡量對(duì)聚類結(jié)果很重要。通常通過定義在特征空間的距離度來評(píng)估不同對(duì)象的相異性。

為測(cè)度個(gè)體間的距離，先將每個(gè)樣本觀測(cè)數(shù)據(jù)看成k維空間上的一個(gè)點(diǎn)。一般情況下，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離越大，意味著它們?cè)健笆柽h(yuǎn)”，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(cè)度樣本點(diǎn)之間的距離。兩個(gè)體(x，y)間的夾角余弦距離數(shù)學(xué)定義為：

(1)

式中：xi為個(gè)體x的第i個(gè)變量的變量值；yi為個(gè)體y的第i個(gè)變量的變量值。

3) 聚類：將數(shù)據(jù)對(duì)象劃分到不同的類中。

4) 評(píng)估聚類結(jié)果：一般而言，幾何性質(zhì)(包括類間的分離和類內(nèi)部的耦合)都可用來評(píng)估聚類結(jié)果的質(zhì)量。

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

系統(tǒng)聚類是應(yīng)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(jìn)行的。其主要思想是：首先將每一個(gè)個(gè)體看作一類，然后將相近程度最高的兩類進(jìn)行合并組成一個(gè)新類，再將該新類與相似度最高的類進(jìn)行合并，不斷重復(fù)此過程，直到所有的個(gè)體都?xì)w為一類[17]。

公路貨運(yùn)站點(diǎn)布局一般采用定量分析以總運(yùn)輸費(fèi)用最小為目標(biāo)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。此外，在分析公路站點(diǎn)布局影響指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)候選地址進(jìn)行評(píng)價(jià)也是常用的布局方法。筆者將聚類分析方法應(yīng)用在站點(diǎn)布局問題上，即采用定量分析和定性分析相結(jié)合的方法，首先分析影響站點(diǎn)布局的因素，然后通過聚類分析方法將各個(gè)候選城市進(jìn)行分類，然后在根據(jù)空間合理布局的原則選擇最終的站點(diǎn)城市，在定量分析的基礎(chǔ)上更加靈活地選擇站點(diǎn)位置。

2.2 聚類分析及其結(jié)果

2.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

聚類分析中各變量的變量值不應(yīng)有量綱和數(shù)量級(jí)上的差異，因?yàn)榱烤V和數(shù)量級(jí)對(duì)距離的判斷有較大影響，會(huì)對(duì)最終的聚類結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。因此聚類分析之前應(yīng)首先消除量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)聚類結(jié)果的影響。筆者以黑龍江省各地區(qū)相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)(表1)為例，并選擇Z-分?jǐn)?shù)[18]將原始數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)化變換，其計(jì)算如式(2)：

(2)

式中：u為平均數(shù)；σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1，消除了量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)結(jié)果的影響，標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果如表2。

2.2.2 聚類結(jié)果

根據(jù)表1中的公路快運(yùn)站點(diǎn)布局相關(guān)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，按照組間聯(lián)接聚類法進(jìn)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(nèi)距離較小，聚類結(jié)果較為理想。該圖將實(shí)際距離按比例調(diào)整到0～25的范圍內(nèi)，用逐級(jí)連線的方式連接性質(zhì)相似的樣本或新類，直至聚為一類。各地區(qū)的差異性越小，在樹狀圖中表現(xiàn)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(jù)實(shí)際分類需要，將系統(tǒng)聚類分析結(jié)果劃分為4類。分類結(jié)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(tái)河、大興安嶺、雞西、雙鴨山、伊春。

表1 黑龍江省各地區(qū)快運(yùn)站點(diǎn)布局相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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(qū)快運(yùn)站點(diǎn)布局相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Z-分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)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(jié)果分析

根據(jù)目前的分類結(jié)果，由于各地區(qū)指標(biāo)眾多，為了進(jìn)一步說明這4種類別建立快運(yùn)站點(diǎn)的適宜情況排序，通過秩和比法(rank-sum ratio，簡稱RSR法)作進(jìn)一步分析。

秩和比(RSR)是一種將多項(xiàng)指標(biāo)綜合成一個(gè)具有0～1連續(xù)變量特征的統(tǒng)計(jì)量。計(jì)算的RSR越大越好，以RSR值對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣直接排序，從而對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象作出綜合評(píng)價(jià)。首先將表1中13個(gè)候選城市分別對(duì)應(yīng)的10個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編秩，編出各候選城市每個(gè)指標(biāo)的秩次，由于各指標(biāo)都是高優(yōu)指標(biāo)，指標(biāo)越高秩次值越高，編制如表3，然后計(jì)算秩和比(RSR)，如式(3)：

(3)

式中：m為指標(biāo)數(shù)；n為城市數(shù)；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(yùn)站點(diǎn)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(jié)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(yùn)站點(diǎn)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(yùn)站點(diǎn)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(yùn)站點(diǎn)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(yùn)站點(diǎn)的城市。各地區(qū)建立公路快運(yùn)站點(diǎn)的適宜程度等級(jí)分類，在地圖上將結(jié)果顯示出來(圖5)，以便進(jìn)一步結(jié)合其地理位置選取最終的快運(yùn)站點(diǎn)城市。

從國外發(fā)達(dá)國家的實(shí)踐來看，公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)的輻射半徑為100～150 km為宜，它與分布于快運(yùn)站點(diǎn)輻射半徑之內(nèi)的業(yè)務(wù)受理點(diǎn)共同構(gòu)成一個(gè)站點(diǎn)的基礎(chǔ)服務(wù)載體[19]，如圖1。依據(jù)上述建立快運(yùn)站點(diǎn)的適宜程度等級(jí)分類以及空間合理布局的原則，選取聚類結(jié)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(yùn)站點(diǎn)城市。盡管大慶的適宜程度等級(jí)分類排名第2，但是根據(jù)其地理位置，已經(jīng)在最適宜建立快運(yùn)站點(diǎn)類別的3個(gè)城市的輻射范圍內(nèi)，因此放棄大慶作為快運(yùn)站點(diǎn)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(tái)河和雙鴨山，而其秩和比排名第7，說明其建立快運(yùn)站點(diǎn)適宜程度適中，最終的快運(yùn)站點(diǎn)城市在圖5中用星號(hào)標(biāo)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(qū)公路快運(yùn)站點(diǎn)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(biāo)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(jié) 論

1) 將聚類分析方法應(yīng)用于公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局規(guī)劃研究，將所有候選城市根據(jù)相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行分類，并運(yùn)用秩和比多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法作進(jìn)一步分析。將分類結(jié)果按照候選城市建立快運(yùn)站點(diǎn)的適宜程度排序，形成候選城市建立快運(yùn)站點(diǎn)的適宜程度等級(jí)分類。最后在結(jié)合候選城市地理位置客觀因素，選擇適宜程度等級(jí)分類級(jí)別較高的城市作為最終的快運(yùn)站點(diǎn)城市。可以作為公路快速貨運(yùn)站點(diǎn)城市布局規(guī)劃研究的有效方法。

2) 運(yùn)用系統(tǒng)聚類分析方法進(jìn)行公路快運(yùn)站點(diǎn)布局規(guī)劃，合理采集和構(gòu)造影響指標(biāo)數(shù)據(jù)是關(guān)鍵一步。筆者根據(jù)公路快速貨運(yùn)系統(tǒng)的概念、運(yùn)行方式以及快運(yùn)站點(diǎn)布局特點(diǎn)等進(jìn)行各影響指標(biāo)的選取。由于數(shù)據(jù)獲取上的困難，反映高時(shí)效貨物等快運(yùn)需求指標(biāo)還需作進(jìn)一步探討。

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(責(zé)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(xué)基金項(xiàng)目(71301101)

林國龍(1952—)，男，浙江象山人，教授，博士，主要從事國際航運(yùn)與供應(yīng)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(yùn)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