張發(fā)東，謝榮惠，張文暢，王銘飛

（1.西南交通大學(xué) 交通運輸與物流學(xué)院，四川 成都 611756；2.西南交通大學(xué) 綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室，四川 成都 611756；3.中國中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055）

1 引言

隨著電子商務(wù)的發(fā)展和快遞業(yè)務(wù)需求的快速增長，快遞企業(yè)面臨著挑戰(zhàn)，因此，創(chuàng)新貨運運輸方式，有效整合各種運輸方式的優(yōu)勢顯得尤為重要，例如中鐵快運已經(jīng)推出“高鐵快運”新產(chǎn)品對高鐵運力進行合理利用。而能同時綜合高鐵與航空的優(yōu)勢，實現(xiàn)高鐵與航空運輸資源合理配置的空鐵聯(lián)運方式在我國也開始起步?？砧F聯(lián)運是指航空運輸與鐵路運輸相互結(jié)合、相互協(xié)作的聯(lián)合運輸方式，通過高速鐵路與航空線路的有效銜接，構(gòu)建空鐵聯(lián)運復(fù)合運輸網(wǎng)絡(luò)，將二者優(yōu)勢互補，實現(xiàn)運輸資源的合理配置。目前國內(nèi)針對高鐵貨運的研究剛處于起步階段，關(guān)于貨物空鐵聯(lián)運的研究較少，部分學(xué)者從空鐵聯(lián)運的可行性方面進行了研究。宋超[1]從空鐵競合現(xiàn)狀、航空樞紐發(fā)展趨勢以及國家綜合交通運輸體系建設(shè)三個方面論證了我國空鐵聯(lián)運發(fā)展的必然性，提出推進空鐵聯(lián)運的快速發(fā)展對鐵路航空互補雙贏、國民經(jīng)濟快速發(fā)展都有重要意義；張曉光[2]對當(dāng)前國內(nèi)外空鐵聯(lián)運發(fā)展現(xiàn)狀進行了詳細(xì)的對比分析，提出發(fā)展空鐵聯(lián)運將是我國綜合交通運輸體系建設(shè)的重要組成部分與發(fā)展方向；楊宗儒[3]結(jié)合實地調(diào)查、中外研究經(jīng)驗和數(shù)據(jù)分析方法對京津冀地區(qū)空鐵聯(lián)運的潛力進行評價，得出空鐵聯(lián)運產(chǎn)品具有很大的開發(fā)潛力，并且能夠建立高鐵與民航的綜合運輸網(wǎng)絡(luò)。針對貨運背景下的空鐵聯(lián)運問題，魏艷波[4]以鄭州新鄭機場為例，介紹了空鐵聯(lián)運背景下我國大型樞紐機場貨運空鐵聯(lián)運方案以及進出港貨物作業(yè)方案；郁敏[5]針對空鐵聯(lián)運托運行李處理模式進行了研究，提出了空鐵聯(lián)運模式下行李處理的可行方案，為實現(xiàn)貨物空鐵聯(lián)運提供了一定參考。

想要進行空鐵聯(lián)運網(wǎng)絡(luò)的合理布局，需要對各個城市分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃，確定樞紐城市和節(jié)點城市，而各個城市對間空鐵聯(lián)運的快遞業(yè)務(wù)量可以作為一個主要確定標(biāo)準(zhǔn)，故首先需要進行預(yù)測把握。目前，關(guān)于快遞量預(yù)測的研究已較為成熟，但基本不存在任何關(guān)于全國主要城市甚至省份間快遞量甚至貨運量的統(tǒng)計，只能結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)進行科學(xué)合理的預(yù)測。本文將對全國主要城市OD 對間的空鐵聯(lián)運快遞量進行預(yù)測，主要思路為基于Logit 模型進行空鐵聯(lián)運方式分擔(dān)率預(yù)測；依據(jù)快遞量與城市國民經(jīng)濟水平、貨物運輸量、社會消費品零售總額等在官方統(tǒng)計年鑒中均存在的主要國民經(jīng)濟指標(biāo)進行主成分分析，確定各主要城市的快遞業(yè)務(wù)綜合評分；進而利用引力模型，確定各個城市間快遞吸引強度；最后利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對各個城市的快遞業(yè)務(wù)量以及異地快遞業(yè)務(wù)量進行預(yù)測，最終確定各個城市OD對間空鐵聯(lián)運快遞業(yè)務(wù)量。具體如圖1所示。

圖1 預(yù)測流程圖

總體而言，目前針對空鐵聯(lián)運的研究文獻較少，且主要集中在旅客運輸領(lǐng)域，此外鮮有學(xué)者對OD對間的貨運量預(yù)測問題進行深入研究。因此，本文在考慮空鐵聯(lián)運背景下，對全國28個主要城市OD對間快遞運量進行預(yù)測，不僅能為將來我國空鐵多式聯(lián)運樞紐網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究提供數(shù)據(jù)支持，還能對空鐵聯(lián)運運輸相關(guān)產(chǎn)業(yè)布局、全國貨運結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論支撐，具有重要研究意義和理論價值。

2 運輸方式分擔(dān)率預(yù)測

在進行城市OD對間貨運分擔(dān)率預(yù)測之前，先做以下假設(shè)：

（1）為簡化工作量，運輸距離取兩點間的直線運輸距離。

（2）通常情況下，高鐵—航空聯(lián)運一般是將高鐵運輸作為航空運輸?shù)闹Ь€運輸看待，即高鐵貨運是對航空貨運的線路補充，而不是競爭對手。

（3）允許任意城市間直接運輸?shù)那闆r，即允許非樞紐城市間通過高鐵或航空運輸直接連接。

基于以上三點，本文將空鐵聯(lián)運與航空運輸、高鐵貨運合并考慮，將其統(tǒng)稱為空鐵聯(lián)運。故只需要對空鐵聯(lián)運與公路運輸進行貨運分擔(dān)預(yù)測。

本文采用Logit 模型進行運輸方式貨運分擔(dān)預(yù)測。運用Logit模型的關(guān)鍵在于確定特征函數(shù)的線性方程，特征函數(shù)可以通過大樣本的問卷統(tǒng)計確定，通過實際樣本數(shù)據(jù)進行線性回歸得出，而大樣本的調(diào)查研究耗費巨大，小樣本的調(diào)研又將大大降低回歸后參數(shù)的可靠性。鑒于此，本文基于貨主對產(chǎn)品運輸?shù)目赡軡M意度，嘗試運用運輸產(chǎn)品效用值函數(shù)改進特征函數(shù)，將其轉(zhuǎn)化為多元線性求解過程[6]。

運用乘法規(guī)則與加法規(guī)則，得出兩種運輸方式的產(chǎn)品效用值計算公式如下：

空鐵聯(lián)運運輸產(chǎn)品效用值=安全指標(biāo)×（運價效用+時效性）×（起始點城市GDP+送達(dá)城市GDP）

公路運輸產(chǎn)品效用值=安全指標(biāo)×（運價效用+時效性）×（起始點城市GDP+送達(dá)城市GDP）×0.9

其中，效用值函數(shù)的各項基礎(chǔ)性指標(biāo)取值根據(jù)調(diào)研和相關(guān)文獻可得。

再將其代入Logit模型公式：

根據(jù)式（1）、（2）計算可得城市OD對間空鐵聯(lián)運方式的貨運分擔(dān)率。

3 全國主要城市快遞業(yè)務(wù)實力綜合評價

主成分分析法能夠在引進多方面變量的同時，將多個復(fù)雜的因素通過降維的方式歸結(jié)為幾個主成分，其中每個主成分都能夠反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復(fù)，因此本文選取主成分分析法來進行全國主要城市快遞業(yè)務(wù)實力綜合評價。

全國主要城市快遞綜合評分步驟如下：

（1）確定各個城市關(guān)于各主成分得分：

其中，F(xiàn)iα表示城市i的主成分α的得分；λi表示城市i的評價指標(biāo)矩陣；Qα表示第α個主成分，Qα=（q1，q2，…，qn）表示第α個主成分的因子載荷。

（2）計算各個主要城市快遞業(yè)務(wù)實力綜合得分：

其中：Si表示城市i 的快遞業(yè)務(wù)實力綜合得分；ηα表示主成分 α 的方差貢獻率；Fiα表示城市 i 的主成分α的得分。

對全國28 個主要城市，統(tǒng)計與快遞業(yè)相關(guān)的主要經(jīng)濟指標(biāo)，作為快遞業(yè)綜合評分指標(biāo)。其中包括地區(qū)國民生產(chǎn)總值X1（億元）、城市快遞業(yè)務(wù)量X2（萬件）、服務(wù)業(yè)增加值X3（億元）、常住人口X4（萬人）、城市貨運總量X5（萬t）、社會消費品零售總額X6（億元）、居民人均可支配收入X7（元）、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入X8（元），統(tǒng)計原始數(shù)據(jù)見表1。

表1 全國主要城市快遞業(yè)務(wù)綜合評分評價指標(biāo)

利用SPSS 軟件進行降維操作，輸出主成分分析結(jié)果見表2。

表2 變異數(shù)統(tǒng)計

由表2可知，前兩個成分因素的起始特征值均大于1且累加貢獻率為91.912%，大于85%，即前兩個指標(biāo)能夠解釋原始8 個指標(biāo)維度的91.912%，因此，選取前兩個指標(biāo)代替原有8個指標(biāo)具有充分的合理性。

同時，利用SPSS軟件得出各成分因子指標(biāo)系數(shù)，見表3。

表3 因子評分系數(shù)矩陣

根據(jù)式（3）得出主成分因子1、主成分因子2 得分，根據(jù)式（4）得出各個城市快遞業(yè)務(wù)綜合實力得分。各城市快遞業(yè)務(wù)綜合評分結(jié)果見表4。

表4 城市快遞業(yè)務(wù)綜合評分結(jié)果

4 各個城市間快遞吸引強度分析

應(yīng)用于交通物流領(lǐng)域的引力模型的原理是任意兩個OD 對間貨運量與出發(fā)地的貨物發(fā)生能力和到達(dá)區(qū)的貨物吸引能力成正比，與兩區(qū)間的行程時間(或費用、距離等)成反比。根據(jù)引力模型公式，本文以第3 節(jié)計算得出的各個城市快遞業(yè)務(wù)實力綜合評分作為出行發(fā)生量與到達(dá)吸引量，以兩城市的直線距離作為交通阻抗，構(gòu)建引力模型：

其中，gij表示城市i與城市j之間的快遞業(yè)務(wù)聯(lián)系程度值；Si與Sj分別表示城市i與城市j的快遞業(yè)務(wù)能力綜合得分值；RTij表示交通阻抗，取城市i與城市j之間的距離。

各城市OD 對間的快遞吸引強度值計算公式如下：

其中，Gij表示城市j對于城市i的快遞吸引強度；gij表示兩城市間的快遞聯(lián)系程度值。同理，城市i對城市j的快遞吸引強度值計算公式如下：

根據(jù)式（6）、式（7），計算得全國各主要城市OD對間快遞吸引強度，主要城市OD對間的結(jié)果見表5。

表5 主要城市OD對間快遞吸引強度

5 城市間快遞量預(yù)測

5.1 主要城市異城快遞量預(yù)測

傳統(tǒng)的預(yù)測方法包括指數(shù)平滑法、趨勢預(yù)測法、灰色預(yù)測模型等，通常僅依據(jù)數(shù)據(jù)的變化趨勢做出預(yù)測，而BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有實現(xiàn)復(fù)雜非映射的功能，而且能夠進行自主學(xué)習(xí)從而實現(xiàn)誤差的縮小，非常適用于由多因素共同作用下的指標(biāo)預(yù)算。

快遞業(yè)作為服務(wù)型產(chǎn)業(yè)，快遞業(yè)務(wù)量與一個地區(qū)的國民經(jīng)濟水平、社會消費品零售總額、人口、貨運量等地區(qū)國民經(jīng)濟指標(biāo)具有很大的相關(guān)性，在運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)預(yù)測時，考慮到以上數(shù)據(jù)采集的便利性與準(zhǔn)確性，本文選取2012-2017年間地區(qū)國民生產(chǎn)總值、社會消費品零售總額、貨運量三項在地區(qū)年鑒中都存在且統(tǒng)計口徑基本一致的指標(biāo)作為輸入變量，以地區(qū)快遞業(yè)務(wù)量作為輸出變量，展開BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測。

利用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測時，需提供預(yù)測年份2020年地區(qū)國民生產(chǎn)總值、社會消費品零售總額以及貨運量數(shù)據(jù)。確定方法如下：2017年11月6日《人民日報》撰文預(yù)計到2020年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值可達(dá)17萬億美元，約為110.6萬億元；《物流業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2014-2020年）》中估計2020年我國社會物流總額將達(dá)到300 萬億元；商務(wù)部等10 部門聯(lián)合發(fā)布了《國內(nèi)貿(mào)易流通“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃提出我國2020年社會消費品零售總額的目標(biāo)為48萬億元；根據(jù)以上兩條國家宏觀規(guī)劃以及2016年各城市GDP、社會消費品零售總額在國家總量中的占比，確定2020年各城市GDP、社會消費品零售總額。貨運量數(shù)據(jù)根據(jù)趨勢預(yù)測法得出。

運用MATLAB 軟件進行BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測編程操作，輸入樣本為10，隱含層取8，輸出層取1，學(xué)習(xí)率取0.05，可接受目標(biāo)誤差取0.001。以北京市為例，預(yù)測結(jié)果見表6。

表6 北京市快遞量預(yù)測結(jié)果 單位（萬件）

從北京市預(yù)測結(jié)果可以看出，6年間的預(yù)測結(jié)果誤差率均不超過10%，預(yù)測結(jié)果精度較高。同理，可得出其余27城市快遞業(yè)務(wù)量，結(jié)果見表7。

表7 全國主要城市快遞量預(yù)測結(jié)果 單位（萬件）

5.2 主要城市異城空鐵聯(lián)運快遞量預(yù)測

根據(jù)2014年全國快遞業(yè)務(wù)量結(jié)構(gòu)，本文取72.3%作為各城市快遞業(yè)務(wù)量中異地業(yè)務(wù)占比[7]，并參考快遞件的平均重量為3kg，根據(jù)5.1 預(yù)測結(jié)果可得出各城市快遞量（單位：t）。

根據(jù)第2 節(jié)得出的空鐵聯(lián)運貨運分擔(dān)率與第4節(jié)得出的各個城市OD對間吸引強度值，最終可以得到主要城市間空鐵聯(lián)運快遞量。全國主要城市OD對間空鐵聯(lián)運快遞量結(jié)果見表8。

表8 全國主要城市間空鐵聯(lián)運快遞量預(yù)測結(jié)果單位（t）

6 結(jié)語

本文在空鐵聯(lián)運背景下，利用logit 模型對空鐵聯(lián)運貨運方式分擔(dān)率進行預(yù)測，同時根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測得到各主要城市的快遞業(yè)務(wù)量，進而利用主成分分析法得到各城市快遞業(yè)務(wù)實力評分，借助引力模型得到各主要城市OD對間快遞業(yè)務(wù)吸引強度，最后根據(jù)空鐵聯(lián)運分擔(dān)率和快遞業(yè)務(wù)吸引強度得到各主要城市OD 對間空鐵聯(lián)運快遞量預(yù)測結(jié)果。預(yù)測結(jié)果表明，全國28個主要城市OD對間空鐵聯(lián)運的快遞量呈現(xiàn)明顯的軸輻式分布，即作為航空樞紐或者高鐵樞紐的城市，其與周圍城市的快遞發(fā)生量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他城市，由此可為我國未來空鐵多式聯(lián)運網(wǎng)絡(luò)布局、樞紐規(guī)劃、結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持和理論建議。但本文僅刻畫了未來某一時刻的主要城市OD對間空鐵聯(lián)運的畫像，隨著空鐵聯(lián)運方式的逐漸興起，城市間快遞業(yè)務(wù)運輸方式的動態(tài)變化發(fā)展有待進一步研究。