劉寅瑩 石 欣

(重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 重慶 400044)

引言

按照黨中央、國務(wù)院的決策和部署，未來30年我國將加快建設(shè)交通強(qiáng)國，“十四五”時(shí)期，正是加快建設(shè)交通強(qiáng)國開局和起步的重要階段。國家“十四五”規(guī)劃《綱要》為“十四五”時(shí)期交通運(yùn)輸?shù)母哔|(zhì)量發(fā)展指明了方向，對加快構(gòu)建現(xiàn)代化高質(zhì)量國家綜合立體交通網(wǎng)提出更高的要求。

在加快推進(jìn)綜合交通運(yùn)輸體系建設(shè)的同時(shí)，科學(xué)合理評價(jià)我國現(xiàn)階段綜合運(yùn)輸發(fā)展水平，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求提出針對性建議，對未來運(yùn)輸系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)有著重要意義。劉珊珊等[1]根據(jù)各種運(yùn)輸方式的系統(tǒng)構(gòu)成，選取相應(yīng)的量化指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析法對有效性指標(biāo)進(jìn)行遴選，計(jì)算我國近十年各運(yùn)輸方式綜合發(fā)展水平。杜漸等[2]在分析公路運(yùn)輸發(fā)展指標(biāo)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)及其關(guān)系的基礎(chǔ)上，運(yùn)用主成分分析法，建立區(qū)域公路運(yùn)輸與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評價(jià)模型。劉娟[3]以主成分分析為主要方法，創(chuàng)新性地對經(jīng)濟(jì)、物流和綜合運(yùn)輸三者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平進(jìn)行研究。趙棟煜等[4]結(jié)合旅客感知服務(wù)流程，構(gòu)建鐵路客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系，利用主成分分析法計(jì)算指標(biāo)的客觀權(quán)重，建立評價(jià)模型。尚爾康等[5]通過建立交通樞紐城市客運(yùn)競爭力體系，運(yùn)用主成分分析法進(jìn)行建模分析，揭示樞紐城市的客運(yùn)發(fā)展水平。王晉等[6]根據(jù)主成分分析理論，將避免人為經(jīng)驗(yàn)值主觀性干擾的因素考慮在內(nèi)，對新疆運(yùn)輸通道建設(shè)影響因素進(jìn)行多指標(biāo)分析。尚媛媛等[7]在對北京市蔬菜企業(yè)綠色供應(yīng)鏈發(fā)展現(xiàn)狀研究的基礎(chǔ)上，建立綠色供應(yīng)鏈運(yùn)作理論模型，利用主成分分析法對供應(yīng)鏈現(xiàn)狀進(jìn)行分析。余佳每等[8]利用主成分分析法獲得表征交通運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主成分，并通過耦合協(xié)調(diào)度模型測算出我國三十個(gè)省市交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)。Pan等[9]基于主成分分析與聚類算法，對廣州省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平進(jìn)行評估，并利用一組物流和運(yùn)輸發(fā)展水平指標(biāo)驗(yàn)證導(dǎo)向正確性。Zhang等[10]選取運(yùn)輸里程、運(yùn)輸能力等多項(xiàng)指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析算法，對內(nèi)蒙古綜合交通系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)。Liu等根據(jù)航空、公路、鐵路、水運(yùn)四種運(yùn)輸方式的系統(tǒng)構(gòu)成，建立協(xié)調(diào)度模型，分析四種運(yùn)輸方式之間的相關(guān)性。Merk等[11]采用主成分分析算法對港口城市政策有效性進(jìn)行比較研究，涉及交通、環(huán)境、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多個(gè)領(lǐng)域，根據(jù)得分情況，對27個(gè)世界大型港口城市的政策有效性進(jìn)行評估。

總結(jié)既有研究可以發(fā)現(xiàn)，暫未出現(xiàn)針對我國各省綜合交通運(yùn)輸發(fā)展情況評價(jià)的相關(guān)成果。本文選取反應(yīng)各種運(yùn)輸方式發(fā)展水平的量化指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析法，對國內(nèi)各省綜合運(yùn)輸發(fā)展水平進(jìn)行排序與評價(jià)分析，并探討運(yùn)輸發(fā)展水平的區(qū)域相似性和差異性。

1 綜合交通運(yùn)輸發(fā)展水平指標(biāo)

遵循全面性、功能性、系統(tǒng)性、代表性等基本原則，根據(jù)公路、鐵路、水路、航空四種運(yùn)輸方式的系統(tǒng)構(gòu)成，從人力資源、運(yùn)輸里程、運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)置、載運(yùn)能力等方面，選擇多項(xiàng)具有客觀性與代表性的指標(biāo)，反映各運(yùn)輸方式發(fā)展水平。具體指標(biāo)選取情況如表1所示。

表1 運(yùn)輸評價(jià)指標(biāo)體系

2 主成分分析法

2.1 算法步驟

主成分分析(principal component analysis)起源于Karl Pearson對非隨機(jī)變量引入，之后由Hotelling將此方法推廣到隨機(jī)向量的情形，Hotelling的推導(dǎo)模式也被視為主成分模型成熟的標(biāo)志。主成分即利用“降維”的思想，在信息損失很少的前提下，把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)綜合指標(biāo)。每個(gè)主成分均是原始變量的線性組合，且各個(gè)主成分之間互不相關(guān)，使得主成分比原始變量具有更為優(yōu)越的性能。作為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)分析方法，主成分分析法在人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)模型、數(shù)學(xué)地理學(xué)、梳理分析等方面均有廣泛應(yīng)用。具體分析步驟如下。

設(shè)輸入觀測樣本矩正X={x1,x2,…,xm}，輸出主成分P={y1,y2,…,yp}，主成分分析的計(jì)算過程為：

1)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2)相關(guān)系數(shù)矩陣的計(jì)算。

計(jì)算步驟1中所得數(shù)據(jù)集X的相關(guān)系數(shù)矩陣R。

3)特征值及單位特征向量的計(jì)算。

計(jì)算R的特征值λi、對應(yīng)的單位特征向量ei，i=1,2,…,m。并按由大到小的順序?qū)μ卣髦颠M(jìn)行排序，即λ1>λ2>…>λm。

4)主成分方差貢獻(xiàn)率、累積方差貢獻(xiàn)率的計(jì)算。

5)主成分的計(jì)算。

根據(jù)前p個(gè)特征值所對應(yīng)的單位特征向量e1=(e11,e12,…e1m)'，e2=(e21,e22,…e2m)′,…,em=(em1,em2,…epm)，按式(1)計(jì)算原始數(shù)據(jù)的主成分y1,y2,…,yp。

(1)

2.2 綜合運(yùn)輸發(fā)展水平計(jì)算

結(jié)合表1中的運(yùn)輸評價(jià)指標(biāo)體系，選取2018年我國大陸31個(gè)省(市、自治區(qū))的相關(guān)數(shù)據(jù)作為研究樣本，數(shù)據(jù)來源為國家統(tǒng)計(jì)局官方網(wǎng)站。選取樣本數(shù)據(jù)后，利用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析運(yùn)算，得出國內(nèi)各省綜合運(yùn)輸發(fā)展水平情況。

以公路運(yùn)輸為例，令x1至x9依次代表表1中各項(xiàng)指標(biāo)。通過對標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到相應(yīng)的特征值與特征向量，按累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%提取主成分，提取結(jié)果如表2所示。

表2 公路運(yùn)輸主成分特征值及方差貢獻(xiàn)率

選取前2個(gè)主成分代y1、y2替代原來的9個(gè)指標(biāo)xi(i=1,2,…,9)，使輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)縮減，有效降低了網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)雜度。根據(jù)2個(gè)主成分的相對貢獻(xiàn)率計(jì)算出綜合得分函數(shù)：

y公路綜合=0.71623y1+0.12021y2

(2)

同理，按照相同的分析步驟，分別計(jì)算出鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸?shù)木C合得分函數(shù)，其公式為：

(3)

(4)

y航空綜合=0.71172y?1+0.24885y?2

(5)

并將計(jì)算得到的主成分得分帶入對應(yīng)的綜合得分函數(shù)中。綜上，得到國內(nèi)各省公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展水平情況，其綜合得分與具體排名如表3所示。

表3 各省綜合運(yùn)輸發(fā)展水平得分與排名

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)表3的綜合得分與排名情況，可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果基本與各省總體發(fā)展態(tài)勢相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了遴選指標(biāo)與算法的有效性。結(jié)合各省人口、地理區(qū)位、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等基本現(xiàn)狀，針對不同運(yùn)輸方式，探討分析各省發(fā)展水平情況。

(1)公路運(yùn)輸

得分較高的地區(qū)包括廣東、山東、河南、江蘇、河北、四川等省份。這類地區(qū)均屬于我國的人口大省，地區(qū)人口密度較大，公路網(wǎng)相對發(fā)達(dá)，主要城市道路密度較高。截至2018年底，廣東省公路總里程達(dá)21.77萬公里，高速公路里程突破9000公里，已連續(xù)五年位居全國首位，所建公路橋梁達(dá)4.89萬座。重慶、貴州等山地城市由于自然本底條件限制，公路運(yùn)輸行業(yè)整體發(fā)展一般，處于全國中游水平。得分較低的青海、寧夏、海南、西藏等地，除海南省以外均屬于我國西北部地區(qū)，地區(qū)人口密度較低，整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對落后，公路運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展受限。

(2)鐵路運(yùn)輸

河南、廣東、河北等鐵路發(fā)展水平位于國內(nèi)前列。河南、廣東都擁有國內(nèi)重要鐵路樞紐，例如鄭州鐵路樞紐，地處中原地帶，是全國鐵路網(wǎng)的“心臟”，京廣、隴海兩大干線相交于此；廣州鐵路樞紐作為我國華南地區(qū)的水陸交通中心，廣深、京廣鐵路與珠江航運(yùn)在此匯合。得分處于中間水平的有江蘇、江西、安徽、浙江等地，其中，江蘇、浙江作為全國經(jīng)濟(jì)、旅游大省，省內(nèi)擁有多個(gè)國家大型高鐵樞紐站，位居全國前列，鐵路運(yùn)輸發(fā)展水平還有較大提升空間。青海、寧夏、海南、西藏等地區(qū)鐵路運(yùn)輸基礎(chǔ)較為薄弱，設(shè)備投資不足，科技含量較低，也因地質(zhì)條件、高原凍土等諸多原因使得工程建設(shè)難度大，城市鐵路通達(dá)度低。

(3)水路運(yùn)輸

廣東、江蘇、浙江、山東、上海等沿海地區(qū)得分較高。這類地區(qū)均擁有沿海億噸大港，例如廣州港、蘇州港、寧波—舟山港、青島港、上海港等。廣西、海南、云南、江西、河南得分處于全國中游水平，其中，海南省擁有海口港、三亞港等19個(gè)港口，作為“一帶一路”建設(shè)重要戰(zhàn)略支點(diǎn)省份與全國著名的旅游勝地，水路運(yùn)輸發(fā)展水平提升空間極大。寧夏、青海、北京、新疆、西藏等地由于地理位置限制，水路運(yùn)輸發(fā)展水平相對滯后，當(dāng)?shù)貨]有出海口，主要依靠周邊港口進(jìn)行貨物貿(mào)易。

(4)航空運(yùn)輸

廣東、上海、北京得分遠(yuǎn)高于其他地區(qū)。北上廣三大國際航空樞紐，推動(dòng)京津冀、長三角和珠三角地區(qū)三大機(jī)場群航線網(wǎng)絡(luò)的建立，形成了三大機(jī)場群。得分處于中間水平的有陜西、重慶、貴州、黑龍江等地，其中重慶作為直轄市之一，航空運(yùn)輸發(fā)展水平遠(yuǎn)落后于北京、上海，根據(jù)《重慶國際航空樞紐戰(zhàn)略規(guī)劃》，未來將加快構(gòu)筑向西、向南國際航空大通道，打造中國第四大航空樞紐。青海、西藏等地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，高原自然環(huán)境的限制，航空運(yùn)輸發(fā)展較為落后，存在著諸多問題有待解決。

3 結(jié)語

縱觀我國各省綜合交通運(yùn)輸發(fā)展現(xiàn)狀，東部、中部、西部地區(qū)由于地形地貌、人口密度、經(jīng)濟(jì)水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等本底條件差異，區(qū)域綜合交通運(yùn)輸發(fā)展水平存在較大差別。東部地區(qū)綜合交通運(yùn)輸體系基本形成，其中廣東省鐵路、公路、水運(yùn)和航空四大立體綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)全面發(fā)展，處于全國領(lǐng)先地位；浙江、江蘇、山東等省份綜合運(yùn)輸發(fā)展水平位于全國前列，北京、上海兩市航空運(yùn)輸發(fā)展居全國前三，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他省市，但公路、鐵路運(yùn)輸水平仍有較大提升空間。中部地區(qū)處于綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建階段，各省份綜合運(yùn)輸發(fā)展水平相對均衡，其中，河南省公路、鐵路行業(yè)發(fā)展處于全國領(lǐng)先地位，安徽、湖南省公路、水路運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展位居全國上游水平。西部地區(qū)處于發(fā)展初期，尤其是西藏、青海、寧夏等地區(qū)，整體運(yùn)輸水平較為落后。

針對部分發(fā)達(dá)省市，可借鑒廣東省的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，加快集多種運(yùn)輸方式于一體的現(xiàn)代化綜合運(yùn)輸樞紐建設(shè)，推進(jìn)空地聯(lián)運(yùn)、公鐵聯(lián)運(yùn)、公水聯(lián)運(yùn)、鐵水聯(lián)運(yùn)及陸島運(yùn)輸客運(yùn)體系建設(shè)，例如成都重慶兩地，作為西部地區(qū)體量最大，綜合實(shí)力最強(qiáng)的城市，在雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的背景下，正全力推進(jìn)川渝交通運(yùn)輸一體化發(fā)展。針對運(yùn)輸水平較為落后的地區(qū)，需加大對基層交通建設(shè)的投入，不斷完善交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建交通運(yùn)輸樞紐，鄰近省份可集中優(yōu)勢資源，共享發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，開展全方位合作，共同努力建設(shè)集航空快線、鐵路、公路為一體的綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)，共謀發(fā)展。