基于混合 Logit模型的饶甬运输链选择行为分析

张 戎,诸立超,陶学宗

(同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室,上海 201804)

基于混合 Logit模型的饶甬运输链选择行为分析

张 戎*,诸立超,陶学宗

(同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室,上海 201804)

以上饶和宁波之间公路和铁路两条集装箱运输链为研究对象,分析了铁路运输链时间和费用构成.然后选取准时性、运输链总时间、运输链总费用和安全性为效用函数特性变量建立了多项 Logit模型和混合 Logit模型.结果表明,时间和费用对运输方式选择起到了关键作用,并且铁路分担率对于费用的变化较为敏感.在不同假设场景下对公铁分担率进行了分析,对改善铁路服务水平所带来的分担率提升进行了定量计算.最后考虑到铁路时间和费用构成中存在的压缩空间,从运输链总时间、总费用和列车运行组织三方面提出了海铁联运发展对策.

综合交通运输; 影响因素; 混合 Logit模型; 运输链; 选择行为

1 引 言

人们在选择货运方式时往往会考虑诸多因素,为研究各因素的重要性及其影响程度,学者们采用了不同方法和模型.早期如 Friedlaender[1]等学者对货运方式选择的研究主要强调运费率和库存价格,后来将运输方式服务属性纳入进来;Baumol和Vinod[2]的运输选择模型就考虑了运费率、速度、可靠性和货损等因素.从上世纪70年代开始,研究者逐渐意识到服务属性比运费率更为重要. McGinnis[3]对美国351个托运人进行了调查,涉及到货运方式选择的八个因素,其中最主要的是速度、可靠性以及货损.Burg 和 Daley[4]对美国驳船运输的选择过程进行了分析,结果表明托运人与承运人的偏好不同,托运人更关注费用以外的因素.Murphy 等[5]在研究国际运输链和节点选择过程中,通过对货代进行访问和调查,发现货代更关注设备的可获得性、运输信息和货损的可能性. Nam[6]以货物分类为基础,将运输时间、可达性、频率、运费和货重作为影响铁路、公路货运方式选择的重要因素,并根据弹性分析得到了运输时间最重要的结论.Cullinane 和 Toy[7]对75份涉及路径 /方式选择的文献进行了归纳,认为最主要的五个因素是价格、速度、运输时间、货物特性和服务.Norojono和 Young[8]指出灵活性和服务质量才是决定货运方式选择的主要因素.张戎等[9,10]分别采用多项Logit模型(Multinomial Logit Model,以下简称MNL)和巢式 Logit模型对运输链①运输链:本文所指运输链特指内陆段运输链,内陆段运输链是指货物在腹地和港口口岸间的运输、中转、存储等环节的整合。选择进行分析,结果表明运输费用对货运方式选择影响最大.

从已有文献来看,鲜有文献研究铁路运输链的时间和费用构成.基于此,本文以上饶——宁波运输链(以下简称饶甬运输链)为研究对象,对铁路运输链时间和费用构成进行了细分.为如何改善铁路货运服务水平和组织流程、吸引更多的公路集装箱转移到铁路上来确立了改进方向,从而推动集装箱港口集疏运体系的优化.此外,借助于离散选择模型,可揭示出货运方式决策者的运输链选择行为机理,也为海铁联运②海铁联运:进出口货物由铁路运到沿海海港直接由船舶运出,或是货物由船舶运输到达沿海海港之后由铁路运出的只需"一次申报、一次查验、一次放行"就可完成整个运输过程的一种运输方式。鼓励政策提供了定量评估工具.通过对MNL和MMNL模型的比较,有助于选取精度和适用性更佳的模型,从而更加准确地预测货运选择行为.

本文选取饶甬之间公路和铁路两条运输链作为研究对象,在分析铁路运输链时间和费用构成的基础上,利用MMNL模型对运输链选择行为影响因素进行分析.最后结合假设场景概率计算结果提出发展饶甬海铁联运的政策及措施建议.

2 影响运输链选择的因素分析

以往研究货运方式选择影响因素的文献基本上都包含运输时间和费用,表明这两个因素在货运方式选择中的重要性,而对于饶甬之间的集装箱运输而言,其准时性要求往往比普通货物运输更为苛刻,此外考虑的因素当然应包括安全性,决策者不会选择一种货损货差比例非常高的运输方式.本文在借鉴相关文献和对饶甬集装箱运输托运人实地调查的基础上,最终确定准时性、运输链总时间、运输链总费用和安全性为饶甬运输链选择影响因素.考虑公路和铁路两条运输链,其中准时性和安全性为定性变量,以 1 ～5 分表示差、较差、一般、较好和好.铁路运输链总费用构成见图1 和表1,总时间构成见图2 和表2,而公路运输链总费用和总时间相对固定,分别约为 2670 元/TEU 和 11h,这里就不具体展开.

图1 铁路运输链总费用组成Fig.1 Total cost compositions of railway transportation chain

铁路运输链总费用构成如下:集装箱铁路运费与所装货物无关,仅与起讫点相关,所以重箱运费为 1 682.4 元 /TEU,空箱则为 612.5 元 /TEU;公路短驳费由上饶和宁波两头的短驳费组成,其中上饶海铁联运集装箱量 80% 以上都来自晶科能源,晶科能源距离上饶站 16 km,按照 10 元 /(TEU·km)的集卡运费率,可知上饶段短驳费为 160 元/TEU;而宁波港为了鼓励海铁联运的发展,不仅免去了港口与港站之间的短驳费,而且还对两地间的海铁联运箱给予 500 元/TEU 的补贴;此外,还需考虑集装箱装卸费.

表1 铁路运输链总费用(元/TEU)Table1 Total cost of railway transportation chain( ¥ /TEU)

图2 铁路运输链总时间组成Fig.2 Total time compositions of railway transportation chain

铁路运输链总时间构成如下:上饶至宁波的“五定班列③”运输时间固定,大约为 17 h;集装箱在铁路堆场的等待时间较长,平均为 28 h;集装箱班列一般为 35 节,共 70TEU,根据轨道式龙门吊的装卸效率( 装、卸分别约为2 min/TEU 和 3 min/ TEU),可确定装、卸时间分别约为 2.5 h 和 3.5 h;而上饶段和宁波段的短驳时间均在 0.5 h 左右.铁路运输链总时间为 52 小时 TEU,如表2 所示.

表2 铁路运输链总时间(h/TEU)Table2 Total time of railway transportation chain(h/TEU)

3 饶甬海铁联运分析

3.1 MMNL

MMNL克服了其他离散选择模型在效用函数随机项分布和决策者同质性假设方面的不足,特性变量待估计参数β被可服从任意分布的随机数所替代,而不再是 MNL 中的固定值,从而反映出决策者偏好的差异.MMNL 概率是 MNL 概率在其参数密度函数上的积分,决策者 n 选择方案 i的概率计算公式可表示为

式中 Lin( β) ——参数 β 的 MNL 概率:

f(β)(应该是 f(β | θ))——密度函数.

Vjn( β)是效用的一部分,依赖于参数 β.如果效用与 x 呈线性关系,那么 Vjn( β)= β′xjn. 在这种情况下,MMNL 概率为

3.2 模型建立

根据第2节确定的影响因素,分别建立公路和铁路运输链的效用函数如下:式中εroad、εrail——均服从参数为(0,1) 的二重指数分布;

θ1、θ2、θ3、θ4、 ASC——待标定的参数.效用函数中的特性变量如表3所示.

表3 效用函数特性变量定义及量化Table3 Definition and quantification of characteristic variables in utility function

3.3 模型求解及分析

(1)参数标定.

采用调查所得的 RP/SP 数据,利用 NLOGIT软件分别对 MNL 和 MMNL 进行参数标定,其中假设 θ2和 θ3均服从正态分布,参数估计结果如表4所示.

表4 模型参数标定结果Table4 Calibration result of model parameters

MMNL 似然函数值和 McFadden 系数值( ρ2)分别为-139.040 9 和 0.485 7,而 MNL 的精度指标分别为 -144.267 3 和 0.466 3, 两 者 的 McFadden系数都超过了 0.2,它们的中率也均达到了 80% 以上,说明两者的解释能力都比较强,但 MMNL 的精度更高.各个特性变量的符号都与预期相同,表明在实际选择过程中,随着铁路(公路)运输链总费用和总时间(符号为负)的增加,决策者就会转向公路(铁路),而可靠性和安全性(符号为正)的改善可以增加铁路(公路)的分担率.虽然 MMNL 模型中随机参数均值和标准差的 t检验不显著,可能原因是由于选取的分布与决策者的实际偏好分布差异较大,不能很好地拟合所引起的,但是模型精度的提升却说明了随机参数的引入对于揭示决策者的异质性仍然起到了积极作用.

下面根据参数估计结果计算饶甬运输链的货物时间价值.从 MNL 中得到的货物时间价值为θ3/θ2=41.85(元/TEU·h);对 MMNL 而言,由于运输链总时间和总费用服从正态分布,为简便起见,直接以均值相除,得到货物时间价值 μ2/μ1= 42.90(元/TEU·h),即决策者愿意多支付 42.90元 /TEU 的费用以缩短 1 h 的运输链时间.

(2)情景假设.

由 MNL 的特性变量 t检验可知,安全性对运输链选择的影响程度不大,原因可能是铁路和公路的货损货差比例都较低,已非决策者考虑的主要因素,而最主要的影响因素为运输链总时间和总费用,故本文针对这两个变量设置了四个铁路运输链总时间和总费用下降的假设情景,并在这些假设情景下进行了分担率划分,如表5所示.

表5 不同假设情景下的分担率划分Table5 Division of share rate in different scenarios

铁路运输链总时间和总费用的下降趋势在两个模型中是类似的,而降低总费用更容易使公路集装箱转移到铁路上来;并且总费用和总时间下降20%对分担率造成的影响与下降 10% 相比远不止两倍关系,表明小幅下降并不能使分担率发生较大变化,但是大幅下降对分担率影响很大.饶甬之间的公路和铁路运输链总费用相近,而运输链总时间相差很多,导致决策者更倾向于公路,只有当总费用和总时间缩减幅度较大时,决策者才会转向铁路运输.

4 海铁联运发展建议及措施

根据假设场景概率计算结果,表明铁路运输链总费用和总时间缩减对于增加铁路分担率的确有很大帮助.结合上文对铁路运输链时间和费用构成的分析,应从铁路运输链总费用、总时间及运输组织(与总费用和总时间两者都相关)三方面考虑,提出促进海铁联运发展的建议及措施;并可根据上述模型,在不同情景下定量计算由于不同政策措施引起的铁路运输链总时间和总费用缩减对于铁路分担率造成的影响,以评估不同政策措施的优劣.而上文已对几种假设场景的分担率变化进行了计算,可视为下述几种措施定量化以后对分担率造成的影响.

4.1 降低铁路运输链总费用

运价可以有效调节运输市场供需关系,但现行的铁路运价体系已难以适应市场竞争环境,而公路正以灵活低廉的回空捎货价格占据着市场,因此铁路价格亟需调整.从假设场景的分担率变化可知,铁路总费用下浮比例越大,越能增加对集装箱的吸引力,所以应尽可能地降低铁路运价,并可结合上述模型,计算不同幅度的运价下浮对铁路分担率造成的影响:第一,适当下调铁路集装箱运价,以此来降低公路运输的运价优势;第二,通过推出大批量集装箱铁路运输优惠政策来增加铁路吸引力,并且其量越大优惠越多;第三,根据市场情况,在货运淡季时提供鼓励政策,将公路集装箱转移到铁路上来.

铁路运输链总费用除铁路运价外还包括两头的短驳费、装卸费、库存费等,所以为了使铁路更具竞争力,应通过降低装卸费、补贴两头短驳等方式,进一步降低托运人或货代的铁路运输成本.

此外,饶甬运输链中调空箱的费用占到了铁路总费用的 20% ～30%,通过上述计算可知,节省调空箱的费用至少能使铁路分担率上升 16% ～19%,而双重运输不失为一种降低调空箱费用的好方法.

4.2 压缩铁路运输链总时间

就饶甬运输链实际情况来看,铁路运输链总时间过长,总费用与公路相比没有较大优势.而根据决策者对于运输链总时间的支付意愿可知,缩短1 h能够为铁路 多带 来 42.90 元 /TEU 的收益.在条件许可情况下,铁路货运适当提速可缩减运输时间,减少集装箱在铁路堆场的等待时间也是一个重要方面.这就需要铁路与货主或者货代有良好的沟通,改进车站装车作业流程,使货主或者货代能够按照班列的开行时间及时组织短驳运输,最大程度地减少集装箱在铁路堆场的装车等待时间.

4.3 优化列车运输组织

优化列车运输组织,有助于减少铁路运输时间和费用、保证铁路运输服务可靠性,提高铁路运输竞争力.上饶—宁波“五定班列”途径浙赣线和萧甬铁路,浙赣线是全国最繁忙的几条干线之一,为了更好地开行集装箱班列,可采取以下运输组织方式:(1)双重运输;(2)空箱搭配内贸箱运输;(3)双层集装箱运输;(4)中转接续.

双重运输——宁波北仑港站的废铜集装箱由北仑港站运至鹰潭,在鹰潭将废铜集装箱卸下,再将空箱运至上饶,装上出口货物后回到北仑港站,因为鹰潭的废铜进口量和上饶的出口量都比较多,所以容易形成真正的“五定班列”,保证稳定的运输时间;空箱搭配外贸箱——由于回程空箱数少于去程重箱数,需将多余车辆解体再装上空箱返程,而在车列不解体情况下,可将运至上饶及以远地区的内贸箱装上班列以减少解体等作业,从而缩短运输时间;双层集装箱运输——是充分利用铁路限界、提高集装箱运输效率的一种方法,其运输能力与单层集装箱相比提升了一倍,并且有助于降低营运成本;中转接续——在 OD 对货源不足或到发量不均衡的情况下,往往凸显不出集装箱班列的优势,上饶至宁波的“五定班列”也存在着这样的问题,而中转接续正好可以弥补这个缺陷,但中间站数量不宜超过两个.

5 研究结论

本文结合饶甬集装箱运输链,对铁路运输链的时间和费用构成进行了分析,利用 MNL 和 MMNL定量计算了各因素对选择行为的影响程度,可知总费用最重要,总时间次之.基于此,本文从运输链总费用、总时间和列车运行组织三方面提出了相应的政策措施,以期将通过公路运输的集装箱尽量转移到铁路上来.此外,通过比较 MNL 和 MMNL 得到了预测能力更佳的模型,但是文中对待估计参数的正态分布假设有一定局限性,未来研究中应对多种分布假设进行比较,以得到更符合决策者异质性的模型.由于不清楚空箱来源,所以铁路运输链总费用中并未考虑空箱的短驳费,这也是需要进一步研究的问题.

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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录用日期:2013-08-16

国家自然科学基金(71271154).

张戎(1966-),男,浙江嘉善人,教授,工学博士.*通讯作者:zhangrongtj@163.com