京津冀交通运输系统协同发展程度的DEA评价

赵莉琴,刘敬严

(石家庄铁道大学经济管理学院,石家庄050043)



京津冀交通运输系统协同发展程度的DEA评价

赵莉琴,刘敬严

(石家庄铁道大学经济管理学院,石家庄050043)

摘 要:为探讨京津冀交通运输系统协同发展问题,运用数据包络分析方法,建立了协同发展效度评价模型,把各种交通运输方式的从业人员和基础设施投资额作为输入项、货运量和客运量作为输出量,基于2003-2012年相关数据,对京津冀交通运输系统铁路、公路、航空三种运输方式中各系统内部、两两子系统、三子系统之间协同发展程度的协同效度、发展效度和综合效度进行评价.结果显示,京津冀区域交通运输系统各运输方式协同发展度较低,在发展规模上比例不适当,运输系统协同发展能力未能达到最优.要实现京津冀交通运输系统各运输方式的协同发展,需要平衡基础设施的投入,加快不同运输方式网络衔接和服务水平.

关键词:交通运输;交通方式;基础设施;协同发展;数据包络分析

交通运输系统协调发展是实现京津冀城市群协同的基础.但是现阶段区域内的铁路、高速公路基本以北京为核心,呈放射状分布.三地之间的城际铁路、城际公路之间还出现“北京换乘”、“断头路”、“瓶颈路段”等问题,甚至还出现京冀两地抢建机场,导致石家庄机场货运量和客运量严重不足的局面.随着京津冀协同发展的基建投入增加,如何避免交通基础设施重复建设问题,控制不同交通方式发展失衡现象,是当前亟待解决的问题.要解决此问题,需要对区域内不同交通方式之间的协调性进行衡量,即要求在现有统计数据基础上,直观、快捷地对区域不同交通方式之间的协调性进行评价,寻找问题所在,为京津冀交通系统规划、设计提供依据.

国内外学者对协调性评价方法进行了一系列研究.何如海用模糊数学方法对城市交通与生态环境之间关系进行综合评价[1],但是对各指标权重设置过于主观性.黄寿峰等用非线性Granger因果检验方法,对交通基础设施发展与经济增长的关系进行了研究[2],但需要大量截面数据为样本,缺少实际操作性.李忠民等运用空间计量方法,证明“新丝绸之路”交通大动脉对经济增长的作用[3],在运算过程中,由于难以得到社会经济距离的实际统计数据,导致结果不准确.孟令兴通过模拟仿真,制定德州市交通枢纽发展模型[4],其最大缺点是计算精度比较低.本文作者结合京津冀2003-2012年的统计数据,应用数据包络分析(data envelope analyse,DEA)及相关模型[5]衡量铁路、公路和航空内部投入与产出之间的协调度,分析了不同交通方式内部及外部不协调因素产生的原因,提出了京津冀交通系统的优化建议.

1 评价模型的选取

交通系统是由不同的运输方式组成,随着每种运输方式速度、价格、服务质量等的不断变化,铁路、公路和航空的货运量和客运量数据也会随之出现波动,证明不同运输方式之间存在一定的竞争关系.而运输需求的多样性和各种运输方式技术经济特点的局限性,势必出现运输方式之间的相互协作[6].因此模型的选取必须能够体现这种相互依存、相互影响的关系.由于DEA模型能够对复杂系统的内部或外部各因素影响程度进行评价,所以可以采用DEA模型对区域交通系统的投入与产出进行衡量.

1.1 输入输出指标体系的确立

京津冀区域交通系统包括内容比较广泛,为了展现研究方法的可行性,选取了铁路、公路和航空三种主要交通工具.基于指标选取科学性、综合性、可操作性原则,根据文献[7]可知,在众多衡量交通运输系统发展水平的指标中,经过聚类分析:货运量和客运量指标相关性最高;在影响运输水平的因素中,交通基础建设投资和从业人员数量两个指标相关性较高.所以在衡量区域交通运输系统协调性研究中,选取了交通基础建设投资和从业人员数量作为输入指标,货运量和客运量作为输出指标.

1.2 DEA评价模型的建立

DEA模型根据评价目的和评价对象的不同出现了多种形式,这里采用C2R和C2GS2经典模型.DEA评价模型一般描述为:对于n个决策单元,每个决策单元为DM Uj,j=1,2,...,n,有m个输入指标i={1,2,...,m}和s个输出指标r={1,2,...,s}.被评价的决策单元DMUd输入指标数据为Xj=(x1j,x2j,...,xmj),输出指标数据为Yj=(y1j,y2j,...,ysj),d为被评价的决策单元项,d∈ {1,2,...,n} .引入DEA的对偶公式为[5]

式中:θd表示被评价单元的相对效率;λj为每个评价单元的权重;s-i为输入指标项的松弛变量;s+i表示为输出指标项的松弛变量.xij表示为第j决策单元中第i输入指标数值;xid表示为被评价单元的第i输入指标数值;yrj表示为第j决策单元中第r输出指标数值;yrd表示为被评价单元第r输出指标数值.

1)若θ*d＜1,表示被评价单元各投入要素配合无效;

2)若θ*d=1,表示被评价单元各投入要素配合有效;

3)若θ*d=1,s*-i=0,s*+r=0,表示被评价单元各投入要素配合最优.

2 系统综合效度的计算

2.1 协同效度和发展效度的定义

“协同效度”是表示在C2GS2模型中,投入要素在技术配合方面的程度,即衡量配合比例适配程度.用hj表示,hj为第j个决策单元DMUj的技术效率评价指数,hj越大,表明DMUj中相对一定产出的投入要素适配程度越高.计算公式如下:

“发展效度”为C2R模型中的规模效率指数,表示投入要素对产出在规模上的影响程度,即衡量发展有效性的程度.用fj表示,fj为第j个决策单元DMUj的规模效率评价指数,fj越大,表明DM Uj中产出效果与投入规模大小关系越明显.即投入越大,产出越大.公式如下:

下面根据论文所研究的问题进行假设:

hj为京津冀交通运输系统中在货运量和客运量产出一定下,其人力资源和基础设施投资两项投入因素的配合程度,用“协同效度值”衡量投入要素的技术适配系数.

fj为交通运输系统中人力资源软件和基础设施投资硬件投入规模与货运量和客运量产出之间的效率关系,用“发展效度值”作为衡量投入与产出规模的有效性.

zhj是衡量交通运输系统中多方面的关联性程度,表示为“协同效度值”与“发展效度值”的乘积,用“协同发展的综合效度值”衡量[8]

当zhj=0,表明系统之间是完全不协调的,即二者投入与产出是不相关的.在实践之中,尤其是在同一系统内部不同因素之间的评价,这种理论假设一般不会存在.

当zhj越接近于1,说明系统之间的综合协同效果越好.

当zhj=1,表明系统之间的输入和输出的效率是相对最好的,系统的输入输出关系综合性最佳.

2.2 系统A对系统B综合效度的计算

若子系统A对系统B的协同有效程度为hj(A/B),系统A对系统B的发展有效程度为fj(A/ B),则A对B的协同发展综合有效程度zhj(A/B)表示为

2.3 AB两个系统之间的综合效度的计算

2.4 系统A对系统B、C综合效度的计算

若系统A对系统B、C的协同有效程度为hj(A/B,C),系统A对子系统B、C的发展有效程度为fj(A/B,C),则A对B、C的协同发展综合有效程度zhj(A/B,C)表示为

2.5 A、B、C三个系统之间的综合效度的计算

3 京津冀各运输方式协同发展评价

3.1 评价指标数据准备

基于数据采用的准确性和真实性要求,考虑到交通系统综合性特点,选取2003-2012年份的政府统计数据,作为n=10个决策单元;公路、铁路、民航各子系统中的从业人员和运输基础设施投资额作为s=2个输入指标,货运量和客运量作为r=2个输出指标.2003-2012年京津冀各交通运输方式相关数据整理如表1所示.

表1 交通运输系统内协同发展评价指标值Tab.1 Input and output data of each transportation subsystem

3.2 交通运输子系统内协同发展有效性计算

把以上数据带入式⑴～式⑷,建立C2R模型和C2GS2模型,运用maxdea6.3软件计算分别计算公路、铁路、民航运输子系统内部各因素之间的发展效度值和协同效度值,然后取二者乘积作为综合效度值.具体计算结果汇总如表2所示.

表2 各交通运输子系统内协同发展程度Tab.2 Synergetic development degree of each transportation subsystem

铁路、公路、民航各运输子系统协同效度大多数年份小于1,各子系统发展效度大都处于规模递减阶段,投入与产出达不到1∶1的关系,虽然综合效度良好状态,但是没有达到最优.尤其是公路交通运输方式,其投入与产生关系值比较低,与铁路交通方式来比,低大约10%的程度,在区域交通系统中,公路运输重要性应该更大一些,说明京津冀公路规划布局存在很大问题.

计算结果反映了京津冀各种运输方式内部的实际状况,铁路与航空大部分属于国办国投,三地行政分割造成的利益纠葛障碍影响较小,而公路大部分以省市利益划分,北京市在河北省周围形成很多断头路,甚至河北省内部市与市之间、县与县之间的公路规划也不统一,实际造成公路运量浪费.这也证明DEA方法对交通系统协同性评价非常适合.

3.3 两两运输子系统间协同发展程度计算

计算铁路与公路、铁路与航空、公路与航空之间的协调性.根据式⑴～式⑻建立数学规划模型,运用maxdea6.3软件运算求解两两运输系统之间的协同效度hj及发展效度fj,并由协同效度及发展效度计算出两运输系统之间的综合效度.以铁路与公路两种运输方式之间的协调效度计算为例,输入铁路10个决策单元的X1,X2作为输入指标,输入公路10个决策单元的Y1,Y2作为输出指标,得出hj1,fj1;然后交叉进行,输入公路10个决策单元的X1,X2作为输入指标,输入铁路10个决策单元的Y1,Y2作为输出指标,得出hj2,fj2;然后取最小值做分子,最大值做分母,计算得出铁路与公路之间的发展效度值、协同效度值和综合效度值.具体计算结果汇总如表3所示.

铁路运输子系统和公路运输子系统综合效度值比较高.铁路运输子系统和民航运输子系统综合评价所有年份综合效度均比较差,其中协同发展有效度较低,处于0.7以下.公路运输子系统和民航运输子系统综合评价所有年份综合效度处于中间状态,其中2012年协同效度为1,但发展效度为0.87,其余年份协同发展有效度均较低.各子系统间协同效度相对较高(均值0.9),但发展效度偏低.

10年里,铁路与民航的协同发展度均低于铁路与公路的综合协同发展度.总体来说,公路与铁路运输子系统协同发展程度相对较高,民航系统与铁路运输子系统协同发展度最低.京津冀地区的航空货运发展速度还处于较低水平.

表3 交通运输子系统间协同发展程度Tab.3 Synergetic development degree between two transportation subsystems

3.4 交通运输系统内整体协同发展程度分析

计算铁路与公路、航空三种运输方式之间的协调性.根据式⑴、式⑸建立数学规划模型,运算求解运输系统之间的协同效度hj及发展效度fj,并由协同效度及发展效度计算出综合协调效度.首先根据式(10),以铁路10个决策单元的X1,X2作为输入指标,输入公路10个决策单元的Y1,Y2和航空决策单元的Y1,Y2四项指标作为输出指标,得出fj(A/B,C)相对应的fj;同理,可计算得出fj(B/A,C),fj(C/A,B)相对应的fj.求解运输整体系统的协同效度hj(t,h,a)及发展效度fj(t,h,a),综合效度zhj(t,h,a),如表4所示.

表4 交通运输整体系统协同发展程度Tab.4 Synergetic development degreeof integrated transportation system

从计算结果来看,京津冀交通运输系统整体处于协同发展综合效度比较有效.2010年以前综合有效度都比较接近于1,其中协同效度基本呈递增趋势,在2008年、2010年和2012年达到1.发展效度前几年都接近1或超过1,说明京津冀规模效益出现了递增状态,但发展度在2011年和2012年较低,致使2011和2012年协同发展综合程度较低.

计算数据基本与京津冀这10年的交通发展相一致.2007-2010年,国家高速铁路和高速公路加快建设投资,北京作为运输中心节点,使区域交通整体得到了快速发展,促进了京津冀货运量和客运量的大幅提高.但是在2010年之后,由于河北省整体发展动力不足,经济发展相对落后,居民生活水平低下,大量的交通基建并没有在货运量和客运量方面有很好的反映,使区域交通方式协调性指标呈现下降现象.

4 问题与建议

通过DEA模型的计算数据结果发现,京津冀交通系统协同程度还有一定差距.一是公路运输方式内部人力资源投入和资金投入,与最终货运量和客运量产出不相匹配,道路使用效率低下,产生了资源的极大浪费现象.二是铁路、公路与航空运输方式两两协调性较差,尤其是与航空运输工具的协同性较差.航空运输工具不管是客运或客运都出现了与其他运输工具的差距.三是整体运输系统的协调性在2010年后出现了下降趋势,三地投资出现了不匹配性,投资在不同运输工具方向上不协调,导致交通运输效能降低.针对上述问题,提出如下建议:

1)实现区域陆地交通整体规划,加强区域城际轨道建设.打破京津冀三地行政阻碍,把协同发展实实在在地置于国家战略地位,打破北京市一家独大局面,打通北京与河北周边断头路,从区域发展角度规划三地公路交通.进一步建设天津与河北省的公路对接,促进河北省物流对京津两地的供应.同时在区域城市群之间大规模修建城际轨道运输,以京津城轨开通为例,客流量每年近10个百分点的速度上升,大大缓解了京津公路拥堵现状,加强了两地经济和人员交流.城际轨道建设要扩大城市范围,不但环京津两地,在石家庄周围和河北省南部各城市群也要覆盖,加强三地人员流动,尤其为河北省人口到京津工作、京津人口到河北生活和旅游等提供便利.

2)加强多式联运发展,整合区域航空运输资源.京津冀区域航空运输协调指标衡量存在一定问题,主要表现在两个方面:一是跨区陆地运输方式与航空运输联运实现较差,航空线路与外对接不协调;二是三地机场利用率差异巨大.目前京津冀机场主要有北京首都机场、天津滨海机场和石家庄正定机场,2011年,首都机场一家旅客吞吐量占87.7%,货出吞吐量占87.3%,机场整天处于超负荷运转状态[9].而天津和河北省机场资源闲置,甚至河北省机场处于亏损运营状态.所以,要加快北京到天津和河北省机场的陆路交通,扩大津、冀机场对外市场,开辟更多长线运输线路,实现北京旅客的分流.

3)加强交通运输网络衔接,完善交通运输服务体系.优化京津冀地区的交通设施建设和布局,应加强多式联运网络化建设,才能充分发挥各种运输方式的比较优势.以现代化的EDI、GIS、GPS等信息技术为基础,建立覆盖整个区域的先进、高效、可靠的区域交通运输管理信息平台.建立区域网络平台,实现多种运输方式、货运和客运的需求与共给、运输相关部门(银行、政府管理部门、住所餐饮、旅游等)的互联互通,实现信息共享.加快推进智能型综合交通运输建设,推进单证票据的通用化、标准化,建立和完善铁路、公路、民航运输方式的自动式、一站式协调机制.实现区域交通系统的高效协同性发展,为京津冀快速发展奠定基础.

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DEA evaluation study about synergetic development of regional transportation in Beijing-Tianjin-Hebei

ZHAO Liqin,LIU Jingyan
(School of Economics and Management,Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang 050043,China)

Abstract:To discuss the synergetic development of regional transportation in Beijing–Tianjin–Hebei,a collaborative development validity evaluation model is established based on data envelopment analysis(DEA).For this purpose,the practitioners in each means of transportation and the amount of infrastructure investment are used as the input,freight and passenger traffic as the output,and the related data from 2003 to 2012 are adopted to evaluate the collaborative validity,the development validity and the comprehensive validity inside each subsystem,between the subsystems and among the subsystems in the three means of transportation of railway,highway and aviation in Beijing-Tianjin-Hebei.The results show that the regional transport system of Beijing-Tianjin-Hebei has a low degree of coordinated development,the scale of development is not appropriate,the cooperative development capacity of transport system fails to reach the optimal.To realize the coordinated development of each means of transportation in Beijing-Tianjin-Hebei,the infrastructure investment should be balanced,the network convergence of different means of transportation should be speeded up,and the service levels needs to be improved.

Key words:transportation;mode of transport;infrastructure;synergetic development;data envelopment analysis

作者简介:赵莉琴(1973—),女,河北石家庄人,副教授,硕士.研究方向为物流管理.email:zhaoliqin0701@163.com.

基金项目:河北省教育厅人文社科重点资助项目(SD141049);河北省科技厅软科学项目资助(15453501D)

收稿日期:2015-10-12

DOI:10.11860/j.issn.1673-0291.2016.01.020

文章编号:1673-0291(2016)01-0124-06

中图分类号:F572;U116

文献标志码:A