公路货运枢纽布局方法研究

2016-06-13 10:14赵秀锋

科技视界 2016年13期

赵秀锋

【摘要】本文首先对货运枢纽的概念、分类、供能作用进行了概述，并且分析了货运枢纽布局方法在国内外的研究现状和缺陷，然后提出了基于模糊聚类分析方法的货运枢纽分析，建立了相应的指标体系；并且以长三角区域九大城市为研究对象，进行了实例分析。

【关键词】货运枢纽；模糊聚类；布局规划

0 引言

货运枢纽的功能是运输的组织与管理、装卸储存、中转换乘换装、信息流通、多式联营以及辅助服务等，它是一个国家和地区的综合交通运输网络中承担货物集散、转运和过境的节点场所，以公路运输为主要方式，还包括铁路货运枢纽、水路运输枢纽。现代物流是由货运枢纽的货运服务所衍生出来的，它已逐渐成为第三产业发展的一个重要方向。

区域货运枢纽规划是决定区域货运建设和运行经济效益的重要阶段。必须保证枢纽站场布局合理化、科学化、程序化、规范化，从而提高货运生产的组织化程度和运输效率。货运枢纽的合理布设不仅给整个区域的经济效益带来提高，也是的区域在全国乃至世界的地位提升。

1 货运枢纽的概述

1.1 货运枢纽的概念

货运枢纽全称货物运输枢纽，运输枢纽，一般是指在两条或两条以上货物运输线路的交汇、衔接处形成的、共同办理货运业务的场所综合体，是运输网络的重要组成部分。货运枢纽由若干货运站及连接线组成，在货运枢纽内可完成货物的发送、到达、中转换装、联运服务、运输工具的技术等内容。建国以来，我国有计划的在全国主要地区建设了许多货运枢纽，包括公路货运枢纽、铁路货运枢纽、航空货运枢纽、水路货运枢纽以及近年随着综合运输的兴起所兴建的综合货运枢纽，但由于诸多方面的原因，其中许多枢纽都没有发挥出其相应作用，甚至有些处于惨淡的状态，重新利用并加以改造这些枢纽站场设施，拓展其物流功能将无疑会对我国物流发展产生积极的推动作用。

1.2 货运枢纽的功能作用

货运枢纽作为在两条或两条以上运输线路的交汇、衔接处形成的，具有运输组织与管理、中转以及换装、装卸搬运、储存、多式联运、信息流通和辅助服务等功能的综合性设施。其基本功能如下[2]：

衔接功能：货运枢纽主要通过转换运输方式衔接不同运输手段、通过换装衔接干线运输及支线分流、通过存储衔接不同时间的货物供求、通过集装箱、托盘等集装处理衔接整个“门到门运输”，使之成为一体。

信息功能：作为货物流动过程中的重要节点，货运枢纽也是整个货物流动过程中相关信息传递、收集、处理、发送的集中地，这种信息作用是复杂货运单元能联结成有机整体的重要保证。在现代运输体系中，每一个节点都是运输信息的一个点，若干个这种类型的信息点和运输系统的信息中心结合起来，便形成了指挥、管理、调度整个货运系统的信息网络。

管理功能：货运枢纽大都是集管理、指挥、调度、信息、衔接及货物处理为一体的货运综合设施。整个货运系统运转的有序化和正常化以及整个系统的效率和水平取决于包括货运枢纽在内的货运节点的管理职能实现的情况。

总之，货运枢纽作为货物运输的基础设施，承担着货物运输的核心功能，即：内陆口岸、货物集散、中转和运输组织、配送、装卸储存、通讯信息等六大功能。

1.3 货运枢纽的发展现状

1.3.1 国外研究现状

目前，在发达国家的综合运输网络中，宏观布局合理，规模适度、技术先进、功能齐全的交通枢纽站是整个运输网络有效运作的重要物质基础和前提。下面列出了在德国和日本投资、建设和运营的体制框架，可以为其他城市的货运枢纽规划和管理提供一个有利的参考。

德国州政府对货运枢纽的建设遵循一定的模型，即联邦政府规划、各地市政府扶持、企业自身进行。日本建设货运枢纽等基础设施采取的主要措施有：首先，政府将物流园区规划在城市的边缘地带、内环线外或城市之间的干道附近，规划有利于未来物流园区的设施和建筑的地块作为基地。将地块以生地的价格出售给物流行业协会，这些协会以股份的形式在其内部招揽资金用于购买土地和设施的建设。如果缺乏资金，政府将提供长期低息贷款。

1.3.2 国内研究现状

20世纪90年代初，交通部根据国民经济和社会发展需要提出在2020年前后完成公路主骨架、水运主通道、港站主枢纽和交通运输支持保障系统，即“三主一支持”系统的建设。1997年1月6日，交通运输部发布了《关于印发“九五”期间培育和发展道路运输市场规划的通知》，在该通知中明确指出要以45个公路主枢纽所在城市为重点，培育发展区域性公路运输市场。之后为适应新时期公路交通运输发展的要求，交通运输部于2007年制定了《国家公路运输枢纽布局规划》，共确定179个国家公路运输枢纽，包括12个组合枢纽，共计196个城市[3]。

但在目前的公路运输枢纽规划研究报告中，仍然存在许多不足，主要表现为以下几点：一是，规划站场与区域经济社会以及城市发展之间的关系表现不足；二是，布局方案多为定性分析，定量计算很少；三是，公路货运枢纽站场建设顺序缺乏依据。

2 布局方法——模糊聚类分析方法

2.1 模糊聚类分析的指标体系的建立

货运枢纽布局体现了不同地区适合建设不同类型枢纽的分析。因此，货运枢纽布局评价指标体系应能对区域内各城市适合程度做出公正、客观、全面的权衡，且易于分析。在本文分析时，决定从货运需求、经济基础、交通条件三个方面分析[4]，其中货运需求从社会货运量，邮政业务量和社会消费品零售总额三个方面考虑；经济基础包括人均GDP工业生产总值，经济增长率，固定资产投资；交通条件路网密度，高等级公路数，铁路货运能力，水运与航空运输影响系数，其中水运与航空运输影响系数通过各城市的综合运输的比较来判别。

图1 货运枢纽布局指标体系

2.2 模糊聚类法的建模

2.2.1 数据标准化

1）数据矩阵的得到

设论域（即城市群）U={x1，x2，x3，……xn}为分类对象，每个对象又有m个指标表示其性状，即：

2.3 基于直接聚类法的聚类分析

所谓直接聚类法，是指在建立模糊相似矩阵之后，不去求传递闭包，也不用布尔矩阵法，而是直接从模糊相似矩阵出发求得聚类图。其步骤如下：

1）取θ1=1（最大值），对每个xi作相似类[xi]R，且：

[xi]R={xi|rij=1}，

即将满足rij=1的xi与xj放在一类，构成相似类。相似类与等价类的不同之处是，不同的相似类可能有公共元素，即可出现：

[xi]R={xi，xk}，[xi]R={xj，xk}，[xi]∩[xj]≠？覫

此时只要将有公共元素的相似类合并，即可得θ1=1水平上的等价分类。

2）取θ2为次大值，从R中直接找出相似度为θ2的元素对（xi，xj）（即rij=θ2），将对应于θ1=1的等价分类中xi所在的类与xj所在的类合并，将所有的这些情况合并后，即得到对应于θ2的等价分类。

3）取θ3为次大值，从R中直接找出相似度为θ3的元素对（xi，xj）（即rij=θ3），将对应于θ2的等价分类中xi所在的类与xj所在的类合并，将所有的这些情况合并后，即得到对应于θ3的等价分类。

4）以此类推，直到合并到U成为一类为止。

在模糊聚类分析中对于各个不同的λ∈[0，1]，可得到不同的分类，许多实际问题需要选择某个阈值λ，确定样本的一个具体分类，这就提出了如何确定阈值λ的问题。一般是按实际需要，在动态聚类图中，调整λ的值以得到适当的分类，而不需要事先准确地估计好样本应分成几类。当然，也可由具有丰富经验的专家结合专业知识确定阈值λ，从而得出在λ水平上的等价分类。

3 实例应用

区域货运枢纽的整体布局是对区域内货运枢纽资源的有效配置，因此可对所研究的区域进行对象分类，结合每个城市的指标体系可得到初始模糊矩阵。经过标准化、聚类、归一等过程可以获得货运指标基础上的分类，根据此分类结果进行枢纽站的整体布局设计。下面以长三角区域，上海，南京，苏州，镇江，常州，无锡，杭州，合肥，扬州，南通这9个城市为研究对象，进行区域货运枢纽布局设计。

1）初始矩阵的建立

九个城市的相应指标结合在一次形成初始矩阵，并利用对数变换的方法得到标准化后的矩阵，如表1所示。

表1 标准化后的初始矩阵

2）构造相似模糊矩阵，需要建立任意两个候选城市的相似关系，得到相似模糊矩阵中的数据rij，从而得到模糊相似矩阵R=（rij）n×n。

通过运用MATLAB软件编程构建矩阵求解模型，计算相似模糊矩阵，得到归一化后的相似矩阵，见表2。

表2 归一化后的相似矩阵

3）相似矩阵聚类结果。运用SPSS软件中的K-Means Cluster对归一化数据进行聚类分析，分析结果如表3：

表3 长三角各大城市货运枢纽聚类分析

根据上述结果，结合货运枢纽通常的类型将长三角区域货运枢纽分为三种类别。中心类为上海市、南京市、苏州，确定其为全国性货运枢纽城市；第二类为杭州、无锡、常州、合肥，确定其为区域性公路货运枢纽城市；第三类为扬州、南通、镇江，确定其为省内货运枢纽城市。

4 结论

货运系统是城市发展的重要支撑，也是联系区域的关键纽带。一个既符合各城市自身定位又能很清晰的体现层次分类的货运枢纽对提高区域经济发展有着重要的战略意义。因此，如何合理布局货运枢纽是值得深入研究的一个课题，货运枢纽建设规模、功能定位需要从区域乃至全国的层面来指导规划。

本文采用模糊聚类分析方对区域货运枢纽布局进行研究，旨在通过聚类分析，将区域内各大城市进行分类，根据不同类型的城市针对性的进行不同规模的货运枢纽建设，这样可以保证枢纽布局的针对性和全局性。