郑州大都市区交通运输与经济耦合协调发展分析

李邦兰

(河南警察学院 智能交通实验室，河南 郑州 450000)

近几年河南省大力发展郑州大都市区建设，交通运输作为基础性、先导性、服务性的行业，是建设大都市区的重要支撑和引领，交通运输又是为经济社会服务的，交通运输与经济协调发展，能够加快郑州大都市区建设，推动经济快速健康发展。因此，研究郑州大都市区交通运输与经济发展协调性具有重要意义，找出制约交通运输与经济协调发展的因素，为指导交通运输发展提供支撑。

目前国内外关于交通运输与经济协调发展评价研究较多，李勇等[1]从规模性、结构性、效益性3个维度构建交通运输和区域经济发展的指标体系，构建了耦合协调度模型，测算了2008—2018年我国七大地区耦合协调度。徐继明[2]采用数据包络分析模型，分析京津冀整体及各自内部铁路、公路交通基础设施和经济协调发展的问题，找出三省市交通基础设施中的薄弱环节。黄彬等[3]应用多维灰色动态协调模型，采用定量评价方法展开分析与探讨，并提出关于交通运输与经济发展协调程度的建议。詹斌等[4]结合武汉市近10年经济与交通系统关键指标数据，分析武汉市交通与经济系统协调发展现状，并通过主成分分析法(PCA)降维得到两系统的序参变量，计算得到两系统的有序度及协调度。聂正英[5]采用熵权法为各指标进行赋权，构建了交通一体化与区域经济协调发展的耦合分析模型，对京津冀区域2007—2016年交通运输与区域经济之间的耦合协调度进行计算。

以上学者的研究主要从规模、结构性、效益性3个角度构建交通运输及经济发展评价体系，很少有研究者考虑综合交通运输效率。因此，本文基于数据包络分析DEA模型，评价郑州大都市区综合运输效率，基于此构建郑州大都市区综合交通以及经济发展水平评价指标，采用主成分分析法评价交通运输与经济发展水平，构建耦合协调模型，评价郑州大都市区交通运输和经济发展的协调性，对推动郑州大都市区协调发展具有重要意义。

1 综合交通运输效率评价

1.1 构建评价指标体系

郑州大都市区主要以郑州为核心，连接开封、新乡、许昌、焦作四市，各区域主要运输通道包括公路运输和铁路运输，各市之间的水路运输、航空运输几乎不存在，因此不考虑水运和航空运输，管道运输主要运输液态或气态的货物，故也不考虑管道运输。本研究综合交通主要考虑公路、铁路2种交通运输方式。

综合交通运输效率评价是有多种影响因素的，综合评价指标选取的全面性、代表性、实用性、可比性、系统性等原则，结合国内外相关研究成果，以及各指标数据获取的难易程度，选取如下评价指标：

1)线路里程。线路里程是交通运输行业投入的一个关键因素，投入越多，修建线路里程越长。

2)客运量。输出资源主要体现在对交通投入资源的利用，对交通运输的需求与投入是否匹配，因此，选取客运量作为输出指标。

3)货运量。除了运输客流，还有货物运输也是交通运输重要组成部分。因此，选取货运量作为输出指标。

1.2 建立数据包络分析DEA模型

数据包络分析方法是根据多项投入指标和多项产出指标，利用线性规划的方法，对具有可比性的同类型单位进行相对有效性评价的一种数量分析方法。DEA方法及其模型自1978年由美国著名运筹学家A Charnes和W W Cooper[6]提出以来。

设有n个决策单元DMUj(j=l，2，…，n)，DMUj的输入为Xj=(x1j，x2j，…，xmj)T>0，输出为Yj=(y1j，y2j，…，yrj)T>0，输入、输出权向量分别为V=(v1，v2，…，vm)T，U=(u1，u2，…，ur)T。定义DMUj的效率指数为输出综合和输入综合之比。以被评价的决策单元DMU0的效率指数h0为最大目标，以所有决策单元的效率指数hj

当ρ=0时，该模型为CCR模型；当ρ=1时，则为BCC模型。若DEA模型的目标函数值为1，则称之为DEA有效，既为技术有效，也为规模有效。

根据熊崇俊等[7]相关研究，2个子系统之间的协调程度可以通过系统之间的协调效度和发展效度之积表示。系统A对系统B的协调效度为z(A,B)，发展效度为a(A,B)，若z(A,B)=1，表明A系统的输入对B系统输出的效率是相对最好的，进而说明A系统对B系统的输入输出关系是最适配的，综合协同发展效果相对最好。A、B两个系统的综合效度C(A,B)定义为

a(A/B)=1/∑λa/b

(2)

(3)

(4)

C(A,B)=z(A,B)*a(A,B)]

(5)

在利用上述公式进行计算时，先利用CCR模型，即式(1)中取ρ=0，计算出各个年份2种运输方式的相对有效性，即其协调效度z和发展效度a。若DEA非有效，则利用BBC模型，即式(1)中取ρ=1，计算其相对有效性，重新确定其协调效度z，最终以BBC模型计得出的协调效度q作为该年份的最终协调效度，再由式(5)计算出各年份2种运输方式之间的综合效度C。

1.3 综合交通运输效率

通过查找河南历年统计年鉴，收集相关基础数据，如表1所示。

表1 综合交通效率评价指标数据

将上述指标代入BCC和CCR模型中，利用LINGO、DEAP2.1软件求解，得到以下结果，如表2～4所示。

表2 公路/铁路协调及发展效度

表3 铁路/公路协调及发展效度

从表4可以得出，郑州大都市区综合交通运输综合效度保持在较高水平，但在2019年时降低至0.78，主要是协调效度降低，即以现有的投入得不到最佳的产出，说明管理水平有待提升，现在面临十三五收官、十四五开端之年，河南省公路发展较好，2019年河南省公路里程位居全国第三位，河南省的“米”字型高铁也即将建成，铁路运输发展较快，交通基础设计建设相对较多，但是管理技术、手段，服务水平还不足，需要进一步加强管理，尤其是郑州大都市区之间的协调管理还存在缺陷，需要加强各区域主体之间的协同管理。

表4 铁路综合效度

2 交通运输与经济发展水平评价

2.1 构建评价指标体系

综合交通发展水平不仅与基础设施建设有关，基础设施的运输服务水平也是重要因素，各运输方式之间的协调发展水平也关系到综合运输发展水平，因此从路网机构、运输能力、综合运输效率3个角度出发构建综合交通发展水平的评价指标体系，其中路网结构角度主要包括线路里程、等级公路比重2个指标，运输能力角度主要包括客运量、货运量2个指标，综合运输效率角度主要利用综合协调效度来评价。

经济发展涉及因素较多，从人口、经济、服务、生活4个层次构建经济发展水平的评价指标体系，其中人口层次主要包括常住人口、城镇化率两个指标，经济层次主要包括GDP、人均GDP两个指标，服务层次主要包括就业人员、城镇登记失业人数2个指标，生活层次主要包括居家家庭人均收入、居家家庭人均支出2个指标。

2.2 评价方法

采用主成分分析法[8]计算交通运输及经济发展水平。主成分分析法因具有能降低变量维数的特点，能够把多个指标转化为少数几个综合指标的分析方法，被广泛应用，这里不再赘述。

通过河南历年统计年鉴，可以得到郑州大都市区综合交通运输发展水平各评价指标数据，运用SPSS 25对上述数据进行标准化处理，再进行因子分析，得到结果如表5所示。

根据初始特征值应大于1、方差的累计贡献率应超过85%原则，表5中：第1个成分特征值大于1，贡献率已达到82.190%，已经是较高水平，涵盖了大部分的信息；第2个成分特征值小于1，小于特征值的平均值，且贡献率为10.835%，涵盖的信息较少。因此，对综合交通运输系统提取1个主成分，相关系数矩阵如表6所示。

表5 综合交通运输系统总方差解释

表6 综合交通运输系统成分得分系数矩阵

得到交通运输系统的主成分如下。

F1=0.332×ZT1+0.362×ZT2+0.368×ZT3-0.349×ZT4+0.390×ZT5+0.323×ZT6-0.374×ZT7-0.324×ZT8

代入原始数据的标准化数据后，得到历年郑州大都市区综合交通发展水平，如表7所示。

表7 历年综合交通发展水平

由表7可知，在2015—2019年间，郑州大都市区综合交通发展水平逐年上升，从-3.39提高到3.10，说明这5年综合交通在不断发展，交通网络不断完善，交通运输的能力和服务水平也有显著提升。

同理，通过河南历年统计年鉴，可以得到郑州大都市区经济发展水平各评价指标数据，运用SPSS 25进行因子分析，得到结果如下表8所示。

表8 经济系统总方差解释

根据初始特征值应大于1、方差的累计贡献率应超过85%原则，第一个成分的特征值为6.966，大于1，且累计贡献率为87.069%，超过85%，说明该成分能代表其他成分表示经济发展水平，相关系数矩阵如表9所示。

表9 经济系统成分得分系数矩阵

得到经济系统的主成分如下。

F2=0.375×ZE1+0.378×ZE2+0.369×ZE3+0.369×ZE4+0.316×ZE5+0.250×Z66+0.375×ZE7+0.375×ZE8

代入原始数据的标准化数据后，得到历年郑州大都市区经济发展水平，如表10所示。

表10 历年经济发展水平

由表10可知，在2015-2019年间，郑州大都市区经济发展水平逐年上升，从-3.41提高到3.09，说明这五年经济在不断发展，取得了一定的成绩，这与交通发展是相辅相成、相互促进的，交通为经济发展提供运输服务，带动人员、物资的流动，促进经济快速发展，经济越好对交通需求越高，进一步带动交通运输的发展。

3 交通运输与经济耦合协调评价

3.1 构建耦合协调模型

很多系统之间的协调度都不能用绝对的协调与不协调进行评价，大部分是处于两者之间。故表示协调程度的指标是一个[0，1]闭区间上的实数，采用耦合协调度模型[9]进行评价。

一个系统对另一个系统的协调度为

(6)

2个系统i与j之间的协调度为

(7)

据计算所得的协调度，协调等级的判断如下表11所示。

表11 协调等级评判

3.2 协调评价

用SPSS25对综合交通运输与经济发展水平进行函数拟合，模型摘要和参数估计值如表12所示。

表12 模型摘要和参数估计值(因变量：交通)

由表12可得线性、二次函数和三次函数R2都比较高，但是线性函数的F值932.883远大于二次、三次函数，且显著性值最小，可得到线性函数更具有显著性意义，选取线性函数作为综合交通与经济发展水平的拟合函数，即

Fz=-0.002+0.969Fj，

(8)

式中：Fz为综合交通运输发展水平；Fj为经济发展水平.

同理，用SPSS25对综合交通运输与经济发展水平进行函数拟合，模型摘要和参数估计值如表13所示。

表13 模型摘要和参数估计值(因变量：经济)

由上表可得线性、二次函数和三次函数R2都比较高，但是线性函数的F值932.883远大于二次、三次函数，且显著性值最小，可得到线性函数更具有显著性意义，选取线性函数作为综合交通与经济发展水平的拟合函数，即

Fj=0.002+1.029Fz.

(9)

可以得到经济与综合交通运输之间的协调度，如表14所示。

表14 经济与综合交通系统之间的协调度

综上所述，2015—2019年之间，经济与综合交通运输系统协调度属于优质协调，说明近几年经济发展与综合交通发展是协调的，随着河南省中原城市群、郑州国家中心城市、郑州大都市区战略的发展，以及郑州综合交通枢纽地位，河南省综合交通发展逐渐完善，交通运输交通发展能够带动经济的发展。近几年河南省的经济也在迅速发展，也促进了交通运输进一步完善。

4 结论

1)郑州大都市区综合交通运输效率保持在较高水平，但在2019年时降低至0.78，主要是协调效度降低，即以现有的投入得不到最佳的产出，说明管理水平有待提升。

2)2015—2019年，郑州大都市区综合交通发展水平逐年上升，综合交通运输发展取得了一定的成绩，交通运输的能力和服务水平也有显著提升。

3)2015—2019年，郑州大都市区经济发展水平逐年上升，这与交通发展是相辅相成、相互促进的，交通为经济发展提供运输服务，带动人员、物资的流动，促进经济快速发展，经济越好对交通需求越高，进一步带动交通运输的发展。

4)2015—2019年，经济与综合交通运输系统协调度属于优质协调，近几年经济发展与综合交通发展是协调的，随着河南省中原城市群、郑州国家中心城市、郑州大都市区战略的发展，以及郑州综合交通枢纽地位，河南省综合交通发展逐渐完善，交通运输交通发展能够带动经济的发展。