基于引力模型的長江三角洲城市群水運物流網絡結構評價研究

李佳穎

摘 要：以 2019 年長江三角洲41個港口城市的截面數據為基礎，基于熵權-TOPSIS法和 K-means聚類分析，對各港口城市進行評價和分類，并運用改進的引力模型和物流隸屬度測算各城市之間的引力大小和物流節點間的隸屬關系，最后基于軸輻網絡模型完成水運物流網絡結構的構建并對其進行評價，根據這種網絡結構存在的問題提出多級聯動發展模式。

關鍵詞：長江三角洲城市群;引力模型;水運物流網絡

中圖分類號：F252 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ?文章編號：1673-291X（2022）07-0060-05

引言

隨著經濟全球化、城市化進程的不斷深入，區域一體化日趨明顯，各城市之間的聯系逐漸加強，大大促進了城市之間的貿易往來和商品流通。物流一體化在城市群發展進程中起著橋梁的作用，物流網絡作為物流一體化的核心，能將物流節點、通道聯結起來，保證城市群內物流活動的運轉。因此，建立一個高效的物流網絡，對城市群內物流活動的運作、物流資源的合理配置具有重要的作用。由于長江三角洲優越的地理位置，使得該區域水運物流發展迅速，因此迫切需要建立一個高效的水運物流網絡，來提高水運物流發展質量。

從已有的研究成果來看，物流網絡優化是國內外學者的重要研究方向。對于物流網絡優化，常用的方法有引力模型、遺傳模擬退火算法、模糊數學規劃法等。顏冰等（2018）運用遺傳模擬退火聚類算法以南京仙林地區為例，規劃出該地區的地下物流網絡[1]。唐建榮等（2019）基于修正引力模型，運用社會網絡分析方法并結合ArcGIS可視化，探索了2006—2016年長江經濟帶城際物流網絡的空間結構演變特征及其影響因素，并為促進長江經濟帶物流一體化提供政策建議[2]。王幫俊等（2018）考慮快遞樞紐點的爆倉現象，基于0—1整數非線性規劃，建立了單分配軸輻式樞紐點選址模型，并以南京仙林地區為例，驗證了該模型的可行性[3]。梁喜等（2018）考慮產品回收、碳排放與客戶聚類建立了物流網絡的路徑優化模型，并以重慶市企業為例，對模型和算法進行了驗證[4]。因此，本文基于軸—輻理論、引力模型，從各港口城市的水運物流發展質量入手，對長江三角洲港口城市的水運物流網絡結構進行評價，有利于促進城市群水運物流協同發展，促進區域一體化。

一、研究方法、指標選擇與數據來源

（一）指標體系的構建

在長江三角洲城市群物流網絡構建中，軸心城市和輻點城市的選擇尤為重要。為了客觀、全面地評價城市物流發展質量，需要建立科學評價指標體系。因此，經過比較測算，本文從選取GDP、社會消費品零售總額、進出口總額等12個指標作為評價城市物流發展質量的指標如表1所示。

（二）數據來源

本研究選擇長江三角洲41個港口城市作為研究對象。所用到的原始數據為2019年上海市、浙江省、江蘇省、安徽省共41個港口城市的統計數據。數據來源于2020年各省《統計年鑒》《中國港口年鑒（2020）》，而各城市之間的水運距離則由船訊網測得，殘缺數據根據各城市統計年鑒或公報補齊。

（三）確定城市物流發展質量

本文將熵權法和TOPSIS法相結合，對長江三角洲各港口城市水運物流發展質量評價，具體計算步驟如下：

1.構建初始決策矩陣

在本文的應用中，研究區域內的節點城市為評價對象，設xij為第i個評價對象的第j項指標的數值。建立區域內包括m個城市、n個指標的初始決策矩陣X如下：

（四）引力模型

傳統引力模型廣泛應用于地理距離衰減、空間相互作用等領域，是空間聯系分析中最經典、最常用的模型。其中，M、G、R 和a分別表示質量、引力系數、距離和衰減系數，一般情況下a的值取2。

本文結合實際研究情況，在傳統引力模型基礎上進行了改進，將“質量”參數M用熵權-Topsis法計算出的節點城市水運物流發展水平Ci代替，將“距離”參數R用兩地的最短時間和最短里程的乘積代替，即Rij=■，又因為城市之間的引力存在不對稱性，引力系數G由節點城市的物流地位代替，其中節點城市的物流地位包括本底地位和相對地位，計算公式如表2所示。

所述，修正后的引力模型公式為：

二、長三角城市群物流質量評價及物流節點分類

（一）水運物流質量發展評價

根據構建的城市物流發展質量評價指標體系，對長三角城市群各城市的原始數據進行規范化處理。根據上文熵權-TOPSISI法對長三角城市群各城市水運物流發展質量進行評價，結果如下頁圖1所示。

從整體來看，城市水運物流發展表現為明顯的空間分異和非均衡分布特征，上海市水運物流發展質量穩居第一位，遙遙領先于長三角城市群其他城市，蘇州，杭州、寧波、南京緊隨其后，其次是城市群南部的浙江和城市群北部的江蘇的一些城市，最后是安徽地區的城市。

（二）物流節點分類

通過K-means聚類分析對長江三角洲水運物流網絡的物流節點進行分類，分類結果可為長江三角洲水運物流網絡節點布局奠定基礎。本文采用指標體系中12個二級指標的標準化數據，運用SPSS軟件進行聚類分析。同時為避免聚類結果過于粗糙或過于細致，將k值取為3，本次聚類分析在進行了三次迭代后實現了收斂，聚類分析結果由表3所示。

通過綜合分析K-means聚類分析結果和熵權-TOPSIS法分析得到的長江三角洲港口城市水運物流發展質量結果，我們可以看出上海多數指標領先于其他城市，水運物流發展質量位于長江三角洲的第一層次，因此，將上海作為一級軸心城市最為合適。在長江三角洲水運物流發展的過程中，上海市應主動發揮自身優勢，帶動其他城市的發展。位于第二層次的8個港口城市都擁有較大的物流發展潛力。但結合水運物流發展質量看，南京、蘇州、杭州、寧波這四個城市的水運物流發展水平明顯優于其他四個城市。因此，將南京、蘇州、杭州和寧波作為二級軸心城市，其他城市作為輻點城市。二級軸心城市應在一級軸心城市的帶動下，積極發揮自身優勢推動其他輻點城市的發展。位于第三層次的城市水運物流發展水平與其他城市存在較大的差距，自身的物流發展并不能滿足自身的物流需求，需要在其他軸心城市的帶動下發展，因此將位于第三層次的城市作為輻點城市。

通過改進的引力模型測度了城市之間的物流引力大小，K-means聚類分析確定了軸心城市，接下來還需要引入物流隸屬度來明確軸輻城市之間的隸屬關系，明確各軸心城市的輻射范圍，這是構建軸輻物流網絡的重要步驟。計算公式如下：

其中，Pij為物流隸屬度，表示輻點城市i隸屬于軸心城市j的概率;Fij表示城市之間的物流引力。

根據物流隸屬度大小，將各輻點城市歸屬于不同軸心城市，其劃分結果如表4所示。

（三）軸輻式物流網絡評價

隨著城市間的聯系日益緊密，長三角地區逐漸成為一個有機聯系的整體，加強軸心城市和輻點城市之間的聯動發展是加快長三角區域一體化的重要推動力。以前文運算分析結果和長江三角洲各港口城市的地理位置為基礎，最終形成了以上海、杭州、南京、蘇州和寧波為核心的長江三角洲軸輻式水運物流網絡如圖2所示。相較于其他軸心城市，依附于上海和南京的輻點城市較多，需要其承擔的更大物流壓力，這種網絡結構容易導致上海和南京物流業務的擁擠，同時依附于蘇州、杭州、寧波的輻點城市較少，使得其物流資源處于閑置狀態。因此，基于物流網絡結構存在的問題，我們需要加強各區域之間的聯系，建立多級聯動的發展模式，推動物流網絡結構的優化升級。其中，多級聯動發展模式具體包括以下三個方面。

1.一級聯動：軸心城市自身的優化提升。現如今，盡管各城市的物流實力和輻射擴散能力不斷增強，各地區之間的聯系日益緊密，但各城市間交通一體化水平不高、協同發展體制機制不健全等問題依然突出。因此，各軸心城市自身物流空間結構的優化完善是一級聯動發展的基礎，應加強各軸心城市之間的物流聯系，進一步打破資源要素配置障礙。

2.二級聯動：軸心城市與輻點城市聯動。軸心與輻點的聯動發展的關鍵在于促進生產要素的雙向流動。根據引力模型可知，時間距離對于地區間物流空間聯系有顯著的影響，縮短時間距離對于軸心與輻點的聯動發展乃至于整個長江三角洲城市群一體化發展至關重要，因此在滿足其他需求的同時，各軸心城市與輻點城市的發展聯動可以采用就近原則，因地制宜。

3.三級聯動：輻點城市交流互動。長江三角洲各港口城市由于資源稟賦、歷史文化、經濟社會結構不同，發展水平參差不齊，再加上行政區劃的限制，城市群跨區域合作較少。且由于各區域的規劃發展目標不同，導致長三角城市群各城市之間并沒有形成真正的城際一體化產業分工體系。因此，為提高發展效率，應確立差異化發展定位，加強各區域之間的物流聯系。

結語

本文以2019年長江三角洲41個港口城市的截面數據為基礎，使用借助熵權-TOPSIS法、K-means聚類分析、引力模型和物流隸屬度等方法對長江三角洲城市群水運物流網絡進行了評價。研究發現，從物流發展水平上看，各城市物流發展水平不均衡，上海市具備較強的物流綜合能力，物流發展水平在長江三角洲處于絕對優勢地位，并且城市間物流吸引力強度普遍較弱，城市間聯系不夠緊密;從軸輻式物流網絡結構來看，相較于其他軸心城市，依附于上海和南京的輻點城市較多，需要承擔更大的物流壓力。同時依附于蘇州、杭州、寧波的輻點城市較少，使得其物流資源處于閑置狀態。因此，根據這種網絡結構存在的問題提出了多級聯動發展模式。

存在不足之處：一是在研究過程中僅使用了2019年的數據，時間跨度不夠，不能很好地研究物流網絡結構的演變情況;二是考慮到數據可得性，有些物流綜合實力指標通過一些其他的數據從側面來反映。

參考文獻：

[1] ?顏冰，王宇，閆申.構建地下物流系統網絡[J].數學的實踐與認識，2018，（15）：293-302.

[2] ?唐建榮，倪攀，李晨瑞.長江經濟帶物流網絡結構演變特征及影響因素分析[J].華東經濟管理，2019，（8）.

[3] ?王幫俊，吳艷芳.考慮樞紐點失效和擁堵情形的軸輻式物流網絡設計研究[J].工業工程與管理，2019，（2）：1-14.

[4] ?梁喜，凱文.考慮客戶聚類與產品回收的兩級閉環物流網絡選址-路徑優化[J].計算機應用，2019，（2）：1-8.