一种基于引力模型的国际多式联运可达性测量方法

1.本发明涉及地理信息技术和交通规划领域，尤其涉及一种基于引力模型的国际多式联运可达性测量方法。


背景技术：

[0002][0003]
可达性作为衡量交通系统中到达某一地点难易程度的重要指标，逐渐发展成为一个重要的基础概念。而现有的可达性的测量方法有以下不足之处：(1)少有研究国际间的多式联运这个方向；(2)在可达性测量时，只考虑交通因素，而忽视货物运输时运输吸引力；(3)在运输路径选择时，过去的研究只考虑最短路径与实际不符；(4)在可达性测量时只考虑货物运输的距离成本，而忽视货物所占据的时间成本；(5)未有研究考虑货物种类不同所带来的可达性的影响。


技术实现要素：

[0004]
为了解决上述现有技术存在的不足之处，本发明提出一种基于引力模型的国际多式联运可达性测量方法，以期能根据实际情况准确测量交通规划中的多式联运可达性，并提高测量精度。
[0005]
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
[0006]
本发明一种基于引力模型的国际多式联运可达性测量方法的特点在于，是应用于货物从国内城市运输到海外地区的多式联运运输网络中，并包括以下步骤：
[0007]
步骤1：利用式(1)构建引力模型，用于计算一个城市的国际多式联运可达性：
[0008][0009]
式(1)中，i是国内城市；j为海外地区；k为货物类型；aci为国内城市i的国际多式联运可达性；c
ijk
是第k种类型的货物从国内城市i到海外地区j的广义运输阻抗，用于衡量多式联运网络的连通性；f
jk
是海外地区j对第k种类型的货物的运输吸引力；i、j、k分别为国内城市、海外地区、货物类型的集合；φ和γ是常数参数；
[0010]
步骤2：利用式(2)构建路径选择模型，用于计算每条路径的效用和被选择的概率：
[0011][0012]
式(2)中，s是一条路径，s
ijk
是第k种类型的货物从国内城市i到海外地区j的路径集合， |s
ijk
|是第k种类型的货物从国内城市i到海外地区j的路径数量，是第k种类型的
货物从国内城市i到海外地区j的第s条路径的效用，是第k种类型的货物从国内城市i到海外地区j的第s条路径的广义运输阻抗，是第k种类型的货物从国内城市i到海外地区j的第 s条路径被选择的可能性，是一个常量参数；
[0013]
步骤3：利用式(3)构建广义运输阻抗模型，用于计算一个城市的国际多式联运的广义运输阻抗：
[0014][0015]
式(3)中，是第k种类型的货物从国内城市i到海外地区j的国内内陆运输阻抗，并由式(4)得到；是第k种类型的货物从国内城市i到海外地区j的港口转运阻抗，并由式(9)得到；是第k种类型的货物从国内城市i到海外地区j的海运阻抗，并由式(10)得到；
[0016][0017]
式(4)中，m是一个门户港口，m
ij
是从国内城市i到海外地区j的可用门户港口集合，是第k种类型的货物从国内城市i到门户港口m的公路运输阻抗，并由式(5)得到，是第k种类型的货物从国内城市i到门户港口m的铁路运输阻抗，并由式(6)得到，是第k种类型的货物从国内城市i到门户港口m的内河水路运输阻抗，并由式(7)得到，是第k种类型的货物从国内城市i运输选择公路的运输方式占比，是第k种类型的货物从国内城市i运输选择铁路的运输方式占比，是第k种类型的货物从国内城市i运输选择内河水路的运输方式占比；
[0018][0019][0020][0021]
式(5)-式(7)中，是从国内城市i到门户港口m的公路最短路径，是从国内城市i到门户港口m的铁路最短路径，r
road
是中国货运市场的公路平均运输距离，r
rail
是中国货运市场的铁路平均运输距离，δ
road
是中国货运市场的公路平均单位运输价格，δ
rail
是中国货运市场的铁路路平均单位运输价格，θ
road
是衡量公路边际效应的参数，θ
rail
是衡量铁路边际效应的参数，v
road
是中国货运市场的公路平均运输速度，v
rail
是中国货运市场的铁路平均运输速度，是第k种类型的货物的时间价格，并由式(8)得到，l是内河水路运输航线，l
imk
是第k 种类型的货物从国内城市i到门户港口m的航线集合，|l
imk
|是第k种类型的货物从国内城市i到门户港口m的航线数量，是第k种类型的货物从国内城市i到门户港口m的第l条航线周转时间，是第k种类型的货物从国内城市i到门户港口m的第l条航线价格；
[0022][0023]
式(8)中，ck是中国市场中第k种类型的货物市场价格，wk中国市场中第k种类型的货物折旧率，t是货物的平均占据时间；
[0024][0025]
式(9)中，l
mjk
是第k种类型的货物从门户港口m到海外地区j的航线集合，是第k 种类型的货物从门户港口m到海外地区j的第l条航线频率，是由于港口拥堵导致的门户港口m的等待时间，fm是门户港口m的装卸搬运价格，是平均等待时间；
[0026][0027]
式(10)中，是第k种类型的货物从门户港口m到海外地区j的第l条航线周转时间，是第k种类型的货物从门户港口m到海外地区j的第l条航线价格，|l
mjk
|是第k种类型的货物从门户港口m到海外地区j的第l条航线数量；
[0028]
步骤4：选取区域生产总值、人力资源禀赋和港口吞吐量作为三个指标来衡量运输吸引力，并利用式(11)得到海外地区j对第k种类型的货物的运输吸引力f
jk
：
[0029]
inf
jk
＝ε1ingj+ε2inhj+ε3ini
jk
+ε4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0030]
式(11)中，gj是海外地区j的区域生产总值，hj是海外地区j的人力资源禀赋，i
jk
是海外地区j的货物类型为k的货物的港口吞吐量，ε1，ε2，ε3和ε4是常数参数；
[0031]
步骤5：利用mapinfo软件对国内城市i的国际多式联运可达性aci进行直观展现，得到国际多式联运可达性的空间分布特征。
[0032]
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0033]
1、本发明构建引力模型中，既考虑国际多式联运网络将国内货物运输到海外地区的便利程度又考虑国内货物在海外地区的运输吸引力，避免了只考虑多式联运网络的便利程度而不考虑运输吸引力，导致测量得到的可达性结果有偏差，在应用到实际问题时导致货物堆积或货物短缺的情况发生；
[0034]
2、本发明构建路径选择模型中，采取离散路径选择，考虑系统最优方案，避免了只选用最短路径而陷入局部用户最优，在应用到实际问题时采取系统最优，可以有效避免港口拥堵等问题；
[0035]
3、本发明构建广义运输阻抗模型中，考虑时间和距离因素的同时又考虑货物种类和边际效应，另外考虑到门户港口的等待时间和港口拥挤程度，使得广义运输阻抗计算考虑的因素全面，结果更加精确，在应用到实际问题中可以帮助托运者选择最优运输方案；
[0036]
4、本发明构建运输吸引力模型中，考虑区域生产总值、人力资源禀赋和港口吞吐量等多个因素，使得可达性路径规划结果更加精确。
附图说明
[0037]
图1是本发明流程示意图；
[0038]
图2是本发明国内城市到海外地区的国际多式联运路径示意图；
[0039]
图3是本发明案例分析示意图。
具体实施方式
[0040]
本实施例中，一种基于引力模型的国际多式联运可达性测量方法，是应用于货物从国内城市运输到海外地区的多式联运运输网络中，并包括以下步骤，如图1所示：
[0041]
步骤1：构建引力模型。如图2所示，国内货物从国内城市到国外地区的国际多式联运通常包括以下三个主要过程：(1)通过公路、铁路或内河水路将货物从国内城市运输到门户港口； (2)在门户港口将货物装载到海船上；(3)门户港口到海外地区的国际海运。因此，国际多式联运网络的连通性直接决定国内货物运输到海外地区的便利程度；同时，海外地区的运输吸引力影响货物从国内城市运输到海外地区。如果海外地区的运输吸引力较低，国内城市的托运人就不会选择将货物运往海外地区。因此，将一个城市的国际多式联运可达性定义为通过国际多式联运网络将国内货物运输到海外地区的便利程度和国内货物在海外地区的运输吸引力的结合，利用式(1)得到一个城市的国际多式联运可达性：
[0042][0043]
式(1)中，i是国内城市，j为海外地区，k为货物类型，aci为i市国际多式联运可达性，c
ijk
是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的广义运输阻抗，用于衡量多式联运网络的连通性，f
jk
是海外地区j对货物类型为k的货物的运输吸引力，i、j、k分别为国内城市、海外地区、货物类型的集合，φ和γ是常数参数。
[0044]
步骤2：构建路径选择模型。如图2所示，国内货物从国内城市到国外地区的国际多式联运通常存在多条路径，例如：路径1:国内城市i
→
门户港口m1→
海外地区j；路径2:国内城市i
→
门户港口m2→
海外地区j；路径3:国内城市i
→
门户港口m1→
海外地区j。路径的效用直接由路径的广义运输阻抗决定。一条路径的较低广义运输阻抗通常意味着该路径的较高效用，利用式(2)得到每条路径的效用和被选择的概率：
[0045][0046]
式(2)中，s是路径，s
ijk
是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的路径集合，|s
ijk
| 是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的路径数量，是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的第s条路径的效用，是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的第s条路径的广义运输阻抗，是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区 j的第s条路径被选择的可能性，是一个常量参数。
[0047]
步骤3：构建广义运输阻抗模型。根据步骤1路径的三个过程，利用式(3)得到一个城市的国际多式联运的广义运输阻抗：
[0048][0049]
式(3)中，是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的国内内陆运输阻抗；是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的港口转运阻抗是货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的海运阻抗。此外，由于航空运输运价高、运力小，航空运输并不是中国国内货运市场的主要运输方式。因此，在计算国内内陆运输阻抗时，我们只考虑主要的公路、铁路和内河运输方式。利用式(4)得到一个城市的国际多式联运的国内内陆运输阻抗：
[0050][0051]
式(4)中，m是门户港口，m
ij
是从国内城市i到海外地区j的可用门户港口集合，是货物类型为k的货物从国内城市i到门户港口m的公路运输阻抗，是货物类型为k的货物从国内城市i到门户港口m的铁路运输阻抗，是货物类型为k的货物从国内城市i 到门户港口m的内河水路运输阻抗，是货物类型为k的货物从国内城市i运输选择公路的运输方式占比，是货物类型为k的货物从国内城市i运输选择铁路的运输方式占比，是货物类型为k的货物从国内城市i运输选择内河水路的运输方式占比；
[0052]
利用式(5)到式(7)得到公路、铁路和内河水路的阻抗：
[0053][0054][0055][0056]
式(5)到式(7)中，是从国内城市i到门户港口m的公路最短路径，是从国内城市i到门户港口m的铁路最短路径，r
road
是中国货运市场的公路平均运输距离，r
rail
是中国货运市场的铁路平均运输距离，δ
road
是中国货运市场的公路平均单位运输价格，δ
rail
是中国货运市场的铁路路平均单位运输价格，θ
road
是衡量公路边际效应的参数，θ
rail
是衡量铁路边际效应的参数，v
road
是中国货运市场的公路平均运输速度，v
rail
是中国货运市场的铁路平均运输速度，是货物类型为k的货物的时间价格，l是内河水路运输航线，l
imk
是货物类型为k的货物从国内城市i到门户港口m的航线集合，|l
imk
|是货物类型为k的货物从国内城市i到门户港口m的航线数量，是货物类型为k的货物从国内城市i到门户港口m的第l条航线周转时间，是货物类型为k的货物从国内城市i到门户港口m的第l条航线价格；
[0057]
利用式(8)得到货物类型为k的货物的时间价格：
[0058]
[0059]
式(8)中，ck是中国市场货物类型为k的货物市场价格，wk中国市场货物类型为k的货物折旧率，t是货物的平均占据时间；
[0060]
托运人通过国内内陆运输方式将出口货物运输至门户港口时，应将货物装上海船。在门户港口，一般成本与等待时间和港口装卸搬运价格有关。在等待时间方面，国际航线频率和港口拥挤程度是两个最重要的影响因素。利用式(9)得到货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的港口转运阻抗：
[0061][0062]
式(9)中，l
mjk
是货物类型为k的货物从门户港口m到海外地区j的航线集合，是货物类型为k的货物从门户港口m到海外地区j的第l条航线频率，是由于港口拥堵导致的门户港口m的等待时间，fm是门户港口m的装卸搬运价格，是平均等待时间，这是由航运公司的频率决定的；
[0063]
与内河运输一样，国际航线的班次和价格决定了国际海运的运输阻抗，利用式(10)得到货物类型为k的货物从国内城市i到海外地区j的海运阻抗：
[0064][0065]
式(10)中，是货物类型为k的货物从门户港口m到海外地区j的第l条航线周转时间，是货物类型为k的货物从门户港口m到海外地区j的第l条航线价格，|l
mjk
|是货物类型为k的货物从门户港口m到海外地区j的第l条航线数量；
[0066]
步骤4：构建运输吸引力模型。海外地区的吸引力越大，意味着出口货物向海外地区运输的可能性越大。许多因素可能会影响运输吸引力，如经济指标、人口和进口贸易量等。本文选取区域生产总值、人力资源禀赋和港口吞吐量三个主要指标来衡量贸易吸引力。
[0067]
利用式(11)得到运输吸引力：
[0068]
inf
jk
＝ε1ingj+ε2inhj+ε3ini
jk
+ε4ꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0069]
式(11)中，gj是海外地区j的区域生产总值，hj是海外地区j的人力资源禀赋，i
jk
是海外地区j的货物类型为k的货物的港口吞吐量，ε1，ε2，ε3和ε4是常数参数；
[0070]
步骤5：根据上述模型计算得出的结果借助mapinfo软件直观展现国际贸易多式联运可达性的空间分布特征。本发明选取长三角41个城市作为国内城市，选取日韩地区、东南亚地区、中东地区、北美地区，南美地区，大洋洲地区，欧洲地区和非洲地区作为海外地区，上海港、宁波港和连云港作为门户港口进行国际多式联运可达性的测量，并使用mapinfo软件进行直观展示，其结果如图3所示。
[0071]
综合上述，本发明方法基于国际多式联运网络的便利程度和海外地区的吸引力，弥补了已有国际多式联运可达性研究的缺失，并综合考虑了运输时间、费用、货物时间价值及港口拥堵等因素对运输阻抗影响，提出了全面可测度的广义运输阻抗模型，最后使用mapinfo地理信息软件直观展示地区国际多式联运可达性空间分布特征，克服了现有技术
中测量精度不高，与实际不符的缺点，并能在交通规划和选址问题体现其作用和价值。