港口经济腹地合理分配和统筹布局的新方法

 

许云飞[1]

 

摘 要:与以往划分经济腹地的方法不同, 本文作者首次用Ｏ－Ｄ物流结合图论的方法来解决沿海港口经济腹地的定量计算问题。文中对公、铁混合最短路的计算, 复杂的非线性网络货流布局的优化，既发挥用Ｏ－Ｄ量进行规划决策的优越性，又不采用现场Ｏ－Ｄ调查等问题，提出了自己的看法。

 

关键词：港口  经济腹地  定量计算

 

1 引言

自古到今，国内国外，真正地定量计算港口经济腹地的理论和实践几乎没有。我们以山东沿海港口经济腹地的合理划分为目的，通过将近两年的研究，在1994年解决了这一问题。11年来的发展实践证明这一成果的理论和方法都是成功的，今天把这一成果向大家作一介绍。

 

2 港口经济腹地概念的定量表述

什么叫港口的经济腹地？比较统一的看法是：港口的经济腹地是指经由该港口吞进货物的消费地和吐出货物的生产地的总和。

按照这样的定义，如果港口只有一个，其经济腹地只需要分货种、流向进行调查、了解、分析、预测、综合求和，就能搞清楚。问题时几乎没有这样的情况。实际情况往往是港口不是一个，而是一群。这样，其经济腹地就必然会出现一个地区同时为几个港口的经济腹地、即交叉和覆盖的情况，要弄请这种交叉和覆盖并非易事。据我们了解，以前还没有定量表述这种交叉和覆盖的经济腹地的理论和方法。

为了从数量上定量描述这种情况下港口的经济腹地，我们引入一个新的模糊子集的概念。

按照这个概念，令港口群的腹地为一个点集Ａ｛ａ₁，ａ₂，…，ａ_n｝，则Ｋ港口的经济腹地就是Ａ的一个模糊子集。Ａ_ｋ＝ΣＡ_ｋ（ａ_ｉ）／ａ_ｉ，（ｉ＝1,2,..,ｎ）。该模糊子集Ａ_ｋ的实际意义是某地区ａ_ｉ属于ｋ港经济腹地的定量程度Ａ_ｋ（ａ_ｉ）。

所谓港口经济腹地的合理划分，就是运用科学的方法，去探索和确定这个综合经济效益最佳的模糊子集。

 

3 方法介绍

3.1 建立数据库及其管理程序库

数据是进行研究的基础，笔者为此建立了499个数据库，收集了大量的原始数据。其中铁路数据的数据库247个，网络数据的数据库11个，山东省国民经济宏观量数据库1个，山东省港口的数据库16个，分货类各市地Ｏ－Ｄ数据库47个，分市地建立的其它各种数据库177个。

为有效管理这些数据，另外建立了数据库数据管理程序库，编写程序62个。

3.2 建立网络

3.2.1 设计网络结构

本课题研究的对象由两大部分组成。其一是陆网，它又包括内陆节点和规划港口两个部分。根据现实情况，我们以地区和地级市作为基本节点，这样山东就有16个内陆节点（考虑到历史数据的处理问题，当时没有设莱芜节点）。参加规划的港口，经过调查、咨询和反复讨论确定为10个，它们是龙口、烟台、青岛、日照等，同时加了天津、连云港。所以加上外省的两个港口是因为不管我们主观上如何考虑，这两个港对山东省资源的分流现象客观存在。其二是水网，即外海港口，它由国外港口节点和省外的国内港口节点共同组成。对国外港口节点的选取我们遵循这样几个原则：①距离近的选取密度大于距离远的；②距离近的考虑方向位置，距离远的不考虑方位；③距离极远处汇聚到一个点上。按此原则，我们选了７个节点。对国内的省外港口，我们的取点原则是：沿海每省都应有，但一省一个分布。按这样的原则，我们取了９点。

把陆网和水网叠加，就构成了我们研究的全体。总网络有节点65个。网络示意图见图１。图中港口被拉成一条线是因为比选的条件是费用而不是几何距离。

3.2.2 计算网络参数

考虑到现实与可能，我们设定如下网络参数：

Ｎ（（Ｖ，Ｅ，Ｆ（Sij,Xij））

其中Ｖ为Ｎ的顶点集；Ｅ为Ｎ的边集，Ｆ为Ｎ的单位运量费用集，它是对应的始点i和终点j联接边上运距Sij和运量Xij的函数。

3.2.2.1 公路网络中边上单位运量费用的计算

由于我们考虑的公路网主要是省内运输，运距不可能很长，所以我们设定公路的单位运量运费是运距的线性函数。其简化的计算公式是：

 

 

3.2.2.2 铁路网络中边上单位运量费用的计算

铁路的单位运量费用率是运距的非线性函数，运距越远。单位运量费用越低，因此计算比较复杂。其计算公式可表征为：

ｆ＝2.41 * ｈ（ｓ）　　　　　　　　　　　　 ②

式中：　ｆ──单位运量铁路运费率，  单位：元／ｔ；  ｓ──铁路运距，  单位：ｋｍ；      ｈ（ｓ）──运费率， 是运距的函数， 根据铁路运距查《重工交通价格手册》254 页“二、零担货物运价率表”，运价号取12号得到。  2.41──影子价格换算系数。取自国家计委编的《方法与参考》。

3.2.2.3 水路网络中边上单位运量费用的计算

水路的单位运量费用率也是运距的非线性函数，运距越远，单位运量费用越低，因此也计算比较复杂。其计算公式可表征为：

ｆ＝1.13 * ｗ（ｓ）                         ③

式中：　ｆ──单位运量水路运费率，  单位：元／ｔ；  ｓ──水路运距，  单位：ｋｍ；      ｗ（ｓ）──运费率， 是运距的函数， 根据海运运距查《重工交通价格手册》402 页“二、货物运价率表（一）北方沿海货物运价率表”，级别选第３级。  1.13──影子价格换算系数。取自国家计委编的《方法与参考》。

3.2.2.4 港口边上单位运量费用的计算

港口边上的单位运量费用计算是本课题研究工作中的一个重点和难点。其困难之处不仅仅在于该费用本身就不容易提取，还在于有些参加规划的港口，本身尚未建成或处在大的变动之中，从其现有的统计资料很难提出具有实际意义的数值。为此我们付出了大量的精力。经过反复分析和计算，最后确定：通过综合评判计算权值，然后量化成费用。诚然，权值和费用概念上完全不同，数值上也很不相似。但权值的大小却反映了各个港口自然条件、港口规模、集疏运条件和省内省外等客观因素的优劣。这些条件的优劣又确实决定该港口的港口费用。因此，通过适当的变换，转化为费用是完全可能的。只要维持各港口权位差距不变且使转换出来的港口费用和网络中其它边的费用相匹配即可。由于篇幅的限制，计算过程从略，计算结果列于表1中。

表1：规划港口2000年港口费用计算结果表

港口名称	滨州港	东营港	潍坊港	龙口港	烟台港
综合权值	0.0246	0.0262	0.0231	0.1331	0.1122
港口费用	47.54	47.38	47.69	36.09	38.78
港口名称	威海港	青岛港	日照港	天津港	连云港
综合权值	0.0746	0.2242	0.1733	0.1261	0.0833
港口费用	42.54	27.58	32.67	37.39	41.67

对不同的规划年，港口的自然条件、规模、集疏运条件都会发生变化，所以每个规划年都需要计算出这一年的综合权值和港口费用。

3.2.2.5 设计港口函数

前述的港口费用体现了该港口竞争腹地的能力，但却不能体现它的容量约束。对港口而言，这种约束是绝对不能忽略的。因为修建和扩建港口不仅受到巨额投资的约束，更重要的是还受到地理、地质、水文、气象等自然条件的严格制约。可是，如在网络边上加上容量约束，就不仅会使计算变得极为复杂，而且在现实中几乎是不可能做到的。为了使定量计算既保持足够的精度又易于实现，我们在对整个网络不作容量限制的条件下，对港口的“边”又采取了以下两个相关联的步骤：第一是设立一个阀值Ｃ（该阀值确定为各个港口相应规划年吞吐量的80％）；第二是设立一个港口函数。当港口的吞吐量小于阀值Ｃ时，港口边上的费用为表1中所列的值；当大于阀值Ｃ时，港口边上的费用就自动上升，其值为表1中所列的值加上经港口函数计算出来的值。

经查阅有关资料和对资料较全的港口历史资料的分析，港口总费用和泊位利用率是指数函数关系，而泊位利用率和港口吞吐量基本上呈线性相关，因此，我们设计的港口函数是港口费用和港口吞吐量之间的指数函数。即

                                           ⑤

为了便于确定该函数，也为了增加可比性，我们作了二项简化处理：其一是设定当口吞吐量等于阀值（即x＝Ｃ）时，各个港口的指数函数的形态是一致的，即  都一样，就是说b×x是个常数（该常数取2），这样根据b×C=2就可计算出b的值来。其二是我们依据网络中的费用分布情况确定了一个各港口共同的单位运量费用增加起步值：10。就是说无论那个港,当它的吞吐量Ｘ到达了阀值C时,港口函数会使各港口单位运量费用F自动增加的第一个值都是10。这样依据 就可把a参数确定下来了。在交待清楚思路和方法的情况下，限于篇幅，不再具体演示计算过程，现把三个规划年各个港口的港口函数列于表2中。

表2:港口函数表