王愛虎,肖 平

(華南理工大學(xué) 工商管理學(xué)院,廣東 廣州 510640)

隨著對外開放的深入,國民經(jīng)濟(jì)得到了飛速發(fā)展,海運(yùn)的經(jīng)濟(jì)地位不斷得到提高。根據(jù)有關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)2010年公布的數(shù)據(jù),國際貿(mào)易總運(yùn)量中的2/3以上是通過海運(yùn)運(yùn)輸來完成的,我國進(jìn)出口貨運(yùn)總量約90%都是利用海上運(yùn)輸來完成的。[1]如此巨大的需求拉動了港口建設(shè)的高潮。國際物流系統(tǒng)是由港口、貨源地、海關(guān)、出口加工區(qū)、第三方物流服務(wù)提供商等多種實(shí)體組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。[2]116-118隨著全球經(jīng)濟(jì)對外貿(mào)易的發(fā)展,國際貨物流動越發(fā)頻繁,在中國沿海形成了以共享腹地為特征的港口群。后金融危機(jī)時(shí)代的到來,意味著同質(zhì)化程度較高的共享腹地港口群之間對貨源地的爭奪將日趨激烈。因此,對港口與腹地二者關(guān)系的研究不僅可以指導(dǎo)港口群間港口競合關(guān)系的確定,而且對疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)和港口布局的優(yōu)化有直接的指導(dǎo)作用。此外,港口群和腹地間疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的日益完善,對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下界定港口和腹地間關(guān)系的新方法提出了客觀需求。為此,本文對港口與腹地間關(guān)系的研究進(jìn)行系統(tǒng)的歸納和總結(jié)。

一、港口腹地隸屬關(guān)系劃分研究的重要性

港口是供船舶安全進(jìn)出和停泊的運(yùn)輸樞紐點(diǎn),腹地是就港口而言的,港口的腹地又稱為港口的吸引范圍,是為港口城市提供出口貨物以及消耗由該港口進(jìn)口的內(nèi)陸區(qū)域。港口和腹地的之間是同步發(fā)展的,二者聯(lián)系緊密。從我國的情形來看,眾多的腹地依靠當(dāng)?shù)氐母劭谛纬闪霜?dú)特的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),逐漸形成了以港口為支撐的港口城市,如深圳、大連等； 同時(shí),港口也依托城市產(chǎn)業(yè)的不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)形成了自己的特殊功能,如虎門港,其主要業(yè)務(wù)是針對中小型制造企業(yè)的進(jìn)出口貨物。就港口與腹地的關(guān)系而言,有兩種不同的說法： 從港口的角度看,將其稱為“港口的腹地”,從腹地的角度看,可以稱為“腹地的港口隸屬度?！盵3]

港口腹地劃分方法一直以來都備受關(guān)注,對港口腹地劃分方法的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。第一,對港口業(yè)未來的發(fā)展能起到經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)作用： 截止2010年末,全世界80多個(gè)國家和地區(qū)有海港9800多個(gè),吞吐量大于100萬噸的共有500多個(gè),世界上主要海運(yùn)貿(mào)易港口有3157個(gè),其中,我國有88個(gè)(含臺灣省)。[1]到2008年,我國擁有14個(gè)億噸級的大港,但港口的貨物來源有限,許多港口吞吐能力過剩、擴(kuò)張過度等問題日漸突顯。因此,隨著我國港口建設(shè)的發(fā)展,亟待運(yùn)用科學(xué)的理論和方法對港口腹地進(jìn)行定量劃分,以從宏觀上促進(jìn)港口健康有序地發(fā)展； 第二,對港口組織的運(yùn)營具有指導(dǎo)作用： 港口貨物吞吐量的多少決定了港口的興衰程度,貨物吞吐量的多少主要來自于腹地的覆蓋范圍。通過對港口腹地的研究,運(yùn)用合適的劃分方法,港口運(yùn)營方將更清晰地了解自身的競爭力水平,從而有針對性地制定發(fā)展策略,使各港口得到良好健康地發(fā)展。

二、研究綜述

(一)國外研究現(xiàn)狀

國外港口貿(mào)易的發(fā)展起步較早,高茲(E.A.Kautu)于1934年發(fā)表了《海港區(qū)位理論》,把港口與腹地聯(lián)系起來,認(rèn)為港口最優(yōu)區(qū)位與良好的腹地支撐是密不可分的。[4]到了20紀(jì)50年代,巴頓等人發(fā)現(xiàn)港口所在區(qū)域位置對港口的自身形成以及后續(xù)的發(fā)展都有重要影響。[5-8]到了60年代,學(xué)者們對港口腹地的依存關(guān)系有了更高的認(rèn)識,認(rèn)為港口發(fā)展與區(qū)域的經(jīng)濟(jì)是互相依存的,港口建設(shè)應(yīng)成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重心。[5]到70年代,全球貿(mào)易開始出現(xiàn)集裝箱運(yùn)輸,港口與內(nèi)陸城市之間的進(jìn)口出貿(mào)易更加頻繁,學(xué)者們開始從區(qū)域的角度研究港口之間對腹地的的競爭關(guān)系,在這一時(shí)期,腹地競爭由早期的內(nèi)陸轉(zhuǎn)身海上,海向腹地的競爭開始興起。[7]此外,這一時(shí)期的學(xué)者們還對港口自身的可達(dá)程度,交通網(wǎng)絡(luò)的連通程度,勞動力成本等進(jìn)行了分析。[9-10]到80年代以后,隨著經(jīng)濟(jì)一體化的形成,港口之間的頻繁貿(mào)易為港口提供了大量貨源,快速地促進(jìn)了航運(yùn)技術(shù)的發(fā)展。海烏斯(Hayuth)、斯萊克(Slack)等人認(rèn)為,在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的推動下,“旱港”開始出現(xiàn),腹地開始以多樣化形勢呈現(xiàn),港口腹地的隸屬關(guān)系也逐漸變得復(fù)雜,傳統(tǒng)腹地的概念受到?jīng)_擊。[11-13]直到21世紀(jì),港口與經(jīng)濟(jì)腹地的關(guān)系劃分研究也從未間斷過。

(二)國內(nèi)研究綜述

我國東部沿海擁有眾多港口,但港口的發(fā)展起步較晚,直到上個(gè)世紀(jì)80年代后,隨著對外貿(mào)易的提升以及國民經(jīng)濟(jì)與全球經(jīng)濟(jì)的接軌,大量的專家和學(xué)者們開始對港口腹地的關(guān)系做研究。許繼琴以寧波港為對象,探討了港口與城市發(fā)展之間的互動關(guān)系,認(rèn)為港口是城市發(fā)展最重要的動力；[14]吳松弟主要研究了我國開埠以來,港口城市與其經(jīng)濟(jì)腹地的雙向聯(lián)動關(guān)系,并認(rèn)為中國區(qū)域現(xiàn)代化受這種關(guān)系的影響；[15]黎鵬等人認(rèn)為港口腹地系統(tǒng)的形成受到當(dāng)?shù)氐馁Y源、人口、科技等六方面因素的影響；[16]郎宇系統(tǒng)地研究了有關(guān)港口與腹地發(fā)展的動力機(jī)制、演化規(guī)律等問題；[17]后來,古繼寶等人總結(jié)了港口空間的發(fā)展模式并認(rèn)為港口經(jīng)濟(jì)區(qū)與全球化、科技進(jìn)步、港口城市之間有依賴關(guān)系。[18]

此外,這期間很多學(xué)者在以上研究的基礎(chǔ)上提出了很多界定港口與腹地之間范圍的方法。張晉等引用地理信息系統(tǒng)的方法模擬了環(huán)渤海灣港口群覆蓋的經(jīng)濟(jì)腹地的范圍；[19]劉力等引用重力模型的方法,對圖們江港口群的腹地劃分作了研究；[20]董潔霜等以區(qū)位商為基礎(chǔ),對上海、寧波兩地港口的腹地范圍進(jìn)行了劃分；[21]王杰等把地理學(xué)中的圈層法和點(diǎn)軸法引入到港口腹地范圍的劃分,并與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了對比；[22]甘國輝等建立空間經(jīng)濟(jì)模型,定量分析了影響腹地范圍的各種因素之間的相互關(guān)系；[23]許云飛采用圖論的方法,引用O-D對的方式建立了港口的內(nèi)陸腹地范圍的計(jì)算方法,并對山東省港口吞吐量做了實(shí)證分析；[24]楊家其和劉欣則提出模糊綜合評價(jià)法與引力模型相結(jié)合的方法,能更有效的確定港口的有效腹地范圍。[25-26]馮社苗探討了前人對港口腹地劃分方法的局限性,引入蟻群智能算法并做了實(shí)證分析以證明其方法的有效性；[27]計(jì)明軍和圓茂英認(rèn)為單個(gè)港口的結(jié)構(gòu)和布局優(yōu)化已經(jīng)不能滿足港口群系統(tǒng)的整體性和動態(tài)要求,提出了在動態(tài)腹地條件下,構(gòu)建以區(qū)域港口群總運(yùn)輸成本為上層優(yōu)化目標(biāo),以個(gè)體港口的經(jīng)濟(jì)效益為下層目標(biāo)的雙層規(guī)劃模型以滿足區(qū)域港口群的整體性和動態(tài)性要求；[28]李振福、苑慶慶等在考慮到港口及腹地地區(qū)綜合影響因素的基礎(chǔ)上,綜合城市腹地劃分的斷裂點(diǎn)模型和電子云模型,建立了斷-電模型,進(jìn)一步較準(zhǔn)確地劃分了港口的腹地范圍。[29]

(三)港口腹地隸屬關(guān)系劃分的主要方法及比較

在港口腹地的范圍界定上,國內(nèi)很多研究者提出了不同種類的方法,從各個(gè)方法的參照標(biāo)準(zhǔn)來看,主要分為經(jīng)驗(yàn)判別法、實(shí)證分析法和數(shù)理分析法三大類。每一類下有數(shù)種方法,如圖1所示。

圖1 港口-腹地范圍界定的主要方法

1. 經(jīng)驗(yàn)判別法

人們根據(jù)實(shí)際情形,憑借以往的經(jīng)驗(yàn)和直覺,定性地劃分港口的腹地范圍的方法稱為經(jīng)驗(yàn)判別法。這種方法一般以行政區(qū)化、地理空間、交通路線等角度作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。

①行政區(qū)劃法和經(jīng)濟(jì)區(qū)劃法

按照國家行政的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)劃,把港口實(shí)際所在行政區(qū)域作為腹地的劃分方法稱為行政區(qū)劃法； 以港口所在經(jīng)濟(jì)區(qū)域范圍大小來衡量腹地的方法稱為經(jīng)濟(jì)區(qū)劃法。我國在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代,確定港口的腹地區(qū)域主要是行政區(qū)劃,比如上海港的腹地范圍主要是杭州、蘇州等周邊城市； 深圳港的腹地是深圳、廣州及其他有貨物通往的周邊城市。[26]

②圈層法

圖2 圈層結(jié)構(gòu)示意圖

港口與腹地是互補(bǔ)互利的有機(jī)整體,港口對經(jīng)濟(jì)腹地著吸引作用,反過來,腹地對港口提供貨物喂給,但這種關(guān)系會受地理距離的限制,離港口越近的區(qū)域,吸引作用越強(qiáng),形成以港口為圓心,吸引區(qū)域逐漸向外圍擴(kuò)散的圈層結(jié)構(gòu)。其中內(nèi)圈層以臨港工業(yè)為主要體現(xiàn),外圈層則表示港口輻射較弱的間接腹地。圈層法示意圖如圖2所示。

③點(diǎn)軸結(jié)構(gòu)劃分法

腹地與交通設(shè)施是密切相關(guān)的,隨著腹地發(fā)達(dá)水平的提升,配套的基礎(chǔ)設(shè)施也不斷被完善。研究發(fā)現(xiàn),目前港口與貨源地之間多以交通設(shè)施為主線,若干重點(diǎn)城市分布在軸線上,軸線周邊再設(shè)置多個(gè)喂給城市,形成交通經(jīng)濟(jì)帶,見圖3所示。這樣不僅實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸資源的共享,還能帶動港口-腹地經(jīng)濟(jì)帶的進(jìn)一步發(fā)展。[22]以武漢-深圳運(yùn)輸通道為主軸的經(jīng)濟(jì)帶是我國南北走向最后成熟交通經(jīng)濟(jì)帶,以京廣鐵路和京珠高速公路為主線,沿線覆蓋鄂、湘、贛、粵四省的經(jīng)濟(jì)區(qū)域,核心城市主要包括武漢、長沙、株洲、廣州等城市,該線還與浙贛—湘黔—貴昆鐵路線及多條支線交匯。廣東省的輕工制造業(yè)、兩湖境內(nèi)的礦業(yè)、株洲長沙境內(nèi)的重型制造業(yè)成為該通道內(nèi)的主要支柱產(chǎn)業(yè)。

圖3 港口與腹地間的點(diǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖

①總結(jié)

行政區(qū)劃法和經(jīng)濟(jì)區(qū)劃法這兩種劃分方法可以相對容易的確定腹地范圍,對于經(jīng)濟(jì)處于較低水平的國家或地區(qū)比較適用。但這種方法的缺點(diǎn)是對腹地范圍的界定非常模糊,科學(xué)性較差,既不能體現(xiàn)港口對貨源地的發(fā)展產(chǎn)生的效用,也無法衡量貨源地對港口的具體貢獻(xiàn),將不利于港口的定位與健康發(fā)展。圈層法和點(diǎn)軸結(jié)構(gòu)劃分法這兩種方法的思想比較接近,圈層法是以港口的為中心,劃分港口覆蓋腹地的范圍； 而點(diǎn)軸法以交通樞紐為中心,確定港口的帶狀范圍。二者的比較可概括為以下幾點(diǎn)： 首先,圈層法和點(diǎn)軸法都對港口的直接腹地作了細(xì)分,規(guī)避了傳統(tǒng)劃分方法對腹地的單一無差別對待； 其次,圈層法注重于面的研究,點(diǎn)軸法則注重于點(diǎn)和軸,即圈層主要是以港口為中心,向外圍擴(kuò)散,而點(diǎn)軸法以主要核心城市為主線呈帶狀分布； 再者,兩種方法有不同的適用范圍,圈層法適用于城市群密集的港口區(qū)域,如長三角港口城市群,而點(diǎn)軸法適用于交通通道發(fā)達(dá)的獨(dú)立港,如以大連港為主要進(jìn)出口通道的“哈(爾濱)大(連)”交通沿線城市帶。

經(jīng)驗(yàn)判別法從根本上講,是基于前人的經(jīng)驗(yàn),對早期的港口腹地在宏觀上的一類劃分方法的總結(jié),具有簡單實(shí)用、表述直觀等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是港口的腹地范圍沒有給出清晰的界線,僅是宏觀描述,因此在實(shí)際的港口自身定位和規(guī)劃研究中不能發(fā)揮理想的作用。

2. 實(shí)證分析法

這種方法是通過對港口貨流量的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,考查各個(gè)經(jīng)濟(jì)腹地到港口貨物量的相對量,以界定港口的腹地范圍。此類方法有區(qū)位商法和隸屬度法等。

②區(qū)位商法

區(qū)位商是一種較普遍的集群識別工具,可用于定量分析產(chǎn)業(yè)在某一特定范圍內(nèi)的集中程度,可用于衡量對腹地范圍吸引的大小程度。有關(guān)腹地與港口的區(qū)位商表達(dá)式如下：

式中：LPij為港口的腹地區(qū)位商；xij表示腹地第j區(qū)內(nèi)任一目標(biāo)區(qū)域在港口i內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的貨物量；hij表示腹地第j區(qū)在港口i內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的貨物量； ∑ihij表示腹地第j區(qū)的貨物流量； ∑jhij表示腹地經(jīng)過港口i內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的貨物總量； ∑i∑jhij表示腹地總貨物量。若LPij大于1,表示第j區(qū)的貨物量主要經(jīng)過港口轉(zhuǎn)運(yùn)出港。LPij值越大,則表明第j地區(qū)受港口i的影響也越大。[30]這種方法也可以延伸到評價(jià)N個(gè)港口對同一腹地的區(qū)位商,可以用來衡量多個(gè)港口在同一貨源地競爭狀況。[31]1-10

隸屬度法

隸屬度法是計(jì)算腹地與某港口的貿(mào)易額占該腹地的貿(mào)易總額的百分比來衡量港口與腹地的密切程度(R),表達(dá)式如下：

R=Ti/T(0≤R≤1)

其中R為隸屬度；Ti為腹地與港口之間的進(jìn)出口貿(mào)易額；T為該腹地的貿(mào)易總額。R越大,表明腹地與港口的貿(mào)易往來越頻繁。按R水平的高低,港口城市的腹地又可分為緊密腹地、競爭腹地和邊緣腹地三種。[32]368-370

③總結(jié)

實(shí)證分析法確定城市腹地關(guān)鍵在于如何選擇最合適的評價(jià)指標(biāo)。不管是區(qū)位商法還是隸屬度法,都是通過考察某項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(如貨流量、集裝箱吞吐量、貿(mào)易總額)來判斷該經(jīng)濟(jì)區(qū)域與港口之間的隸屬關(guān)系。對于不同區(qū)域,指標(biāo)的適用性范圍會有所不同,不同城市在不同的發(fā)展時(shí)期,各指標(biāo)的適用范圍都有可能發(fā)生改變； 另外,考慮單一因素來劃分港口腹地隸屬關(guān)系已經(jīng)不能說明實(shí)際情形； 此外,港口腹地的隸屬關(guān)系的劃分方法對經(jīng)濟(jì)區(qū)域范圍的要求需要細(xì)化到更小的顆粒度,但這方面的數(shù)據(jù)來源少,獲取難度也較大。

3. 數(shù)理分析法

這種方法是通過建立數(shù)學(xué)模型的方式研究港口腹地的范圍界定問題。按劃分原則的不同可分為兩類： 一是求解一個(gè)目標(biāo)區(qū)域,確保該區(qū)域內(nèi)任意一個(gè)地點(diǎn)的貨物通過該港口進(jìn)出口的成本最低。另一種是在相關(guān)假設(shè)的情況下,建立數(shù)學(xué)模型并引入綜合性的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行求解,再把計(jì)算的范圍在地圖上標(biāo)識出來就能確定腹地的覆蓋范圍。

①基于數(shù)學(xué)分析的方法

a. 圖表法

圖表法是用平均劃分的思想界定腹地范圍,代表性的方法主要有兩種,一是平分角法,這種方法是以夾角等分的方式把交通線兩側(cè)的區(qū)域等距離分開,兩側(cè)的閉合多邊形區(qū)域即為該交通線的腹地范圍。示意圖見圖4。另一種方法是垂直線法,是在平分角法的基礎(chǔ)上,考慮與港口或中轉(zhuǎn)站之間的距離,畫出連接線的垂直平分線,形成的多邊形區(qū)域則為這條交通干線的腹地范圍。示意圖見圖5。

圖4 平分角法劃分腹地范圍

圖5 垂直線法劃分腹地范圍

b. 分析法

分析法是確定分界點(diǎn)的位置以達(dá)到總費(fèi)用最低的目標(biāo),連接起各個(gè)分界點(diǎn)即為該港口的腹地范圍。示意圖見圖6。其中A,B均為出口港,C為進(jìn)口港,D為內(nèi)陸城市,E為收貨城市,AD段內(nèi)噸公里費(fèi)用為CA,BD段內(nèi)噸公里費(fèi)用為CB；LA和分別為AD、BD間的距離；SA(km/d) ,SB(km/d)分別為AD和AD段的運(yùn)輸速度,FA、FB、FC分別為A、B、C三個(gè)港口的單位噸總費(fèi)用,FD為在城市D中轉(zhuǎn)產(chǎn)生的單噸費(fèi)用。設(shè)AP=x,AC、BC的航班密度為U1,U2；T1,T2,C1,C2為兩段航線運(yùn)輸時(shí)間和費(fèi)用； 若貨物的價(jià)值為M,且貨物在途一天的時(shí)間成本為M的萬分之一,設(shè)E1和E2為時(shí)間的函數(shù),表示跟時(shí)間有關(guān)的費(fèi)用。則在P點(diǎn)處,單位噸貨物通過港口的費(fèi)用為：

F1=x×CA+FA+FC+C1+E1

在P點(diǎn)的單位噸貨物通過B港口的費(fèi)用為：

F2=(LA-x)×CA+LB×CB+FD+FB+C2+E2

通過對F1與F2的作差值,來確定港口A和港口B的腹地范圍,如果F1-F2<0,則認(rèn)為途經(jīng)港A是較經(jīng)濟(jì)的,在AP段小于x值的區(qū)域內(nèi),則認(rèn)為則認(rèn)為P點(diǎn)選擇從A港口進(jìn)出口貨物的效益是大于選擇B港的,反之亦然； 若F1=F2,則認(rèn)為兩個(gè)港口對P點(diǎn)的吸引力相當(dāng),港口A在未來發(fā)展中,可通過降低運(yùn)輸費(fèi)用或入港?？抠M(fèi)用等措施來擴(kuò)大腹地范圍。對于多港口的情況,這種方法也可以適用。[28]

圖6 分析法劃分港口腹地示意

圖7 蟻群算法劃分港口腹地范圍示意圖

c. 蟻群算法

馮社苗[27]在2008年根據(jù)蟻群算法的思想,對港口腹地的隸屬關(guān)系提出了一種對內(nèi)陸城市最佳出海運(yùn)輸通道選擇優(yōu)化的計(jì)算方法。假設(shè)E1,E2,E3為三個(gè)貨源地,這三個(gè)城市的產(chǎn)品出口需要途經(jīng)節(jié)點(diǎn)X1,X2,X3中的任意一個(gè)和樞紐城市Z1,Z2,Z3,Z4中的任意一個(gè)中轉(zhuǎn)到港口P1,P2完成出港。如圖7,這些中轉(zhuǎn)城市和交通干線構(gòu)成了港口腹地之間的交通網(wǎng)絡(luò)。設(shè)運(yùn)輸干線上有n個(gè)城市帶,城市帶內(nèi)的城市用eij表示,城市的數(shù)量用mi表示,peij={teij,seij是在城市eij產(chǎn)生的各項(xiàng)成本指標(biāo)集合,teij為時(shí)間成本,seij為換裝成本；peij={teij，seij}為從一個(gè)城市到達(dá)下一個(gè)相鄰城市帶的城市epq的運(yùn)輸成本,其中i,p=1, 2, …, ；j=1, 2, …,mi；q=1, 2, …,mp。C,T,S分別表示從內(nèi)陸城市到港口總運(yùn)輸成本、總時(shí)間成本以及總換裝成本。這個(gè)問題要解決的目標(biāo)是選擇一組節(jié)點(diǎn)城市F={f1,f2, …,fn〗 使得minC,minT,minS采用如下函數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)：

minZ=W1C+W2T+W2S

式中：Wk(k=1, 2, 3)為權(quán)重,且W1+W2+W3=1。

螞蟻從一個(gè)城市轉(zhuǎn)移到下一個(gè)城市過程中,以一定的概率選擇每一個(gè)可行的點(diǎn)。第k只螞蟻在第eij個(gè)城市選擇下一個(gè)城市epq的概率為：

其中：τij·pq表示螞蟻從城市eij到相鄰城市帶節(jié)點(diǎn)epq的路線上的信息量,τij·pq∈(τmin,τmax)；ηij·pq表示從節(jié)點(diǎn)eij到達(dá)相鄰城市帶節(jié)點(diǎn)epq的運(yùn)輸線路上的啟發(fā)信息,用于反映螞蟻從節(jié)點(diǎn)eij轉(zhuǎn)移到節(jié)點(diǎn)epq的期望程度,α表示信息啟發(fā)式因子,β表示期望啟發(fā)式因子。

螞蟻k根據(jù)以上規(guī)則沿著不同的城市爬行直到尋找到港口城市,它的爬行路線是源問題解集中一個(gè)子方案。根據(jù)此方案,螞蟻更新爬行路線,就可以累積計(jì)算螞蟻k爬行路線的綜合成本。在蟻群系統(tǒng)中假設(shè)只有全局最優(yōu)的螞蟻才有資格進(jìn)行全局更新。當(dāng)m只螞蟻都完成爬行之后,找出成本最小的那只螞蟻,記錄的線上的息素濃度并做全局更新。規(guī)則如下：

Q為信息素強(qiáng)度；Ck為螞蟻k形成的貨物運(yùn)輸路線； Z(Ck)為目標(biāo)函數(shù)。

d. 總結(jié)

圖表法較為簡單,只要確定港口與腹地之間的交通線即可確定腹地范圍。但這是一種非常機(jī)械的劃分方法,僅僅考慮運(yùn)輸距離,而沒有考慮到地理因素對運(yùn)輸?shù)挠绊?也了忽略了區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平、運(yùn)輸成本等因素的影響,因此,這種方法只能用于輔助估計(jì)腹地范圍[28]。分析法考慮了眾多因素,包括時(shí)間、費(fèi)用、距離、運(yùn)輸速度、航線密度等,建立了線性數(shù)學(xué)式,以求得成本最小化。這種方法直觀明了,可以有效地劃分港口腹地的范圍,成為中小型企業(yè)最常用的方法之一。但在現(xiàn)實(shí)生活中,E1、E2這兩個(gè)與時(shí)間有關(guān)的費(fèi)用很難界定,時(shí)間與費(fèi)用之間的由于考慮多因素的影響,較難確定二者之間的權(quán)重值。這種方法為通過計(jì)算機(jī)仿真研究港口腹地的劃分方法提供了依據(jù)。蟻群算法是從眾多可行方案中逐步優(yōu)化,找到最優(yōu)解。這種方法能避免人為因素的干擾,具有客觀性,在考慮了眾多有關(guān)因素后建立的模型,能有效根據(jù)運(yùn)輸路線的最優(yōu)解作客觀決策。缺點(diǎn)是考慮的變量過多,對海量數(shù)據(jù)處理需要計(jì)算機(jī)等工具的協(xié)助,此外,各參數(shù)需要設(shè)置合理水平,如果設(shè)置不當(dāng),將可能導(dǎo)致得不到全局最優(yōu)解。

①基于數(shù)學(xué)模型的劃分方法

a. 牛頓引力模型法

圖8 港口腹地吸引范圍計(jì)算示意圖

b. 斷裂點(diǎn)公式法

1949年,康維斯(P.N.Converse)在對“零售引力規(guī)律”加以研究時(shí),認(rèn)為當(dāng)兩個(gè)城市對某一個(gè)地點(diǎn)的吸引力達(dá)到平衡時(shí),這一點(diǎn)就是空間上的斷裂點(diǎn)(breakingpoint)。如圖9所示,在x點(diǎn)上,兩個(gè)港口城市對這點(diǎn)的吸引力相同。[33]

圖9 城市對線性市場的分割

c. 威爾遜模型法

1970年數(shù)學(xué)家證明二維空間上不存在牛頓勢,威爾遜開始從數(shù)理統(tǒng)計(jì)的角度研究,完善了威爾遜模型[33]。在威爾遜模型中,港口k對區(qū)域j的貨物吸引力可表示如下：

Tkj=KOjPkexp(-βRjk)

其中：Tkj為港口k對城市j的吸引力,Oj為城市j的貨物總量,Pk為港口k的吸收總量,Rjk為城市j與港口k間的距離,β為衰減因子,用于衡量港口影響力的衰減速度,exp(-βRjk)為港口k與城市j的相互作用力。K為系數(shù),在大多數(shù)研究中,經(jīng)常令K=1。威爾遜模型又可表示為：Tkj=αPk=Pkexp(-βRjk)；θ=Pkexp(-βRjk)。

d. 斷-電模型

e. 總結(jié)

牛頓引力模型法和斷裂點(diǎn)公式法這兩種方法的基本思想是一致的,都是考慮的兩個(gè)(或多個(gè))港口對腹地的吸引力范圍,求得港口i與港口j之間的臨界點(diǎn)位置,把所有的臨界點(diǎn)連接起來,即可確定腹地范圍。但是這類方法通常情況下是以貨流量或貿(mào)易總量做吸引力的主體,兩港口中間模糊地帶不容易界定,同時(shí)忽略了交通狀況對腹地范圍的影響,因此這種方法推算出的腹地范圍有失準(zhǔn)確性。威爾遜模型在牛頓引力模型的基礎(chǔ)上,克服了牛頓模型只考慮單一因素的缺陷,綜合了貨物總量、距離、港口對腹地資源吸引力能力衰減因子等多種因素,建立起來了一個(gè)較精確的模型,該方法比牛頓引力模型劃分法更加科學(xué)、準(zhǔn)確。

斷-電模型近年有關(guān)學(xué)者提出來一種新模型,通過計(jì)算概率密度得到港口從腹地吸引來的實(shí)際貨運(yùn)量,再通過斷裂點(diǎn)公式精確計(jì)算出港口對腹地和非腹地的斷裂點(diǎn),劃分?jǐn)嗔褏^(qū)域。這種方法綜合考慮了多種因素對港口腹地隸屬關(guān)系的影響,與其他方法相比,能進(jìn)一步準(zhǔn)確劃分港口的腹地區(qū)域,但在實(shí)際應(yīng)用中,運(yùn)用斷-電模型計(jì)算電子云分層時(shí)采取的方法和計(jì)算斷裂點(diǎn)時(shí)因素選擇的問題都沒有詳實(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)。

三、港口腹地隸屬關(guān)系界定方法的研究方向

本文對腹地的港口隸屬關(guān)系做了詳細(xì)的整理,對港口腹地隸屬關(guān)系的劃分方法發(fā)展歷程進(jìn)行了歸納。國內(nèi)外的研究不僅有理論、還有實(shí)證； 既有定性分析也有定量分析,同時(shí)結(jié)合了經(jīng)濟(jì)學(xué)、地理學(xué)、交通學(xué)等多個(gè)學(xué)科,對全球范圍內(nèi)港口發(fā)展具有很大的促進(jìn)作用。港口腹地的隸屬關(guān)系的發(fā)展從單一的行政劃分、經(jīng)濟(jì)劃分等宏觀研究發(fā)展為考慮單個(gè)因素的港口腹地范圍的劃分方法。但隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和運(yùn)輸模式的多樣化,部分因素被弱化,同時(shí)也使部分因素被強(qiáng)化,傳統(tǒng)的界定方法已經(jīng)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展給港口腹地帶來的新變化,對界定方法要求越來越高,也越來越迫切。基于對相關(guān)文獻(xiàn)的綜述和作者對該領(lǐng)域的理解,對未來的研究熱點(diǎn)和方向予以展望：

探討疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)對港口與腹地間隸屬關(guān)系的影響將成為發(fā)展的必然： 隨著時(shí)間的推移,港口與腹地間的聯(lián)系從單一模式發(fā)展到多種模式(公路運(yùn)輸、內(nèi)河水運(yùn)或鐵路運(yùn)輸)共存、從單一通道發(fā)展到疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)(公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)、水運(yùn)網(wǎng)絡(luò)和鐵路網(wǎng)絡(luò)),基于圈層和點(diǎn)軸原理的各種港口與腹地隸屬關(guān)系的研究方法基本上已經(jīng)不再適用。所以,對由多種運(yùn)輸模式組成的疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)對港口與腹地隸屬關(guān)系的影響分析將成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在港口與腹地關(guān)系研究中的作用有待發(fā)揮： 無論是宏觀的國際區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還是微觀的港口群系統(tǒng)和疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等都是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),而物理學(xué)和社會學(xué)研究的最新成果——復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和方法在港口和腹地關(guān)系的研究中仍然沒有得到普遍運(yùn)用。

從港口與腹地靜態(tài)隸屬關(guān)系到動態(tài)隸屬關(guān)系的研究有待開展： 公路網(wǎng)絡(luò)、水運(yùn)網(wǎng)絡(luò)和鐵路網(wǎng)絡(luò)對腹地的網(wǎng)格化在客觀上造成了腹地貨物港口隸屬關(guān)系不確定性的增加,而交通路況信息的實(shí)時(shí)反饋以及貨車司機(jī)行為決策能力的發(fā)揮,均要求對港口與腹地關(guān)系的研究從靜態(tài)走向動態(tài),并能夠融入行為決策的最新研究成果和方法。

計(jì)算機(jī)仿真分析將成為港口與腹地關(guān)系研究從理論走向?qū)嵺`的有效途徑： 物流系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的日益增加,使得基于定性分析和傳統(tǒng)解析分析方法與實(shí)踐脫軌的弱點(diǎn)變得越來越突出,基于各種軟件系統(tǒng)平臺的計(jì)算機(jī)建模、優(yōu)化和仿真方法將成為建立港口與腹地關(guān)系理論研究與實(shí)踐探索間有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 北京正點(diǎn)國際投資咨詢有限公司. 2011-2015年中國海運(yùn)行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報(bào)告[EB/OL]. (2011-06-01) [2011-12-15] http： //www.ocn.com.cn/reports/ 2006100haiyun.html.

[2] 王愛虎. 國際物流管理[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社,2009.

[3] 百度百科. 隸屬關(guān)系的定義[EB/OL]. (2011-06-10) [2011-12-15] http： //baike. baidu. com/view/2094509. htm.

[4] 趙林. 港口與腹地關(guān)系研究——以大連港和其腹地為例[D]. 東北財(cái)經(jīng)大學(xué)公共管理學(xué)院,2004.

[5] D J Patton. General cargo hinterland of New York,Philadelphis,Baltimore and New Orleans [J] . Annals of the Association of American Geographers,1958,48(4)： 436-455.

[6] H M Mayer. The port of Chicago and the St. Lawrence Seaway [J]. Development of Geography Research Papers,1957,49(1)： 30-34.

[7] G Weigend. Some elements in the study of port geography[J]. Geographical Review,1958 ,48(4)： 185-200.

[8] FYV Morgan. Ports and harbors. London： Hutchison Press [M ]. London： Hutchison Press,1958.

[9] J Kenyon. Elements in interport competition in the United States[J]. Economic Geography,1970,46(6). 1-24.

[10] H M Mayer. Current trends in Great Lakes shipping [J]. Geo Journal,1978(2)： 117-122.

[11] BS Hoyle,D Hilling. Seaport System and Spatial Change,Technology,Industry and Development Strategies[M]. New Jersey： John Wiley & Sons Ltd. 1984.

[12] Y Hayuth. Rationalization and Concentrations of U. S. Container port system[J]. The professional Geographer,1988,10(3)： 279-288.

[13] Slack B. Intermodal transportation in North America and the development of inland load centers [J]. Professional Geographer,1990,42 (1),72-83.

[14] 許繼琴. 港口城市成長的理論與實(shí)證探討[J]. 地域研究與開發(fā),1997(4)： 12-15.

[15] 吳松弟. 港口—腹地與中國現(xiàn)代化的空間進(jìn)程[J]. 河北學(xué)刊,2004,24(3)： 160-167.

[16] 黎鵬,張洪波. 論港口—腹地經(jīng)濟(jì)地域系統(tǒng)客觀存在性及其形成發(fā)展的主要影響因素[J]. 長春師范學(xué)院學(xué)報(bào),2004(4)： 79-83.

[17] 郎宇,黎鵬. 論港口與腹地經(jīng)濟(jì)一體化的幾個(gè)理論問題[J]. 經(jīng)濟(jì)地理,2005,25(6). 767-770.

[18] 古繼寶,張軍. 關(guān)于港口經(jīng)濟(jì)區(qū)空間發(fā)展幾個(gè)問題的認(rèn)識[J]. 價(jià)值工程,2006(6)： 6-8.

[19] 張晉,王勁峰. 中國大渤海圈沿岸港口外向型經(jīng)濟(jì)腹地的劃分模擬[J]. 地理研究,1990,9(2)： 113-120.

[20] 劉力,丁四保. 圖們江地區(qū)港口腹地變化趨勢研究[J]. 經(jīng)濟(jì)地理,1999,19(1)： 85-88.

[21] 董潔霜,范炳全. 區(qū)位商法在港口腹地分析中的運(yùn)用[J]. 上海海運(yùn)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,23(3)： 50-53.

[22] 王杰,楊贊,陸春峰. 港口腹地劃分的兩種新方法探討—以大連國際航運(yùn)中心為例[J]. 中國航海,2005,64(3)： 57-61.

[23] 甘國輝,王健. 腹地空間經(jīng)濟(jì)模型在港口服務(wù)潛力評估中的應(yīng)用—以大連港為例[J]. 中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào),2005,22(3)： 364-369.

[24] 許云飛. 山東省港口經(jīng)濟(jì)腹地計(jì)算方法的研究[J]. 山東交通學(xué)院學(xué)報(bào),2003,11(1)： 39-42.

[25] 楊家其. 基于模糊綜合評判的現(xiàn)代港口腹地劃分引力模型[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2002,2(2)： 123-126.

[26] 劉欣. 港口腹地劃分問題研究[D]. 上海： 上海海事大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,2006.

[27] 馮杜苗. 基于蟻群算法的港口間接腹地劃分模型[J]. 水運(yùn)工程,2009(5)：47-50.

[28] 計(jì)明軍,賀茂英. 基于雙層規(guī)劃的動態(tài)腹地二級港口物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J]. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2010,10(6)： 89-94.

[29] 李振福,苑慶慶,閔德權(quán). 港口腹地劃分的斷-電模型研究[J]. 水運(yùn)工程,2010,45(2)： 71-76.

[30] 郎孔山. 港口腹地范圍界定方法應(yīng)用研究[D]. 遼寧： 大連海事大學(xué)交通運(yùn)輸管理學(xué)院,2008.

[31] 王錚,鄧悅,葛昭攀等. 理論經(jīng)濟(jì)地理學(xué)[M]. 北京： 科學(xué)出版社,2002.

[32] 復(fù)旦大學(xué)歷史地理研究中心. 港口—腹地和中國現(xiàn)代化進(jìn)程[M]. 濟(jì)南： 齊魯書社,2005.

[33] 王杰. 基于牛頓模型的港口腹地劃分研究[D]. 大連： 大連海事大學(xué)交通運(yùn)輸管理學(xué)院,2010.