基于引力模型的长江三角洲城市群水运物流网络结构评价研究

李佳颖

摘 要：以 2019 年长江三角洲41个港口城市的截面数据为基础，基于熵权-TOPSIS法和 K-means聚类分析，对各港口城市进行评价和分类，并运用改进的引力模型和物流隶属度测算各城市之间的引力大小和物流节点间的隶属关系，最后基于轴辐网络模型完成水运物流网络结构的构建并对其进行评价，根据这种网络结构存在的问题提出多级联动发展模式。

关键词：长江三角洲城市群;引力模型;水运物流网络

中图分类号：F252        文献标志码：A      文章编号：1673-291X（2022）07-0060-05

引言

随着经济全球化、城市化进程的不断深入，区域一体化日趋明显，各城市之间的联系逐渐加强，大大促进了城市之间的贸易往来和商品流通。物流一体化在城市群发展进程中起着桥梁的作用，物流网络作为物流一体化的核心，能将物流节点、通道联结起来，保证城市群内物流活动的运转。因此，建立一个高效的物流网络，对城市群内物流活动的运作、物流资源的合理配置具有重要的作用。由于长江三角洲优越的地理位置，使得该区域水运物流发展迅速，因此迫切需要建立一个高效的水运物流网络，来提高水运物流发展质量。

从已有的研究成果来看，物流网络优化是国内外学者的重要研究方向。对于物流网络优化，常用的方法有引力模型、遗传模拟退火算法、模糊数学规划法等。颜冰等（2018）运用遗传模拟退火聚类算法以南京仙林地区为例，规划出该地区的地下物流网络[1]。唐建荣等（2019）基于修正引力模型，运用社会网络分析方法并结合ArcGIS可视化，探索了2006—2016年长江经济带城际物流网络的空间结构演变特征及其影响因素，并为促进长江经济带物流一体化提供政策建议[2]。王帮俊等（2018）考虑快递枢纽点的爆仓现象，基于0—1整数非线性规划，建立了单分配轴辐式枢纽点选址模型，并以南京仙林地区为例，验证了该模型的可行性[3]。梁喜等（2018）考虑产品回收、碳排放与客户聚类建立了物流网络的路径优化模型，并以重庆市企业为例，对模型和算法进行了验证[4]。因此，本文基于軸—辐理论、引力模型，从各港口城市的水运物流发展质量入手，对长江三角洲港口城市的水运物流网络结构进行评价，有利于促进城市群水运物流协同发展，促进区域一体化。

一、研究方法、指标选择与数据来源

（一）指标体系的构建

在长江三角洲城市群物流网络构建中，轴心城市和辐点城市的选择尤为重要。为了客观、全面地评价城市物流发展质量，需要建立科学评价指标体系。因此，经过比较测算，本文从选取GDP、社会消费品零售总额、进出口总额等12个指标作为评价城市物流发展质量的指标如表1所示。

（二）数据来源

本研究选择长江三角洲41个港口城市作为研究对象。所用到的原始数据为2019年上海市、浙江省、江苏省、安徽省共41个港口城市的统计数据。数据来源于2020年各省《统计年鉴》《中国港口年鉴（2020）》，而各城市之间的水运距离则由船讯网测得，残缺数据根据各城市统计年鉴或公报补齐。

（三）确定城市物流发展质量

本文将熵权法和TOPSIS法相结合，对长江三角洲各港口城市水运物流发展质量评价，具体计算步骤如下：

1.构建初始决策矩阵

在本文的应用中，研究区域内的节点城市为评价对象，设xij为第i个评价对象的第j项指标的数值。建立区域内包括m个城市、n个指标的初始决策矩阵X如下：

（四）引力模型

传统引力模型广泛应用于地理距离衰减、空间相互作用等领域，是空间联系分析中最经典、最常用的模型。其中，M、G、R 和a分别表示质量、引力系数、距离和衰减系数，一般情况下a的值取2。

本文结合实际研究情况，在传统引力模型基础上进行了改进，将“质量”参数M用熵权-Topsis法计算出的节点城市水运物流发展水平Ci代替，将“距离”参数R用两地的最短时间和最短里程的乘积代替，即Rij=■，又因为城市之间的引力存在不对称性，引力系数G由节点城市的物流地位代替，其中节点城市的物流地位包括本底地位和相对地位，计算公式如表2所示。

所述，修正后的引力模型公式为：

二、长三角城市群物流质量评价及物流节点分类

（一）水运物流质量发展评价

根据构建的城市物流发展质量评价指标体系，对长三角城市群各城市的原始数据进行规范化处理。根据上文熵权-TOPSISI法对长三角城市群各城市水运物流发展质量进行评价，结果如下页图1所示。

从整体来看，城市水运物流发展表现为明显的空间分异和非均衡分布特征，上海市水运物流发展质量稳居第一位，遥遥领先于长三角城市群其他城市，苏州，杭州、宁波、南京紧随其后，其次是城市群南部的浙江和城市群北部的江苏的一些城市，最后是安徽地区的城市。

（二）物流节点分类

通过K-means聚类分析对长江三角洲水运物流网络的物流节点进行分类，分类结果可为长江三角洲水运物流网络节点布局奠定基础。本文采用指标体系中12个二级指标的标准化数据，运用SPSS软件进行聚类分析。同时为避免聚类结果过于粗糙或过于细致，将k值取为3，本次聚类分析在进行了三次迭代后实现了收敛，聚类分析结果由表3所示。

通过综合分析K-means聚类分析结果和熵权-TOPSIS法分析得到的长江三角洲港口城市水运物流发展质量结果，我们可以看出上海多数指标领先于其他城市，水运物流发展质量位于长江三角洲的第一层次，因此，将上海作为一级轴心城市最为合适。在长江三角洲水运物流发展的过程中，上海市应主动发挥自身优势，带动其他城市的发展。位于第二层次的8个港口城市都拥有较大的物流发展潜力。但结合水运物流发展质量看，南京、苏州、杭州、宁波这四个城市的水运物流发展水平明显优于其他四个城市。因此，将南京、苏州、杭州和宁波作为二级轴心城市，其他城市作为辐点城市。二级轴心城市应在一级轴心城市的带动下，积极发挥自身优势推动其他辐点城市的发展。位于第三层次的城市水运物流发展水平与其他城市存在较大的差距，自身的物流发展并不能满足自身的物流需求，需要在其他轴心城市的带动下发展，因此将位于第三层次的城市作为辐点城市。

通过改进的引力模型测度了城市之间的物流引力大小，K-means聚类分析确定了轴心城市，接下来还需要引入物流隶属度来明确轴辐城市之间的隶属关系，明确各轴心城市的辐射范围，这是构建轴辐物流网络的重要步骤。计算公式如下：

其中，Pij为物流隶属度，表示辐点城市i隶属于轴心城市j的概率;Fij表示城市之间的物流引力。

根據物流隶属度大小，将各辐点城市归属于不同轴心城市，其划分结果如表4所示。

（三）轴辐式物流网络评价

随着城市间的联系日益紧密，长三角地区逐渐成为一个有机联系的整体，加强轴心城市和辐点城市之间的联动发展是加快长三角区域一体化的重要推动力。以前文运算分析结果和长江三角洲各港口城市的地理位置为基础，最终形成了以上海、杭州、南京、苏州和宁波为核心的长江三角洲轴辐式水运物流网络如图2所示。相较于其他轴心城市，依附于上海和南京的辐点城市较多，需要其承担的更大物流压力，这种网络结构容易导致上海和南京物流业务的拥挤，同时依附于苏州、杭州、宁波的辐点城市较少，使得其物流资源处于闲置状态。因此，基于物流网络结构存在的问题，我们需要加强各区域之间的联系，建立多级联动的发展模式，推动物流网络结构的优化升级。其中，多级联动发展模式具体包括以下三个方面。

1.一级联动：轴心城市自身的优化提升。现如今，尽管各城市的物流实力和辐射扩散能力不断增强，各地区之间的联系日益紧密，但各城市间交通一体化水平不高、协同发展体制机制不健全等问题依然突出。因此，各轴心城市自身物流空间结构的优化完善是一级联动发展的基础，应加强各轴心城市之间的物流联系，进一步打破资源要素配置障碍。

2.二级联动：轴心城市与辐点城市联动。轴心与辐点的联动发展的关键在于促进生产要素的双向流动。根据引力模型可知，时间距离对于地区间物流空间联系有显著的影响，缩短时间距离对于轴心与辐点的联动发展乃至于整个长江三角洲城市群一体化发展至关重要，因此在满足其他需求的同时，各轴心城市与辐点城市的发展联动可以采用就近原则，因地制宜。

3.三级联动：辐点城市交流互动。长江三角洲各港口城市由于资源禀赋、历史文化、经济社会结构不同，发展水平参差不齐，再加上行政区划的限制，城市群跨区域合作较少。且由于各区域的规划发展目标不同，导致长三角城市群各城市之间并没有形成真正的城际一体化产业分工体系。因此，为提高发展效率，应确立差异化发展定位，加强各区域之间的物流联系。

结语

本文以2019年长江三角洲41个港口城市的截面数据为基础，使用借助熵权-TOPSIS法、K-means聚类分析、引力模型和物流隶属度等方法对长江三角洲城市群水运物流网络进行了评价。研究发现，从物流发展水平上看，各城市物流发展水平不均衡，上海市具备较强的物流综合能力，物流发展水平在长江三角洲处于绝对优势地位，并且城市间物流吸引力强度普遍较弱，城市间联系不够紧密;从轴辐式物流网络结构来看，相较于其他轴心城市，依附于上海和南京的辐点城市较多，需要承担更大的物流压力。同时依附于苏州、杭州、宁波的辐点城市较少，使得其物流资源处于闲置状态。因此，根据这种网络结构存在的问题提出了多级联动发展模式。

存在不足之处：一是在研究过程中仅使用了2019年的数据，时间跨度不够，不能很好地研究物流网络结构的演变情况;二是考虑到数据可得性，有些物流综合实力指标通过一些其他的数据从侧面来反映。

参考文献：

[1]  颜冰，王宇，闫申.构建地下物流系统网络[J].数学的实践与认识，2018，（15）：293-302.

[2]  唐建荣，倪攀，李晨瑞.长江经济带物流网络结构演变特征及影响因素分析[J].华东经济管理，2019，（8）.

[3]  王帮俊，吴艳芳.考虑枢纽点失效和拥堵情形的轴辐式物流网络设计研究[J].工业工程与管理，2019，（2）：1-14.

[4]  梁喜，凯文.考虑客户聚类与产品回收的两级闭环物流网络选址-路径优化[J].计算机应用，2019，（2）：1-8.