社会物流系统及综合运输系统协同分析

方阳劼，孙 焰

（同济大学交通运输工程学院）

虽然我国物流业近年来发展迅速，但是存在的问题和矛盾也日益突出。现阶段，全国已建、在建的物流园区常常出现周边交通拥堵交通环境遭到破坏，或者物流园区场地设施闲置、运作效率低下等一系列问题。案例分析发现，造成这些问题的重要原因即社会物流系统与综合运输系统发展不协调。

如何衡量区域综合运输系统是否能很好地为社会物流系统服务，能否满足社会物流系统产生货运量的运输需求两者是否能够协调发展已经成为理论和实践界共同关注的问题。。

1 基本概念

1.1 社会系统与综合运输系统概念界定

国家标准《物流术语》对“社会物流”给出的定义为“企业外部的物流活动的总称”，是指以一个社会为范畴，面向社会广大用户的物流。综合运输系统由客货流系统、载运机具系统、路网系统、运输管理系统、生产组织系统、信息系统几个方面构成。按照运输方式分，综合运输系统又可以分为铁路、公路、水路、管道和航空五个部分。

1.2 协同学原理

协同学是研究系统中子系统之间是怎样合作以产生宏观的结构、时间结构或功能结构的学科，是由著名学者哈肯于1969年创立的。从协同学的角度看，协调是指系统之间或系统组成要素之间在发展演化过程中彼此的和谐一致；这种和谐一致的程度称为协调度。协同是为了达到系统总体发展目标，各子系统、各要素之间通过有效合作，使得各个子系统、子要素从无序到有序、从低效到高效的运作发展过程。为了描述系统的实际状态和结构并研究系统演化中的共同性特征，首先需要在各种微观变量或宏观变量中选择出描述系统宏观状态、结构和行为的最主要、最有效、最具决定性的参量。为此，哈肯采用了兰道在平衡相变理论中所使用的序参量概念。

2 协同机理分析

社会物流系统与综合运输系统的协调性指两个系统中构成要素间具有合作、互补、同步、制约等多种关系，以及由于这些关联关系导致最终呈现出的协调结构和状态。只有不断进行调节，才能保持二者之间的动态平衡协调关系，达到区域总体发展的最佳系统整体效应。

社会物流系统和综合运输系统的整体协调性主要包括以下几个方面：

空间结构协调：物流基础设施必然与各种运输方式中的一种或几种相连接，要求与场站、路网在空间上相协调；同时，大型物流基础设施会吸引大量车流，给区域带来较大交通影响，要求交通需求和承载能力在空间上相协调。

时间结构协调：对物流系统和综合运输系统设施建设程度的合理性，以及物流基础设施和运输系统发展速度在时间上的协调性。

系统功能协调：不同类型的物流园区侧重的系统功能也不相同，货运服务型、生产服务型、商贸服务型和综合服务型的物流园区应与综合运输系统能够提供的服务要求相协调；不同品种的货物运输需求与运输条件相协调。

3 社会物流系统与综合运输系统协同分析数学模型

协同分析数学模型建立整体思路如下：首先建立协同分析指标体系，接着输入交通统计年鉴数据，利用主成分分析法提取序参量指标，计算系统协调度。根据计算的结果进行静态协调度与动态协调度分析，最后进行协调度分级和综合协同分析，给出优化意见。

3.1 评价指标分析与选取

评价指标体系的构建是为了建立对区域物流系统分析、评价、规划的综合参考指标体系，选取指标如表1。其中，部分指标具体含义及计算方法如下。

路网密度：是指某一计算区域内所有的道路的总长度与区域总面积之比，单位为千米每平方千米。

路段负荷均匀性：该指标用于衡量路网负荷的均匀性φ。φ反映路段负荷率ηi=Vi/Ci偏离平均负荷率的程度，φ值越小，路网负荷均匀性越好。

路网货运平均速度：综合运输系统路网一天中平均运输速度Q可以反映路网运送货物质量的好坏。

表1 社会物流系统与综合运输系统协同分析指标体系

其中Nij，tij为（i，j）点对之间的货运流量，dij（i，j）之间的直线距离，Tz为路网折算换乘总时间。

交通拥堵平均时间：由于路段平均速度值的大小是对交通拥堵状态最直观的感受，所以可以根据平均速度将拥堵状态进行分级。

铁路运输网密度：一个区域的铁路营业里程与该区域的面积之比。

货运周转量：指运输货物的数量（吨）与运输距离（公里）的乘积。

货物平均运输延误时间：采取抽样调查方式，同济各运输方式货物运输的平均延误时间。

物流结点可达性平均值：指规划区内某一物流结点出发抵达任意目的地的行程距离、行程时间大小。网络中物流结点i的可达性，用平均行程时间或者Ti或者距离Di表示，计算如下：

其中：N为区域内物流结点数，T为物流结点时间可达性平均值，D为物流结点空间可达性平均值。

3.2 主成分分析模型

主成分分析就是把原有的多个指标转化成少数几个代表性较好的综合指标，这少数几个指标能够反应原来指标的大部分信息，并且各个指标之间保持独立，避免出现重叠信息。主成分分析的基本原理是降维的数学方法。

（1）模型建立

设实际问题中有p个指标，将这p个指标看作p个随机变量，记为X1，X2，…，Xp，主成分分析的目标即把这 p个指标的问题，转变为讨论m个新的指标F1，F2，…，Fm（m＜p），按照保留主要信息量的原则充分反映原指标的信息，并相互独立。

满足下列条件：1）每个主成分的系数平方和为1；主成分之间相互独立，即无重叠的信息；主成分的方差依次递减，重要性依次递减。

（2）序参量计算

为消除量纲影响，计算之前先将原始数据标准化。

根据标准化变量求出相关矩阵，标准化后协方差矩阵与相关矩阵完全一样。

其中，F为综合发展指数，i=1，… p，ai为第i个主成分的贡献率，Fi为第i个主成分的得分。

（3）协调度计算

协调度模型指出，系统之间的离差越小，系统之间的协调度越高，离差表示为：

C为［0，1］之间的数。C的值反应系统之间的协调程度，C越接近1则系统发展越协调；C的值越小，则系统发展越不协调。

3.4 状态协调发展度

系统发展的适应性具有静态和动态双重特性。静态协调度可以反映某一段时期系统之间的协调状况，动态协调度可以反映出随着时间变化协调发展的趋势。

静态协调度用于评价特定时期社会物流系统和综合运输系统协调状况，用S表示

其中C为协调度，T为社会物流系统和综合运输系统的综合评价指数，α与β为待定权数。本文认为社会物流系统与综合运输系统同等重要，取α=β=0.5。

动态协调发展度反映子系统之间相互发展的动态程度：

对于任意两个不同时刻t2＞t1，若D（t2）＞D（t1），则系统向着更加协调的方向发展，反之同理。

3.3 协调度分析评价

由于得到的协调度是［0，1］内连续的数值，无法直观判断，必须确定协调等级。按实际情况，将系统适应性分为五个等级。

和谐（0.8＜C≤1）：社会物流系统与综合运输系统的发展同步。综合运输系统运力不仅满足当前社会物流系统需求，而且运输基础设施完备，运输延误时间较短，各种运输方式衔接较好，在一定时期内能保持稳定状态。

协调（0.6＜C≤0.8）：综合运输系统能力能够满足社会物流系统运量的需求，基础设施良好，各种运输方式衔接基本无障碍。在设施利用合理、资源优化配置情况下能够基本满足不同层次的物流运输需要。

基本协调（0.6＜C≤0.8）系统整体发展协调，局部地区运输系统存在不适应社会物流系统运力需求的状况。社会物流系统服务质量总体可以接受，综合运输系统能够维持正常运行。

制约（0.6＜C≤0.8）：综合运输系统能力不能满足社会物流系统的需求，社会物流系统服务质量较差，延误时间较长。综合运输系统畅通情况不佳，各运输方式衔接困难。

矛盾（0.6＜C≤0.8）：综合运输系统与社会物流系统发展严重矛盾。综合运输系统运力供不应求，运输基础设施落后。社会物流系统中货物运输延误过长，造成大量货损，各种运输方式无法顺利衔接。

4 结论与展望

本文对社会物流系统及综合运输系统进行协同分析的方法不仅可以对现有系统进行协调性评价，也可以利用预测数据对待建项目及区域进行协调性预测，为区域物流系统、运输系统规划提供了一种解决思路。通过对静态协调度和动态协调度的分析可以分析区域协调性发展趋势，对此能够及时采取相应措施，减少由于社会物流系统和综合运输系统的不协调带来的损失。

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