基于系统聚类分析法的港口货物吞吐量和装卸效率分析

浦煜+滕志强+王晓峰

【摘 要】 为明确港口的业务类型，使港口资源得到进一步优化，从港口业务数据出发，利用聚类算法分析港口生产现状。以集装箱为例，通过SPSS软件，选用2012年我国主要港口的集装箱吞吐量和装卸效率作为特征变量，利用系统聚类将港口业务类型分为4大类。对港口吞吐量与平均装卸效率进行聚类分析，对提高港口管理水平、优化资源配置以及建设规划有一定的参考价值。

【关键词】 港口；吞吐量；装卸效率；系统聚类；SPSS

0 引 言

我國海岸线长，港口资源丰富，自2002年港口管理体制改革后，我国港口实现了跨越式发展，各地区也纷纷重视港口的建设，投入大量的资源和资本，力图打造对本地区经济有较强带动能力的港口，因而吞吐量在近些年得到了迅速的提升。但是，在货物吞吐量大幅增加的背后，效率并未得到相应的提高，且制约了港口对经贸发展的促进作用；因此，有必要对港口进行聚类分析，进一步改善港口管理水平，提高港口整体效益。

货物吞吐量和平均装卸效率是港口发展的两项重要指标，本文将港口的内外贸货物吞吐量和平均装卸效率作为聚类分析的特征变量，其中：货物吞吐量从量上反映出港口的大小；平均装卸效率从细节上反映出港口管理水平以及资源优化等，也在一定程度上反映出港口发展势头的强弱。根据这两项指标数据，应用系统聚类对港口进行聚类分析，客观地反映出港口发展的现状和资源优化情况，为港口的管理以及建设规划提供参考依据。

1 港口聚类的基本原理和方法

聚类分析方法是根据变量（或样品或指标）的属性或特征的相似性，运用数学的方法将其逐步分型划类，从而得到反映样品之间亲疏的谱系图。本文采用的系统聚类是目前最常用的聚类方法之一，其基本思想：聚类初始化，每个样本自成一类，按照指定的距离计算公式计算出每个类别之间的距离，将距离最近的两类合并为一类；重新计算各个类别之间的距离，并将距离最近的类别合并成一类；如此进行下去，直到所有的类别归为一类。

聚类步骤：

步骤1 使用式（1）计算各个港口类的平均装卸效率，使用式（2）计算出港口类之间的特征距离，得到特征距离矩阵D0，各港口集合自成一类。

步骤2 在矩阵D0非对角线的元素中找出最小元素，设为dij，将Gi与Gj合并成一类GM1，则{Gi，Gj}即GM1的全部样本港口；使用式（3）计算出GM1的平均装卸效率，使用式（4）计算出GM1港口类的货物吞吐量。

步骤3 使用式（2）计算GM1与其他港口类别的距离，得到距离矩阵D1。

步骤4 重复步骤2和步骤3，直到所有的港口类别归为一类。

2 港口聚类分析

港口作为一个沿海顺江城市的重要经济窗口，起到运输不同货物的作用。为了挖掘航运过程中的潜在规律，更进一步地发挥港口对经济发展的良好作用，有必要从港口的业务数据出发，探究港口在某类货物下的港口管理水平和资源配置情况，为港口的发展方向以及策略提供一定的指导作用，也能从全局的角度对港口的布局建设提供参考。目前聚类分析在各个领域都得到了相对广泛的应用，但从港口货物吞吐量和平均装卸效率两个方面对港口进行聚类分析是一种新的尝试。

本文以集装箱为例，从港口集装箱的吞吐量和平均装卸效率两个方面分析港口发展现状和发展潜力。

2.1 港口业务数据的选取

根据2013年港口集装箱吞吐量的排名情况，选取大连、东莞、佛山、福州、广州、海口、连云港、南京、宁波舟山、钦州、青岛、泉州、日照、厦门、汕头、上海、深圳、太仓、天津、温州、武汉、张家港、重庆等23个港口（下文图表中以数字代表各个港口）。

2.2 指标选取

本文选取2013年我国主要港口集装箱的业务数据进行聚类分析，原因在于：一方面，2012年国际经济和国内经济都经历了一个疲软阶段，经济各方面的增速相对于2011年都有所回落，而2013年相较于2012年有着良好的发展期望[1]，选用2013年港口集装箱的业务数据降低了经济不稳定造成的影响；另一方面，为了避免短时间集装箱吞吐量突变或者季节变化对整体的影响，本文的统计时间为1年。

2.3 港口聚类

通过SPSS软件，使用系统聚类（质心聚类）算法，以集装箱吞吐量和平均装卸效率作为两个特征变量，对港口进行聚类，得到2013年各港口聚类谱系情况（见图1）。从图1可知：在距离为0时，每个港口各自成一类；当距离逐渐变大时，港口类逐渐合并，直到最终合并为一类。

由各集装箱港口聚类分析结果（见表1）可知：（1）吞吐量高的港口则分属于“大”类型港口，吞吐量低的港口则分属于“小”类型港口；（2）平均装卸效率高的港口被划分为“强”类型，平均装卸效率低的港口被划分为“弱”类型。

吞吐量从量上反映出一个港口的整体发展现状，也是港口实力的一种表现形式，同时其变化趋势也反映出港口的潜在发展能力[2]；平均装卸效率则是从细节上反映出港口当下的运作状况，也反映出港口的资源优化、管理水平，对未来一段时间内港口的发展有着直接影响。从表1可以看出：小―强型港口和大―强型港口只占较少一部分，说明只有较少一部分港口能够利用自身条件优化资源配置，使港口处于高效运作状态；其他一部分港口虽然吞吐量高，但是未能很好地利用当下的设施及资源条件更进一步地提升港口装卸效率，从而造成了一定程度上的资源浪费。

参考文献：

[1]许宪春.2012―2013年经济形势分析和展望[J].全球化，2013（2）：18-36.

[2] 李世泰.港口核心竞争力影响因素及分析评价研究[J].特区经济，2006（7）：327-328.endprint