港口与运输方式及陆港联合选择的巢式Logit模型

蒋晓丹，范厚明*，张琰雪，陈志蔚

(1.大连海事大学交通运输工程学院，辽宁大连116026；2.广州中远海运船务代理有限公司片区船务部，广州510000；3.宁波港船务货运代理有限公司北仑分公司，浙江宁波315800)

0 引 言

近年港口建设陆港发展铁路运输，缓解公路运输拥挤，降低环境污染.托运人的港口腹地运输链选择是基于整个链上节点及路径的服务水平，受港口、运输方式、陆港的共同影响.陆港的建设将改变公路和铁路的货流分担率，同时集疏运服务水平改变也影响临近港口在共同腹地吸引的货流量.分析港口、运输方式及陆港联合选择行为的影响因素，比较不同模型对选择的拟合程度，可更好地预测货运选择行为.因此，研究港口、运输方式及陆港的联合选择行为具有重要的理论与实用价值.

目前有较多文献对港口或运输方式选择进行单独研究.港口选择方面，Tongzon[1]认为货代选择港口的主要因素包括效率、班轮频率、设施和位置.Wanke等[2]采用模糊推理结合社会网络分析法分析货主和航运公司的港口选择，认为到港距离是主要因素.运输方式选择方面，张戎等[3]采用混合Logit模型分析公路和铁路选择，认为时间和成本是关键因素.Larranaga等[4]构建MNL及混合Logit模型研究运输方式选择，认为运输时间和成本是主要因素.Wang等[5]采用只考虑运输价格和时间的巢式Logit模型结合固定点等式描述多式联运经营人的运输路径选择.陆港选择研究较少，杨超凡[6]用营业收入、货物吞吐量、固定资产投资、进出口贸易、内外资引进及城市经济体现陆港引力.部分文献在港口、运输方式、陆港中选择两者进行研究.Teye等[7]采用基于成本的MNL模型描述货主对运输方式及陆港的选择.Nugroho等[8]采用巢式、混合式及混合巢式Logit模型研究货主和货代对港口和运输方式的选择.

总结发现，目前缺乏对陆港选择行为的研究，已有研究只考虑成本因素，然而忽视其他因素会使模型的解释能力下降；此外，鲜有对港口、运输方式、陆港三者联合选择行为的研究.本文以港口、运输方式、陆港的联合选择为研究对象，运用巢式Logit(Nested Logit，NL)模型对选择行为影响因素进行分析.联合RP(Revealed Preference)及SP(Stated Preference)调查收集港口腹地运输链选择行为数据，采用正交设计法设计调查问卷.采集辽宁部分城市货物运输的相关数据，估计模型参数，对比NL模型和传统MNL(Multinomial Logit)模型的拟合效果.根据结果提出发展海铁联运的相关建议.

1 港口与运输方式及陆港联合选择NL模型构建

NL模型改进了MNL模型，它接受备选项间的相关关系，并据此建立树形结构.从顶端选项全集开始，将相近选项放入第二层巢层.巢内选项存在相关性，不同巢选项保持独立.

1.1 NL模型结构

托运人的决策包括2个层次，先选港口d，后选运输路径dr，其中运输路径可选方式包括公路运输及公铁联运，不同公铁联运路径经不同陆港.据此建立NL模型，结构如图1所示.

图1 NL模型结构示意图Fig.1 NL model structure

1.2 选择概率及效用函数

根据NL模型理论，决策者n选择港口—运输路径dr的概率Pn(dr) 为

式中：Pn(r|d)是n选d港条件下选路径dr的概率；Pn(d)是n选d港的概率.

概率具体计算公式为

式中：V(r|d)n是n选路径dr的系统效用；Nd为d港的运输路径巢；λ1是只考虑下层效用概率项方差对应的参数，通常取值为1；Vdn是n选d港的系统效用；λ2是同时考虑上下层效用概率项方差对应的参数，，若λ2为1退化为MNL模型.

各效用计算公式为

式中：Xkn是n认为的属性k值；βk是k属性系数；k1是下层属性个数；k2是上层属性个数；是Nd包含运输路径对n选d港的影响变量；Udrn是n选dr的效用；ε(r|d)n是n选d港条件下选路径dr效用的概率项，服从均值为0，方差为的二重指数分布；εdn是n选d港效用的概率项，服从均值为0，方差为的二重指数分布.

2 联合选择因素分析及问卷设计

2.1 属性因素分析

梳理文献总结出52个因素，与港口、货代公司专家讨论对因素进行补充，筛选9个主要属性因素，如表1所示.港口对多式联运给予的收费优惠与内陆运输相关，放入运输成本.多式联运可在陆港报关，将公路在港报关时间和多式联运陆港报关时间纳入运输及通关时间属性.将陆港服务费、陆港生产作业时间分别纳入运输成本、运输时间属性，将陆港服务作为多式联运特有属性.

表1 效用函数属性因素及量化Table 1 Attributes used in this research

2.2 RP/SP联合的数据收集及问卷设计

非集计模型数据调查法包括RP和SP.RP调查了解已发生行为的选择结果及条件，可靠性较高.但RP调查通常是显在数据，存在数据过少且难以获得、选择及替代方案信息模糊、仅利用RP数据标定参数可造成属性水平值受限等问题.SP调查是受访者根据自身条件回答设定试验状况下的选择行为.与RP调查相比，SP调查有数据可操作性、数据误差可调节、选择方案集合明确的优点.

由于部分RP数据难以获得，本文联合RP/SP收集数据.RP调查获得货物价值和单次运量数据，其他属性设定水平值后经SP调查获取选择行为.

选择行为调查问卷设计，一方面要尽量多地获得选择偏好信息，另一方面要考虑被调查者的配合性.为合理减少问卷选择情景数量，采用部分因子正交设计法设计问卷.正交设计是试验设计的主流方法，它的优点包括：属性水平值合理均匀分布，不需进行重复试验，计算精度高，可找出主要因素，属性因素及水平值越多，正交设计作用越大.

若一个试验满足属性水平值平衡(所有属性水平值出现次数均等)且所有参数估计相互独立，则是正交试验.正交试验设计下任意两个属性水平值不相关，如式(10)所示.

式中：j1和j2表示属性j的两个水平值；l1和l2表示属性l的两个水平值；S表示属性j和属性l水平值乘积的数量.

3 模型应用及结果分析

将NL模型应用于辽宁省部分城市货物出口的港口、运输方式与陆港的联合选择，并对比MNL模型.

3.1 选择方案及属性水平设置

截至2018年2月，辽宁货物海运出口主要通过大连港及营口港.大连港和营口港分别在沈阳建立陆港，开通直达港口的班列服务.沈阳以南城市公铁联运成本远超公路运输成本，主要用公路方式运至港口，因此本文以沈阳、抚顺、铁岭为起点，以大连港和营口港为备选港，考虑公路及公铁联运方式，其中公铁联运涉及陆港包括大连沈阳陆港、营口沈阳陆港，港口及运输路径选择及编号如表2所示，位置如图2所示.

表2 港口及内陆运输选择方案Table 2 Alternatives for seaport,inland mode and dry port

为避免方案出现主导性优势，参照20尺集装箱运输相关实际数据调整属性水平值，结果如表3所示.

图2 起运地陆港港口位置图Fig.2 Locations of the origins,dry ports and seaports

表3 属性水平值设置Table 3 Attributes levels

3.2 参数估计及结果分析

采用SPSS正交设计生成27个选择情景，将每份调查问卷的选择情景分为3部分，分由3人填写.调查于2018年3月12～25日进行，通过访谈、电话、网络问卷、邮件等方式对货主及货代公司共计165位受访者发放问卷.将表1属性变量分别带入NL模型及MNL模型，运用BIOGEME2.6a软件编程，采用极大似然法估计参数.

NL模型首先估计下层参数，以营口公路运输为参照，其他运输路径与其对比.之后将下层作为上层选择的影响因素，以营口港为参照，大连港与其对比.由于多式联运比公路运输多了陆港服务属性，因此分别确定两种运输方式的属性系数值.MNL模型以营口公路运输为参照，其他选择方案与之对比.

经过多次计算，去掉t检验值低于1.65的变量，最终得出NL模型及MNL模型的参数估计结果如表4所示.

表4 参数估计结果Table 4 Estimation results of nested logit model and multinomial logit model

由表4可知，NL模型的似然函数值(Final log likelihood)和McFadden系数值(Rho-square)均高于MNL模型.两者的McFadden系数值均超0.2，说明模型解释能力较强，但NL模型精度更高.NL模型异质参数λ2为0.92，表明公路运输和多式联运具有一定相关性，NL模型具有合理的阶层结构.

NL模型及MNL的计算结果表明：

(1)港口收费、等待时间、运输成本、运输及通关时间系数为负，表示这些属性值增加会降低效用.班轮频率、准班率、陆港服务系数为正，表示这些属性值增加会增加效用.

(2)公路及多式联运对货物价值检验结果均不显著.

(3)低运量会增加公路运输效用，即单次运量较小时托运人更倾向公路运输.

(4)托运人对多式联运的运输成本、运输及通关时间比公路运输的更重视.

(5)托运人对公路运输的准班率比多式联运的更重视.

(6)陆港服务对多式联运具有显著正向影响.

其中对于(4)，托运人选多式联运而非公路运输主要是看重其规模经济带来的成本降低，因此对多式联运成本、特别是与公路运输的成本差值非常重视.此外，是否满足货物运输的时间要求也是能否使用多式联运的前提.班列比公路运输在途时间更长，增加陆港转运时间，但在陆港报关比公路运输在港报关又可能节约时间，因此运输及通关时间对能否选多式联运具重要影响.对于(5)，班列的时间可靠性是托运人选多式联运的关键因素，特别高价值货物、准时制(Just-in-time)生产及零库存的货主.班列时间可靠性较强，但公路运输易受天气、司机、路况、拥堵等影响，难以保证运输时间，因此托运人对公路运输的准班率更重视.

为发展海铁联运提出以下建议：针对单次运量较大货物，港口可给予公铁联运补贴，铁路公司可给予运价优惠，同时增强铁路运价稳定性，形成对公路运输的运价优势；缩短班列到港运输时间，保持班列时间稳定性，提升陆港生产作业效率，加强陆港与港口的通关协作并缩短通关时间，减少在港等待时间；增强陆港对船公司的吸引力从而增加船公司在陆港空箱投放，提升陆港应急服务水平确保货物可在截关前到港.

4 结论

基于辽宁部分城市的RP/SP调查数据，采用巢式Logit模型及MNL模型对货主及货代港口、运输方式及陆港的联合选择行为进行研究，定量计算各因素影响程度，得出如下结论：

(1)港口、运输方式及陆港的联合选择行为受港口收费、在港等待时间、班轮频率、单次运量、运输成本、运输及通关时间、准班率、陆港服务影响.托运人对多式联运的运输成本、运输及通关时间比公路运输的更重视，对公路运输的准班率比多式联运更重视.单次运量较小时倾向选公路运输.为发展海铁联运，港口可针对单次运量较大的货物提供费用优惠及补贴、缩短班列时间、提升陆港生产作业效率及通关效率、提升陆港服务水平.

(2)巢式Logit模型考虑运输方式及陆港选择与港口选择的关联性，比MNL模型具有更高的预测精度，可作为分析多维选择问题的工具.

未来可通过大数据方法结合其他数学模型，挖掘更多影响选择行为的要素.