基于改进重力模型的港口陆向交通可达性分析

张璟 李晶

【摘 要】 为全面衡量港口在陆上交通中发挥的作用，考虑港口及其到达腹地城市的交通影响因素，改进重力模型，并分析港口交通可达性。以港口与腹地城市的特点为基础，选取相关指标构建港口吸引力和腹地城市影响力指标体系，使用CRITIC法对指标集结；以公路交通网的道路等级分类为基础，对距离因素进行改进。计算东北三省4个主要港口2020年的陆向交通可达性，对比分析港口陆向交通可达性高低、分布特点及原因。

【关键词】 港口；交通可达性；重力模型

0 引 言

“十四五”时期，我国处于从“富起来”到“强起来”的历史性跨越新阶段，这为我国沿海港口的稳定发展提供了可靠依托。同时，面对国际局势的更深刻调整、全球产业链供应链重构等重大挑战和机遇，我国正积极构建“以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进”的新发展格局，沿海港口货物吞吐量的增长动力将会发生转变。港口作为陆地上货物的集散地，是货物在陆路与水路2类运输方式之间转换的场所。陆上交通使得港口与腹地之间产生连接，腹地为港口提供了产品、服务和市场，推动其发展。研究港口陆向交通可达性，既可以用于分析港口与腹地间联系的差异和原因，也可为港口未来的服务和功能调整、陆上交通网络的布局提供参考。

1 研究思路及模型

1.1 研究思路

港口与其陆向腹地通过交通构建了紧密的联系。对于港口与腹地城市的可达性，其大小与2个地方之间的相互作用力成正比，随着两者之间阻抗的增加而减少，符合重力模型特点。结合港口与陆向腹地的特点和交通连接的特征，从引力因素和阻抗因素的选取及引力因素的计算方法这2方面改进重力模型。

1.2 模型原理

1.2.1 原始重力模型

传统交通场景下的重力模型[1]，Ai为港口i的吸引力，Oi和Dj分别为港口i出发的出行总量、腹地城市j吸引的出行总量； f （Cij）表示阻抗函数，随着时間成本、资金成本等的增加而变大，可达性随之减小。

Ai＝ Oi Dj f （Cij）（1）

1.2.2 改进重力模型

（1） 改进引力因素。港口和腹地城市的“引力”越大，说明他们聚集货物、资金等要素的能力越强，可达性越高。因此，对于港口 i ，其可达性 Ti 和本港 i 的吸引力 Ai、腹地城市j的影响力Bj成正比：

Ti＝ Ai Bj  f （Cij）（2）

（2）改进阻抗因素。港口i与腹地城市j之间的距离直接影响两者的往来交流，因此选取公路交通网络上的路程Dij作为其阻抗因素。对于公路交通，当港口与腹地城市之间产生交通连接时，不同道路类型关系与路径选择、交通成本、运输时间等因素有关，因此，本文根据不同道路类型的速度限制，改进公路交通网络上的原始距离。

Dij＝ Dab

D*ab＝Dab （3）

D*ij＝ D*ab

式中： i和j分别为路径起点和终点，该路径由不同类型路段组成，a和b分别为每个路段的起点和终点； Dab为从a到b的该类型路段长度； D*ab为考虑实际路网建设和行驶条件，改进后的路段长度；D*ij为从i到 j的所有不同类型路段的改进后长度之和。

港口i与腹地城市j的可达性为Tij＝；港口i的可达性为Ti＝ 。

1.2.3 计算模型自变量

（1） 建立港口吸引力和腹地城市影响力指标体系[2]，如图1所示。基于吞吐量衡量港口吸引力，从城市经济实力、产业结构等方面衡量腹地城市的影响力。

（2） 计算港口吸引力和腹地城市影响力指标。在指标体系中，通过客观权重赋权（CRITIC）法确定各项指标的权重后，各项指标才能集结为港口吸引力和腹地城市影响力。

步骤1：计算指标变异性

指标变异性是通过标准差反映各指标的内取值的差异波动情况，从而确定分配权重。同一个指标内，标准差越大，说明该指标的数值差异越多，变异性越大，包含的信息量更多，该指标本身的评价强度得到提升，应分配较大权重。CRITIC法假设有n个样本，p个评价指标，i和j分别为不同指标。

＝xij

Sj＝（4）

式中：  为第j个指标的均值； Sj为第j个指标的标准差。

步骤2：计算指标冲突性

指标冲突性是通过相关系数反映指标间的相关性，从而确定分配权重。一个指标与其他指标的相关性越强，说明该指标与其他指标的冲突性越小，越有可能包含更多相同的信息。当该指标与其他指标之间重复过多时，该指标的评价强度越低，应分配较小权重。

Rj＝（1 rij）（5）

式中： Rj为第j个指标与其他指标的冲突性；rij为第i个评价指标与第j个评价指标之间的相关系数。

步骤3：计算信息量

Cj＝Sj （1 rij）＝Sj Rj（6）

综合考虑指标变异性和指标冲突性，得出第j个指标的信息量Cj，其值越大，说明第j个指标在评价指标体系中越重要。

步骤4：确定权重

综合上述计算结果， 第 j 个指标的客观权重Wj为

Wj＝（7）

2 实证分析

2.1 数据获取与处理

2.1.1 研究范围选取

本文选取锦州港、大连港、营口港和丹东港这4个东北地区较大的港口作为可达性计算和评价的目标港口；选取辽宁省、吉林省和黑龙江省作为港口陆向交通可达性计算和评价的腹地区域。

2.1.2 数据获取

港口数据来源于《中国港口年鉴（2020年版）》；腹地区域城市数据来源于《中国城市统计年鉴2020》；交通数据来源于开放地图平台Openstreetmap（https：//www.openstreetmap.org）；不同道路类型设计限速的设置参考《公路工程技术标准》[3]的道路等级和实际情况（见表1）。

2.1.3 数据处理

（1） 确定指标权重前，为消除不同指标之间数据范围差异过大的影响，使用归一化处理数据。

（2）腹地城市影响力评价指标中，“第二产业占GDP的比重”和“第三产业占GDP的比重”均为百分比，因此，计算港口吸引力和腹地城市影响力指标时，需分别转换成“第二产业产值”和“第三产业产值”，以实现数据量级的统一。

2.2 港口陆向交通可达性分析

结合港口数据，提炼目标港口吸引力指标（见表2）；通过CRITIC法，计算并分配各港口对应指标权重（见表3）；采用改进重力模型，分别计算东北地区4个港口与其连接的腹地城市的交通可达性（见表4）。

2.2.1 营口港

（1） 营口港整体可达性最高。营口港是全国范围内重要的综合性主枢纽港，尽管其基础设施落后于大连港，如与大连港相差近2/3的泊位数量、相差一半的码头长度，但其货物吞吐能力较大，拥有最大的集装箱吞吐量，因此其港口吸引力较强。

（2） 与大连港相比，营口港在辐射腹地城市方面更具地理优势。在4个港口中，营口港位于最“中”的地理位置，抵达东西两侧腹地城市都较为便捷；从营口港去往吉林省和黑龙江省的多数腹地城市时，需经过重要交通枢纽沈阳市，在4个港口中，营口港距离沈阳市的交通路线最短。

2.2.2 大连港

（1） 大连港拥有较强的港口吸引力。辽宁省沿海港口承担着东北地区80%以上的外贸运输，而大连是辽宁沿海经济带的核心城市，大连港是东北三省最重要的综合性外贸口岸，因此，其外贸货物吞吐量远远领先于其他港口。此外，大连市持续建设东北亚航运中心，使得大连港在码头长度、货物吞吐量和集装箱吞吐量这几项权重较大的指标中拥有领先优势。

（2） 大连港对不同腹地城市交通可达性差异较大。大连港位于辽宁省最南端，且距离交通枢纽城市沈阳市较远，因此对于东北三省的北部地区交通可达性较低。

2.2.3 锦州港

（1） 锦州港的港口吸引力低于营口港和大连港。其港口基础设施条件低于丹东港，但因其在东北地区的国内货物运输中发挥着重要作用，所以仍拥有较高货物吞吐量，该指标在港口吸引力中占有较大权重。

（2） 锦州港具有交通优势。与营口港类似，以沈阳为中心城市群的建设提高了从锦州港通往腹地城市的交通能力，锦州港距离沈阳市较近，可充分利用沈阳市的交通优势，货物运往吉林省和黑龙江省時，可在沈阳市中转，提升了通往腹地区域的可达性。

2.2.4 丹东港

（1） 丹东港港口吸引力较低。丹东港对内是沈阳经济区、东北东部经济带等多个城市群的东部主要出海通道；对外是连接东北亚地区俄罗斯、蒙古、韩国和日本的重要通道。但无论是其基础设施条件，还是货物吞吐量级，与营口港和大连港相比仍有差距，导致其港口吸引力相对较低，可达性较低。

（2） 丹东港仅在东部地区具有交通优势。与港口吸引力最为相近的锦州港相比，因其地理位置处于辽宁省东部，距离沈阳市较远，因此对沈阳市的交通依赖相对最低，仅在东北三省东部地区具有较高可达性。

3 结 语

研究发现，对于拥有同一腹地区域的港口，其陆向交通可达性受港口自身吸引力及港口到腹地城市距离的影响。其中，港口自身吸引力既受港口基于自然条件的基础设施影响，也与港口自身在面对不同贸易对象时扮演的角色和依据地理优势发挥作用的贸易定位有关；港口到腹地城市的距离与港口相对腹地的地理位置及周围是否有交通枢纽城市相关。

参考文献：

[1]WILSON A G. A family of spatial interaction models，andassociated developments[J]. Environment and Planning A： Economy and Space，1971（1）：1-32.

[2] 韩增林，尚颜颜，郭建科，等. 东北地区港口内陆空间可达性综合测度[J]. 地球科学进展，2017（5）：11.

[3] 交通运输部公路局，中交第一公路勘察设计研究院有限公司. 公路工程技术标准：JTG B01―2014 [S]. 北京：人民交通出版社，2014.