長株潭城市群公路網(wǎng)運(yùn)輸效率縱向?qū)Ρ妊芯?/h1>
2016-03-16 06:13:09鄧奇春李萌鄭亮黃合來
鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2016年2期
鄧奇春，李萌，鄭亮，黃合來
(1.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長沙 410015；
2.中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)
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長株潭城市群公路網(wǎng)運(yùn)輸效率縱向?qū)Ρ妊芯?/p>
鄧奇春1，李萌2，鄭亮2，黃合來2
(1.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長沙 410015；
2.中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)
摘要:從公路網(wǎng)“投入”與“產(chǎn)出”的角度對(duì)長株潭城市群公路網(wǎng)2000～2012年的運(yùn)輸效率進(jìn)行縱向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)。建立以基礎(chǔ)設(shè)施投入、運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)和資產(chǎn)投入為輸入，以運(yùn)輸效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益為輸出的五大運(yùn)輸效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且細(xì)分為15個(gè)二級(jí)指標(biāo)。采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)量化分析城市群公路網(wǎng)資源的投入產(chǎn)出綜合效率，技術(shù)效率，規(guī)模效率及投入冗余產(chǎn)出不足情況，從而檢驗(yàn)區(qū)域公路網(wǎng)格局的有效性和合理性。
關(guān)鍵詞：城市群；運(yùn)輸效率；DEA模型
長株潭城市群公路網(wǎng)承載了長株潭城市群改革開放、經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)所引發(fā)的巨大運(yùn)輸需求，它作為綜合運(yùn)輸網(wǎng)的重要組成部分，扮演著城市群城市之間人力、資金、技術(shù)、信息、資源等方面的交流和優(yōu)化配置的角色，對(duì)長沙、株洲、湘潭的城市發(fā)展和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的一體化發(fā)揮著極其重要的促進(jìn)和紐帶作用。城市群公路網(wǎng)運(yùn)輸效率是衡量整個(gè)城市群公路交通系統(tǒng)總體運(yùn)行效率的綜合指標(biāo)，能夠反映區(qū)域性路網(wǎng)結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)劣、路網(wǎng)格局是否合理以及交通需求是否平衡。傳統(tǒng)的效率評(píng)價(jià)的方法發(fā)展比較成熟，如層次分析法[1]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[2]及可拓學(xué)評(píng)價(jià)法[3]等，但大都依賴人的主觀經(jīng)驗(yàn)缺乏客觀性。近年來，數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)[4-6]受到了廣泛關(guān)注，龍科軍等[6]指出：一個(gè)建設(shè)投入大且服務(wù)水平高的路網(wǎng)不是高效率的路網(wǎng)；道路建設(shè)投入低且服務(wù)水平低的路網(wǎng)也不是高效率的路網(wǎng)；道路建設(shè)投入低且服務(wù)水平高的路網(wǎng)才是高效率的路網(wǎng)?；诖?，本文將從公路網(wǎng)“投入”與“產(chǎn)出”的角度對(duì)長株潭城市群公路網(wǎng)2000～2012年的運(yùn)輸效率進(jìn)行縱向?qū)Ρ龋捎玫湫偷目陀^評(píng)價(jià)方法DEA方法量化公路網(wǎng)資源的投入產(chǎn)出效率，從而檢驗(yàn)公路網(wǎng)格局的有效性和合理性。
1評(píng)價(jià)對(duì)象及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
1.1評(píng)價(jià)對(duì)象
長株潭城市群位于湖南省中東部，包括長沙、株洲和湘潭3市，是湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心增長極。長沙、株洲、湘潭3市沿湘江呈“品”字形分布，兩兩相距不足40 km，結(jié)構(gòu)緊湊，如圖1所示。長沙市為湖南省省會(huì)，土地面積1.18 km，下轄芙蓉、天心、岳麓、開福、雨花和望城6區(qū)，長沙、寧鄉(xiāng)2縣及瀏陽市。株洲市土地面積1.13 km，市轄天元區(qū)、蘆淞區(qū)、荷塘區(qū)、石峰區(qū)4區(qū)，株洲縣、攸縣、茶陵縣、炎陵縣4縣，代管縣級(jí)醴陵市，此外設(shè)立有云龍示范區(qū)。湘潭市總面積5 045 km，下轄雨湖區(qū)、岳塘區(qū)2區(qū)，湘潭縣及湘鄉(xiāng)市、韶山市2縣級(jí)市。
多條高速公路、國道省道在長株潭區(qū)域交匯，構(gòu)成了公路網(wǎng)的主骨架。其中高速公路合計(jì)13條，國道4條，省道15條。高速公路包括京珠高速G4(京港澳高速公路)、平汝高速S11(岳汝高速)、岳臨高速S61(京港澳高速公路復(fù)線湖南段)、長株高速S21、長潭西高速S41、長沙繞城高速G0401和長永高速S20、長瀏高速S30、長沙機(jī)場(chǎng)高速S40、長張高速G5513、滬昆高速G60(上瑞高速，長株潭轄區(qū)內(nèi)為醴潭高速和潭邵高速)、韶山高速S01、炎睦高速S90。國道包括貫穿南北的G106和G107以及橫貫東西的G319和G320。
1.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
本文數(shù)據(jù)來源于2000～2012年《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《運(yùn)輸局統(tǒng)計(jì)年鑒》、長沙市、株洲市以及湘潭市“經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)”。數(shù)據(jù)主要包括面積、路網(wǎng)長度、客運(yùn)周轉(zhuǎn)量、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量、完成投資額、人均GDP、地均GDP、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)生產(chǎn)總值、樞紐站個(gè)數(shù)等。
對(duì)2000～2012年長株潭城市群客運(yùn)周轉(zhuǎn)量、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量、路網(wǎng)長度以及地均路網(wǎng)密度進(jìn)行對(duì)比，由圖2可知長株潭城市群客貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量逐年增加，其中客運(yùn)周轉(zhuǎn)量增長較為平穩(wěn)，貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量2007之前增長幅度較小，而2007之后增長幅度加大。公路長度與地均路網(wǎng)密度增長較快，表明長株潭城市群路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，2006年起公路長度顯著增加原因是2006起數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程中將村道包含進(jìn)等外公路中。此外，2010年公路長度與地均路網(wǎng)密度比2009年也有明顯增加。
圖1 長株潭城市群Fig.1 Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration
2數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)
DEA模型是以相對(duì)效率為基礎(chǔ)，使用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法評(píng)價(jià)具有多個(gè)輸入與多個(gè)輸出的決策單元(Decision Making Unit，DMU)之間相對(duì)有效性的方法，決策單元是效率評(píng)價(jià)的對(duì)象，可以理解為具有一定投入，得到一定產(chǎn)出的實(shí)體。在本文中決策單元為2000年～2012年的13個(gè)年份。DEA模型用線性規(guī)劃的方法確定出一個(gè)生產(chǎn)前沿面，通過綜合比較各DMU偏離生產(chǎn)前沿面的程度得出各DMU的相對(duì)效率。
最早的DEA模型是CCR模型，1978年由著名的運(yùn)籌學(xué)家Charnes等首先提出[7]，1984年Banker等又提出了BCC模型[8]。與CCR模型不同的是，BCC模型基于可變規(guī)模收益模式(Variable Returns to Scale, VRS)，研究受規(guī)模效率影響下的效率，屬于純技術(shù)效率。而CCR模型研究的是規(guī)模收益不變的情況下(規(guī)模有效)的效率，即假定產(chǎn)出增加的比例等于投入增加的比例，而這在很多情況下是不能滿足的。
圖2 2000～2012年長株潭城市群各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比圖Fig.2 Indices comparison of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan agglomeration from 2000 to 2012
設(shè)有n個(gè)決策單元DMUj(1≤j≤n)，每個(gè)決策單元有m種輸入指標(biāo)與s種輸出指標(biāo)。 xij(i=1,2,…,m)表示第j個(gè)DMU對(duì)應(yīng)的第i個(gè)輸入指標(biāo)值，且xij>0；yrj(r=1,2,…,s)表示第j個(gè)DMU對(duì)應(yīng)的第r個(gè)輸出指標(biāo)值，且yrj>0。輸入與輸出向量表示為：
輸入指標(biāo)的權(quán)重為V=(v1,v2,…,vm)T，輸出指標(biāo)的權(quán)重為U=(u1,u2,…,us)T。
DEA模型通過加權(quán)總輸出與加權(quán)總輸入的比重來衡量每個(gè)決策單元的相對(duì)效率，稱為效率評(píng)價(jià)指數(shù)，即：
則CCR模型可表示為：
(1)
(2)
求解上述模型，得到θ*，λ*，s+和s-。
1)若θ*=1則該決策單元為DEA有效，表明該評(píng)價(jià)單元效率非常高，在投入的基礎(chǔ)上達(dá)到了最優(yōu)的產(chǎn)出；反之若θ*≠1該決策單元為DEA無效，產(chǎn)出投入水平?jīng)]有達(dá)到最優(yōu)。
2)s+表示產(chǎn)出不足，s-表示投入冗余，反映了決策單元投入產(chǎn)出與目標(biāo)值的差距。決策單元產(chǎn)出可由原始產(chǎn)出y0調(diào)整為y0+s+，投入可由x0調(diào)整為θx0+s-。
4)CCR模型在規(guī)模收益不變(規(guī)模有效)的前提下考察效率θ，得到的是綜合效率；BCC模型在規(guī)模收益可變的前提下考察效率θt,允許技術(shù)效率的計(jì)算不受規(guī)模效率的影響，得到的是純技術(shù)效率[9]。因此規(guī)模效率為θs=θ/θt，即規(guī)模效率=綜合效率/純技術(shù)效率。
3公路網(wǎng)運(yùn)輸效率評(píng)價(jià)指標(biāo)
3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
3.2數(shù)據(jù)預(yù)處理
采用層次分析法得出每個(gè)二級(jí)指標(biāo)占所在一級(jí)指標(biāo)中的權(quán)重，首先構(gòu)造出兩兩比較判斷矩陣，并求得各矩陣行平均值，歸一化后即得到各二級(jí)指標(biāo)占一級(jí)指標(biāo)權(quán)重，并且各判斷矩陣通過了相對(duì)一致性檢驗(yàn)，權(quán)重結(jié)果如表1所示。為了消除量綱不同帶來的影響，通過功效系數(shù)法將各決策單元二級(jí)指標(biāo)值無量綱化處理，如式(3)。加權(quán)后得到各決策單元的一級(jí)指標(biāo)值，見表2。
(3)
4結(jié)果分析
選取2000-2012年共13個(gè)年度的長株潭城市群公路網(wǎng)作為評(píng)價(jià)的決策單元，通過數(shù)據(jù)包絡(luò)分析軟件Deap 2.1計(jì)算得到CCR模型與BCC模型的效率值，表3所示為2000～2012年各年的綜合效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率及CCR模型的∑λ，表4所示為CCR模型得到的投入產(chǎn)出的實(shí)際值與目標(biāo)值的差距。綜合效率是對(duì)決策單元技術(shù)效率和規(guī)模效率的綜合評(píng)價(jià)，只有技術(shù)效率和規(guī)模效率都有效時(shí)，綜合效率才能有效，技術(shù)有效是指產(chǎn)出相對(duì)于投入而言已達(dá)到最大，規(guī)模有效是指投入的規(guī)模既不偏大也不偏小，處于規(guī)模收益不變的最佳狀態(tài)。
由表3可知，2000～2005年的綜合效率小于1，為非DEA有效。其規(guī)模效率小于1，但是純技術(shù)效率等于1，說明2000～2005年未達(dá)到綜合有效的根本原因在于其規(guī)模無效，即運(yùn)營的規(guī)模未達(dá)到最佳，投入資源總量不足。根據(jù)規(guī)模收益遞增可知，在這段時(shí)期增加適當(dāng)?shù)耐度肟梢缘玫礁弑壤漠a(chǎn)出，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，2000～2005年綜合效率和規(guī)模效率都在逐年遞增，說明這幾年加大投入獲得了一定的成效。
2006年，2007年和2009年綜合效率小于1，處于非DEA有效狀態(tài)。其純技術(shù)效率與規(guī)模效率都小于1，說明這3年投入的資源沒有得到充分的利用，并且投入規(guī)模不是最佳，從規(guī)模收益趨勢(shì)上看，這3年增加資源投入可以提高綜合效率。
2008年，2010年，2011年和2012年的綜合效率均為1，且純技術(shù)效率與規(guī)模效率都為1，說明這幾個(gè)決策單元DEA有效，投入資源總量合理，資源利用率也較高，各個(gè)生產(chǎn)要素的組合已經(jīng)達(dá)到了最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)了最好的效益。
表1 公路網(wǎng)運(yùn)輸效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
表2 數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果
表3 各決策單元效率值
表4 各決策單元投入產(chǎn)出的實(shí)際值與目標(biāo)值的差距
由表4可知，2000～2005年都存在不同程度的投入冗余與產(chǎn)出不足現(xiàn)象，投入問題主要體現(xiàn)在運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)不合理，2000年、2003年、2004年及2005年產(chǎn)出不足主要體現(xiàn)為運(yùn)輸效益不夠，2001年體現(xiàn)為產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益不足。2006年與2007年表現(xiàn)為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入冗余，運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)不夠合理，另外2009年也表現(xiàn)了運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)不合理的問題。在產(chǎn)出不足方面，2006年體現(xiàn)出運(yùn)輸效益方面的產(chǎn)出不足，2007年社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出不足。綜合來看，運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)不夠合理是影響運(yùn)輸效益最主要的原因，因此需要進(jìn)一步調(diào)整路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加路網(wǎng)長度，提高路網(wǎng)的銜接度。
2008年，2010年，2011年和2012年這4年投入產(chǎn)出的實(shí)際值與目標(biāo)值不存在顯著差距。說明這幾年長株潭城市群公路網(wǎng)在基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)，資產(chǎn)投入3個(gè)方面的投入規(guī)模達(dá)到了較優(yōu)狀態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸通道效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面的產(chǎn)出最大化，各種資源都得到了充分的運(yùn)用。
5結(jié)論
1)2000年～2005年長株潭城市群公路網(wǎng)一直在不斷加大基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸通道建設(shè)、資產(chǎn)投入三大資源的投入力度，如機(jī)場(chǎng)高速、繞城高速南段與西段、臨長高速、潭邵高速都在這段時(shí)間建成通車。這期間的投入保持著較好的產(chǎn)出效率，成功地將投入轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸通道效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，這一階段影響效率的主要因素為投入規(guī)模，因此擴(kuò)大路網(wǎng)規(guī)模，增加資源投入能有效提高運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也應(yīng)該注意運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)的完善。
2)2006年、2007年和2009年長株潭城市群公路網(wǎng)投入轉(zhuǎn)化為產(chǎn)出的效率不高，也存在的投入冗余與產(chǎn)出不足現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為基礎(chǔ)設(shè)施投入冗余，通道結(jié)構(gòu)不夠合理，從而影響了交通運(yùn)輸?shù)恼w效率。因此，應(yīng)該嚴(yán)格控制交通樞紐的建設(shè)數(shù)量，著重提高投入要素的利用率，注重完善交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高路網(wǎng)銜接度。
3)2008年、2010～2012年這4年城市群公路網(wǎng)發(fā)展較為完善。基礎(chǔ)設(shè)施投入、運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)與資產(chǎn)投入都獲得了較好的運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)效益，投入規(guī)模也達(dá)到了最佳狀態(tài)，不存在投入冗余與產(chǎn)出不足現(xiàn)象。因此，今后發(fā)展中應(yīng)該注重保持各種投入要素之間的比例結(jié)構(gòu)，挖掘現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施能力以完善交通公路網(wǎng)，提高交通基礎(chǔ)設(shè)施等級(jí)，促進(jìn)各種運(yùn)輸方式協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展。
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(編輯陽麗霞)
Evaluating transport efficiency of road network in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration
DENG Qichun1，LI Meng2，ZHENG Liang2，HUANG Helai2
(1. Hunan Communications Research Institute, Changsha 410015，China;2. School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)
Abstract：From the perspective of input and output, this study compares the transport efficiency for the road network during 2000 to 2012 in Changsha-Zhuzhou-XiangTan urban agglomeration. Five indexes including infrastructure investment, transport corridor structure, asset investments, transport profit and social economic benefits were considered and further subdivided into 15 second-class indexes, among which the first three are input indexes and the last two are output indexes. Data Envelopment Analysis (DEA) was developed to quantify the comprehensive efficiency, technical efficiency, scale efficiency, input redundancy and output insufficient of urban road network resources, so as to verify the validity and rationality of regional road network structure.
Key words：urban agglomeration; transportation efficiency; DEA method
中圖分類號(hào)：U491.1
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1672-7029(2016)02-0388-06
通訊作者：黃合來(1979-)，男，湖南湘潭人，教授，博士，從事交通安全、交通規(guī)劃和智能交通系統(tǒng)的研究；E-mail:huanghelai@csu.edu.cn
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71371192)；西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(20113187851460)
收稿日期：2015-07-10
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鄧奇春，李萌，鄭亮，黃合來
(1.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長沙 410015；
2.中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)
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長株潭城市群公路網(wǎng)運(yùn)輸效率縱向?qū)Ρ妊芯?/p>
鄧奇春1，李萌2，鄭亮2，黃合來2
(1.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長沙 410015；
2.中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)
摘要:從公路網(wǎng)“投入”與“產(chǎn)出”的角度對(duì)長株潭城市群公路網(wǎng)2000～2012年的運(yùn)輸效率進(jìn)行縱向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)。建立以基礎(chǔ)設(shè)施投入、運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)和資產(chǎn)投入為輸入，以運(yùn)輸效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益為輸出的五大運(yùn)輸效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且細(xì)分為15個(gè)二級(jí)指標(biāo)。采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)量化分析城市群公路網(wǎng)資源的投入產(chǎn)出綜合效率，技術(shù)效率，規(guī)模效率及投入冗余產(chǎn)出不足情況，從而檢驗(yàn)區(qū)域公路網(wǎng)格局的有效性和合理性。
關(guān)鍵詞：城市群；運(yùn)輸效率；DEA模型
長株潭城市群公路網(wǎng)承載了長株潭城市群改革開放、經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)所引發(fā)的巨大運(yùn)輸需求，它作為綜合運(yùn)輸網(wǎng)的重要組成部分，扮演著城市群城市之間人力、資金、技術(shù)、信息、資源等方面的交流和優(yōu)化配置的角色，對(duì)長沙、株洲、湘潭的城市發(fā)展和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的一體化發(fā)揮著極其重要的促進(jìn)和紐帶作用。城市群公路網(wǎng)運(yùn)輸效率是衡量整個(gè)城市群公路交通系統(tǒng)總體運(yùn)行效率的綜合指標(biāo)，能夠反映區(qū)域性路網(wǎng)結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)劣、路網(wǎng)格局是否合理以及交通需求是否平衡。傳統(tǒng)的效率評(píng)價(jià)的方法發(fā)展比較成熟，如層次分析法[1]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[2]及可拓學(xué)評(píng)價(jià)法[3]等，但大都依賴人的主觀經(jīng)驗(yàn)缺乏客觀性。近年來，數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)[4-6]受到了廣泛關(guān)注，龍科軍等[6]指出：一個(gè)建設(shè)投入大且服務(wù)水平高的路網(wǎng)不是高效率的路網(wǎng)；道路建設(shè)投入低且服務(wù)水平低的路網(wǎng)也不是高效率的路網(wǎng)；道路建設(shè)投入低且服務(wù)水平高的路網(wǎng)才是高效率的路網(wǎng)?；诖?，本文將從公路網(wǎng)“投入”與“產(chǎn)出”的角度對(duì)長株潭城市群公路網(wǎng)2000～2012年的運(yùn)輸效率進(jìn)行縱向?qū)Ρ龋捎玫湫偷目陀^評(píng)價(jià)方法DEA方法量化公路網(wǎng)資源的投入產(chǎn)出效率，從而檢驗(yàn)公路網(wǎng)格局的有效性和合理性。
1評(píng)價(jià)對(duì)象及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
1.1評(píng)價(jià)對(duì)象
長株潭城市群位于湖南省中東部，包括長沙、株洲和湘潭3市，是湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心增長極。長沙、株洲、湘潭3市沿湘江呈“品”字形分布，兩兩相距不足40 km，結(jié)構(gòu)緊湊，如圖1所示。長沙市為湖南省省會(huì)，土地面積1.18 km，下轄芙蓉、天心、岳麓、開福、雨花和望城6區(qū)，長沙、寧鄉(xiāng)2縣及瀏陽市。株洲市土地面積1.13 km，市轄天元區(qū)、蘆淞區(qū)、荷塘區(qū)、石峰區(qū)4區(qū)，株洲縣、攸縣、茶陵縣、炎陵縣4縣，代管縣級(jí)醴陵市，此外設(shè)立有云龍示范區(qū)。湘潭市總面積5 045 km，下轄雨湖區(qū)、岳塘區(qū)2區(qū)，湘潭縣及湘鄉(xiāng)市、韶山市2縣級(jí)市。
多條高速公路、國道省道在長株潭區(qū)域交匯，構(gòu)成了公路網(wǎng)的主骨架。其中高速公路合計(jì)13條，國道4條，省道15條。高速公路包括京珠高速G4(京港澳高速公路)、平汝高速S11(岳汝高速)、岳臨高速S61(京港澳高速公路復(fù)線湖南段)、長株高速S21、長潭西高速S41、長沙繞城高速G0401和長永高速S20、長瀏高速S30、長沙機(jī)場(chǎng)高速S40、長張高速G5513、滬昆高速G60(上瑞高速，長株潭轄區(qū)內(nèi)為醴潭高速和潭邵高速)、韶山高速S01、炎睦高速S90。國道包括貫穿南北的G106和G107以及橫貫東西的G319和G320。
1.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
本文數(shù)據(jù)來源于2000～2012年《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《運(yùn)輸局統(tǒng)計(jì)年鑒》、長沙市、株洲市以及湘潭市“經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)”。數(shù)據(jù)主要包括面積、路網(wǎng)長度、客運(yùn)周轉(zhuǎn)量、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量、完成投資額、人均GDP、地均GDP、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)生產(chǎn)總值、樞紐站個(gè)數(shù)等。
對(duì)2000～2012年長株潭城市群客運(yùn)周轉(zhuǎn)量、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量、路網(wǎng)長度以及地均路網(wǎng)密度進(jìn)行對(duì)比，由圖2可知長株潭城市群客貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量逐年增加，其中客運(yùn)周轉(zhuǎn)量增長較為平穩(wěn)，貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量2007之前增長幅度較小，而2007之后增長幅度加大。公路長度與地均路網(wǎng)密度增長較快，表明長株潭城市群路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，2006年起公路長度顯著增加原因是2006起數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程中將村道包含進(jìn)等外公路中。此外，2010年公路長度與地均路網(wǎng)密度比2009年也有明顯增加。
圖1 長株潭城市群Fig.1 Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration
2數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)
DEA模型是以相對(duì)效率為基礎(chǔ)，使用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法評(píng)價(jià)具有多個(gè)輸入與多個(gè)輸出的決策單元(Decision Making Unit，DMU)之間相對(duì)有效性的方法，決策單元是效率評(píng)價(jià)的對(duì)象，可以理解為具有一定投入，得到一定產(chǎn)出的實(shí)體。在本文中決策單元為2000年～2012年的13個(gè)年份。DEA模型用線性規(guī)劃的方法確定出一個(gè)生產(chǎn)前沿面，通過綜合比較各DMU偏離生產(chǎn)前沿面的程度得出各DMU的相對(duì)效率。
最早的DEA模型是CCR模型，1978年由著名的運(yùn)籌學(xué)家Charnes等首先提出[7]，1984年Banker等又提出了BCC模型[8]。與CCR模型不同的是，BCC模型基于可變規(guī)模收益模式(Variable Returns to Scale, VRS)，研究受規(guī)模效率影響下的效率，屬于純技術(shù)效率。而CCR模型研究的是規(guī)模收益不變的情況下(規(guī)模有效)的效率，即假定產(chǎn)出增加的比例等于投入增加的比例，而這在很多情況下是不能滿足的。
圖2 2000～2012年長株潭城市群各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比圖Fig.2 Indices comparison of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan agglomeration from 2000 to 2012
設(shè)有n個(gè)決策單元DMUj(1≤j≤n)，每個(gè)決策單元有m種輸入指標(biāo)與s種輸出指標(biāo)。 xij(i=1,2,…,m)表示第j個(gè)DMU對(duì)應(yīng)的第i個(gè)輸入指標(biāo)值，且xij>0；yrj(r=1,2,…,s)表示第j個(gè)DMU對(duì)應(yīng)的第r個(gè)輸出指標(biāo)值，且yrj>0。輸入與輸出向量表示為：
輸入指標(biāo)的權(quán)重為V=(v1,v2,…,vm)T，輸出指標(biāo)的權(quán)重為U=(u1,u2,…,us)T。
DEA模型通過加權(quán)總輸出與加權(quán)總輸入的比重來衡量每個(gè)決策單元的相對(duì)效率，稱為效率評(píng)價(jià)指數(shù)，即：
則CCR模型可表示為：
(1)
(2)
求解上述模型，得到θ*，λ*，s+和s-。
1)若θ*=1則該決策單元為DEA有效，表明該評(píng)價(jià)單元效率非常高，在投入的基礎(chǔ)上達(dá)到了最優(yōu)的產(chǎn)出；反之若θ*≠1該決策單元為DEA無效，產(chǎn)出投入水平?jīng)]有達(dá)到最優(yōu)。
2)s+表示產(chǎn)出不足，s-表示投入冗余，反映了決策單元投入產(chǎn)出與目標(biāo)值的差距。決策單元產(chǎn)出可由原始產(chǎn)出y0調(diào)整為y0+s+，投入可由x0調(diào)整為θx0+s-。
4)CCR模型在規(guī)模收益不變(規(guī)模有效)的前提下考察效率θ，得到的是綜合效率；BCC模型在規(guī)模收益可變的前提下考察效率θt,允許技術(shù)效率的計(jì)算不受規(guī)模效率的影響，得到的是純技術(shù)效率[9]。因此規(guī)模效率為θs=θ/θt，即規(guī)模效率=綜合效率/純技術(shù)效率。
3公路網(wǎng)運(yùn)輸效率評(píng)價(jià)指標(biāo)
3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
3.2數(shù)據(jù)預(yù)處理
采用層次分析法得出每個(gè)二級(jí)指標(biāo)占所在一級(jí)指標(biāo)中的權(quán)重，首先構(gòu)造出兩兩比較判斷矩陣，并求得各矩陣行平均值，歸一化后即得到各二級(jí)指標(biāo)占一級(jí)指標(biāo)權(quán)重，并且各判斷矩陣通過了相對(duì)一致性檢驗(yàn)，權(quán)重結(jié)果如表1所示。為了消除量綱不同帶來的影響，通過功效系數(shù)法將各決策單元二級(jí)指標(biāo)值無量綱化處理，如式(3)。加權(quán)后得到各決策單元的一級(jí)指標(biāo)值，見表2。
(3)
4結(jié)果分析
選取2000-2012年共13個(gè)年度的長株潭城市群公路網(wǎng)作為評(píng)價(jià)的決策單元，通過數(shù)據(jù)包絡(luò)分析軟件Deap 2.1計(jì)算得到CCR模型與BCC模型的效率值，表3所示為2000～2012年各年的綜合效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率及CCR模型的∑λ，表4所示為CCR模型得到的投入產(chǎn)出的實(shí)際值與目標(biāo)值的差距。綜合效率是對(duì)決策單元技術(shù)效率和規(guī)模效率的綜合評(píng)價(jià)，只有技術(shù)效率和規(guī)模效率都有效時(shí)，綜合效率才能有效，技術(shù)有效是指產(chǎn)出相對(duì)于投入而言已達(dá)到最大，規(guī)模有效是指投入的規(guī)模既不偏大也不偏小，處于規(guī)模收益不變的最佳狀態(tài)。
由表3可知，2000～2005年的綜合效率小于1，為非DEA有效。其規(guī)模效率小于1，但是純技術(shù)效率等于1，說明2000～2005年未達(dá)到綜合有效的根本原因在于其規(guī)模無效，即運(yùn)營的規(guī)模未達(dá)到最佳，投入資源總量不足。根據(jù)規(guī)模收益遞增可知，在這段時(shí)期增加適當(dāng)?shù)耐度肟梢缘玫礁弑壤漠a(chǎn)出，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，2000～2005年綜合效率和規(guī)模效率都在逐年遞增，說明這幾年加大投入獲得了一定的成效。
2006年，2007年和2009年綜合效率小于1，處于非DEA有效狀態(tài)。其純技術(shù)效率與規(guī)模效率都小于1，說明這3年投入的資源沒有得到充分的利用，并且投入規(guī)模不是最佳，從規(guī)模收益趨勢(shì)上看，這3年增加資源投入可以提高綜合效率。
2008年，2010年，2011年和2012年的綜合效率均為1，且純技術(shù)效率與規(guī)模效率都為1，說明這幾個(gè)決策單元DEA有效，投入資源總量合理，資源利用率也較高，各個(gè)生產(chǎn)要素的組合已經(jīng)達(dá)到了最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)了最好的效益。
表1 公路網(wǎng)運(yùn)輸效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
表2 數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果
表3 各決策單元效率值
表4 各決策單元投入產(chǎn)出的實(shí)際值與目標(biāo)值的差距
由表4可知，2000～2005年都存在不同程度的投入冗余與產(chǎn)出不足現(xiàn)象，投入問題主要體現(xiàn)在運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)不合理，2000年、2003年、2004年及2005年產(chǎn)出不足主要體現(xiàn)為運(yùn)輸效益不夠，2001年體現(xiàn)為產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益不足。2006年與2007年表現(xiàn)為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入冗余，運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)不夠合理，另外2009年也表現(xiàn)了運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)不合理的問題。在產(chǎn)出不足方面，2006年體現(xiàn)出運(yùn)輸效益方面的產(chǎn)出不足，2007年社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出不足。綜合來看，運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)不夠合理是影響運(yùn)輸效益最主要的原因，因此需要進(jìn)一步調(diào)整路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加路網(wǎng)長度，提高路網(wǎng)的銜接度。
2008年，2010年，2011年和2012年這4年投入產(chǎn)出的實(shí)際值與目標(biāo)值不存在顯著差距。說明這幾年長株潭城市群公路網(wǎng)在基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)，資產(chǎn)投入3個(gè)方面的投入規(guī)模達(dá)到了較優(yōu)狀態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸通道效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面的產(chǎn)出最大化，各種資源都得到了充分的運(yùn)用。
5結(jié)論
1)2000年～2005年長株潭城市群公路網(wǎng)一直在不斷加大基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸通道建設(shè)、資產(chǎn)投入三大資源的投入力度，如機(jī)場(chǎng)高速、繞城高速南段與西段、臨長高速、潭邵高速都在這段時(shí)間建成通車。這期間的投入保持著較好的產(chǎn)出效率，成功地將投入轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸通道效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，這一階段影響效率的主要因素為投入規(guī)模，因此擴(kuò)大路網(wǎng)規(guī)模，增加資源投入能有效提高運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也應(yīng)該注意運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)的完善。
2)2006年、2007年和2009年長株潭城市群公路網(wǎng)投入轉(zhuǎn)化為產(chǎn)出的效率不高，也存在的投入冗余與產(chǎn)出不足現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為基礎(chǔ)設(shè)施投入冗余，通道結(jié)構(gòu)不夠合理，從而影響了交通運(yùn)輸?shù)恼w效率。因此，應(yīng)該嚴(yán)格控制交通樞紐的建設(shè)數(shù)量，著重提高投入要素的利用率，注重完善交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高路網(wǎng)銜接度。
3)2008年、2010～2012年這4年城市群公路網(wǎng)發(fā)展較為完善。基礎(chǔ)設(shè)施投入、運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)與資產(chǎn)投入都獲得了較好的運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)效益，投入規(guī)模也達(dá)到了最佳狀態(tài)，不存在投入冗余與產(chǎn)出不足現(xiàn)象。因此，今后發(fā)展中應(yīng)該注重保持各種投入要素之間的比例結(jié)構(gòu)，挖掘現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施能力以完善交通公路網(wǎng)，提高交通基礎(chǔ)設(shè)施等級(jí)，促進(jìn)各種運(yùn)輸方式協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展。
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(編輯陽麗霞)
Evaluating transport efficiency of road network in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration
DENG Qichun1，LI Meng2，ZHENG Liang2，HUANG Helai2
(1. Hunan Communications Research Institute, Changsha 410015，China;2. School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)
Abstract：From the perspective of input and output, this study compares the transport efficiency for the road network during 2000 to 2012 in Changsha-Zhuzhou-XiangTan urban agglomeration. Five indexes including infrastructure investment, transport corridor structure, asset investments, transport profit and social economic benefits were considered and further subdivided into 15 second-class indexes, among which the first three are input indexes and the last two are output indexes. Data Envelopment Analysis (DEA) was developed to quantify the comprehensive efficiency, technical efficiency, scale efficiency, input redundancy and output insufficient of urban road network resources, so as to verify the validity and rationality of regional road network structure.
Key words：urban agglomeration; transportation efficiency; DEA method
中圖分類號(hào)：U491.1
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1672-7029(2016)02-0388-06
通訊作者：黃合來(1979-)，男，湖南湘潭人，教授，博士，從事交通安全、交通規(guī)劃和智能交通系統(tǒng)的研究；E-mail:huanghelai@csu.edu.cn
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71371192)；西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(20113187851460)
收稿日期：2015-07-10
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