港口與運(yùn)輸方式及陸港聯(lián)合選擇的巢式Logit模型

蔣曉丹，范厚明*，張琰雪，陳志蔚

(1.大連海事大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧大連116026；2.廣州中遠(yuǎn)海運(yùn)船務(wù)代理有限公司片區(qū)船務(wù)部，廣州510000；3.寧波港船務(wù)貨運(yùn)代理有限公司北侖分公司，浙江寧波315800)

0 引 言

近年港口建設(shè)陸港發(fā)展鐵路運(yùn)輸，緩解公路運(yùn)輸擁擠，降低環(huán)境污染.托運(yùn)人的港口腹地運(yùn)輸鏈選擇是基于整個(gè)鏈上節(jié)點(diǎn)及路徑的服務(wù)水平，受港口、運(yùn)輸方式、陸港的共同影響.陸港的建設(shè)將改變公路和鐵路的貨流分擔(dān)率，同時(shí)集疏運(yùn)服務(wù)水平改變也影響臨近港口在共同腹地吸引的貨流量.分析港口、運(yùn)輸方式及陸港聯(lián)合選擇行為的影響因素，比較不同模型對選擇的擬合程度，可更好地預(yù)測貨運(yùn)選擇行為.因此，研究港口、運(yùn)輸方式及陸港的聯(lián)合選擇行為具有重要的理論與實(shí)用價(jià)值.

目前有較多文獻(xiàn)對港口或運(yùn)輸方式選擇進(jìn)行單獨(dú)研究.港口選擇方面，Tongzon[1]認(rèn)為貨代選擇港口的主要因素包括效率、班輪頻率、設(shè)施和位置.Wanke等[2]采用模糊推理結(jié)合社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法分析貨主和航運(yùn)公司的港口選擇，認(rèn)為到港距離是主要因素.運(yùn)輸方式選擇方面，張戎等[3]采用混合Logit模型分析公路和鐵路選擇，認(rèn)為時(shí)間和成本是關(guān)鍵因素.Larranaga等[4]構(gòu)建MNL及混合Logit模型研究運(yùn)輸方式選擇，認(rèn)為運(yùn)輸時(shí)間和成本是主要因素.Wang等[5]采用只考慮運(yùn)輸價(jià)格和時(shí)間的巢式Logit模型結(jié)合固定點(diǎn)等式描述多式聯(lián)運(yùn)經(jīng)營人的運(yùn)輸路徑選擇.陸港選擇研究較少，楊超凡[6]用營業(yè)收入、貨物吞吐量、固定資產(chǎn)投資、進(jìn)出口貿(mào)易、內(nèi)外資引進(jìn)及城市經(jīng)濟(jì)體現(xiàn)陸港引力.部分文獻(xiàn)在港口、運(yùn)輸方式、陸港中選擇兩者進(jìn)行研究.Teye等[7]采用基于成本的MNL模型描述貨主對運(yùn)輸方式及陸港的選擇.Nugroho等[8]采用巢式、混合式及混合巢式Logit模型研究貨主和貨代對港口和運(yùn)輸方式的選擇.

總結(jié)發(fā)現(xiàn)，目前缺乏對陸港選擇行為的研究，已有研究只考慮成本因素，然而忽視其他因素會(huì)使模型的解釋能力下降；此外，鮮有對港口、運(yùn)輸方式、陸港三者聯(lián)合選擇行為的研究.本文以港口、運(yùn)輸方式、陸港的聯(lián)合選擇為研究對象，運(yùn)用巢式Logit(Nested Logit，NL)模型對選擇行為影響因素進(jìn)行分析.聯(lián)合RP(Revealed Preference)及SP(Stated Preference)調(diào)查收集港口腹地運(yùn)輸鏈選擇行為數(shù)據(jù)，采用正交設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)調(diào)查問卷.采集遼寧部分城市貨物運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)數(shù)據(jù)，估計(jì)模型參數(shù)，對比NL模型和傳統(tǒng)MNL(Multinomial Logit)模型的擬合效果.根據(jù)結(jié)果提出發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)的相關(guān)建議.

1 港口與運(yùn)輸方式及陸港聯(lián)合選擇NL模型構(gòu)建

NL模型改進(jìn)了MNL模型，它接受備選項(xiàng)間的相關(guān)關(guān)系，并據(jù)此建立樹形結(jié)構(gòu).從頂端選項(xiàng)全集開始，將相近選項(xiàng)放入第二層巢層.巢內(nèi)選項(xiàng)存在相關(guān)性，不同巢選項(xiàng)保持獨(dú)立.

1.1 NL模型結(jié)構(gòu)

托運(yùn)人的決策包括2個(gè)層次，先選港口d，后選運(yùn)輸路徑dr，其中運(yùn)輸路徑可選方式包括公路運(yùn)輸及公鐵聯(lián)運(yùn)，不同公鐵聯(lián)運(yùn)路徑經(jīng)不同陸港.據(jù)此建立NL模型，結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 NL模型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 NL model structure

1.2 選擇概率及效用函數(shù)

根據(jù)NL模型理論，決策者n選擇港口—運(yùn)輸路徑dr的概率Pn(dr) 為

式中：Pn(r|d)是n選d港條件下選路徑dr的概率；Pn(d)是n選d港的概率.

概率具體計(jì)算公式為

式中：V(r|d)n是n選路徑dr的系統(tǒng)效用；Nd為d港的運(yùn)輸路徑巢；λ1是只考慮下層效用概率項(xiàng)方差對應(yīng)的參數(shù)，通常取值為1；Vdn是n選d港的系統(tǒng)效用；λ2是同時(shí)考慮上下層效用概率項(xiàng)方差對應(yīng)的參數(shù)，，若λ2為1退化為MNL模型.

各效用計(jì)算公式為

式中：Xkn是n認(rèn)為的屬性k值；βk是k屬性系數(shù)；k1是下層屬性個(gè)數(shù)；k2是上層屬性個(gè)數(shù)；是Nd包含運(yùn)輸路徑對n選d港的影響變量；Udrn是n選dr的效用；ε(r|d)n是n選d港條件下選路徑dr效用的概率項(xiàng)，服從均值為0，方差為的二重指數(shù)分布；εdn是n選d港效用的概率項(xiàng)，服從均值為0，方差為的二重指數(shù)分布.

2 聯(lián)合選擇因素分析及問卷設(shè)計(jì)

2.1 屬性因素分析

梳理文獻(xiàn)總結(jié)出52個(gè)因素，與港口、貨代公司專家討論對因素進(jìn)行補(bǔ)充，篩選9個(gè)主要屬性因素，如表1所示.港口對多式聯(lián)運(yùn)給予的收費(fèi)優(yōu)惠與內(nèi)陸運(yùn)輸相關(guān)，放入運(yùn)輸成本.多式聯(lián)運(yùn)可在陸港報(bào)關(guān)，將公路在港報(bào)關(guān)時(shí)間和多式聯(lián)運(yùn)陸港報(bào)關(guān)時(shí)間納入運(yùn)輸及通關(guān)時(shí)間屬性.將陸港服務(wù)費(fèi)、陸港生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間分別納入運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時(shí)間屬性，將陸港服務(wù)作為多式聯(lián)運(yùn)特有屬性.

表1 效用函數(shù)屬性因素及量化Table 1 Attributes used in this research

2.2 RP/SP聯(lián)合的數(shù)據(jù)收集及問卷設(shè)計(jì)

非集計(jì)模型數(shù)據(jù)調(diào)查法包括RP和SP.RP調(diào)查了解已發(fā)生行為的選擇結(jié)果及條件，可靠性較高.但RP調(diào)查通常是顯在數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)過少且難以獲得、選擇及替代方案信息模糊、僅利用RP數(shù)據(jù)標(biāo)定參數(shù)可造成屬性水平值受限等問題.SP調(diào)查是受訪者根據(jù)自身?xiàng)l件回答設(shè)定試驗(yàn)狀況下的選擇行為.與RP調(diào)查相比，SP調(diào)查有數(shù)據(jù)可操作性、數(shù)據(jù)誤差可調(diào)節(jié)、選擇方案集合明確的優(yōu)點(diǎn).

由于部分RP數(shù)據(jù)難以獲得，本文聯(lián)合RP/SP收集數(shù)據(jù).RP調(diào)查獲得貨物價(jià)值和單次運(yùn)量數(shù)據(jù)，其他屬性設(shè)定水平值后經(jīng)SP調(diào)查獲取選擇行為.

選擇行為調(diào)查問卷設(shè)計(jì)，一方面要盡量多地獲得選擇偏好信息，另一方面要考慮被調(diào)查者的配合性.為合理減少問卷選擇情景數(shù)量，采用部分因子正交設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)問卷.正交設(shè)計(jì)是試驗(yàn)設(shè)計(jì)的主流方法，它的優(yōu)點(diǎn)包括：屬性水平值合理均勻分布，不需進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，計(jì)算精度高，可找出主要因素，屬性因素及水平值越多，正交設(shè)計(jì)作用越大.

若一個(gè)試驗(yàn)滿足屬性水平值平衡(所有屬性水平值出現(xiàn)次數(shù)均等)且所有參數(shù)估計(jì)相互獨(dú)立，則是正交試驗(yàn).正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)下任意兩個(gè)屬性水平值不相關(guān)，如式(10)所示.

式中：j1和j2表示屬性j的兩個(gè)水平值；l1和l2表示屬性l的兩個(gè)水平值；S表示屬性j和屬性l水平值乘積的數(shù)量.

3 模型應(yīng)用及結(jié)果分析

將NL模型應(yīng)用于遼寧省部分城市貨物出口的港口、運(yùn)輸方式與陸港的聯(lián)合選擇，并對比MNL模型.

3.1 選擇方案及屬性水平設(shè)置

截至2018年2月，遼寧貨物海運(yùn)出口主要通過大連港及營口港.大連港和營口港分別在沈陽建立陸港，開通直達(dá)港口的班列服務(wù).沈陽以南城市公鐵聯(lián)運(yùn)成本遠(yuǎn)超公路運(yùn)輸成本，主要用公路方式運(yùn)至港口，因此本文以沈陽、撫順、鐵嶺為起點(diǎn)，以大連港和營口港為備選港，考慮公路及公鐵聯(lián)運(yùn)方式，其中公鐵聯(lián)運(yùn)涉及陸港包括大連沈陽陸港、營口沈陽陸港，港口及運(yùn)輸路徑選擇及編號(hào)如表2所示，位置如圖2所示.

表2 港口及內(nèi)陸運(yùn)輸選擇方案Table 2 Alternatives for seaport,inland mode and dry port

為避免方案出現(xiàn)主導(dǎo)性優(yōu)勢，參照20尺集裝箱運(yùn)輸相關(guān)實(shí)際數(shù)據(jù)調(diào)整屬性水平值，結(jié)果如表3所示.

圖2 起運(yùn)地陸港港口位置圖Fig.2 Locations of the origins,dry ports and seaports

表3 屬性水平值設(shè)置Table 3 Attributes levels

3.2 參數(shù)估計(jì)及結(jié)果分析

采用SPSS正交設(shè)計(jì)生成27個(gè)選擇情景，將每份調(diào)查問卷的選擇情景分為3部分，分由3人填寫.調(diào)查于2018年3月12～25日進(jìn)行，通過訪談、電話、網(wǎng)絡(luò)問卷、郵件等方式對貨主及貨代公司共計(jì)165位受訪者發(fā)放問卷.將表1屬性變量分別帶入NL模型及MNL模型，運(yùn)用BIOGEME2.6a軟件編程，采用極大似然法估計(jì)參數(shù).

NL模型首先估計(jì)下層參數(shù)，以營口公路運(yùn)輸為參照，其他運(yùn)輸路徑與其對比.之后將下層作為上層選擇的影響因素，以營口港為參照，大連港與其對比.由于多式聯(lián)運(yùn)比公路運(yùn)輸多了陸港服務(wù)屬性，因此分別確定兩種運(yùn)輸方式的屬性系數(shù)值.MNL模型以營口公路運(yùn)輸為參照，其他選擇方案與之對比.

經(jīng)過多次計(jì)算，去掉t檢驗(yàn)值低于1.65的變量，最終得出NL模型及MNL模型的參數(shù)估計(jì)結(jié)果如表4所示.

表4 參數(shù)估計(jì)結(jié)果Table 4 Estimation results of nested logit model and multinomial logit model

由表4可知，NL模型的似然函數(shù)值(Final log likelihood)和McFadden系數(shù)值(Rho-square)均高于MNL模型.兩者的McFadden系數(shù)值均超0.2，說明模型解釋能力較強(qiáng)，但NL模型精度更高.NL模型異質(zhì)參數(shù)λ2為0.92，表明公路運(yùn)輸和多式聯(lián)運(yùn)具有一定相關(guān)性，NL模型具有合理的階層結(jié)構(gòu).

NL模型及MNL的計(jì)算結(jié)果表明：

(1)港口收費(fèi)、等待時(shí)間、運(yùn)輸成本、運(yùn)輸及通關(guān)時(shí)間系數(shù)為負(fù)，表示這些屬性值增加會(huì)降低效用.班輪頻率、準(zhǔn)班率、陸港服務(wù)系數(shù)為正，表示這些屬性值增加會(huì)增加效用.

(2)公路及多式聯(lián)運(yùn)對貨物價(jià)值檢驗(yàn)結(jié)果均不顯著.

(3)低運(yùn)量會(huì)增加公路運(yùn)輸效用，即單次運(yùn)量較小時(shí)托運(yùn)人更傾向公路運(yùn)輸.

(4)托運(yùn)人對多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸成本、運(yùn)輸及通關(guān)時(shí)間比公路運(yùn)輸?shù)母匾?

(5)托運(yùn)人對公路運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)班率比多式聯(lián)運(yùn)的更重視.

(6)陸港服務(wù)對多式聯(lián)運(yùn)具有顯著正向影響.

其中對于(4)，托運(yùn)人選多式聯(lián)運(yùn)而非公路運(yùn)輸主要是看重其規(guī)模經(jīng)濟(jì)帶來的成本降低，因此對多式聯(lián)運(yùn)成本、特別是與公路運(yùn)輸?shù)某杀静钪捣浅Ｖ匾?此外，是否滿足貨物運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間要求也是能否使用多式聯(lián)運(yùn)的前提.班列比公路運(yùn)輸在途時(shí)間更長，增加陸港轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，但在陸港報(bào)關(guān)比公路運(yùn)輸在港報(bào)關(guān)又可能節(jié)約時(shí)間，因此運(yùn)輸及通關(guān)時(shí)間對能否選多式聯(lián)運(yùn)具重要影響.對于(5)，班列的時(shí)間可靠性是托運(yùn)人選多式聯(lián)運(yùn)的關(guān)鍵因素，特別高價(jià)值貨物、準(zhǔn)時(shí)制(Just-in-time)生產(chǎn)及零庫存的貨主.班列時(shí)間可靠性較強(qiáng)，但公路運(yùn)輸易受天氣、司機(jī)、路況、擁堵等影響，難以保證運(yùn)輸時(shí)間，因此托運(yùn)人對公路運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)班率更重視.

為發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)提出以下建議：針對單次運(yùn)量較大貨物，港口可給予公鐵聯(lián)運(yùn)補(bǔ)貼，鐵路公司可給予運(yùn)價(jià)優(yōu)惠，同時(shí)增強(qiáng)鐵路運(yùn)價(jià)穩(wěn)定性，形成對公路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)價(jià)優(yōu)勢；縮短班列到港運(yùn)輸時(shí)間，保持班列時(shí)間穩(wěn)定性，提升陸港生產(chǎn)作業(yè)效率，加強(qiáng)陸港與港口的通關(guān)協(xié)作并縮短通關(guān)時(shí)間，減少在港等待時(shí)間；增強(qiáng)陸港對船公司的吸引力從而增加船公司在陸港空箱投放，提升陸港應(yīng)急服務(wù)水平確保貨物可在截關(guān)前到港.

4 結(jié)論

基于遼寧部分城市的RP/SP調(diào)查數(shù)據(jù)，采用巢式Logit模型及MNL模型對貨主及貨代港口、運(yùn)輸方式及陸港的聯(lián)合選擇行為進(jìn)行研究，定量計(jì)算各因素影響程度，得出如下結(jié)論：

(1)港口、運(yùn)輸方式及陸港的聯(lián)合選擇行為受港口收費(fèi)、在港等待時(shí)間、班輪頻率、單次運(yùn)量、運(yùn)輸成本、運(yùn)輸及通關(guān)時(shí)間、準(zhǔn)班率、陸港服務(wù)影響.托運(yùn)人對多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸成本、運(yùn)輸及通關(guān)時(shí)間比公路運(yùn)輸?shù)母匾?，對公路運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)班率比多式聯(lián)運(yùn)更重視.單次運(yùn)量較小時(shí)傾向選公路運(yùn)輸.為發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)，港口可針對單次運(yùn)量較大的貨物提供費(fèi)用優(yōu)惠及補(bǔ)貼、縮短班列時(shí)間、提升陸港生產(chǎn)作業(yè)效率及通關(guān)效率、提升陸港服務(wù)水平.

(2)巢式Logit模型考慮運(yùn)輸方式及陸港選擇與港口選擇的關(guān)聯(lián)性，比MNL模型具有更高的預(yù)測精度，可作為分析多維選擇問題的工具.

未來可通過大數(shù)據(jù)方法結(jié)合其他數(shù)學(xué)模型，挖掘更多影響選擇行為的要素.