基于斷裂點模型的物流節(jié)點空間吸引范圍劃分研究

王　勇,李康寧,劉　永,林　鷹

(重慶交通大學　經(jīng)濟與管理學院，重慶　400074)

基于斷裂點模型的物流節(jié)點空間吸引范圍劃分研究

王勇,李康寧,劉永,林鷹

(重慶交通大學經(jīng)濟與管理學院，重慶400074)

摘要：基于斷裂點模型和泰森多邊形理論，研究物流節(jié)點空間吸引范圍劃分問題。根據(jù)物流節(jié)點的特性，考慮物流節(jié)點的區(qū)位條件和規(guī)模條件，采用拉開檔次法對斷裂點模型中的“區(qū)位質(zhì)量”和“規(guī)模質(zhì)量”進行重新構建，并在方法中加入了主觀約束條件。然后根據(jù)物流節(jié)點的綜合質(zhì)量來確定斷裂點位置和各節(jié)點吸引范圍的劃分順序，結(jié)合斷裂點位置和泰森多邊形理論區(qū)域劃分方法得到物流節(jié)點區(qū)域劃分圖。最后以重慶主城區(qū)及周邊11區(qū)縣的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和主城區(qū)5大冷鏈物流節(jié)點的實際數(shù)據(jù)為基礎，研究確定各冷鏈物流節(jié)點的空間吸引范圍。實例驗證表明，該方法確定的節(jié)點劃分范圍合理，且與物流節(jié)點的實際服務范圍具有較高的吻合度。

關鍵詞：運輸經(jīng)濟；區(qū)域劃分；斷裂點模型；物流節(jié)點；泰森多邊形

0引言

物流節(jié)點是物流系統(tǒng)的重要組成部分，在現(xiàn)代物流網(wǎng)絡中起著越來越重要的作用。在物流節(jié)點上不僅要完成裝卸搬運，保管等環(huán)節(jié)的運作，也要處理服務范圍內(nèi)的車輛調(diào)度和信息反饋等。因此，確定空間吸引范圍有利于物流節(jié)點整合車輛調(diào)度信息，優(yōu)化車輛路徑，合理安排各環(huán)節(jié)的有效銜接進而提高物流系統(tǒng)的整體運作效率。

目前國內(nèi)外學者對物流行業(yè)空間吸引范圍的研究多集中于區(qū)域、城市層面，如劉荷和王健[1]、侯赟慧等[2]利用引力模型研究了區(qū)域和城市間的經(jīng)濟聯(lián)系強度；楊家其[3]運用引力模型研究了港口腹地劃分問題；韓瑞玲等[4]基于引力模型結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平對東北物流市場分割進行了研究；JI和HE[5]對以港口為節(jié)點的區(qū)域物流與其所在地區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟相互影響、協(xié)調(diào)發(fā)展情況進行了研究；John[6]對兩家知名快遞企業(yè)的網(wǎng)絡結(jié)構進行空間分析和前景預測。通過上述研究可以發(fā)現(xiàn)，對空間吸引力范圍的研究較少涉及物流節(jié)點，并且在確定空間吸引范圍過程中，多應用傳統(tǒng)的空間劃分模型[7]，帶有一定的主觀性且精確度不高。

本文采用斷裂點模型結(jié)合泰森多邊形理論研究了多物流節(jié)點空間吸引力范圍劃分問題。首先運用含有主觀約束條件的拉開檔次法對物流節(jié)點質(zhì)量重新構建，考慮物流節(jié)點的區(qū)位條件和規(guī)模條件，使物流節(jié)點質(zhì)量更具實際意義。其次，運用斷裂點到兩端點距離對泰森多邊形進行加權，確定了物流節(jié)點空間劃分的方法，提高了劃分的精確性。最后由物流節(jié)點質(zhì)量確定的劃分順序并對物流節(jié)點空間吸引范圍進行劃分。

1研究問題闡述

已有物流行業(yè)區(qū)域劃分研究較少涉及物流節(jié)點(物流園區(qū)、物流中心等)這一微觀層面。但從我國整體來看，在城市或區(qū)域內(nèi)還存在著局部物流發(fā)展失衡、物流節(jié)點分布不均和服務水平差異大等現(xiàn)象，進而導致了區(qū)域內(nèi)物流發(fā)展規(guī)劃不銜接、資源整合障礙等問題[8]。在物流網(wǎng)絡中，一般根據(jù)物流節(jié)點的定位功能不同分為主次物流節(jié)點[4-9]要進行分層次研究，而本文研究的是同一層次的物流節(jié)點，不涉及主次關系。其次文中選取的物流節(jié)點分屬于同一經(jīng)濟區(qū)域內(nèi)的不同地區(qū)，由于經(jīng)濟發(fā)展、生產(chǎn)消費流通和交通條件等指標因素的不同，對不同地區(qū)物流節(jié)點發(fā)展的影響程度也有所不同。因此將地區(qū)指標因素對物流節(jié)點的影響加入到物流節(jié)點空間范圍劃分研究中非常有必要。以物流節(jié)點為研究對象，結(jié)合斷裂點模型與泰森多邊形理論對空間范圍進行劃分，如圖1所示。在圖1(a)中，P1，P2，P3表示區(qū)域內(nèi)3個物流節(jié)點位置分布，圖1(b)中R1，R2，R3區(qū)域是應用斷裂點模型與泰森多邊形理論劃分得到的P1，P2，P3的空間吸引范圍。

圖1　物流節(jié)點空間吸引范圍劃分圖Fig.1　Partition diagram of logistics nodes spatial attracting scope

2物流節(jié)點空間吸引力范圍的確定

2.1物流節(jié)點質(zhì)量的確定

地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平?jīng)Q定了地區(qū)物流量的大小，影響區(qū)域物流發(fā)展水平，而物流節(jié)點規(guī)模水平又直接影響其發(fā)展水平和服務范圍，因此，研究不同物流節(jié)點的空間引力范圍就需要考慮地區(qū)物流發(fā)展水平的影響因素和物流節(jié)點的規(guī)模水平。文中物流節(jié)點的“質(zhì)量”由兩部分構成：一是代表物流節(jié)點所處地區(qū)物流發(fā)展水平的“區(qū)位質(zhì)量”；二是代表物流節(jié)點規(guī)模水平的“規(guī)模質(zhì)量”。

2.1.1“區(qū)位質(zhì)量”指標體系構建

根據(jù)指標的可獲取、可比較、定性定量相結(jié)合原則，借鑒相關文獻[10-12]，從經(jīng)濟發(fā)展、生產(chǎn)消費流通、交通條件3個方面構建“區(qū)位質(zhì)量”的指標體系，如表1所示。

表1　“區(qū)位質(zhì)量”評價指標體系

注：文中指標因素主要來源《重慶統(tǒng)計年鑒2014》。

為了確定區(qū)位質(zhì)量，應用主成分分析法對表1中的指標數(shù)據(jù)進行分析。主成分分析法一般選取貢獻率累計達到85%以上的前z個主成分指標進行計算。其中為取得“區(qū)位質(zhì)量”，對各地區(qū)在主成分上的得分進行加權求和，權重由式(1)確定：

(1)

第w個地區(qū)的“區(qū)位質(zhì)量”為：

(2)

式中，j為主成分數(shù)量，取值為(1,2,…,z)；w為地區(qū)數(shù)量，取值為(1,2,…,k)；λj表示第j個主成分的特征根；pwj是指第w個區(qū)域在主成分j上的得分。

2.1.2“規(guī)模質(zhì)量”指標的選取

本文選取物流節(jié)點的面積、入駐商家數(shù)量、從業(yè)人員數(shù)量、庫存容量和庫存租金來構建物流節(jié)點規(guī)模質(zhì)量的指標體系。

首先用公式(3)消除觀測值uij量綱影響

(3)

(4)

2.1.3拉開檔次賦權法確定物流節(jié)點質(zhì)量

拉開檔次法在幾何中解釋為：n個評價指標構成的n維評價空間，m個被評價對象是n維評價空間中的點。根據(jù)n維評價空間構造一個最佳的一維空間，使得各點在一維空間上的投影點最為分散的向量為最優(yōu)解。

y=ω1x1+ω2x2+…+ωnxn=WTX表示極大型評價指標X1,X2,…,Xn的綜合評價函數(shù)。W=(ω1,ω2,…,ωn)T表示n維權系數(shù)向量，X=(x1,x2,…,xn)T表示被評價系統(tǒng)的狀態(tài)向量，xij(i=1,2,…m;j=1,2,…,n)表示第i個評價對象的xj評價指標的觀測值。為了消除不同類型指標之間的不可公度性，將觀測值進行無量綱化處理。郭亞軍等[14]研究表明不同的無量綱處理方法會使得拉開檔次法的評價結(jié)果和效果產(chǎn)生變化。根據(jù)拉開檔次法被評價對象整體差異越大評價效果越好的特點，采用線性比例法進行無量綱化處理轉(zhuǎn)化為標準觀測值，公式如下：

(5)

式中αj為第j評價指標觀測值中的最小值。

(6)

式中，Y為指標評價矩陣，A為指標觀測矩陣。

確定權系數(shù)向量W=(ω1,ω2,…,ωn)T的準則是體現(xiàn)出各個評價對象的最大差異，即使指標的狀態(tài)向量X=(x1,x2,…,xn)T的線性函數(shù)yi的取值的方差或分散 程度盡可能大。因此，m個被評價對象取值構成樣本的方差為：

由此得到：

ms2=WTATAW=WTHW，

(7)

式中，H為A的轉(zhuǎn)置與A乘積得到的實對稱矩陣。

顯然，當對ω不加限定時式(10)可取任意大的值，因此限定WTW=1，W>0可求得權重值。由以上的步驟可看出拉開檔次法是基于“差異驅(qū)動”的賦權方法，應用了客觀的數(shù)學理論與方法，卻沒有考慮評價或決策中發(fā)揮重要作用的評價者主觀信息。而評價者由于經(jīng)驗、知識、偏好等因素不能給出確定的權重值，但卻可以給出權重之間某些模糊或者定性的關系[15](如ωi>ωj,i≠j)將這種關系用函數(shù)表示為：

(8)

將式(7)、(8)以及限定條件結(jié)合起來，得到主觀信息嵌入的權重方程：

(9)

由于考慮規(guī)模質(zhì)量和區(qū)位質(zhì)量兩個指標，本文中n的值設定為2，求得權系數(shù)向量，因此第i物流節(jié)點質(zhì)量為：

(10 )

2.2區(qū)域劃分的確定

斷裂點模型是在引力模型的基礎上演化而來，引力模型中引力的大小由兩研究對象的質(zhì)量和距離決定，與質(zhì)量成正比與距離成反比，而兩研究對象引力達到的平衡點即為斷裂點。其模型如下：

(11)

式中,li,lj分別代表斷裂點到i和j的距離;dij為i和j之間的距離;mi,mj分別代表i和j的質(zhì)量。

泰森多邊形法[16-17]是對空間平面的一種劃分方法，它形成的任意凸多邊形中含有一個發(fā)生點Pi，任意內(nèi)點到該凸多邊形發(fā)生點Pi的距離都小于該點到其他任何發(fā)生點Pj的距離，而這些發(fā)生點就叫泰森多邊形的發(fā)生元。而到相鄰兩發(fā)生元距離相等的點構成的圖形為泰森多邊形，即相鄰兩發(fā)生元連線的垂直平分線圍成的圖形。

(12)

式中，Pi為二維空間V上的點集合，i=1,2,…,n；x是空間上的點；d(x,Pi)為點x到Pi的距離函數(shù)。

(13)

3方法應用

選取重慶主城區(qū)及其周邊區(qū)域范圍內(nèi)的5個冷鏈物流節(jié)點進行空間吸引范圍劃分研究。5個冷鏈物流節(jié)點分別為九龍坡、大渡口區(qū)、南岸區(qū)、渝中區(qū)和江北區(qū)的西部農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中心。重慶萬噸凍品交易市場、渝南凍品交易市場、菜園壩農(nóng)副產(chǎn)品配送中心和觀農(nóng)貿(mào)萬戈冷凍品批發(fā)市場，分別用P1，P2，P3，P4，P5表示。其在重慶市的分布如圖2所示。

圖2　重慶市主要冷鏈物流節(jié)點分布圖Fig.2　Distribution of main cold chain logistics nodes in Chongqing

以2014年重慶主城區(qū)及其周邊11個區(qū)縣城市的數(shù)據(jù)資料作為基礎，應用主成分分析方法，對11個區(qū)縣的綜合得分進行判定。輸出表2為特征根統(tǒng)計表，表示主成分的貢獻率；表3為主成分載荷表，表示主成分變量對相應原變量的相對重要程度。由表2可以看出:3個主成分的貢獻率分別為48.894%，30.405%，10.862%，累計方差貢獻率為90.161>85%，即可用這3個主成分代替原來12個經(jīng)濟指標。由表3可以看出，第一主成分載荷最大的是公路里程數(shù)；第二主成分主要有GDP。

表2　特征根統(tǒng)計表

表3　主成分因子載荷表

計算各區(qū)縣在3個主成分上得分，并按各主成分的貢獻率，將特征根λ的值代入式(1)，計算3個主成分的權重為(0.518，0.355,0.127)，然后用式(2)結(jié)合表2與各地區(qū)在主成分上得分計算綜合評價值。為保證物流質(zhì)量為正值，將總得分線性平移2個單位，得到區(qū)位質(zhì)量得分值[1]，如表4所示。

表4　各區(qū)縣 “區(qū)位質(zhì)量”表

結(jié)合冷鏈物流節(jié)點特點，選取面積(萬平方米)、入駐商家數(shù)量(個)、從業(yè)人員數(shù)量(個)、冷庫容量(萬噸)和冷庫月租金(元/平方米)來構建物流節(jié)點規(guī)模質(zhì)量的指標體系，指標數(shù)據(jù)值如表5所示。

表5　冷鏈物流節(jié)點評價指標原始數(shù)據(jù)表

由于各指標的量綱不同，需要對原始數(shù)據(jù)結(jié)合式(4)進行標準化處理來消除量綱影響[18]，然后根據(jù)德爾菲法，確定各指標權重為(0.2,0.12,0.18,0.21,0.29)，最后根據(jù)式(5)求得物流節(jié)點規(guī)模質(zhì)量，如表6所示。

表6　冷鏈物流節(jié)點“規(guī)模質(zhì)量”表

3.1.3冷鏈物流節(jié)點質(zhì)量的確定

表7　冷鏈物流節(jié)點質(zhì)量表

3.2冷鏈物流節(jié)點空間吸引范圍確定

首先確定冷鏈物流節(jié)點之間的直線距離dij，根據(jù)圖1所示冷鏈物流節(jié)點的具體分布，測得各節(jié)點之間的距離。然后將表7中物流節(jié)點的質(zhì)量mi和dij距離帶入式(11)，可得出5個冷鏈物流節(jié)點的斷裂點位置。最后按照物流節(jié)點的質(zhì)量大小進行排序為：p1,p2,p3,p5,p4，并根據(jù)式(13)確定劃分順序，如表8所示。

應用表8中數(shù)據(jù)對物流節(jié)點的空間吸引范圍進行劃分，如圖3所示。圖中R1,R2,R3,R4,R5分別表示物流節(jié)點p1,p2,p3,p4,p5的空間吸引范圍。

圖3　重慶市主要冷鏈物流節(jié)點空間吸引范圍劃分圖Fig.3　Spatial attracting scope partition figure of main cold chain logistics nodes in Chongqing

圖3即為重慶市主城區(qū)五大冷鏈物流節(jié)點的區(qū)域劃分范圍，通過實地調(diào)研，該劃分范圍與上述五大物流節(jié)點的實際服務范圍具有較高的吻合度。該方法也可用于類似物流節(jié)點的區(qū)域范圍劃分中。

4結(jié)論

運用斷裂點模型結(jié)合泰森多邊形理論確定合理的空間劃分方法，并基于節(jié)點質(zhì)量大小確定空間劃分順序，使結(jié)果更加精確，與實際有較高的吻合度。這為解決類似物流節(jié)點的空間吸引范圍劃分問題提供了借鑒。同時，可以在空間吸引范圍劃分和區(qū)域利益最大化的基礎上，對區(qū)域內(nèi)物流節(jié)點進行整體規(guī)劃，整合區(qū)域供應鏈、均衡區(qū)域物流發(fā)展，提高區(qū)域競爭力。

表8　冷鏈物流節(jié)點空間吸引范圍劃分表

注：表中斷裂點位置是指斷裂點到(pi,pj)中點pi的距離。

通過研究可知物流節(jié)點自身規(guī)模水平對其空間吸引力的影響比區(qū)位條件更大。因此加強冷鏈物流節(jié)點自身基礎設施建設，提高服務水平，更有利于增大空間吸引范圍，在區(qū)域競爭中占取更大的市場份額、獲取有利市場地位。

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Study on Logistics Nodes Spatial Attracting Scope Partition Based on Breakpoint Model

WANG Yong,LI Kang-ning,LIU Yong,LIN Ying

(School of Economics and Management, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

Abstract：Based on the breakpoint model and the theory of Thiessen polygon, the spatial attracting scope partition problem of logistics nodes is studied. According to the characteristics of logistics nodes, considering the locational conditions and the scale conditions, the “l(fā)ocation quality” and “scale quality” in the breakpoint model are rebuilt by using scatter degree method, and the subjective constraints are added. Then, the location of breaking point and the partition order of nodes’ attracting scope are determined according to the logistics nodes’ comprehensive quality, and the region partition diagram of logistics nodes is obtained based on the breakpoint location and Thiessen polygon region partition method. Finally, on the basis of the statistical data of Chongqing urban area and its surrounding 11 counties and the actual data of the main 5 cold-chain logistics nodes, the spatial attracting scopes of cold chain logistics nodes are further studied and determined. The result of an experimental study shows that the partition scope of nodes is reasonable based on the proposed method, it matches the actual service scope of logistics nodes well.

Key words：transport economics; region partition; breakpoint model; logistics node; Thiessen polygon

收稿日期：2015-06-18

基金項目：國家自然科學基金項目(71402011, 71471024)；重慶市社會科學規(guī)劃一般項目(2013YBJJ035)；重慶市教委自然科學基金項目(KJ1400307,KJ1500523)；重慶市基礎與前沿研究計劃項目(cstc2015jcyjA30012)；云南省交通運輸廳科技項目(云交科20B(c)15)

作者簡介：王勇(1982-)，男，山東聊城人，博士，副教授.(yongwx6@gmail.com)

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.06.025

中圖分類號：U492.3

文獻標識碼：A

文章編號：1002-0268(2016)06-0152-07