我國交通基礎設施發(fā)展水平比較研究

李國良，王 磊，楊曉嚴，李玉龍，劉 宇

(1.昆明理工大學 建筑工程學院，云南 昆明 650000；2.中央財經(jīng)大學 管理科學與工程學院，北京 100081；3.云南省交通科學研究院，云南 昆明 650000)

0 引言

2019年9月印發(fā)實施的《交通強國建設綱要》指出：要大力推進邊疆地區(qū)、貧困地區(qū)交通發(fā)展，實現(xiàn)以交通便利帶動脫貧減貧。交通基礎設施建設作為一項基礎性的系統(tǒng)工程，是支撐和保障區(qū)域經(jīng)濟、新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要基礎。但我國西、中、東部地區(qū)交通基礎設施發(fā)展差異較大，且內(nèi)部發(fā)展不平衡，如何科學地分析其差異性，發(fā)現(xiàn)存在的發(fā)展性問題是目前亟需解決的一個重要難題。

回顧國內(nèi)有關交通發(fā)展的研究，從交通的范圍來看，大致可以分為交通線路[1]、交通線網(wǎng)[2]、交通網(wǎng)絡[3]、交通基礎設施4個層次。國內(nèi)對交通基礎設施進行評價的研究較少，雖已有學者從不同的視角出發(fā)，取得了一定的研究成果，但在評價指標體系以及指標賦權方面還有待進一步探索和研究。

在評價指標體系方面，部分學者僅對公路交通基礎設施的發(fā)展能力或者僅對包含鐵路、公路、民航等類別的交通基礎設施進行評價，缺少了較為重要的水路交通基礎設施，且沒有反映出交通基礎設施運輸水平和安全保障方面的指標，從而不能全面評價區(qū)域交通基礎設施發(fā)展水平。如徐海成等[4]基于因子分析視角，建立了由融資類、建設類、運營類、維修養(yǎng)護類和可持續(xù)性類5個準則層和14個指標層構成的公路交通基礎設施發(fā)展能力評價指標體系；郝京京等[5]建立了由發(fā)展規(guī)模、產(chǎn)業(yè)效應、發(fā)展需求和增長潛力4個準則層和10個指標層構成的交通基礎設施(包含鐵路、公路、民航)發(fā)展水平評價指標體系。另外，部分學者在選取鐵路營業(yè)里程、內(nèi)河航道里程、機場數(shù)量、交通運輸行業(yè)就業(yè)人員數(shù)量、私人汽車擁有量、公路通車里程等作為評價指標時，沒有綜合考慮我國區(qū)域面積和人口分布以及公路等級里程等存在較大差異的客觀因素。

在指標賦權方面，常用的賦權方法主要有熵值法[6]、變異系數(shù)法[7]、層次分析法[8-9]、專家調查法[10]等，單獨使用這些方法難以達到最佳研究效果，但這些方法具有明顯的互補性。馬靜等[11]將層次分析法與熵值法組合，構建了交通組織方案評價模型。相比層次分析法，G1法具有計算量小、不需要構造判斷矩陣和不需要進行一致性檢驗的優(yōu)點[12]，但G1法常采用專家組的幾何平均值或算術平均值作為綜合權重，容易丟失有效信息、放大無效信息。相比熵值法，反熵權法具有對指標差異度敏感性小、能夠避免出現(xiàn)極值的優(yōu)點[13]。在確定二者的組合系數(shù)時，部分學者常根據(jù)主觀經(jīng)驗給定，缺乏客觀依據(jù)。

綜上所述，本研究在參考已有評價指標體系的基礎上，對部分評價指標進行改進，提出了新指標，并從發(fā)展規(guī)模、運輸水平、產(chǎn)業(yè)效益、增長潛力、安全保障等5方面重構包含鐵路、公路、水路、民航的交通基礎設施發(fā)展水平評價指標體系；針對指標賦權方面存在的問題，采用基于一致性檢驗的群決策賦權法改進G1法，并采用基于最大離差的最優(yōu)組合賦權法客觀地確定綜合權重；最后對我國西、中、東部地區(qū)交通基礎設施發(fā)展水平進行實證分析。

1 交通基礎設施發(fā)展水平評價指標體系建立

在確定指標層時，既要遵循指標的選取原則，又要保證數(shù)據(jù)的可獲得性。在借鑒和參考已有研究成果的基礎上，主要從發(fā)展規(guī)模、運輸水平、產(chǎn)業(yè)效益、增長潛力和安全保障5個方面確定指標層。

(1)發(fā)展規(guī)模類指標

發(fā)展規(guī)模是指已建成并投入使用的交通基礎設施，用于衡量交通基礎設施現(xiàn)有規(guī)模水平。郝京京等[5]將公路通車里程、鐵路營業(yè)里程等作為發(fā)展規(guī)模類指標；莫楊輝等[14]將內(nèi)河航道密度、民用機場密度作為交通規(guī)模類指標?？梢娨延醒芯烤鶎l(fā)展規(guī)模類指標選取為正向指標，而在交通基礎設施投資建設的同時，還應當綜合考慮土地等資源的約束，否則將導致交通基礎設施無限且無序發(fā)展?；诖耍狙芯烤C合考慮區(qū)域面積差異、公路等級差異以及交通運輸集約化用地等因素，最終確定鐵路營業(yè)里程密度、公路加權通車里程密度、內(nèi)河航道通航里程密度、通航民用機場密度以及單位里程交通運輸用地5個指標。

(2)運輸水平類指標

運輸水平指交通基礎設施承載下的運輸能力和運輸效率。徐海成等[4]以人均營運汽車占有量、貨運量與工業(yè)增加值比2個指標作為運營類指標；赫京京等[5]以貨物運輸量表征交通基礎設施的發(fā)展實力；郭廣珍等[15]則認為交通基礎設施發(fā)展直接影響居民的消費行為，能夠促進私家車消費。本研究在綜合考慮指標數(shù)據(jù)的可獲得性的基礎上，主要從運輸工具擁有量和客、貨運量方面選取表征交通基礎設施運輸水平的指標，最終確定每公里公路營運汽車擁有量、每公里內(nèi)河航道民用船舶擁有量、私人汽車擁有量增長率以及每公里鐵路、公路、水路客運量以及每公里鐵路、公路、水路貨運量5個指標。

(3)產(chǎn)業(yè)效益類指標

產(chǎn)業(yè)效益指交通基礎設施行業(yè)在投資建設、運營維護過程中產(chǎn)生的多種效益。交通運輸、倉儲和郵政業(yè)是第三產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是經(jīng)濟發(fā)展的基礎和先導。赫京京等[5]以交通運輸、倉儲產(chǎn)值表征產(chǎn)業(yè)效應；孫湘湘等[16]認為交通基礎設施發(fā)展與經(jīng)濟增長存在顯著的“倒U型”關系；張景波[17]認為交通基礎設施建設有利于產(chǎn)業(yè)結構向更高級的形式轉移。因此，可采用交通運輸、倉儲和郵政業(yè)增加值表征交通基礎設施的產(chǎn)業(yè)效益，但受各地區(qū)資源稟賦、經(jīng)濟結構和產(chǎn)業(yè)特征等的影響，導致地區(qū)的第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展差異較大，故選用交通運輸、倉儲和郵政業(yè)增加值占地區(qū)GDP比重及其經(jīng)濟密度表征交通基礎設施的產(chǎn)業(yè)效益。另外，李斌等[18]認為交通基礎設施建設能夠促進農(nóng)村剩余勞動力轉移和就業(yè)人數(shù)增長,說明交通運輸行業(yè)就業(yè)人員數(shù)量同樣能夠表征其產(chǎn)業(yè)效益。為反映產(chǎn)業(yè)效益的投入以及轉化效率，以約束產(chǎn)業(yè)效益無序增長，利用交通基礎設施行業(yè)的投入與產(chǎn)出關系，選用每公里交通運輸、倉儲和郵政業(yè)投資額表征其產(chǎn)業(yè)效益的投入。綜上所述，最終選取交通運輸、倉儲和郵政業(yè)增加值占地區(qū)GDP比重、每公里交通運輸、倉儲和郵政業(yè)增加值、每萬人交通運輸行業(yè)就業(yè)人員數(shù)以及單位里程交通運輸、倉儲和郵政業(yè)投資額4個指標。

(4)增長潛力類指標

由于投資會滯后于經(jīng)濟增長，增長潛力則代表交通投資轉化為固定資產(chǎn)以及帶動經(jīng)濟增長的能力。徐海成等[4]以交通運輸、倉儲和郵政業(yè)投資占GDP比重作為可持續(xù)性類指標；赫京京等[5]以交通固定資產(chǎn)投資作為增長潛力類指標。為了反映交通基礎設施的可持續(xù)增長能力以及增長潛力，本研究從交通運輸、倉儲和郵政業(yè)投資轉化以及公路、水路固定資產(chǎn)投資力度方面選取指標，主要有公路交通固定資產(chǎn)投資完成額、水路交通固定資產(chǎn)投資完成額和交通運輸、倉儲和郵政業(yè)投資額占地區(qū)GDP比重3個指標。

(5)安全保障類指標

安全保障主要是指交通基礎設施的質量、結構、管理等多方面能夠減少交通事故發(fā)生數(shù)以及所造成的損失的能力，主要包括在創(chuàng)造效益的同時發(fā)生事故的多少，以及造成的直接財產(chǎn)損失和人員傷亡。最終選取每億元交通運輸、倉儲和郵政業(yè)增加值事故發(fā)生數(shù)和每起交通事故直接財產(chǎn)損失及每起交通事故傷亡人數(shù)3個指標。

綜上所述，本研究建立了包含發(fā)展規(guī)模、運輸水平、產(chǎn)業(yè)效益、增長潛力和安全保障5個準則層和20個指標層的交通基礎設施發(fā)展水平評價指標體系，如表1所示。

表1 交通基礎設施發(fā)展水平評價指標體系Tab.1 Evaluation indicator system of transport infrastructure development level

2 評價模型構建

2.1 構建方法及步驟

本研究采用比較簡單、直觀的加權和法來構建交通基礎設施發(fā)展水平評價模型，具體構建步驟如下：

(1)評價指標的標準化。設t為年份，m為省份的個數(shù)，n為評價指標個數(shù)，指標集為X={X1,X2,…,Xn}，xuij為第u年第i個省份的第j項指標值。由于指標的量綱和單位不一樣，則采用極值處理法進行標準化處理，公式如下：

(1)

(2)

式中,max{xuij}、min(xuij)分別為第j項指標原始值的最大值、最小值;buij為指標標準化值。

(3)令第u年第i個省份的交通基礎設施發(fā)展水平綜合指數(shù)Sui為：

(3)

2.2 綜合權重確定

在所構建的評價模型中，關鍵問題是如何確定評價指標的綜合權重，本研究將采用改進G1法和反熵權法確定主客觀權重，并采用最優(yōu)組合賦權法確定綜合權重。

2.2.1 改進G1法確定主觀權重

G1法通過專家的主觀經(jīng)驗來確定指標權重，能夠避免重要指標被賦予較小的權重[12]。如果僅邀請一位專家確定指標權重，權重的合理性將過于依賴專家的專業(yè)性，容易出現(xiàn)偏差，往往需要邀請多位專家一同確定評價指標權重。傳統(tǒng)G1法常采用幾何平均值或算術平均值來綜合專家組的意見，但該方法明顯會使得到的評價指標權重過高或過低，從而增大評價指標權重的偏差。因此，本研究將采用一種基于一致性檢驗的群決策賦權法來綜合專家組的意見，以改進G1法。相對于傳統(tǒng)G1法，改進G1能夠較好地保留專家組的一致性信息(有效信息)，避免其中的差異信息(無效信息)被放大。改進G1法與傳統(tǒng)G1的區(qū)別在于，改進G1法是通過檢驗專家組各自給出的權重的差異性，剔除差異較大的權重值，更多的去信任一致性高的評價指標權重信息，而傳統(tǒng)G1法是綜合所有專家組的權重信息，其中可能包含了許多無效信息，傳統(tǒng)G1法在去除一部分無效信息的同時也去除了一部分有效信息，使得最后得到的權重值仍存在較大偏差。

設rk,j*為專家k(k=1,2,…,L)排序后的指標X(j-1)*與Xj*的重要程度之比，記為：

(4)

表2 指標間相對重要程度關系參考表Tab.2 Reference table of relative importance relationship among indicators

根據(jù)rk,j*可計算出第k位專家給出的排序為n的指標權重，計算公式為：

(5)

(6)

L位專家都分別給出了第j項指標唯一確定的指標權重，則有：

(7)

基于一致性檢驗的群決策賦權法[19]綜合專家組意見的方法如下：

(8)

(9)

設第j項指標權重的區(qū)間的長度dj為專家意見的一致性大小，則有：

(10)

最后，用最終權重與通過一致性檢驗的專家給出的權重的最小偏差作為目標函數(shù)來建立最終權重的優(yōu)化模型，則目標函數(shù)及約束條件如下：

(11)

(12)

(13)

2.2.2 反熵權法確定客觀權重

熵值法生成的權重對指標差異度敏感性較大，在權重分配時可能會出現(xiàn)個別權重過大或過小的極端情況，導致部分指標的信息被淹沒[13]，反熵權法不僅可以有效地避免上述極端情況，還可以解決熵值法與極值處理法不適用的問題。

指標標準化值的規(guī)范化公式如下：

(14)

計算第j項指標的反熵值Hj，公式如下：

(15)

(16)

2.2.3 最優(yōu)組合賦權法確定綜合權重

Wz=θxWx+θyWy，

(17)

(18)

3 實證分析

3.1 數(shù)據(jù)來源

本研究實證數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》；各省市區(qū)統(tǒng)計年鑒、國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報；交通運輸部統(tǒng)計數(shù)據(jù)；相關官方網(wǎng)站公布數(shù)據(jù)。

3.2 不同賦權方法的比較分析

同時邀請5名專家分別對指標集進行排序，并參考表2給出指標與后一項指標的重要程度比值，根據(jù)式(4)～(13)計算G1法(幾何平均值、算術平均值)、改進G1法確定的權重；根據(jù)式(14)～(16)計算反熵權法確定的權重，并根據(jù)熵值法公式計算熵值法確定的權重，根據(jù)式(17)、(18)計算最優(yōu)組合賦權法確定的最終權重，結果如圖1所示。

圖1 不同賦權方法的比較分析Fig.1 Comparative analysis of different weighting methods

從圖1可以看出，改進G1法與傳統(tǒng)G1法在趨勢上存在不一致，究其原因，以指標X2的權重值為例，5位專家給出的權重分別為0.135 0，0.139 0，0.102 7，0.017 9，0.108 6，一致性檢驗后，0.017 9為奇異點，若采用幾何平均值或算術平均值作為G1法的綜合權重，需考慮0.017 9，但該權重值與其他專家給出的權重差異較大，會明顯降低該指標的綜合權重值，可見改進G1法可以更好地綜合專家組的一致性信息，避免丟失專家組的有效信息、放大其無效信息；熵值法與反熵權法的變化趨勢基本一致，但熵值法的峰值明顯突出，如X3，X5，X7，X9，X16，說明反熵權法對指標差異度敏感性小、能夠避免出現(xiàn)極值；在確定某一指標權重時，G1法(幾何平均值和算術平均值)出現(xiàn)波谷，而熵值法和反熵權法卻是波峰，說明主、客觀賦權之間存在較大差異，單獨采用主觀賦權法或客觀賦權法難以達到最佳研究效果；最優(yōu)組合賦權法能夠較好地融合改進G1法、反熵權法的權重差異，說明其能很好地綜合主、客觀因素，使得最終權重更加科學、準確。

3.3 西部與中、東部地區(qū)的差異分析

為更好地分析西部地區(qū)與中、東部地區(qū)之間的差異性，借鑒文獻[14]，分別選取中部的安徽省、河南省和湖北省，東部的浙江省、山東省和廣東省與西部的10省區(qū)進行測算，評價結果如表3所示。

表3 各省份交通基礎設施發(fā)展水平綜合指數(shù)Tab.3 Comprehensive index of transport infrastructure development level in each province

由表3可知，在總體發(fā)展趨勢上，東部地區(qū)交通基礎設施發(fā)展水平綜合指數(shù)明顯高于中、西部地區(qū)，呈現(xiàn)出東高西低的空間格局，說明地區(qū)間發(fā)展不平衡；東、中、西部地區(qū)交通基礎設施發(fā)展水平綜合指數(shù)不斷提高，東部的年均增長率為1.17%，中部為-1.89%，西部為-0.92%，東部地區(qū)增長最快，而中、西部地區(qū)發(fā)展較慢，表明地區(qū)間的不平衡性仍在明顯加劇。2014—2018年，浙江、山東、廣東、云南等省份發(fā)展較好，呈正增長，其中云南發(fā)展最快，增長了14.04%，主要受益于云南在“一帶一路”倡議中所處的戰(zhàn)略地位，投資額大幅度增長，以及安全保障的提升；其余地區(qū)發(fā)展相對較差，呈負增長，其中寧夏發(fā)展最慢，下降了12.97%，主要是因為運輸工具減少，運輸水平降低，產(chǎn)業(yè)效益有所降低。

結合2018年交通基礎設施發(fā)展水平評價指標體系各準則層的綜合指數(shù)(如圖2所示)，進一步分析東、中、西部地區(qū)交通基礎設施的發(fā)展特征和差異。

圖2 2018年各準則層綜合指數(shù)Fig.2 Comprehensive index of each criterion layer in 2018

由圖2可以看出，各地區(qū)發(fā)展規(guī)模、運輸水平、增長潛力存在較大差異，而產(chǎn)業(yè)效益、安全保障差異較?。粬|部地區(qū)的交通基礎設施發(fā)展規(guī)模明顯大于中、西部地區(qū)，而西部地區(qū)的情況為：重慶、貴州的發(fā)展規(guī)模明顯高于其他省份，達到中、東部地區(qū)水平，說明西、中、東部地區(qū)之間及西部各省份之間的發(fā)展規(guī)模差異大，發(fā)展不平衡；東、中部地區(qū)的運輸水平總體高于西部地區(qū)，且東部地區(qū)的增長潛力總體高于中、西部地區(qū)，說明地區(qū)間交通基礎設施發(fā)展的不平衡性主要表現(xiàn)為發(fā)展規(guī)模、運輸水平、增長潛力方面的差異。

4 結論

本研究在參考和借鑒已有評價指標體系的基礎上，重構了交通基礎設施發(fā)展水平評價指標體系，構建了加權和法的評價模型，并采用改進G1法、反熵權法和最優(yōu)組合賦權法確定指標權重，最后對我國中、東、西部地區(qū)進行了實證分析，得到了以下主要結論及啟示：

(1)從發(fā)展規(guī)模、運輸水平、產(chǎn)業(yè)效益、增長潛力、安全保障5個方面重構了包含鐵路、公路、水路、民航的評價指標體系，采用基于一致性檢驗的群決策賦權法改進的G1法和反熵權法分別確定指標的主客觀權重，并運用最優(yōu)組合賦權法確定綜合權重。

(2)比較了幾種不同的賦權方法，驗證了反熵權法相比于熵值法對指標的差異度敏感性更小，能夠避免出現(xiàn)極值；相比于傳統(tǒng)G1法，基于一致性檢驗的群決策賦權法改進的G1法能夠較好地避免丟失有效信息及無放大無效信息；主客觀賦權法得到的結果可能存在相異性，單獨采用主觀賦權法或客觀賦權法不能保證評價結果的合理性等。

(3)我國東部地區(qū)交通基礎設施發(fā)展水平綜合指數(shù)明顯高于中、西部地區(qū)，呈現(xiàn)出東高西低的空間格局；西、中、東部地區(qū)交通基礎設施發(fā)展水平綜合指數(shù)不斷升高，東部地區(qū)年均增長率大于西部地區(qū)大于中部地區(qū)，東部地區(qū)增長較快，而西、中部地區(qū)發(fā)展動力不足，導致交通基礎設施發(fā)展不平衡，且不平衡性在逐步加??；西部地區(qū)與中、東部的不平衡性主要表現(xiàn)為發(fā)展規(guī)模、運輸水平、增長潛力方面的差異。