基于运输均衡的区域货运通道规划研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 8 4 3.34MB 85 页 15积分

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摘要

随着我国社会经济的快速发展和产业结构的深入调整，作为交通运输骨干线

路的综合运输通道的供需矛盾日益突出。如何合理规划通道线路、优化生产力布

局，使得其社会经济效益最大化，成为我国交通运输发展所面临的主要问题，尤

其是区域货运通道系统优化的关键。因此，建立一套适合区域实情的货运通道规

划方法势在必行。目前货运通道规划的理论和方法研究尚未形成完整的体系，已

有的理论和方法也存在不少缺陷，主要表现在：1）宏观国家层面的研究较多，

而通道是在各个层面都存在，缺乏有效的区域货运通道研究方法；2）将货运通

道内各方式的运输线路视作相互独立的线路进行布局规划，缺乏系统性；3）通

道规划定性分析居多，缺少切实可行的定量研究方法以指导实践。本文是在借鉴

国内外运输通道规划理论与方法研究的基础上，分析不足，结合实际，针对货运

通道供需总量均衡和通道网络均衡前提下的区域社会效益最大化两个问题进行分

析研究，建立货运通道规划的系统研究方法。

本文首先总结回顾了国内外运输通道规划理论与方法的研究方向和进展，从

运输通道的定义、分类出发，对其构成要素的基本概念进行了详细的论述。然

后，通过对货运需求进行分析，提出基于产业布局的货运 OD 推算方法，按照货

种划分、产运关系、货运分布的思路展开，并与区域社会经济发展相结合，得到

特征年的货运需求总量。在此基础上将不同运输方式供给能力综合为通道供给能

力，提出供需总量均衡模型。整合产销平衡模型和网络均衡模型为区域货运通道

广义费用模型，通过建立运行费用、延误费用和外部成本费用，完成对路段和枢

纽广义费用函数的构建，重新诠释了货运通道网络系统最优的观点。最后，结合

温州区域货运通道规划作为实例研究，以检验本文的研究成果。

关键词：货运通道规划供需总量均衡网络均衡广义费用

ABSTRACT

With the rapid development of the socio-economy and the further adjustment of

the industrial structure, the contradiction between the demand and supply of the

comprehensive transportation corridors system as the major commuter arteries is

becoming increasingly prominent. How to locate the lines, plan the distribution of

productive forces, and maximize the socioeconomic benefits, have been the main

problem we are facing in developing the transportation, especially is the key to optimize

the areal freight corridors system. Now the theories and methods of the freight corridors

planning haven’t been a completed system, and the existing theories and methods still

have some defects, which are mainly in: 1) mostly concentrate in the macroscopic areas,

but corridors exist in every range, lack of the effective methods to the aerial freight

corridors; 2) let the transportation lines be isolated with each other, lack of the

systematic nature; 3) corridor planning is most of qualitative analysis , lack of practical

and quantitative research methods to guide practice. This paper is based on learning

from the study on the planning theories and methods of the transportation corridors at

home and aboard, analyzes the defects, relates to reality, and then analyzes and studies

two problems—total equalization between supply and demand for freight transport

corridor and corridor network balanced under social benefits maximization, establishes

the systematic method to plan the freight transportation corridors at last.

This paper, at first, reviews the future directions of transportation corridor research

and the progress of the planning theories at home and aboard, accordingly to make sure

the research content; secondly, in detail discusses the definition, classification,

constituent elements and difference between corridor network and urban traffic network.

Through an analysis of freight demand, propose a method that integrates industry

structure, goods kinds division, the relationship between industry and carriage of goods,

freight distribution combination with socio-economic development to get the freight

transport demand in the total. Thirdly, set up the total supply and demand equilibrium

model. Fourthly, integrate production and marketing equilibrium model and network

equilibrium model for regional freight corridor cost model, calculate the operation cost,

delay cost, external cost and establish link cost function and transfer function. Finally,

takes the freight transportation corridors planning of Wenzhou for example to prove the

conclusions.

Key Word：Freight Transportation Corridors Planning,

Total Supply and Demand Balance，

Corridor Network Equilibrium，

Generalized Cost

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论......................................................................................................................1

§1.1 研究背景 ............................................................................................................ 1

§1.1.1 研究背景 .................................................................................................. 1

§1.1.2 课题来源 .................................................................................................. 2

§1.2 相关研究进展 .................................................................................................... 3

§1.2.1 关于通道的相关研究进展 ...................................................................... 3

§1.2.2 关于均衡的相关研究进展 .................................................................... 10

§1.3 研究意义 .......................................................................................................... 11

§1.3.1 理论意义 ................................................................................................ 11

§1.3.2 实践意义 ................................................................................................ 11

§1.4 研究内容 .......................................................................................................... 12

§1.5 技术路线 .......................................................................................................... 13

第二章运输通道基础理论概述....................................................................................15

§2.1 运输通道的定义 .............................................................................................. 15

§2.1.1 学术界对运输通道概念的界定 ............................................................ 15

§2.1.2 通道定义 ................................................................................................ 16

§2.2 运输通道的分类 .............................................................................................. 17

§2.2.1 按照运输对象划分 ................................................................................ 17

§2.2.2 按照运输方式划分 ................................................................................ 17

§2.2.3 按照服务范围划分 ................................................................................ 18

§2.3 通道构成要素的定义 ...................................................................................... 19

§2.4 运输通道的形成与发展 .................................................................................. 19

§2.4.1 运输通道的形成机理 ............................................................................ 19

§2.3.2 运输通道的形成与发展过程 ................................................................ 20

§2.4 本章小节 .......................................................................................................... 23

第三章区域货运通道供需总量均衡分析....................................................................25

§3.1 运输供需相关理论 .......................................................................................... 25

§3.1.1 需求的相关概念 .................................................................................... 25

§3.1.2 供给的相关概念 .................................................................................... 28

§3.1.3 供需总量均衡分析 ................................................................................ 30

§3.2 区域货运通道需求分析 ........................................................................... 31

§3.2.1 基本思路 ................................................................................................ 31

§3.2.2 产业结构与货运量关联分析 ................................................................ 33

§3.2.3 制造业行业划分 .................................................................................... 34

§3.2.4 产运生成系数 ........................................................................................ 35

§3.2.5 需求分布 ................................................................................................ 36

§3.3 区域货运通道供给分析 .................................................................................. 37

§3.3.1 各运输方式的供给能力 ........................................................................ 37

§3.3.2 通道的供给能力 .................................................................................... 39

§3.4 区域货运通道总量均衡度法 .......................................................................... 39

§3.5 本章小结 .......................................................................................................... 40

第四章基于网络均衡的货运通道优化研究................................................................41

§4.1 现有理论研究 .................................................................................................. 41

§4.1.1 产销平衡的运输问题 ............................................................................ 41

§4.1.2Wardrop 平衡配流模型 .......................................................................... 42

§4.2 基于网络均衡的区域货运通道广义费用模型 .............................................. 43

§4.2.1 货运通道物理网络描述 ........................................................................ 43

§4.2.2 广义费用模型构建 ................................................................................ 45

§4.3 路段广义费用模型 .......................................................................................... 46

§4.3.1 路段广义费用模型的基本形式 ............................................................ 47

§4.3.2 运行费用的计算 .................................................................................... 47

§4.3.3 时间费用的计算 .................................................................................... 50

§4.3.4 外部成本费用的计算 ............................................................................ 52

§4.3.5 路段广义费用模型表达式 .................................................................... 53

§4.4 转运枢纽广义费用模型 .................................................................................. 53

§4.4.1 转运枢纽分类 ........................................................................................ 53

§4.4.2 公铁转运枢纽广义费用模型 ................................................................ 54

§4.4.3 水陆转运枢纽广义费用模型 ................................................................ 55

§4.4.4 转运枢纽广义费用模型表达式 ............................................................ 57

§4.5 本章小结 .......................................................................................................... 57

第五章温州区域货运通道规划实证研究....................................................................59

§5.1 案例背景 .......................................................................................................... 59

§5.1.1 现状概况 ................................................................................................ 59

III

§5.1.2 通道布局 ................................................................................................ 60

§5.2 现状 OD 推算与需求预测...............................................................................61

§5.2.1 交通小区划分 ........................................................................................ 61

§5.2.2 制造业行业划分 .................................................................................... 62

§5.2.3 产运生成系数 ........................................................................................ 63

§5.2.4OD 需求分布 ...........................................................................................64

§5.2.5OD 校核 ...................................................................................................65

§5.2.6 社会经济与交通需求发展预测 ............................................................ 66

§5.3 现状问题诊断 .................................................................................................. 67

§5.3.1 通道供需总量均衡性分析 .................................................................... 67

§5.3.2 通道需求结构适应性分析 .................................................................... 68

§5.4 通道网络规划方案比选与优化 ...................................................................... 69

§5.4.1 规划方案比选 ........................................................................................ 69

§5.4.2 改进建议 ................................................................................................ 74

§5.5 本章小结 .......................................................................................................... 75

第六章结论与展望........................................................................................................77

§6.1 论文研究主要成果 .......................................................................................... 77

§6.2 有待于进一步研究的问题 .............................................................................. 77

参考文献.........................................................................................................................79

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.............................................83

致谢................................................................................................................................85

第一章绪论

§1.1 研究背景

§1.1.1 研究背景

（1）空间经济一体化趋势明显，区际联系日益增强

经济全球化和区域经济一体化是当今世界经济发展的重要特征，也是空间经

济一体化的两种具体表现形式。两者既密切相关，又并不相同。上世纪 90 年代

以来，经济全球化进程明显加快，然而，也有一些深层次的矛盾始终困扰着经济

全球化的发展。比如，当多边体系进入更深层次时，国家之间根本利益的冲突就

变得十分复杂和尖锐。为了寻求国与国、地区与地区之间经济合作的可行途径，

按照地理空间比邻性、经济结构互补性等因素而形成区域经济一体化格局正在成

为空间经济一体化的最主要表现形式。这种区域经济一体化既包括国家间的区域

经济一体化，也包括一个国家内部地区间的区域经济一体化。国家间的经济一体

化往往表现为区域贸易自由化，国家内部的区域经济一体化所涵盖的内容要宽泛

得多，不仅包括贸易自由化、投资自由化，而且包括基础设施、管理体制以及区

域政策一体化等诸多方面。

随着区域经济一体化进程的不断深入，区域内部各种生产要素将进行合理组

合，进而形成规模效应和聚集效应，而区域之间的社会地域分工也将日趋专业

化，最终形成经济地理空间上的差异区域和互补区域。伴随着这些特性区域的形

成，区域之间的空间经济联系将逐步强化，人流、物流等运输空间联系将成为实

现区域之间经济联系的主要纽带和桥梁。

（2）发展综合运输成为交通运输发展的必然趋势

2007 年我国人均 GDP 达到 1000 美元，城镇人口占总人口的比重为 40%左右

[1]。根据国际经验，已进入城市化快速发展阶段。从世界经济发展趋势来看，21

世纪不仅是知识经济时代，更是现代化城市时代。我国城市的发展将很快进入以

中心城市为核心的都市圈或都市带时代。以中心城市为核心的组团式经济或带状

经济是区域经济的一种特殊形式。它本身强调区域内部的聚合性和独立性，并随

着经济引力的扩大和运输条件的改善而不断扩展其范围和改变其形态。

随着区域呈现组团式发展，运输需求发生变化和运输现代化进程的加快，多

种运输方式分工协作、协调配合的综合运输体系成为新的发展趋势。它强调运输

资源的有效利用和运输方式之间的衔接，立足于国家对运输资源在各运输方式之

间的合理配置，立足于完善客货运输过程的运输服务，立足于各运输方式间旅客

运输实现“零距离换乘”，货物运输实现“无缝衔接”。

基于运输均衡的区域货运通道规划研究

各组团之间通过多种运输方式作为支撑，将原本单方式大密度的运输通道拓

展到综合运输通道，构成大都市连绵区形成的基本条件之一。由不同运输方式组

成的运输通道，可以更经济的分配各种方式的交通量，有效的分配对各种运输方

式的建设投资，从而达到交通运输系统的最小消耗和最大效益，并为社会提供可

供选择的多种运输服务。我国未来城市体系将随着快速通道网发展脊转化，形成

全国范围内以大中城市为节点的经济网络。运输通道的合理布局与建设是运输网

发展的关键。

（3）区域空间组织变化，对运输通道规划提出新要求

无论是经济一体化，还是城市化的演变总是要反映在区域空间组织的变化

上，区域组织的变化又会影响区域的趋同或趋异。一般来说，区域空间组织的变

化往往与交通运输基础设施、运输技术、运输组织方式的变革密切相关，因此区

域空间组织理论几乎无一例外地将交通运输条件作为空间组织变迁的重要推动

力。［2］在整个运输系统中，运输通道作为运输系统的骨干将在区域组织变迁中发

挥举足轻重的作用。从铁路、公路干线网络规划时序看，到 2010 年基本完成干

线建设，到 2020 年基本完成干线网络建设。这种时间安排与我国今后 20 年国民

经济和社会发展的总体目标相匹配。因此，这段时期内，运输通道布局规划调整

与建设仍将是我国运输发展的主要任务。由于我国运输发展轨迹没有完全按照发

达国家的一般阶段演变，而是直接进入综合运输发展阶段。这种外部条件决定我

国的运输通道建设可以在短时期内形成综合运输能力。但是，运输通道的形成不

仅仅是一个技术问题还是一个布局优化问题。从运输的适应性来看，包括通道资

源与区域经济资源的适应性问题以及通道供需能力的适应性问题；从运输的协调

性来看，通过研究运输区域内各种需求结构，通过规划并建设相适应的运输通道

结构将引发产业布局、产业结构等连锁性反应。因此，无论从运输适应性还是协

调性看，合理的运输通道布局规划都将成为发挥通道效率和效益的关键。

以上是本论文的研究实践背景，从理论背景和理论价值角度来看，综合运输

通道(Transportation Corridor)的研究长期以来一直是国内外交通运输规划、交通运

输经济、经济地理和区域经济等多个领域研究的热点问题。运输通道的能力建设

标志着一个国家的运输化水平，通道承担的交通量比例是评价运输发展水平的重

要指标。

§1.1.2 课题来源

改革开放以来，温州市的经济社会有了长足的发展，成为浙南、闽北的区域

经济中心，对浙南、闽北及皖南和赣东北地区产生重要的经济辐射和集聚作用，

第一章绪论

在全国经济发展中的区位格局已大大提升。在这种形势下，随着产业升级和产业

集群的凸现，产业布局与周边货物运输的关系、货运通道的布局与规模就成为制

约温州社会经济发展的关键问题。基于上述考虑，温州市发展和改革委员会委托

作者所在单位上海理工大学区域规划与交通运输系统研究所进行《温州区域综合

交通运输发展规划研究》，区域运输通道的规划作为其中的一个专项研究。

同时，上海理工大学区域规划与交通运输系统研究所承接中国工程院咨询项

目——《交通运输网络模型》，其中运输通道规划的理论与方法也作为综合运输

网络中的重要内容。

§1.2 相关研究进展

§1.2.1 关于通道的相关研究进展

运输通道理论是本世纪 60 年代首先在工业发达国家交通运输界兴起的一种

交通规划理论。它以系统思想为指导，综合运用交通规划理论、运输经济学和交

通地理学等知识形成了一个新理论，是交通运输产业发展到综合运输阶段的必然

产物。主要研究内容为客货流产生的空间地理特征、通道运输网络和交通枢纽的

合理布局以及运输方式的合理配置。

1.2.1.1 国外相关研究

（1）运输通道基础理论与系统分析

20 世纪初叶，以韦伯(Alfred Weber)为代表的古典工业区位论论述了企业、区

位和城市规模经济与运输价格之间的相互关系[3]，指出交通运输作为一个重要的

区位影响因素与区域经济空间结构紧密相联。

20 世纪 50 年代，法国经济学家 F·佩洛克斯(F. Perroux)提出“增长极理论

(Theory of Growth Pole) ”，后经他本人及法国经济学家 J·R·Boudeville 等学者

的共同努力，使增长极的概念由最初的推进型单元扩展到具有地理空间意义的城

市、城镇或其它地理单元。该理论认为经济增长在空间上是不均衡的，而是在形

成了工业生产集聚，由此产生了经济发展冲动的地点首先实现的，因借喻磁场内

部运动在磁极最强这一规律，称经济增长的这种区域“极化”为增长极。[4]

以德国学者沃纳·松巴特 (Werner Sombart)为代表在20世纪60年代初提出的

“生长轴”理论[4]，直接把交通运输与区域经济发展结合起来，并强调交通干线

建设对经济活动的引导和促进作用。该理论认为。随着联结中心城市的重要交通

干线的建设，将形成新的有利区位，方便了人口的流动，降低原料和成品的运输

费用，从而降低了产品成本，使得产业和人口密集于交通干线周围的趋势大为加

强。

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摘要：

摘要随着我国社会经济的快速发展和产业结构的深入调整，作为交通运输骨干线路的综合运输通道的供需矛盾日益突出。如何合理规划通道线路、优化生产力布局，使得其社会经济效益最大化，成为我国交通运输发展所面临的主要问题，尤其是区域货运通道系统优化的关键。因此，建立一套适合区域实情的货运通道规划方法势在必行。目前货运通道规划的理论和方法研究尚未形成完整的体系，已有的理论和方法也存在不少缺陷，主要表现在：1）宏观国家层面的研究较多，而通道是在各个层面都存在，缺乏有效的区域货运通道研究方法；2）将货运通道内各方式的运输线路视作相互独立的线路进行布局规划，缺乏系统性；3）通道规划定性分析居多，缺少切实可行的定量研...

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