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(题目)港口连通性研究：从全球集装箱班轮运输网络角度出发的分析框架
（摘要）本文从全球集装箱班轮运输网络的角度对港口连通性分析框架进行介绍：它是根据当转运服务不可用的时候，其对运输网络的影响来定义的。 在此框架下，引入了两种港口连通性模型，即运输时间和运力。 与现有的措施相比本文的的框架和模型的意义不仅在于它提供了计算港口连通性的方法，而且能够探究给定的航运服务的端口连通性对全球产生的影响。
关键词：港口连通性、分析框架、运输时间、运输能力、全球效应
- 简介
经济的全球化和国际化对海上运输的快速发展做出了突出贡献，并成为许多国家国内和国际贸易的主要运输方式。与其他运输方式相比，海上运输通常被认为是清洁，安全和便宜的，因此许多国家的贸易非常依赖于这种运输方式。随着海运业务持续稳定增长，转运服务已成为许多港口的主要功能，我们所说的中转港口数量的大幅增长已经出现了。转运港是一个货物从一种服务转移到另一种服务的港口，可以在港口直接转运或临时存储，等待另一项服务。转运服务为海运提供便利和支持，不仅体现在它为货物提供更多的航线选择，而且还可能减少运输时间和运输成本。出现越来越多的转运服务的另一个主要原因是大型集装箱船和相关规模经济的重要性日益增加，以及集装箱化愈加深入（Meng and Wang，2011; Wang and Meng,2012; Wang et al.,2013）。根据Heymann(2006)的资料，在新加坡港口处理的集装箱中，有80％属于转运类，而马来西亚丹戎帕拉帕斯港的转运货物集装箱甚至达到96％的比例。
随着世界贸易和海运快速增长，港口之间的竞争也相应增加，尤其是在那些专门从事转运服务的港口之间。港口竞争力与承运人和托运人的港口选择决定密切相关，一般而言，那些能提供可靠，高效和经济服务的港口对承运人和托运人更具吸引力。而且，运营商通常可以重新利用优越的港口优势提供服务。例如，马士基和长荣海运早在过去十年将其大部分业务搬到了丹戎帕拉帕斯，但后来将多项服务转移回新加坡，以利用卓越的支线网络。几十年来，港口选择标准的主题已经得到很好的研究。例如，Slack(1985)通过调查北美中西部和西欧之间的集装箱化运输来分析选择标准。作者指出，在所有因素中，价格和服务比其他因素更重要。 Bird and Bland(1988)指出服务频率是港口选择的主要原因。Murphy等人 (1992)提出了一个分析框架来揭示不同运输商之间港口选择因素的差异。Tiwari等人（2003）提出了一个离散选择模型来模拟港口选择行为，他们发现到目的地的距离、起点距离、港口拥堵以及航运公司的货运量在港口选择决策中起着重要作用。 Malchow和Kanafani（2004）采用了离散选择模型的另一种形式来分析美国港口之间船运货物的分布，并得出结论认为港口最重要的因素是其位置。 Tongzon和Heng（2005）总结了港口竞争力的八个关键决定因素结合对现有文献的选择，其中包括港口运营效率水平，货物处理费用，可靠性，对不断变化的市场环境的适应性等。Lee等人（2006）建立了一个网络模型，通过改变码头处理费用和周转时间来分析亚洲太平洋地区内的集装箱流量，并得出了关于亚太地区港口选择和港口整体情况的一些结论。 Tongzon（2009）试图从东南亚货运代理人的角度按照他们的决策风格和港口选择过程评估影响港口选择的主要因素。文章的作者发现效率是最重要的因素，其次是运输频率，适当的基础设施和位置。 Steven和Corsi（2012）探究了影响港口对集装箱货物吸引力的管理控制因素。他们透露，对每个因素的重视程度因托运人的规模而异。层次分析法（AHP）是由Saaty（1977）创建的多目标多标准衡量理论，并被用来确定港口选择决策中的主要因素。 Lirn等人（2004）使用层次分析法揭示了全球航空公司转运港选择的重要服务因素。通过使用层次分析法，Song和Yeo（2004）确定了中国集装箱港口的竞争力，并提供了管理和战略影响策略。Ugboma等人 （2006）采用层次分析法确定承运人和托运人眼中的重要因素，他们的发现表明承运人和托运人高度重视效率，访问频率和适当的基础设施。
然而，随着对转运服务和中转港口兴起的关注日重，“任何港口竞争力分析都必须包括衡量港口转运服务强度的手段，即港口提供的转运服务的程度转运服务到远洋客轮”这一点变得显而易见。与港口提供有效转运服务的能力高度相关的一个主要因素是该港口的连通性。简而言之，港口连通性意味着一个港口与海上运输网络中的其他港口相连接的程度，以及定期班轮运输服务能够达到的水平。这些知识可以帮助港口运营商和海运公司定位可以带来好处的战略。例如，希望将自己定位为转运枢纽港的港口运营商可以利用这些知识进行基准测试以改善其服务，而如果海运公司想要重新设计其运输网络服务，则可以使用这些知识选择枢纽港和辐射系统。总的来说，一个港口的通达水平越高，在促进货物运输和减少运输成本和时间方面就越有吸引力，这将导致它比其他国家港口更具竞争力。相反，具有高度竞争力的港口使其更具吸引力，因为其在港口建立转运业务会导致更多港口使用需求并因此增强其连接性。此外，港口连通性还可以体现各个港口对海运网络的贡献。对于具有高度连接性的港口，由于通过该港口的货物有很多运输选择，承运人可以选择一个更好的选择来进一步运输这些货物，这可能导致运输减少这些货物的运输时间和网络运输能力的增加。因此，这个港口将对交通网络做出巨大贡献，并且相对于网络中的其他人更重要。相反，由于这个港口运输货物只有很少的选择，所以对于连接水平低的港口来说，它对网络的贡献相对较小。
几位作者从最近十年的几个方面研究了港口连通性问题。例如，Wilmsmeier等人（2006）对16个拉美国家之间的海运贸易进行了调查，他们的发现表明，港口间的连通性对国际海运成本有重大影响。 Maacute;rquez-Ramos等人（2005）采用主成分分析（PCA）方法建立了三个复杂的连通性组成变量，并分析了西班牙出口海运成本的决定因素及其对国际贸易流量的影响。 Wilmsmeier和Hoffmann（2008）分析了班轮运输连通性对加勒比海内运费的影响以及班轮服务结构，港口基础设施和班轮运输运费之间的关系。这些研究主要集中在研究港口连通性与海上运输涉及的其他因素之间的关系。尽管他们并未特别关注测量港口连通性的量化方法，但这些研究对分析港口连通性在海运中的作用颇有帮助。其他一些研究侧重于衡量各国的海上互联互通。例如，Hoffmann（2005）将海上运输的九个因素（包括海上运输，海运服务，船舶和货运量等）结合起来，为162个沿海国家生成了整体班轮运输连接性指数（LSCI）联合国贸易和发展会议（贸发会议）。自那时以来，贸发会议出版了年度LSCI报告，以反映各国海洋连接的趋势和差异，例如参见Haji和Hoffmann（2007年），贸发会议（2011年）。各国之间的海上互联互通非常重要，了解一个国家的海上互联互通将使决策者能够促进更好的服务并降低运输成本这有助于加强本国的贸易，这将进一步促进运输服务和成本的进一步改善，从而导致该国贸易竞争力的提高。也有一些研究侧重于量化港口的连通程度。例如，Tang等人（2008）和Low等人（2009）提出了基于单个港口服务的起点和终点对的数量的港口连接度的直接测量。这些侧重于测量港口连通性的研究依赖于相对简单的方法，这些方法仅基于每个港口的本地信息。虽然他们能够提供港口连通性水平的估计，但可以忽略一些重要因素，例如服务的容量和频率以及全球网络结构的影响。
本文致力于从另一个角度研究端口连接的概念。在本文中，全球集装箱班轮运输网络的角度定义了一个港口连通性分析框架，该框架可用于通过使用现有的运输网络为港口的连通性提供量化措施。由于我们对港口连通性的研究旨在衡量港口转运业务的实力，因此这一概念被定义为在衡量转运服务在评估港口不可用时，对运输网络性能的影响的一种衡量标准。要注意的是，在此框架中，性能指标是针对全球网络的，而不是港口本身。一般而言，转运业务至少可以通过以下两种方式为网络带来好处。首先是运输时间较短，因为将集装箱从一艘船运送到另一艘出发日期较早的出发船的能力可以节省大量时间，并在整个网络中传播。由于托运人希望缩短其货物的上市时间，运输时间是选择航线的关键考虑因素，因此也影响航空公司的港口选择决策。转运业务的第二个好处是提高运输能力，为托运人提供除直接服务以外的更多选择。由于海上运输的主要功能是利用海运船将货物从供应港运至需求港，因此网络可以运送的货物数量是一个重要因素。基于这些观察结果，提出了两种不同的网络模型来确定评估港口的转运服务对运输网络的影响。第一种模式旨在确定对货物运输时间的平均影响。这个模型后来被证明可以转化为最适合这种分析的最短路径问题（SPP）。第二种模式旨在确定一对（o，d）对运输能力的平均影响。它通过解决每个起点和目的地的最大流量问题来实现。然后在连通性分析框架下，根据两个提出的网络模型，从运输时间和运输能力两个方面产生各个港口的连通程度。作为案例研究，我们将展示我们在亚太地区主要港口提出的框架和模型，并展示我们提出的连通性措施如何提供有意义的见解和结果。应该指出，我们研究的目的是开发港口连通性的量化措施，以表明一个港口通过现有的航运服务与海运网络中其他港口的连接程度。因此，这项研究是基于航运班轮网络，而不是现实世界中的实际运输流量。 然后可以根据每个港口的潜在流量来查看结果。
这项研究的主要贡献包括以下几点。首先，我们能够通过使用本文中建立的两种网络模型来捕捉运输时间和运力的影响，从而开发定量方法来衡量港口连通性。其次，在所提出的分析框架下，通过评估上述影响，可以从不同的角度对港口连通性进行进一步的评估，这些影响是建立在不同的模型之上的，不限于本文讨论的时间和能力。例如，在建立一个模型来评估转运服务对运输成本的影响之后，可以从运输成本的角度提出港口连通性的衡量标准。另外，可以建立结合多种因素（如运输时间和成本）的模型来衡量上述影响。因此，港口的连接水平可以通过同时考虑多个因素的度量来评估。第三，侧重于对全球交通网络的影响，而不是像现有研究所做的那样对每个港口的当地信息进行评估，使我们能够总结出航运能力，频率和网络结构之间的复杂相互作用一个直观和量化的端口连接度量。第四，可以利用所提出的框架和模型来分析（o，d）对上各个港口的影响，从而获得新的见解。例如，通过分析这种影响，我们可以确定一个地区的国际贸易在多大程度上受到某个港口的影响。对一个地区贸易影响最大的港口可以称为区域门户，我们的框架和模型能够确定哪个港口是一个区域国际贸易的潜在区域门户。
- 方法
2.1最小运输时间模型
众所周知，转运服务在许多港口，特别是新加坡和香港等枢纽港口中发挥着重要作用。该服务通过为货物提供许多额外的运输路线选择而充当国际贸易的促进者。请注意，为货物选择不同的路径选择将导致不同的运输时间，并且托运人希望尽可能地减少从原始港口到目的地港口的货物运输时间，以便更快地将其货物推向市场。货物的运输时间由两部分组成：链接的旅行时间和港口的等待时间。在卡拉和坦塞尔（2001年）和瓦格纳（2004年）的等待时间接近暂停时间的中间港口部署班轮服务的频率与链接的旅行时间有关。它们都与端口连接密切相关。假设有些货物通过一项服务到达中间港口。这些货物将被转移到另一项服务中，或继续在同一项服务中运往其最终目的地。该端口的连接性决定了这些货物可以运送到目的地的不同路线选择的数量。请注意，不同的路线对应于不同的距离，因此这些货物的行驶时间随所选择的不同路线而变化。一般来说，如果这个港口的连接水平很高，那么有很多选择来运输这些货物，并且可以选择一个较短的旅行时间;否则，由于只有少数选项可用，所以旅行时间可能很长。因此，链接中的旅行时间将受到该端口连接性的很大影响。另外，假设这些货物在这个港口转运，并且由于班轮服务的时间表，这些货物可能不得不在这个港口等待一段时间。与旅行时间类似，等待时间也受该港口连通性的影响：如果该港口与其他港口连接良好，则这些货物将在短时间内通过另一项服务从该港口运出;否则，他们将不得不在这个港口停留很长时间，这意味着更长的延迟和更高的成本。也就是说，一个港口连接得越好，该港口的等待时间就越少。因此，本文从港口连通时间和港口等待时间均与港口连通性密切相关的角度研究港口连通性。在介绍中提到的拟议的港口连通性分析框架下，它被定义为衡量转运服务在评估港口不可用时最小运输时间对网络性能的影响的一种衡量标准。
令T为一个周期的集合，令OD为（o，d）对的集合，其中o和d分别是原始和目的端口。我们希望确定转运业务在这段时间内对每个（o，d）货物对运输时间的平均影响，特别是因为运输时间可能会因此期间的货物生成日期而有很大差异。例如，如果一些货物在原始港口o产生（即到达o）以便运送到由每周一次的服务供应的目的地，则运输前的等待时间可以在1至7天的范围内，这取决于是否货物在货物离开之前到达，在这种情况下，o处的等待时间很短，或者在货物离开之后，这种情况下货物将不得不再等待o。通过考虑在该期间每天到达原产港的货物并平均其运输时间，我们可以更清楚地了解对运输时间的预期影响。我们将每个（o，d，t）定义为从第o天到第d天产生的港口货物，并将所有（o，d，t）的集合表示为H，然后表示为H = ODtimes;T。为了确定评估港口运输服务对运输网络的影响，我们考虑了两种情况，第一种情况是转运服务在评估港口可用，第二种情况是在该港口不提供转运服务。为简单起见，在本文中，前一种情况称为情况1，后者称为情况2.我们的基本任务是确定每个货物（o，d，t）从最小运输时间在两种情况下它的起始端口都到达目的端口。根据H中所有货物的最短运输时间，评估两种情况下海运网络的性能，然后确定上述影响，根据该框架可以确定港口的连通性。请注意，货物的运输时间取决于所需的服务和这些服务的时间表。因此，预先给出与班轮服务相关的一些参数：
4.案例研究：亚太地区主要港口的连通性
正如罗宾逊（Robinson，1998）指出的那样，世界贸易的迅速增长带来了港口（特别是集装箱港口）的发展，并导
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