0 引言

交通运输业在不同的经济发展阶段经历了多种发展方式，综合运输体系结构也呈现不同的特征，各个阶段交通运输资源配置效率和综合运输服务水平也存在差异。发达国家综合运输体系发展具有鲜明的“自然演进”的特征，主要解决的是“存量”优化问题，而我国交通运输正处于快速发展阶段，各种运输方式都具有较大的发展空间，“增量”合理配置成为关键问题所在^[1]。促进各种运输方式的合理分工与协作，提高综合运输体系的效率，是实现交通运输资源的优化配置，改善运输产业结构体系，提升综合运输服务水平的迫切需求，这就需要对我国综合运输体系结构的演变特征进行全面系统的分析。相关研究在运输结构演变的趋势、规律及影响因素等方面进行了大量的探索^[2-5]，并从产业结构^[6]、区域经济特性^[7]等角度出发分析了其对运输结构的影响，同时还对运输结构进行了预测^[8]和优化^[9]。在关注运输业自身发展的同时，还对运输结构与产业结构及国民经济之间的关系进行了研究^[10-11]。

然而，现有研究在对综合运输体系结构进行分析时，大多是通过各种运输方式的规模数量及其比例关系进行定性描述，尽管部分研究进行了定量分析，但侧重于交通运输业总体发展情况，以及运输结构与产业结构或国民经济关系的分析，未能揭示运输结构发展变化的内在特征，缺乏对综合运输体系结构优劣的判断依据，对各种运输方式的发展在整个综合运输体系演进过程的影响分析不足。同时，运输结构存在于一定的社会经济条件和行业发展背景下，现有研究很少对我国综合运输体系结构演变过程进行科学的划分，演变特征分析中各个阶段的发展特点与运输产业特性结合不足。

因此，本文借助信息熵理论和主导产业扩散效应理论，引入综合运输体系结构信息熵、均衡度、优势度、转换速度系数和转换方向系数等概念，通过综合运输体系结构的随机性和无序程度以及各种运输方式之间转换的速度、方向，分析我国综合运输体系结构的演变特征及趋势，以求通过综合运输体系中各种运输方式的“增量”的合理配置解决好“存量”的优化问题，为我国交通运输发展提供决策依据，实现以最小资源消耗最大限度满足社会经济发展提出的运输需求。交通运输是社会经济发展的基础和纽带，研究综合运输体系结构的动态演变特征及规律，并据之进行交通运输业发展的科学规划布局，对于实现有限运输资源的合理配置和高效利用，促进我国综合运输体系结构合理化、均衡化、高效化，促进社会经济发展具有重要的理论意义和现实意义。

1 研究方法 1.1 信息熵理论及方法模型 1.1.1 信息熵

熵产生于热力学领域，用以表征系统紊乱程度。信息熵是信息论中的重要概念，在信息论中有着非常重要的应用^[12-13]。对于一个不确定性系统，若用随机变量X表示其状态特征；对于离散型随机变量，设x的取值为X={x₁, x₂, …, x_n}(n≥2)，每一取值对应的概率为P={p₁, p₂, …, p_n}(0≤p_i≤1, i=1, 2, …, n)，且有∑p_i=1，则该系统的信息熵为：S=－∑p_ilnp_i。这一公式称作申农公式，其定义的熵为广义熵或泛熵，可用来描述任何一种体系或物质运动的混乱度和无序度^[14]。

对于一个具体的系统而言，如果这个系统随机性很大，且混乱无序，则此系统的信息熵较大。反之，如果一个系统是确定的，且稳定有序，则此系统的信息熵较小。根据熵的特性，可以通过计算熵值来判断一个事件的随机性及无序程度，也可以用熵值来判断某个指标的离散程度及系统多样性^[10]。随着信息理论的不断发展，信息熵在保持其基本性质和含义的基础上，其内涵和应用范围在不断地拓展，在能源^[14]、土地^[15]和交通运输^[16]等科学研究领域都得到了新的应用。

1.1.2 综合运输体系结构信息熵

综合运输体系是由若干不同功能、不同等级的运输方式构成的有机整体，是一个复杂的具有自组织与他组织性的复合系统，具有多元、开放、包容等特性，与外在环境有着广泛的联系，存在着物质、能量和信息的输入输出的变换关系。随着时间的推移，综合运输体系结构不断在内部因素的作用和外部因素的影响下，发生结构上的演替和变化，表现出自发的、具有不可逆性的演化特征，符合耗散结构系统的预定假设^[14]。因此，可以通过信息熵描述综合运输体系的结构变化特征，反映其有序程度及各种运输方式的特性。

综合运输体系结构是指组成综合运输体系的各种运输方式的有机比例及构成，具体是指综合运输系统中各种运输方式的技术性质、布局分布、发展资源及投入产出等的比例关系。综合运输体系结构主要可以通过技术结构、人员结构、投资结构、运力结构和运输量结构等进行描述和衡量^[11]。运输活动的最终产品是人或货物的空间位移，而运输量是对最终产品的度量，是运输资源相互作用结果的最终体现形式，在一定程度上能够有效体现技术、人员、投资、运力等要素所产生的效用，故本文主要选取运输量结构对综合运输体系结构进行衡量。

运输量是通过运量和周转量两个指标进行计量的，因而运输量结构也可以分别采用运量或周转量指标进行解释。由于各种运输方式的平均运距不一，运量的大小不能真实反映各种运输方式的能力，所以通过运量指标难以准确反映综合运输体系的结构。周转量既反映了运量又体现了运输距离，是反映运输产品数量的重要指标，在一定程度上能够比较综合全面地反映运输在量上的实际情况^[17]，因此本文选取周转量作为运输量结构的衡量指标。同时，由于客货运输的产业特性不同，故本文将客运周转量(Passenger Kilometer，PK)和货运周转量(Freight Turnover，FT)分别按照10:1和1:1的比例进行换算，二者之和即为换算周转量(Converted Turnover，CT)，单位为亿吨公里，公式为：

(1)

基于以上论述，假设总换算周转量为A，各种运输方式的换算周转量分别为A₁, A₂, …，A_n，且有A=则各种运输方式的比例分别为p₁, p₂, …, p_n，其中p_i=A_i/A，且(i=1, 2, …, n)。从而可以得出综合运输体系结构信息熵为：

(2)

信息熵的高低可以反映出综合运输体系结构的有序度或复杂度，即综合运输体系的均衡稳定程度。当p₁=1时，此时信息熵的值最小，即H_min=0；当A₁=A₂=…=A_n，即p₁=p₂=…=p_n=1/n时，此时信息熵的值最大，即H_max=lgn。而在现实中，信息熵一般会介于二者之间，即优良的耗散系统状态是应处于有序和混沌之间^[18-19]。

由于各种运输方式有其特有的技术经济特征，又存在一定的替代关系，对于各运输方式的判断不能脱离其技术经济特征，综合运输系统结构达到最优时各运输方式应为“各尽其能”，且保持相对稳定，而非实现绝对的“地位均等”。因此，综合运输体系结构的优劣状态判断的标准是系统中各种运输方式是否“各尽其能”，且保持相对稳定。这一状态所对应的信息熵即为综合运输体系及各种运输方式所达到的理想发展状态的表征。

1.1.3 综合运输体系结构均衡度和优势度

根据信息熵理论中对均衡度的定义，结合上文中对综合运输体系结构信息熵的论述，可将综合运输体系结构均衡度表述为：

(3)

式中，B表示综合运输体系结构均衡度，是综合运输体系结构信息熵与最大信息熵之间的比值，且B∈[0, 1]。均衡度越大，表明其结构的均衡性越好^[16]，即各种运输方式之间的相对差距较小。同时，可以将综合运输体系结构优势度表述为：

(4)

式中，C为综合运输体系结构优势度，反映了区域内某种运输方式相对于其他运输方式所取得的优势程度。优势度越大，说明综合运输体系内个别运输方式得到了较好的发展，但总体上呈现出非均衡发展的态势。

从综合运输的本质及特征来看^[20]，交通运输的发展应以对社会经济发展贡献最大化为根本目标，均衡度及优势度过大或过小都将不利于综合运输的实现及社会经济的发展。综合运输体系的结构均衡，并不是指各种运输方式拥有相同的地位和作用，通俗地讲，即并非在综合运输体系中各种运输方式平分运输量就是合理的，而是以综合运输的发展理念，在各种运输方式各尽其能的基础上，实现交通运输和谐共生的发展状态。因此，综合运输体系中均衡度及优势度合理大小应以综合运输的本质来考量，在充分发挥自身技术经济特性的基础上，促进其他运输方式及交通运输系统的发展，实现综合运输体系的效率提升和结构优化。

1.2 产业结构扩散理论及方法模型

罗斯托的主导产业扩散效应理论指出，主导部门和主导产业的存在导致地区内各产业增长速度的差异，这种差异越大，该地区产业结构转换越快；若区域内各产业增长速度相当，则转换就慢^[21]。因此，本文借助主导产业扩散效应理论，通过综合运输体系结构转换速度系数和转换方向系数两个指标，对我国综合运输体系结构的演变趋势进行分析。

综合运输体系结构演变的直接原因在于各种运输方式的转变速度存在差异，各种运输方式变化的速度差异越大，综合运输体系结构转换的速度越快，反之，则结构转换速度越慢。综合运输体系结构变化的速度差异可以用转换速度系数表示，同时从各运输方式的变化速度出发可以计算出各个运输方式的转换方向系数，该系数可以反映出运输结构变化的方向和趋势。计算方法如下：

(5)

(6)

式中，α_i表示综合运输体系结构转换速度系数；β_i为各运输方式转换方向系数；X_i为各运输方式换算周转量年均变化速度；X_p为总的换算周转量年均变化速度；R_i为各运输方式换算周转量占总换算周转量的比重。

2 研究结果 2.1 数据来源及预处理

运输结构的演变包括两个方面：一方面是运输方式构成的变化，这表现为运输方式种类的变化；另一方面是运输方式比例的变化，反映了交通运输系统中各运输方式地位作用的变化。综合运输体系是由各种运输方式组成的有机体，主要包括铁路、公路、水运、民航和管道5种运输方式。因此，本文主要通过运输方式比例的变化对综合运输体系结构的演变进行分析。同时，由于管道运输主要是货物运输的一种形式，其运输产品主要以石油、天然气等流体物质为主，具有比较特殊的技术经济特性。且管道运输的运输量在整个综合运输体系中所占比重较小，对综合运输体系结构的演变特征及趋势分析影响较小，故不在本文研究的范围之内。因此，本研究主要通过铁路、公路、水运、民航4种运输方式对我国综合运输体系结构进行研究。

本文选取中国1949—2014年的交通运输业换算周转量为计算数据，客货周转量等基础数据均来源于国家统计局发布的《中国统计年鉴》。根据历年的客货周转量数据，按照式(1) 对运输周转量进行标准化，可以得到综合运输体系中各种运输方式的换算周转量。基于以上数据，可通过信息熵理论和产业结构扩散理论相关概念和模型，对我国综合运输体系结构的演变特征及趋势进行定量分析。

2.2 综合运输体系结构信息熵、均衡度和优势度

设铁路、公路、水运和民航的信息熵分别为H₁，H₂，H₃和H₄，根据上文式(2)~(4) 中所定义的综合运输体系结构信息熵(H)、均衡度(B)、优势度(C)及换算周转量的数据，计算我国1949—2014年综合运输体系结构的信息熵、均衡度以及优势度。根据计算所得数据结果，绘制1949—2014年间我国综合运输体系结构信息熵、均衡度和优势度变化趋势图，结果如图 1和图 2所示。结合图表可对1949—2014年间我国综合运输体系结构的演变特征及趋势进行描述和分析。

由图 1可知，1949—2014年间我国综合运输体系结构信息熵不断增加并逐步趋于平稳，发展过程中呈现出“阶梯型”特征，因此可划分为1949—1984年、1985—2007年以及2008—2014年3个阶段。总体上来看，前期增速较快，中期保持平稳，后期略有下降。我国综合运输体系结构经历了由相对稳定有序到不断发展变化的状态，通过比较各种运输方式信息熵值的大小及变化特点，可知引起信息熵变化的主要是铁路、公路和水运，民航对信息熵值的影响作用相对较小。

图 2表明，我国综合运输体系结构的均衡度与信息熵变化趋势基本一致，呈现出逐年上升的趋势，优势度则恰好相反。与信息熵的“阶梯型”特征相比，均衡度、优势度则表现为两阶段特征。第一阶段(1949—1970) 均衡度与优势度数值呈现出振荡特征，起初优势度较高，均衡度较低，最后优势度较低、均衡度较高，且中间阶段二者数值经过多次交叉；第二阶段(1971—2014) 均衡度逐年升高，优势度逐年降低，且二者差值逐步增大。根据现有曲线变化特点，可推断下一阶段信息熵、均衡度总体增加，局部下降，优势度则相反。总体而言将趋于平稳，变化幅度将逐渐微弱，但存在小幅波动。均衡度、优势度的“∞”型发展趋势曲线右侧开口将有不同程度的波动变化，但最终将收敛于一定水平，而这一水平的确定是综合运输本质及特征的体现。

上文对我国综合运输体系结构信息熵、均衡度以及优势度的变化趋势进行了总体分析，但不难发现，我国综合运输体系结构的演变具有明显的阶段性特征，且引起每个阶段特征的主要因素各不相同，因此有必要对各个阶段的演变特征及其主要影响因素进行进一步的分析。为更加清楚地反映我国综合运输体系结构的变化情况并对其发展阶段进行合理划分，本文对其信息熵进行一阶差分运算，结果如图 3所示。

根据我国1949—2014年综合运输体系结构信息熵的“阶梯型”特征，并结合其一阶差分图，可知我国综合运输体系结构演进过程中存在两个突变点，故可以将其划分为3个阶段：1949—1984年、1985—2007年以及2008—2014年。

1949—1984年间，综合运输体系结构信息熵处于不断增加的状态。从各种运输方式来看，铁路、公路、水运起到主要作用，排序依次为：水运>铁路>公路，民航的作用相对较小。铁路、公路、水运三者信息熵曲线近乎平行，说明这一阶段各种运输方式“存量”相对短缺，属于“存量”补充阶段，这为下一阶段运输方式的发展奠定了一定的基础。此阶段交通运输发展以各自发展为主，技术经济特征明显，各种运输方式在综合运输体系中地位及作用相对稳定。

1985—2007年间，综合运输体系结构信息熵数值相对上一阶段有所提升，在0.396 2~0.443 1之间小幅度波动，基本上保持稳定。这一阶段水运信息熵值开始出现缓慢下降，铁路平稳上升并超越水运成为对整体结构影响作用最大的运输方式，公路发展相对稳定有序，民航逐步有所起色。此阶段各种运输方式通过上一阶段“存量”累积，已经在各自领域内建立了优势，各种运输方式竞争激烈。此阶段各种运输方式开始通过竞争实现进一步发展，但整体仍处于相对平稳的状态。

2008—2014年间，综合运输体系结构信息熵较上一阶段水平有一个比较明显的上升，但伴随了一个小幅下降的趋势。这一阶段公路上升成为第一，铁路均呈现下降趋势，水运有所回升，民航发展开始提速。根据各种运输方式现有发展趋势及基础数据可以判断，未来一段时间公路和航空将是交通运输发展的重点，水运应继续维持其在远洋运输中的地位，而铁路则应逐步放缓发展普通铁路的进程。这一阶段各种运输方式解决的主要是“存量”的有效利用和“增量”的合理配置问题。

2.3 综合运输体系结构转换速度系数和转换方向系数

为进一步分析我国综合运输体系结构的演变特征及趋势，揭示综合运输体系结构发展变化的内在特征及各运输方式的影响作用，依据上文中对我国综合运输体系结构的阶段划分及所定义的综合运输体系结构转换速度系数和转换方向系数计算式(5)、(6)，计算各个阶段的转换速度系数和转换方向系数，结果如表 1所示。

由表 1可知，我国综合运输体系结构转换速度系数逐步上升，1949—1984年间偏低，1985—2007年间有所上升但幅度不大，说明综合运输体系结构转换的速度偏低，即各种运输方式比重变化不大，地位作用相对稳定；2008—2014大幅上升且达到较高水平，说明各种运输方式在发展过程中，相对差距逐步缩小，竞争日趋激烈，交通运输格局不断变化。从综合运输体系结构转换速度系数现有的变化趋势来看，未来我国综合运输体系结构转换速度系数仍将保持在较高水平。

此外，从转换方向系数来看，1949—1984年、1985—2007年两个阶段，各种运输方式之间转换方向系数存在一定差异但并不明显，而2008—2014年间各种运输方式的转换方向系数差异较为明显，大小依次为：公路>民航>水运>铁路，说明各种运输方式格局变化趋势日益明显，发展的重点逐步由水运和铁路转向公路和民航。从各种运输方式自身转换方向系数的时间序列来看，铁路逐步降低，公路快速上升，水运逐步降低，民航先升后降。对比发达国家交通运输发展历史实践，这也符合交通运输发展的方向和趋势^[22]。

2.4 综合运输体系结构演变特征及趋势分析

综合运输体系中各种运输方式发展过程的特征及未来的趋势，是由社会经济发展水平、自然经济地理、资源及生产力布局、国家宏观战略政策等一系列因素作用的综合结果，不同的历史阶段运输方式也因各种因素的发展变化表现出不同的特征和趋势。

(1) 第一阶段(1949—1984年)

我国建国初期国民经济基础薄弱，对交通运输提出的需求相对单一，主要解决“运得走”问题。交通运输发展以各种运输方式各自发展为主，各运输方式在交通运输系统中地位及作用相对稳定。此阶段社会经济生产、生活活动还不够频繁，居民收入较低、消费水平有限，同时可供选择的运输方式也很局限。因此，交通运输的发展主要以货运发展为主，货物特性也成为了影响各种运输发展的重要因素^[22]。国家社会经济的发展要走工业化的发展道路，实现由落后的农业国向先进的工业国的转变。在这样的社会经济背景和产业结构水平下，以劳动密集型、资源密集型为主的产业发展需要实现大量的煤炭、石油、钢铁等原材料在国民经济物质生产部门的流通，这些货物对运输速度、质量等要求不高。因此，水路运输和铁路运输以其大运量、低价格的特点，成为了建国以来很长一段时间中交通运输发展的主要运输方式，而公路运输和航空运输并不占有发展的优势。

(2) 第二阶段(1985—2007年)

改革开放以来我国社会经济的快速发展，这对交通运输提供了更好的发展条件，也提出了更高的发展要求。随着社会经济发展和产业结构调整，交通运输结构也随之发生变化。以原材料、初级产品等为主的货物运输需求结构已逐步被打破，大宗货物运输逐步减少，公路运输和航空运输开始快速发展。但是，我国工业化程度仍不高，原材料、初级产品等货物运输需求虽然下降，却仍占较大比重。因此，这一时期铁路运输虽然增速放缓，但在交通运输系统结构中仍占有较大比例。随着公路运输基础设施及运输装备的发展，尤其是高速公路的发展，公路运输成为此阶段发展最为迅速的运输方式。从承担的运输量上来看，公路运输开始成为中短途的主要运输方式，水路、铁路和公路三者之间的差距逐步缩小。社会经济的发展使得人们出行的次数和频率不断上升，各种运输方式承担的运输量也随之上升。同时，运输市场和结构得到了进一步的细分，居民出行的选择增多，导致运输方式之间差异性减小。各种运输方式在其特有的技术经济领域保持着相对的稳定，运输方式之间存在一定的竞争，但并不明显。

(3) 第三阶段(2008—2014年)

社会经济的不断发展，要求交通运输不仅从量上满足其发展需求，更要从质上与其相适应。因此，运输的需求以数量增长为主转向以质量增长为主的阶段，货运为主也逐步转向客货并重，这也要求更加迅捷、灵活的运输方式与之匹配和适应。高时间价值和高附加价值的运输需求增长，这对运输质量、速度、时效性、灵活性等方面提出了较高的要求。公路运输、航空运输正是适应这一要求而发展起来的。与此同时，铁路、水运比重将进一步下降，但也有一定的限度。我国对外贸易不断发展使得远洋运输的地位不断巩固，这也是水路运输较上一阶段呈现回升状态的原因。随着人均国民收入及可支配收入的提高，居民生活水平逐步提高，对出行的质量也提出了更高的要求。航空运输以其特有的技术特点在这一阶段的旅客运输中具有绝对的竞争力，表现出较高的增长速度。但由于其基数较小，在交通运输结构中的影响力还相对不足。公路运输不再只是承担短途运输的任务，高等级公路显示其在中长途运输中的极大优势，在运输大通道的发展过程中也扮演着非常重要的角色。

3 结论

本文借助信息熵理论和产业结构扩散理论，通过综合运输体系结构信息熵、均衡度、优势度和综合运输体系结构转换速度系数和转换方向系数，对我国1949—2014年间我国综合运输体系结构演变特征及趋势进行了分析，主要研究结论如下：

(1) 综合运输体系结构信息熵不断增加并逐步趋于平稳，且呈现出“阶梯型”变化趋势，存在两个结构突变点，即可划分为1949—1984年、1985—2007年以及2008—2014年3个阶段。信息熵不断增加和趋稳过程，也是我国综合运输体系结构不断优化的过程。在不同阶段社会经济发展的大背景下，各种运输方式通过其技术经济特征实现地位及作用不断发生演替，我国交通运输由“单一”发展转向“综合”发展，发展关键问题也逐步由“存量”的补充转变为“增量”的配置。“增量”被有效利用，是综合运输体系结构优化的表征；否则为劣化，有可能造成交通运输的结构性失衡。

(2) 均衡度、优势度呈现出“∞”型发展趋势，表现出两阶段的发展特征。第一阶段(1949—1970) 优势度总体大于均衡度，差距逐年缩小，且伴有多次数值交叉，说明此阶段在综合运输体系中存在某种或某几种运输方式具有一定的主导作用的情况，且各种运输方式通过竞争实现地位及作用的不断更迭；第二阶段(1971—2014) 均衡度大于优势度，差距逐年增大，各种运输方式发展差距逐步缩小，且通过竞争与合作达到相对协调和均衡的状态。总体而言，我国综合运输体系结构朝着合理、均衡、高效的方向演进。

(3) 综合运输体系结构转换速度系数和转换方向系数前期偏低且差异较小，后期达到较高水平且差异明显。综合运输的理念不断成熟并应用于发展实践，原有的交通运输格局逐步被不断打破，各种运输方式竞争日益激烈，在新形势下确定了交通运输的新格局，各种运输方式发展更加合理和均衡。未来一段时间，公路运输将持续发展，成为综合运输体系中基础性的运输方式，重点发挥集疏散功能，承担部分运输通道功能；铁路运输下降至一定程度稳定，但依然是支持国民经济物质生产生活的重要运输方式；水路运输将形成远洋运输为主、内河运输为辅的局面，主要在货物的贸易运输上发挥重要作用；航空运输快速发展但规模不大，用以满足高附加值及高时间价值运输需求。