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评估欧洲集装箱港口相对技术效率的一种方法：随机边界分析

摘要

本文在生产边界函数形式是对数线性Cobb道格拉斯函数的假设前提下，使用“随机边界模型”的典型算法估计了欧洲集装箱港口样本的相对技术率。估计效率的方法与所测试的三个假设的误差分布大体相似。从分析结果可以得出结论，港口或码头的规模与其效率密切相关。调查还发现英国的港口在使用基础设施方面是最高效的;这是一个调查集装箱吞吐能力不足的原因之后得出的结果。斯堪的纳维亚和东欧集装箱码头的相对效率估计最低。地理位置（正在被替代的洲际干线集装箱贸易）和相对效率低于平均水平可能是导致集装箱吞吐能力不足的原因。

1. 引言

生产和消费的全球化以及集装箱运输的国际贸易模式的影响逐渐加强，造成这种结果的原因是与更传统的方法相比，集装箱运输货物的方法提供了大量的技术和经济优势，更是明显促进了全球的生产和消费。作为国际物流网络的关键节点和潜在发展障碍，集装箱港口在集装箱运输过程中扮演了关键的角色。特别是作为促进海洋和内河运输系统的联运转运的渠道，集装箱港口继续发挥应有的作用。

今天集装箱港口产业明显的的区别特征之一是竞争比以前的情况更为激烈。因为的港口地理位置的不可移动和货物集中特点，港口市场拥有天然的垄断性。然而，在世界的许多地方，集装箱和多式联运的发展和采用已经从根本上将港口市场的占有结构从垄断转到激烈的竞争当中。因此，集装箱港口不能够轻易获得从内地运输货物的批准的，而是转变为必须同其他物流公司竞争。作为替代，在人们有更多的可供选择的港口的情况下，港口内陆的业务迅速地与这些竞争港口业务产生重叠(Cullinane amp; Khanna, 2000) 。

当代世界集装箱港口行业的这些特点比欧洲更为剧烈。在国际贸易蓬勃发展和相关的海运货物量快速增长的刺激和促进下，集装箱港口开始为国际和欧盟成立的区域经济发展提供平台(e.g. Winkelmans, 2004; Martine, Perez, San Juan, amp; Suarez, 2004). 。除此之外，这场激烈的竞争将继续在需要进行竞争环境的分析大量欧洲集装箱港口之间展开(e.g.Notteboom, 1997; Wang amp; Cullinane, 2004)。

这场激烈的竞争激起了港口部门在如何更有效率地利用他们的资源的思考的明显的兴趣。鉴于个别港口对于行业生存前景和竞争力做出了贡献，港口作为一个整体包括它的成员在内，其意图在利益背后非常明显。通过进行正式的效率分析，港口管理被提供的不仅是一个合理的决策依据，而且需要依靠国家对某些区域的重点支持和鼓励和国家性港口计划和运行的投入。

本文重点强调包括这章节在内的分析结果是有局限性的，仅仅凭着数据来源和比较大量欧洲集装箱港口行业主要港口和码头相对效率的评估不足以给予本文论点全面的论据支撑。本文作为一个研究，结果来源于行业竞争认知和竞争性影响，除了别的以外，生产效率也会由于大量竞争实体例如港口的竞争而更替提升。它毫无疑问不是典型的，然而，任何直接偶然的关系也会在效率的改变水平与集装箱行业竞争的程度之间被假定为有关系。即使是一个假设也绝对值得进行测试，特别是因为市场可竞争性潜在的影响(Baumol, Panzar, amp; Willig, 1982) 。正是这样一个复杂和潜在的重要性，值得我们对假设本身进行一个独立的研究。因此最主要的论点是引出欧洲集装箱港口行业效率评估误差的数据剖析，这是本文最主要的目的。

一系列的途径被利用来分析港口绩效。过去，这些方法包括：泊位货物生产率的计算（Bendall＆Stent，1987; Tabernacle，1995; Ashar，1997），单因素生产率的测量（De Monie，1987），通过一段具体的时间来比较实际最优吞吐量（Talley，1988），港口成本函数评估（De Neufville＆Tsunokawa，1981），一个港口的总因素生产率的计算（Kim＆Sachish，1986）和通过使用多元回归分析来建立港口绩效和效率模型（Tongzon，1995）。近年来，然而，在生产活动中对相对效率水平的测量方法中有了长足的进步。为了这个目的，两种更复杂，但更适当的顾及整体性的方法，数据包络分析法（DEA）和随机边界分析法（SFA），已经被迅速地次用来全力分析港口生产和绩效。

本文的随机边界分析法作为适合分析的工具，可用来测量欧洲集装箱港口的相对效率。本章接下来的部分提供一种随机边界分析方法论的阐述。第三部分通过精确地定义投入和产出变量，收集对分析不明显的模型变量来处理随机边界分析方法论的操作过程。这个部分也概括了性质，形式和来源，目的是数据收集和论述被评估的模型具体化，和强化论证下文评估欧洲集装箱港口的相对效率的假设。对样本数据资料应用SFA的产生的结果将在第四部分阐述出来，并且分析，结论，局限性和更深远的研究机会的影响将在第五部分被论述阐明。

1. 方法：随机边界分析

过去十年来，人们提出一系列的基于边界概念的评估效率的方法。在这样的方法下，高效率的单位就评估效率提出了一些基于边界概念来估计效率的方法。 在这种方法下，有效单位被认为是这些在成本或者生产率边界的操作，而低效率的单位是这些在产品边界的情况下，在成本或生产边界上运行的单位，而低效率单位则是在生产边界的情况下，运行地与边界或者在成本边界，运行超过边界。

解释为什么边界模型越来越广泛使用（Bauer，1990）的原因有很多。这是因为基于生产或成本边界的方法与优化行为的基本经济理论相一致。

作为经济单位追求他们技术的或者行为目标例如经济效益、生产率，任何模型函数运行位置偏移边界误差都有应该有一个合理的解释。

关于边界结构的信息和经济单位的相对效率在很多政策上得到应用。

最受欢迎的围绕边界概念的效率模型被一系列经济利益激发；这些经济利益包括在一下几个方面：在有生产效率技术的结构中，在受观察效率模型和边界函数运作之间的分歧上，通过经济效率本身的概念问题。

在边界模型的文献的起源是Faewll（1957）年的开创性工作，这个人提出了一个被广泛接受的框架来分析经济效率，依据就是来自理想化的边界等产量图。为了评估个别单位实际操作量与高效率的边界操作量的误差，很明显地一个重要的第一阶段是可能描述或定义模型边界的精确位置。实际上，一个清晰二分法存在于分类法中，这个二分法是可以被用来推导出具体的边界模型。在这种分类法的第一级中，这样的模型可以通过随机的或非随机的评估方法。而前者必然会涉及设定数据随机性假设，后者并不是这样。另外一种在分类法里是否被选择方法的论点的不同性在于是参数还是非参数的问题。在这种情况下，前者方法强加了一种特殊的功能类型，而后者并没有。实际上，非参数方法围绕数学编程技术，最广泛普及的应用是参考自DEA。参数性的方法，在另一方面，涉及计量经济学技术，一种与统计评估边界生产函数相关的测量。

计量经济学方法有很强的政策导向，特别是在评估可替代的行业组织或者管理结构方面和在评估政府的其他公共机构的效率方面。数学规划方法，从另一方面说，有更好的管理决策导向（Aigner＆Schmidt，1980; Fare，Grosskopt，＆Lovell，1994; Lovell，1995）。计量经济学方法的政策导向加密切地支持论文的目的，特别是从他们有一个更加结实的经济理论基础（Forsund，Lovell＆Schmidt，1980; Pitt＆Lee，1981; Bauer，1990）。除此之外，有几篇研究（例如Gong＆Sickles，1992; Oum＆Waters，1996）也比较了可替代的方法来测量效率，其几种在计量经济方法（特别是随机边界模型）和数学规划方法。就像通过在真实的和估计的相关效率之间测量相关系数和等级相关系数衡量，结果表明计量经济模型功能形式被很好地具体化，随机边界模型方法比数据包络分析法更好更广泛地生产效率估计，特别是测量公司定固定样本数据效率的有效性。最令人震惊的是Cullinane, Ji,和Wang（2005）从集装箱港口行业中比较规划应用和计量经济方法的数据时，也发现了这一点。

计量经济学方法涉及特定参数技术表示法，所谓的技术，是指在附属分类级别中，能够分为两种不同形式的模型，或是确定性和随机边界，其中一个能够根据被制定的关于基础数据的假设，来具体说明模型采用哪种模型。早期的参数边界模型是作为一个典型事件的结果，这个所有正在被研究的经济单元是以可能被假定共享一个混合的边界的形式出现。即使对于一些简化假设的形式有一个明显的需要，来加强任何计量经济学分析论证。这种情况被广泛地认为太过于简单化，并损害了从分析中的出的结果的有效性。从根本上说，这个假设无视了被观察经济单元绩效在研究可能被外部因素（即随机冲击）影响的真正的可能性，也有可能被内部因素（即低效率），又或者其他因素影响。这些因素是否产生有利的或不利的影响，或者他们是否在经济单元本身的控制范围内还是在范围外，很明显的将所有这些因素归结到单一的干扰项和参照他们的结合的作为“低效率”的影响，这种做法是可疑的和不确定的概括。

作为一个可替代的方案，生产或成本边界的误差不完全受到在经济单元操控的概念刺激了还随机边界模型的发展和应用（Greene，1993）。Aigner，Amemiya和Poirier（1976），Aigner，Lovell和Schmidt（1977）和Meeusen和van den Broeck（1977）都独立工作，但他们所有人都寻求建立一个比单方面的确定性形式更符合逻辑的和可接受的误差结构。研究本身的结果是具体的线性模型并且由公式（1）表示：

其中Yit表示在时间t的第i个企业的适当形式的产出，Xit是在时间t与第i个企业相关联de 投入向量，b是生产函数中相关联的自变量投入系数的向量。干扰项vt中的组成部分表示经济单位的生产函数。这可能是由于几方面的原因，例如不仅仅是对测量的和特定错误的影响，而且还是对偶然和随机发生的和超出经济单位控制范围的外部冲击的影响（例如天气条件的影响，地理或者机器绩效）。其他的干扰项的组成Uit,是单方面干扰项，代表一个与随机生产函数相关的经济单元的“生产低效”。

干扰项Uit是非负数地反映产出必须在它的产品边界下的事实。任何观察可能偏离随机生产函数确定性要点（等式1）。当其产生的时候，它有两个来源：（i）确定性要点通过观察由被组成Vit捕获的对称性随机变化f (Xit; b) （ii）

部队称变化（或者生产低效）被uit引起。项目uit测量生产效率低效，是就它测量产出从边界最大值Yit隐含的缺口的意义而言的，这由公式表示为f (Xit; b) exp(vit) 。

关于经济单元效率等级估计是通过以下方法计算的：

Y it /（X it;b）expeth;（vit）

公式与随机边界f (X; b) exp(v) 相关。

这次计算结果的无关性，换句话说，即任何企业效率水平对于这次估计结果都不一致。这是因为它包含与随机边界的相关干扰因素，同时也包含生产低效率的因素。除此之外，随机边界模型遭到两种其他的障碍影响结果的计算。

一种是特定假设的要求和统计干扰（通常被假定为有一个正态分布）关于生产低效分布。最频繁的定义分布对于uit来说是半正态（i.e. uit|N(0, su2)），即使对uit其他分布假设已经被提出。例如，指数的（Aigner等，1977），正常截断(Stevenson, 1980) 和gamma;分布（Greene，1980）。然而，正如Bauer (1990, p. 41) 所说：“更强的假设产生更好的结果，但是他们更多地屈服于良心hellip;hellip;”施加的适当部分只能通过仔细考虑数据和正在研究的行业的特点来确定。

基于随机边界模型其他潜在的批判方法是被以下指标的假定所要求：回归量（投入变量包含于变量X）和独立的生产低效率。既然任何公司或者其他意识到他们低效率水平的经济单位到时可能会采取行动（影响它的投入选择）来改善这样的问题的根源。潜在地证明了公司采取行动改善低效率的情况是一种真实存在着的问题，而不是不切实际的假设。

3.模式化

3.1.变量的定义

港口有的规模有大有小，并且当可以面对各种各样的交通组合变化，还能有序组织它们的运输。因此，Braeutigam，Daughety和Turnquist（1984）提出，剖面的应用，可能导致时间序列甚至固定样本数据分析失败，甚至在不同港口之间最基本的数据也是如此。因此，基于这些数据的港口效率分析可能导致一个对港口绩效水平的误判。Kim和Sachish（1986）提出，因此，小化发生机会的选择，用计量经济学在单个港口或者码头的前提下，通过使用合适的来源于相同的的样品数据评估港口产品结构才是合理的。

在试图获得港口生产能力并将其用作测量港口绩效的基准时，Chang（1978）进行的分析仅关注一般货物的处理。这项关注是建立在港口业务遵循传统的科布 - 道格拉斯案例假设的基础上的。

其中Y表示年度总收入（实际值），K为港口净资产的实际值，L为每年使用的劳动者人数，每年每月的平均员工人数，例如（T / L）是代表技术改进的程度，其中（T / L）显示了单位劳动力处理的吨位。Chang（1978）认为，为了估计等式3中的表示的生产函数，港口产量应该在操作总吨位或者他的总收入的情况下计算。为了帮助决策者评估不同类型船舶的优点，该模型在公式3中提出Bendall和由Stent（1987）改进过的观点。更复杂的估计港口生产函数的观点随后被LIU（1995）发展和应用，他做了一些支持论点的的假设，通过推导像公式3定义的边界模型进行计量经济评估英国的生产函数。

Dowd和Leschine（1990）认为，在其他因素中，港口或码头集装箱生产率关键取决于因素投入的效率对结果的影响，特别地，劳动力，

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