鐵路客運(yùn)量預(yù)測方法

1、一、意義1、設(shè)計鐵路能力的依據(jù)。 客運(yùn)量是選定鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，而主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)又決定著運(yùn)輸裝備的能力，它不應(yīng)小于調(diào)查或預(yù)測的客運(yùn)量，以滿足國家要求的運(yùn)輸任務(wù)；2、是評價鐵路經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。 客運(yùn)量決定鐵路的運(yùn)營收入、運(yùn)輸成本等經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)?？瓦\(yùn)量大，則收入多、成本低；3、是影響線路方案取舍的重要因素。 鐵路選線中，出現(xiàn)大量的線路方案比較。若運(yùn)量大，則投資大的方案中選，運(yùn)營支出小。總之，若調(diào)查或預(yù)測的客運(yùn)量偏大，則鐵路標(biāo)準(zhǔn)偏高，技術(shù)裝備能力也偏高，因而投資較大。但運(yùn)營后發(fā)現(xiàn)實際運(yùn)量偏小，則會造成鐵路能力閑置，投資浪費(fèi)，由于運(yùn)營收入少，鐵路的經(jīng)濟(jì)效益必然降低；若調(diào)查或預(yù)測的客運(yùn)量偏小，雖初期

2、投資省，但運(yùn)營后能力很快就會飽和，從而過早的引起鐵路改擴(kuò)建，追加投資增大，也不經(jīng)濟(jì)。二、影響客運(yùn)量的因素直通吸引范圍：等距離原則劃定（“哪邊近走哪邊”），上下行分別勾畫；地方吸引范圍：運(yùn)價最低（運(yùn)距最低）原則確定（“哪邊花錢少走哪邊”）。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，客運(yùn)量也在不斷增加，因此，只有把握住影響客運(yùn)量增長的因素，才能更好地預(yù)測出客運(yùn)量的大小。影響因素主要有：1、國家的政治、經(jīng)濟(jì)形勢，國民經(jīng)濟(jì)的增長速度與發(fā)展戰(zhàn)略，運(yùn)價政策和旅客對運(yùn)費(fèi)的承受能力，這些因素，在預(yù)測遠(yuǎn)期運(yùn)量時需加以考慮；2、設(shè)計線在路網(wǎng)中的地位和作用，以及鄰接鐵路的布局和能力，都將影響直通客運(yùn)量；3、設(shè)計線沿線的資源情況，工礦

3、、電力等大型企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，農(nóng)林牧副漁和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展情況，以及城鄉(xiāng)人口、人均收入的增長情況，也將影響地方客運(yùn)量；4、設(shè)計線沿線的公路、水運(yùn)等交通狀況和發(fā)展規(guī)劃，將影響設(shè)計線分擔(dān)客運(yùn)量的比重；5、突發(fā)事件的影響：疾病、自然災(zāi)害等。三、客運(yùn)量預(yù)測方法定性預(yù)測方法是主要以預(yù)測人員的經(jīng)驗判斷為依據(jù)而進(jìn)行的預(yù)測。預(yù)測者根據(jù)自己掌握的實際情況、實踐經(jīng)驗、專業(yè)水平，對未來貨運(yùn)發(fā)展前景的性質(zhì)、方向和程度做出判斷。其特點為:需要的數(shù)據(jù)少，能考慮無法定量的因素，比較簡便可行。定性預(yù)測方法：經(jīng)濟(jì)調(diào)查法（直接估算法：根據(jù)規(guī)劃線吸引范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)、人口、人均收入等情況，比照鄰接鐵路每天開行的旅客列車對數(shù)，直接估計規(guī)劃線

4、運(yùn)營初期每天需要開行的列車對數(shù)，遠(yuǎn)期可按每隔若干年增加一對估算）、德爾菲法（專家調(diào)查法）、類推法（時間類推和局部類推）、頭腦風(fēng)暴法等。但這種方法往往在很大程度上取決于參加預(yù)測的人員的經(jīng)驗、專業(yè)理論水平以及所掌握的實際情況，因此存在片面性，準(zhǔn)確性不高的缺點。定量預(yù)測方法則是以歷史統(tǒng)計資料和有關(guān)信息為依據(jù)，運(yùn)用各種數(shù)學(xué)方法來預(yù)測未來客運(yùn)市場需求情況，即未來的運(yùn)量。定量預(yù)測方法最大的優(yōu)點就是客觀性，這類方法的預(yù)測精度和可靠性在很大程度上取決于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和預(yù)測方法的科學(xué)性。定量預(yù)測方法：時間序列法（移動平均法、指數(shù)平滑法、季節(jié)指數(shù)法、自回歸分析、趨勢外推法、灰色預(yù)測法）、影響因素分析法（回歸分析法、

5、系數(shù)法：乘車系數(shù)和產(chǎn)值系數(shù)）、四階段法（交通生成、交通分布、交通方式劃分、交通流分配）。時間序列分析預(yù)測法是一種依據(jù)客運(yùn)量的歷史變化趨勢，找出其隨時間變化的規(guī)律，并通過數(shù)學(xué)模型來表示，然后根據(jù)模型來進(jìn)行預(yù)測的方法。這種方法的主要優(yōu)點是需要數(shù)據(jù)少、簡便，只要所研究的運(yùn)量時間序列的趨勢沒有大的波動，預(yù)測效果較好。這類方法的缺點是無法反映出運(yùn)量變化的原因，對于影響運(yùn)量變化的外部因素變化，如調(diào)整經(jīng)濟(jì)政策和發(fā)展速度而引起的運(yùn)輸需求的變動無法反映。影響總運(yùn)輸需求的主要因素有很多，但具體的預(yù)測目標(biāo)類型、范圍是不同的，必須細(xì)致地分析其最主要的影響因素，設(shè)法將其用量化指標(biāo)反映出來。通過對過去和現(xiàn)在的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行

6、分析研究，可以找出運(yùn)輸需求與相關(guān)經(jīng)濟(jì)量的關(guān)系，用于對運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測。這類預(yù)測方法在數(shù)據(jù)量足夠多的情況下，?？色@得較好的精度，并提供運(yùn)量變化原因方面的信息。其缺點是自變量、外在變量指標(biāo)未來值的選擇，本身就帶有預(yù)測性（比如：乘車系數(shù)法中未來人口的預(yù)測），影響預(yù)測的準(zhǔn)確程度。新建鐵路預(yù)測方法：沒有統(tǒng)計資料，只有在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，借助預(yù)測者的豐富經(jīng)驗，并和與規(guī)劃線條件相近的既有線類比來進(jìn)行預(yù)測。目前，對新的預(yù)測方法的研究已取得了一些成果，如將灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、遺傳算法理論及組合方法引入到客運(yùn)量預(yù)測中。現(xiàn)在應(yīng)用的預(yù)測方法：客運(yùn)量是非線性系統(tǒng)2、BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（

7、按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ǖ姆茄h(huán)多級前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）模型：信息的正向傳播和誤差的反向傳播。誤差是否收斂、誤差可接受程度或預(yù)設(shè)次數(shù)。 合理選用傳遞函數(shù)。具有預(yù)測精度高、收斂速度快等特點。3、遺傳算法(GA)是一種基于自然選擇（達(dá)爾文進(jìn)化論）和基因遺傳學(xué)（孟德爾）原理的優(yōu)化搜索方法。遺傳算法在計算機(jī)上模擬生物的進(jìn)化過程和基因的操作，并不需要對象的特定知識，也不需要對象的搜索空間是連續(xù)可微的，它具有全局尋優(yōu)的能力。四、灰色模型與線性回歸模型組合的預(yù)測方法灰色系統(tǒng)認(rèn)為一切隨機(jī)量都是在一定范圍內(nèi)、一定時段上變化的灰色量和灰過程。對于灰色量的處理不是尋求它的統(tǒng)計規(guī)律和概率分布，而是將雜亂無章的原始數(shù)據(jù)列，通過一定的

8、方法處理，變成比較有規(guī)律的時間序列數(shù)據(jù)。即以數(shù)找數(shù)的規(guī)律，再建立動態(tài)模型。這就彌補(bǔ)了概率統(tǒng)計方法的不足。鐵路運(yùn)量的增長，受國民經(jīng)濟(jì)各部門多層次多因素的影響。這些因素有可知的，有未知的，因而可用灰色模型尋求運(yùn)量增長與時間序列的規(guī)律。不需要大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)就可以建立數(shù)學(xué)模型，利用有限的統(tǒng)計數(shù)據(jù)推導(dǎo)系統(tǒng)本身的發(fā)展規(guī)律；不需要統(tǒng)計數(shù)據(jù)具有典型的分布規(guī)律，數(shù)據(jù)的波動可經(jīng)過累加處理，弱化其影響。但適用于單一的指數(shù)增長數(shù)據(jù)序列，對于出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)無法處理，因此與線性回歸模型結(jié)合起來，處理這些異常數(shù)據(jù)。建模過程：（1）數(shù)據(jù)處理如圖，某省歷年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，用表示，很明顯，2003年的運(yùn)量突降，屬于變異數(shù)據(jù)，因此需要對其進(jìn)行調(diào)整。取原始數(shù)據(jù)序列，用公式計算數(shù)據(jù)級比，然后求出級比平均值，得到調(diào)整后的2003年的客運(yùn)量為5344萬人，從而調(diào)整后的數(shù)據(jù)序列，將各年度統(tǒng)計量逐年累加，得。（2）用微分方程擬合數(shù)據(jù)序列一階微分方程的形式為，該微分方程的解為，式中 參數(shù)，可由最小二乘法求得，即 ，求出參數(shù)后便建立起灰色預(yù)測模型。（3）預(yù)測值的還原模型計算出來的是預(yù)測的累加值，記為，因此還要進(jìn)行真正預(yù)測值的還原，即預(yù)測值。（4）精度檢驗方差比c：c=S2/S1小誤差概率p：式中 S1原始數(shù)據(jù)列的均方差，S2殘差的均方差，。 （5）殘差修正灰色理論中灰