基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的大連市出租車保有量預(yù)測(cè)

左忠義，王 克

(大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

0 引言

城市出租車的保有量預(yù)測(cè)是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，預(yù)測(cè)數(shù)量過大，會(huì)導(dǎo)致出租車空駛率增大，運(yùn)營(yíng)成本增大，進(jìn)一步的浪費(fèi)城市交通資源，同時(shí)增加了城市的交通污染狀況;而預(yù)測(cè)量過少，會(huì)導(dǎo)致出租車運(yùn)力過小，不能滿足人們出行需求，導(dǎo)致打車難等諸多問題.城市出租車系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，影響因素眾多，各個(gè)子系統(tǒng)和各個(gè)變量之間都存在著復(fù)雜的反饋關(guān)系和非線性的相互作用，傳統(tǒng)的研究方法難以全面描述其特征.

目前，對(duì)出租車規(guī)模的預(yù)測(cè)方法主要有時(shí)間序列法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及回歸分析法［1］、供需平衡法等［2］.大多數(shù)研究考慮出租車系統(tǒng)的影響因素太少，對(duì)未來出租車規(guī)模沒有定量的預(yù)測(cè)，通常只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出宏觀的指導(dǎo)性原則，不利于出租車的發(fā)展.鑒于出租車系統(tǒng)的復(fù)雜性和傳統(tǒng)數(shù)量研究方法的缺陷，本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的思想研究出租車規(guī)模的預(yù)測(cè).

1 問題描述

影響一個(gè)城市出租車規(guī)模的因素很多，涉及到諸多方面.社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市規(guī)模的擴(kuò)大，誘發(fā)了更多的出行需求，出租車的市場(chǎng)需求也必將相應(yīng)增長(zhǎng).城市出租車系統(tǒng)涉及因素多，復(fù)雜性強(qiáng)，采用一般傳統(tǒng)方法難以進(jìn)行系統(tǒng)性的量化分析，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)能夠很好解決這個(gè)問題.首先分析城市出租車系統(tǒng)，界定系統(tǒng)的邊界，理清各組成要素及其因果關(guān)系.其次，根據(jù)分析的結(jié)果，建立出租車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建系統(tǒng)流程圖，設(shè)定方程式，建立量化分析模型.最后進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)出租車預(yù)測(cè)規(guī)模進(jìn)行比較和評(píng)價(jià).出租車系統(tǒng)的建模步驟如圖1所示.

圖1 出租車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模步驟

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

2.1 出租車系統(tǒng)分析

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法是一種以系統(tǒng)內(nèi)部信息反饋控制理論為基礎(chǔ)、以實(shí)際系統(tǒng)為原型，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為手段、用于復(fù)雜系統(tǒng)定量研究的方法［3］.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法是通過建立反饋環(huán)和設(shè)定各種變量及方程實(shí)現(xiàn)的.它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)行為模式主要取決于其內(nèi)部的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和反饋機(jī)制，應(yīng)用非常廣泛.

城市出租車系統(tǒng)是一個(gè)多變量、多反饋、非線性的復(fù)雜交通，受交通、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政策等多種因素的制約［4］，傳統(tǒng)的交通預(yù)測(cè)模型難以模擬出租車系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)制.本文提出的出租車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型包括人口、經(jīng)濟(jì)、機(jī)動(dòng)車保有量、出行需求、出租車供給等多個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖2所示.圖2中箭頭表示因果關(guān)系，正負(fù)號(hào)分別表示正反饋關(guān)系和負(fù)反饋關(guān)系.在這個(gè)系統(tǒng)中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展子系統(tǒng)、人口子系統(tǒng)和出租車子系統(tǒng)是進(jìn)行量化分析的基礎(chǔ)，是影響城市出租車的核心因素［5］.

圖2 出租車系統(tǒng)因果關(guān)系圖

2.2 因果反饋關(guān)系

(4)機(jī)動(dòng)車數(shù)量→+其他機(jī)動(dòng)車數(shù)量其他方式出行出租車規(guī)模，負(fù)反饋，說明出租車與其他出行方式是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系.

2.3 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖和方程

構(gòu)建出租車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖和方程時(shí)，從系統(tǒng)中抽象出具有代表性的變量作為研究的變量.城市出租車系統(tǒng)用GDP、總?cè)丝跀?shù)LZRK和出租車數(shù)LCZC作為每個(gè)子系統(tǒng)的狀態(tài)變量，分別用GDP年增長(zhǎng)量DGDP、年凈增人口數(shù)DRK和出租車年增長(zhǎng)量DCZ，其他變量均為輔助變量.在因果關(guān)系圖和反饋分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合出租車系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，城市出租車系統(tǒng)流圖，即圖3.

圖3 出租車系統(tǒng)流程圖

根據(jù)系統(tǒng)流圖，構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，如下所示.

狀態(tài)方程:

速率方程:

輔助方程:

3 模型求解與仿真

本文以表1所示的大連市2009年～2012年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，主要研究大連市主城區(qū)的出租車規(guī)模，主城區(qū)由核心區(qū)和金州保稅城區(qū)組成，約占全市總?cè)丝诘?6.9%.確定各影響系數(shù)時(shí)，主要運(yùn)用SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析并咨詢有關(guān)專家.其中GDP年增長(zhǎng)率和總?cè)丝谀暝鲩L(zhǎng)率根據(jù)對(duì)大連市的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得到，利用SPSS軟件對(duì)GDP、人口數(shù)、機(jī)動(dòng)車數(shù)與出租車增長(zhǎng)率的變化各自進(jìn)行曲線擬合，得到影響系數(shù)的重要依據(jù)，再結(jié)合專家意見和實(shí)際情況進(jìn)行修正，得到最終值，其他模型參數(shù)估計(jì)值見表2.

表1 大連市2009～2012年基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

表2 模型參數(shù)值

本文選用2009年數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，因此可用2010～2012年的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確度，首先用GDP和大連市總?cè)丝跀?shù)進(jìn)行誤差檢驗(yàn)，相關(guān)結(jié)果見表3.

表3 人口數(shù)和GDP檢驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，人口數(shù)量預(yù)測(cè)誤差絕對(duì)值的平均值為0.02%，精度相當(dāng)高.GDP由于物價(jià)上漲的緣故，誤差比人口數(shù)預(yù)測(cè)誤差要高，均值為3.5%，若換成同等價(jià)格的下的GDP，則2010年 GDP值為5 089.2億元，2011年為5 854.4億元，2012年為 6 783.56億元，誤差均值為0.45%，說明該模型預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高.從圖3和圖4圖像的趨勢(shì)來看，也比較符合大連市近幾年增長(zhǎng)的趨勢(shì).因此輸入主城區(qū)的人口數(shù)量，運(yùn)用模型仿真2010～2012年大連市主城區(qū)出租車規(guī)模，結(jié)果見表4.

表4 出租車規(guī)模檢驗(yàn)結(jié)果

該模型預(yù)測(cè)結(jié)果平均誤差為3%，各年份誤差均在5%以內(nèi)，具有較高的精確度.

由于模型仿真結(jié)果的誤差具有累積性，因此預(yù)測(cè)2013～2020年出租車規(guī)模時(shí)，以2012年的大連市主城區(qū)的實(shí)際數(shù)據(jù)和現(xiàn)有政策作為基準(zhǔn).大連市主城區(qū)未來幾年大連市出租車的預(yù)測(cè)規(guī)模如圖4所示.

圖4 大連市主城區(qū)出租車預(yù)測(cè)規(guī)模

可計(jì)算出大連市主城區(qū)，按照現(xiàn)在的情況發(fā)展，到2015年，出租車規(guī)模是989 8輛，到2020年，出租車規(guī)模是13 531輛.

圖5 不同步長(zhǎng)仿真結(jié)果

圖5中展示了不同的步長(zhǎng)，仿真的圖像也不同.其中，曲線1代表以1年為步長(zhǎng)，曲線2代表以0.5年為步長(zhǎng)，曲線3代表以0.25年，即一個(gè)季度進(jìn)行仿真.從圖中可以看出，如果以不同的時(shí)長(zhǎng)發(fā)展大連市出租車規(guī)模，設(shè)定的發(fā)展速度也是不同的.從圖像的趨勢(shì)上也可以看出，未來的大連市出租車需求量還是很大的.

因此，可認(rèn)為在大連目前的經(jīng)濟(jì)水平和出租車行業(yè)的狀況下，應(yīng)該適當(dāng)增加一部分出租車，鼓勵(lì)出租車的發(fā)展，調(diào)整供給規(guī)模，對(duì)大連市出租車行業(yè)的發(fā)展是非常必要的.

4 結(jié)論

本文針對(duì)大連市出租車系統(tǒng)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)大連市出租車規(guī)模做出了合理預(yù)測(cè).計(jì)算結(jié)果顯示，該模型與大連市發(fā)展的趨勢(shì)基本吻合，根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)大連市出租車規(guī)模發(fā)展提出了建議.大連作為旅游城市，應(yīng)該大力鼓勵(lì)出租車，并適度超前發(fā)展，有計(jì)劃分階段深入，保持穩(wěn)定發(fā)展，達(dá)到良好的供需平衡狀態(tài).同時(shí)證明運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)出租車規(guī)模是可行的，在交通預(yù)測(cè)方面具有較好的適應(yīng)性.本文對(duì)城市出租車系統(tǒng)的主要影響因素進(jìn)行了初步探討，建立更加全面反映主要影響因素及影響機(jī)理的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，仍需要進(jìn)一步研究.

［1］GARRIDO R A，MAHMASSAM H S.Forecasting Freight Transportation Demand with the Space-time Multinomial Probit Model［J］.Transportation Research，Part B，2002，34(5):405-417.

［2］陸建，王煒.城市出租車擁有量確定方法［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2004(3):92-95.

［3］王其藩.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1998.

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