淺談鐵路集裝箱短期運量預測方法

范丁元

摘 要：集裝箱的出現(xiàn)，為鐵路貨物運輸帶來了重大變革，這種先進的運輸方式節(jié)約了大量人力和物力，極大的降低了貨物運輸成本，提高了貨物運輸效率和質(zhì)量，更好的滿足了貨主需求。本文探討了時間序列趨勢外推法與灰色預測法在鐵路集裝箱短期運量預測中的應用，以提高預測結(jié)果的準確性，為鐵路貨物運輸工作提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路;集裝箱運輸;短期運量;預測

預測鐵路集裝箱的運量，一般情況下是結(jié)合歷史年度數(shù)據(jù)，通過灰色預測模型或者時間序列趨勢外推法預測，但這些都屬于間接預測方法，很難對貨物運量和產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進行量化。所以，應該對傳統(tǒng)的集裝箱運量預測方法進行完善和改進，采用時間序列趨勢外推法與灰色預測法相結(jié)合的方式進行預測，更加直觀的體現(xiàn)貨物的流向變化。

1 鐵路集裝箱運量預測模型

1.1 時間序列趨勢外推法

這種預測方法又包括參數(shù)預測與非參數(shù)預測兩種方式，前者需要先對序列模型做出假設，再估計模型參數(shù)，最后根據(jù)估計結(jié)果來預測。時間序列趨勢外推法中，解釋變量為“時間”，通過對數(shù)曲線、修正指數(shù)曲線、冪函數(shù)曲線、指數(shù)曲線等具有總結(jié)歸納發(fā)展規(guī)律的數(shù)學曲線進行擬合。

1.2 灰色預測

這種方法主要預測的是系統(tǒng)變量的未來行為，也就是數(shù)列預測，常用的數(shù)列預測模型是GM（1，1）。

該模型中，GM代表Grey Model，“1，1”中的第一個“1”代表一階微分方程，第二個“1”指的是這個一階微分方程中只有一個變量。采用GM（1，1）模型之前，先要累加生成一組數(shù)列，這一過程也是數(shù)列從灰變白的過程，通過不斷的累加讓灰量積累呈現(xiàn)出自身的發(fā)展趨勢以及內(nèi)在規(guī)律。

設一組非負的等時距序列：X（0）=（x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（n）），對X（0）進行一次累加生變，轉(zhuǎn)變?yōu)椋?-AGO），得出X（1）=（x（1）（1），x（1）（2），…，x（1）（n））。其中：

x（1）（k）

GM（1，1）模型的基本形式：

x（0）（k）+ax（1）（k）=b，k=2，…n.

構(gòu)建GM（1，1）模型x（0）（k）+ax（1）（k）=b的影子方程，求解得出時間響應序列：

k=1，2，…，n-1

最后得出還原值：

1.3 組合預測法

結(jié)合1.1與1.2兩種預測方法，可以改善預測結(jié)果。用方差—協(xié)方差的方法把鐵路集裝箱的灰色預測與回歸預測進行組合預測，公式如下：

y表示組合預測結(jié)果;

y1表示趨勢外推法的預測結(jié)果;

y2表示灰色預測的預測結(jié)果;

s1表示趨勢外推預測法的均方差;

s2表示灰色預測法的均方差。

2 鐵路集裝箱的生成量預測

2.1 國際集裝箱

集裝箱生成量指的是某個地區(qū)對集裝箱運輸?shù)男枨罅浚ㄍ赓Q(mào)適箱貨物運輸?shù)男枨笠约斑\輸組織產(chǎn)生的所有集裝箱的運輸總量，比如空箱調(diào)運。預測國際集裝箱生成量主要有兩種方法：定性預測和定量預測，比如回歸預測法、時間序列預測法、多因素動態(tài)相關(guān)分析法等，都能夠客觀反映出國際集裝箱的生成機制以及相關(guān)影響因素。集裝箱生成量函數(shù)關(guān)系式如下：集裝箱生成量（TEU）=外貿(mào)進出口額（億美元）×集裝箱生成系數(shù)（TEU/億美元）。

單位外貿(mào)進出口額所產(chǎn)生的集裝箱運量，即集裝箱生成系數(shù)，公式為：集裝箱生成系數(shù)=綜合系數(shù)（R）×適箱貨比例×裝箱率/（重箱載重量×（1-空箱比例））。

R表示每億美元進出口總額所生產(chǎn)的外貿(mào)貨重量。TEU的大小不僅與地區(qū)外貿(mào)進出口的水平有關(guān)，還與外貿(mào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、適箱貨物實際裝箱比例、單位外貿(mào)產(chǎn)品貨值、運輸組織水平等多種因素有關(guān)。國際集裝箱的運輸需求預測流程如圖1所示。

2.2 國內(nèi)集裝箱

國內(nèi)集裝箱的生成量預測在本質(zhì)上和國際集裝箱沒有太多區(qū)別，所以仍可采用多因素動態(tài)相關(guān)分析法進行預測，函數(shù)關(guān)系式如下：

TEU=（A×R1-B×R）×a÷p

A代表國內(nèi)生產(chǎn)總值，單位為億元;

R1代表相關(guān)系數(shù)，每億元國內(nèi)生產(chǎn)總值生產(chǎn)的貨物運輸重量，單位是萬噸/億元;

B代表外貿(mào)進出口總額，單位億元;

R代表綜合系數(shù)，每億元進出口總額所生產(chǎn)的外貿(mào)貨重量;

a代表內(nèi)貿(mào)集裝箱運量占總貨運量的比例，單位%;

p代表重箱平均載貨重量，單位是噸/箱。

3 鐵路集裝箱短期運量預測

3.1 鐵路集裝箱的運輸現(xiàn)狀分析

鐵路設備和集裝箱箱源是影響集裝箱運量的兩大主要因素，而經(jīng)濟發(fā)展水平又決定了集裝箱運量的貨源。國內(nèi)生產(chǎn)總值是評估國家經(jīng)濟總量的重要指標，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)、工業(yè)的生產(chǎn)總值共同組成了我國的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。通過公式：

得出近十年來（2010-2019）經(jīng)濟指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)的歸一化值，然后繪制經(jīng)濟指標與集裝箱運量的歸一化值曲線，最終得到表1：

從表1可知，集裝箱運量每年都在增長，而且與國民生產(chǎn)總值有一定的相關(guān)性。說明經(jīng)濟指標可以一定程度的反映出第一產(chǎn)業(yè)的增長情況對集裝箱運量產(chǎn)生的影響，而經(jīng)濟指標的增長又可一定程度的拉動對集裝箱貨源的需求。

3.2 集裝箱運量的方式劃分

3.2.1 運輸方式的劃分

鐵路集裝箱總運量很大程度上取決于經(jīng)濟發(fā)展水平，而集裝箱運量的大小還受到運輸方式的市場份額大小、運輸費用、運輸條件、運輸安全性、運輸?shù)谋憷缘纫蛩氐挠绊憽Ｗ裱袌鲎杂蛇x擇原則，同時圍繞集裝箱運輸特點，采用兩種方式來劃分集裝箱運輸方式：

①Logit模型：

該模型的原理是用戶根據(jù)綜合費用或者最低成本原則選擇運輸方式，并預算出所提供備選通道上各種運輸方式所承擔的集裝箱運量比例。所以可將其描述成通道上各種運輸方式的合理運輸結(jié)構(gòu)，公式為：

Pi表示第i種運輸方式所承擔的集裝箱集疏運比例;

Ui表示第i種運輸方式的費用;

λ表示正態(tài)分布系數(shù)，控制各種交通方式的離散程度;

②抽象貨運方式分擔模型：

與特定方式相對應的就是抽象方式，該模式中不包括與特定方式有關(guān)的任何變量。所以抽象貨運方式分擔模型通常用來預測未來的運輸方式分擔量。站在貨主的角度考慮，如果有一種運輸方式具有最佳的服務屬性，那么選擇起來便容易得多。但這種理想的運輸方式并不存在于現(xiàn)實中，現(xiàn)實中的每種運輸方式都有許多服務屬性，各有利弊。無論貨主在比較重要的服務屬性，還是非重要服務屬性，都將服務屬性的最佳值作為參考標準。所以，可將貨運方式分擔模式看成是運輸方式服務屬性相對值函數(shù)：

Pk（Xij）表示從節(jié)點i到節(jié)點j，方式k承擔的貨物運量所占比;

Rrk表示運輸方式k的服務可靠性，即按計劃交貨次數(shù)的所占百分比或者由貨主評價;

Crk表示運輸方式k的相對服務費用，即備選運輸方式中最低服務費用÷運輸方式k的服務費用;

Trk表示運輸方式k的相對運達時間，即備選運輸方式中最短的運達時間÷運輸方式k的運達時間;

Frk表示運輸方式k的相對服務頻率，即運輸方式k的服務頻率÷備選運輸方式中的最大服務頻率;

a0、a1、a2、a3均代表通過回歸所確定的系數(shù)。

4 結(jié)束語

新時期下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要有資源開發(fā)與輸出兩大特點，對外貿(mào)易的絕對量與適箱貨物的生產(chǎn)量較低。在我國的貨運總量中，適箱貨物的所占比正呈現(xiàn)逐年增長趨勢。多種定量分析方法都可以用于鐵路貨運量的預測中，但每種方法都必須基于某些假設才可以應用，而任何假設都無法客觀的描述鐵路運輸?shù)膹碗s情況。組合預測法指的是把兩種預測模型相互組合后，通過適當加權(quán)平均的方式得出組合預測模型，最終的目的是改善預測結(jié)果，比單一應用一種預測法得出的結(jié)果更加可靠。

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