基于GM(1,1)模型的廣州港吞吐量預測研究

文/嚴雪晴 曹智清

隨著“一核一帶一區”區域發展新格局深入推進，廣州港貨物吞吐量、集裝箱吞吐量呈逐年遞增趨勢，但同時吞吐量規模增長過快導致港口基礎設施承載超負荷的問題，因此對港口吞吐量規模的預測與研究，具有重要的應用價值。利用2015-2022年廣州港貨物吞吐量、集裝箱吞吐量等數據，運用EXCEL軟件和數學建模方法，建立灰色預測GM（1，1）模型，并分別對2023-2027年廣州港貨物吞吐量、集裝箱吞吐量進行測算。結果表明：廣州港貨物吞吐量、集裝箱吞吐量逐年增加，貨物運輸和集裝箱運輸均具有良好的發展潛力。這表明廣州港在珠三角地區港航運輸中發揮著舉足輕重的作用，同時也反映出廣州港在基礎設施承載能力方面負擔過重。最后，從高質量發展、港腹經濟協同等方面提出廣州港可持續發展的對策建議。十九大報告首次提出高質量發展的表述以來，中央多次重要會議對高質量發展進行闡釋，十九屆五中全會明確提出“十四五”時期經濟社會發展要以推動高質量發展為主題，昭示頂層設計上牢牢把握了我國經濟社會發展中的關鍵問題，這對于新時代解決港口高質量問題至關重要。廣州港作為珠三角地區水陸交通的集結點和樞紐，具有港口產業聚集的優勢。在高質量發展背景下，港口發展的優劣直接關系其自身競爭力強弱，關乎能否融入經濟全球化進程，影響珠三角經濟社會能否持續健康快速發展。鑒于此，加強廣州港吞吐量研究，為港口決策部門制定高質量發展決策提供參考，意義重大。

1.GM（1，1）模型預測步驟

1.1 生成時間序列

1.2 灰色預測模型構建

（1）建立GM（1，1）灰微分方程模型

式中：α 為發展灰數，b為內生控制灰數，其值采用最小二乘法求解。

（2）建立預測模型

求解白微分方程，得白化響應式為：

原始序列預測值為：

1.3 GM（1，1）模型檢驗

①級比檢驗

②殘差檢驗

當0.01<ε（k）≤0.05，精度良好，ρ0>90%，精度較好，可以進行預測。

1.4 預測

經過上述步驟，GM（1，1）模型的可行性和精度都符合要求，可利用預測模型進行預測。

2.廣州港吞吐量GM（1，1）模型構建與驗證

2.1 港口吞吐量GM（1，1）模型構建

本文選取2015-2022年廣州港吞吐量作為研究對象。通過對2015-2022年廣州港貨物吞吐量、集裝箱吞吐量等原始數據（見表1），作一次累加，生成一次累加生成數列，構建灰微分方程，求參數值，求得白化響應式，依次得到其如下預測模型。為了研究方便，分別用字母G、C表示廣州港口貨物吞吐量、集裝箱吞吐量。

2.2 港口吞吐量GM（1，1）模型驗證

根據GM（1，1）模型驗證的方法與公式，得到如下一系列結果。

（1）級比檢驗

根據式（5）計算廣州港貨物吞吐量、集裝箱吞吐量的級比序列。級比λ（k）G=（0.9579，0.9167，0.9596，0.9799，0.9899，0.9819，0.9508），λ（k）C=（0.9305，0.9257，0.9352，0.9474，0.9828，0.9587，0.9719），所有級比在界區為[0.8007，1.2488]，故用X（0）G、X（0）C作滿意的GM（1，1）建模，灰發展系數-α 的值分別為0.0311、0.0447，都小于0.3，可以進行中長期預測。

（2）殘差檢驗

根據式（8）、式（9）計算貨物吞吐量、集裝箱吞吐量預測序列X^（1）、X^（0）、E（k）、ε（k）（見表2、表3）。

表2 貨物吞吐量殘差檢驗精度表

表3 集裝箱吞吐量殘差檢驗精度表

ε（k）G<0.1，ε（avg）G=0.0176<0.05，P0G=（1-ε（avg）G）*100%=98.24%>90%，模型精度好，通過殘差檢驗。

ε（k）C<0.1，ε（avg）C=0.0151<0.05，P0C=（1-ε（avg）C）*100%=98.49%>90%，模型精度好，通過殘差檢驗。

3.基于GM（1，1）模型的廣州港吞吐量預測

根據級比檢驗、殘差檢驗的驗證結果，均符合要求，可以進行預測。可根據式（8）-（9）對廣州港2023-2027年貨物吞吐量、集裝箱吞吐量進行預測，得到如下預測結果（見表4）。

表4 2023—2027年廣州港吞吐量預測結果

4.討論與對策

從表3廣州港吞吐量預測結果可知，廣州港貨物吞吐量、集裝箱吞吐量呈逐年遞增趨勢。這反映出廣州港作為珠三角地區的重要海港，在珠三角港口群發展中具有十分重要的地位。在高質量發展視域下，廣州港貨物吞吐量、集裝箱吞吐量規模不斷擴大直接帶動港口物流產業集群發展，加速與腹地經濟密切聯系，進而推動港腹經濟協同發展。然而，隨著港口吞吐量規模的不斷擴大，廣州港承載能力與港口發展的實際需求、腹地經濟發展的要求難以適應。因此，亟需提升廣州港承載能力，使其與港腹經濟發展保持協同，提升港口的綜合實力與競爭力。建議當地政府部門、港航企業要從高質量發展、港腹經濟協同的視角對港口進行科學合理規劃、設計，制定切實可行的決策，以期實現廣州港的可持續發展。