基于系統(tǒng)動力學的大連市出租車保有量預(yù)測

左忠義，王 克

(大連交通大學 交通運輸工程學院，遼寧 大連 116028)*

0 引言

城市出租車的保有量預(yù)測是一個十分復(fù)雜的問題，預(yù)測數(shù)量過大，會導致出租車空駛率增大，運營成本增大，進一步的浪費城市交通資源，同時增加了城市的交通污染狀況;而預(yù)測量過少，會導致出租車運力過小，不能滿足人們出行需求，導致打車難等諸多問題.城市出租車系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、動態(tài)的系統(tǒng)，影響因素眾多，各個子系統(tǒng)和各個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，對出租車規(guī)模的預(yù)測方法主要有時間序列法、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，對未來出租車規(guī)模沒有定量的預(yù)測，通常只能依據(jù)經(jīng)驗提出宏觀的指導性原則，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，本文運用系統(tǒng)動力學的思想研究出租車規(guī)模的預(yù)測.

1 問題描述

影響一個城市出租車規(guī)模的因素很多，涉及到諸多方面.社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市規(guī)模的擴大，誘發(fā)了更多的出行需求，出租車的市場需求也必將相應(yīng)增長.城市出租車系統(tǒng)涉及因素多，復(fù)雜性強，采用一般傳統(tǒng)方法難以進行系統(tǒng)性的量化分析，系統(tǒng)動力學能夠很好解決這個問題.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.最后進行仿真計算，對出租車預(yù)測規(guī)模進行比較和評價.出租車系統(tǒng)的建模步驟如圖1所示.

圖1 出租車系統(tǒng)動力學建模步驟

2 系統(tǒng)動力學模型

2.1 出租車系統(tǒng)分析

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

城市出租車系統(tǒng)是一個多變量、多反饋、非線性的復(fù)雜交通，受交通、社會、經(jīng)濟、政策等多種因素的制約［4］，傳統(tǒng)的交通預(yù)測模型難以模擬出租車系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)的動力機制.本文提出的出租車系統(tǒng)動力學模型包括人口、經(jīng)濟、機動車保有量、出行需求、出租車供給等多個子系統(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，正負號分別表示正反饋關(guān)系和負反饋關(guān)系.在這個系統(tǒng)中，經(jīng)濟發(fā)展子系統(tǒng)、人口子系統(tǒng)和出租車子系統(tǒng)是進行量化分析的基礎(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)機動車數(shù)量→+其他機動車數(shù)量其他方式出行出租車規(guī)模，負反饋，說明出租車與其他出行方式是競爭關(guān)系.

2.3 系統(tǒng)動力學流圖和方程

構(gòu)建出租車系統(tǒng)動力學流圖和方程時，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作為每個子系統(tǒng)的狀態(tài)變量，分別用GDP年增長量DGDP、年凈增人口數(shù)DRK和出租車年增長量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，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)動力學方程，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)進行預(yù)測計算，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，主要運用SPSS軟件統(tǒng)計分析并咨詢有關(guān)專家.其中GDP年增長率和總?cè)丝谀暝鲩L率根據(jù)對大連市的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析得到，利用SPSS軟件對GDP、人口數(shù)、機動車數(shù)與出租車增長率的變化各自進行曲線擬合，得到影響系數(shù)的重要依據(jù)，再結(jié)合專家意見和實際情況進行修正，得到最終值，其他模型參數(shù)估計值見表2.

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

表2 模型參數(shù)值

本文選用2009年數(shù)據(jù)作為基準，因此可用2010～2012年的實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)進行檢驗?zāi)Ｐ偷臏蚀_度，首先用GDP和大連市總?cè)丝跀?shù)進行誤差檢驗，相關(guān)結(jié)果見表3.

表3 人口數(shù)和GDP檢驗結(jié)果

從表3可以看出，人口數(shù)量預(yù)測誤差絕對值的平均值為0.02%，精度相當高.GDP由于物價上漲的緣故，誤差比人口數(shù)預(yù)測誤差要高，均值為3.5%，若換成同等價格的下的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)測結(jié)果準確度高.從圖3和圖4圖像的趨勢來看，也比較符合大連市近幾年增長的趨勢.因此輸入主城區(qū)的人口數(shù)量，運用模型仿真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)模檢驗結(jié)果

該模型預(yù)測結(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2013～2020年出租車規(guī)模時，以2012年的大連市主城區(qū)的實際數(shù)據(jù)和現(xiàn)有政策作為基準.大連市主城區(qū)未來幾年大連市出租車的預(yù)測規(guī)模如圖4所示.

圖4 大連市主城區(qū)出租車預(yù)測規(guī)模

可計算出大連市主城區(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 不同步長仿真結(jié)果

圖5中展示了不同的步長，仿真的圖像也不同.其中，曲線1代表以1年為步長，曲線2代表以0.5年為步長，曲線3代表以0.25年，即一個季度進行仿真.從圖中可以看出，如果以不同的時長發(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，可認為在大連目前的經(jīng)濟水平和出租車行業(yè)的狀況下，應(yīng)該適當增加一部分出租車，鼓勵出租車的發(fā)展，調(diào)整供給規(guī)模，對大連市出租車行業(yè)的發(fā)展是非常必要的.

4 結(jié)論

本文針對大連市出租車系統(tǒng)，建立系統(tǒng)動力學模型，對大連市出租車規(guī)模做出了合理預(yù)測.計算結(jié)果顯示，該模型與大連市發(fā)展的趨勢基本吻合，根據(jù)仿真結(jié)果，對大連市出租車規(guī)模發(fā)展提出了建議.大連作為旅游城市，應(yīng)該大力鼓勵出租車，并適度超前發(fā)展，有計劃分階段深入，保持穩(wěn)定發(fā)展，達到良好的供需平衡狀態(tài).同時證明運用系統(tǒng)動力學模型預(yù)測出租車規(guī)模是可行的，在交通預(yù)測方面具有較好的適應(yīng)性.本文對城市出租車系統(tǒng)的主要影響因素進行了初步探討，建立更加全面反映主要影響因素及影響機理的系統(tǒng)動力學模型，仍需要進一步研究.

［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］.交通運輸工程學報，2004(3):92-95.

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

［4］吳野.北京市出租汽車發(fā)展定位研究［D］.北京:北京交通大學，2001.

［5］王煒，陳學斌，陸建.城市交通系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展理論體系研究［M］.北京:科學出版社，2004.