基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的陸島水路客運(yùn)需求預(yù)測(cè)

王艷　鐘銘

【摘 要】 為更好地預(yù)測(cè)陸島水路客運(yùn)量，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，建立因果關(guān)系圖和流程圖，運(yùn)用格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)找出陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)主要影響因素，并應(yīng)用葫蘆島市陸島水路客運(yùn)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，結(jié)果證明該模型有效可行。應(yīng)用該模型對(duì)葫蘆島市的陸島水路客運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上提出陸島水路客運(yùn)發(fā)展建議：加大水運(yùn)投資力度;做好旅游高峰期陸島運(yùn)輸保障預(yù)案;提高陸島水路客運(yùn)企業(yè)集約化水平。

【關(guān)鍵詞】 陸島運(yùn)輸;水路客運(yùn);系統(tǒng)動(dòng)力學(xué);預(yù)測(cè)

水路運(yùn)輸是陸島間重要的運(yùn)輸方式，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的重要組成部分，其與居民生活及島嶼旅游業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)給陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的壓力，客運(yùn)量的大幅增加和安全運(yùn)輸?shù)膰?yán)格要求，對(duì)陸島水路客運(yùn)能力提出了更高的要求。

目前學(xué)者的研究大多集中于水路貨物運(yùn)輸方面，如：殷慧等[1]利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)我國(guó)水路貨物運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過(guò)模型建立和模擬檢驗(yàn)，提出我國(guó)水路貨物運(yùn)輸發(fā)展若干建議;趙振鵬等[2]通過(guò)對(duì)國(guó)際干散貨運(yùn)輸市場(chǎng)供需以及價(jià)格進(jìn)行仿真模擬，并對(duì)未來(lái)干散貨航運(yùn)市場(chǎng)狀況進(jìn)行展望;李倩雯等[3]從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)角度分析集裝箱航線運(yùn)輸系統(tǒng)，并預(yù)測(cè)未來(lái)全球集裝箱海運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。在其他交通運(yùn)輸系統(tǒng)研究方面有：唐麗敏等[4]參照社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及道路運(yùn)輸相關(guān)規(guī)劃目標(biāo)，構(gòu)建遼寧省道路運(yùn)輸能源需求系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型;齊杉等[5]基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立鐵路客運(yùn)量中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)模型;任新惠等[6]引入計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)來(lái)建立模型的數(shù)學(xué)方程，通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型可以較好地反映民航客運(yùn)的實(shí)際需求。

為了更好地預(yù)測(cè)陸島水路客運(yùn)量，本文構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)反映陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)部各因素之間、系統(tǒng)與外部因素之間的相互作用關(guān)系，利用葫蘆島市的歷史數(shù)據(jù)對(duì)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)陸島水路客運(yùn)量進(jìn)行建模分析和預(yù)測(cè)。

1 陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)分析

1.1 水路客運(yùn)系統(tǒng)特點(diǎn)

陸島水路客運(yùn)是遼寧省水路客運(yùn)的重要組成部分，是島上優(yōu)勢(shì)資源開(kāi)發(fā)和旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，同時(shí)也影響著人們的日常生活。遼寧省農(nóng)村水路客運(yùn)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）公益性為主，兼具商業(yè)性。農(nóng)村水路客運(yùn)主要用于滿足島上居民的日常出行需求和外來(lái)旅客的交通需求。水路客運(yùn)具有公共交通的屬性，是重要的政府民生工程和島嶼經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著島嶼經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)建設(shè)和島嶼旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，水路客運(yùn)逐漸顯現(xiàn)出商業(yè)性的特點(diǎn)。隨著旅游業(yè)的不斷發(fā)展，旅客運(yùn)輸量大幅增長(zhǎng)，陸島水路客運(yùn)經(jīng)營(yíng)性旅游的特點(diǎn)也日益凸顯。

（2）陸島水路客運(yùn)具有一定的周期性。水路客運(yùn)的不平衡主要是由供需波動(dòng)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡導(dǎo)致的，其中包括時(shí)間的不平衡性和空間的不平衡性，主要表現(xiàn)在：①時(shí)間的不平衡性。由于島上旅游業(yè)受季節(jié)影響較大，運(yùn)輸需求隨時(shí)間產(chǎn)生波動(dòng)，“淡季無(wú)客，旺季無(wú)船”的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。②空間的不平衡性。因?yàn)閸u嶼的地理位置、人口分布、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及運(yùn)輸條件的差異，各地陸島水路客運(yùn)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展水平參差不齊。此外，旅游旺季從陸地向島嶼方向的客運(yùn)需求旺盛，此時(shí)游客成為主要客運(yùn)對(duì)象;旅游淡季從陸地向島嶼方向的運(yùn)輸需求冷淡，此時(shí)島上居民成為主要客運(yùn)對(duì)象。

（3）服務(wù)對(duì)象的需求差異性。作為陸島水路客運(yùn)的主要服務(wù)對(duì)象，島上居民和游客在對(duì)陸島水路客運(yùn)的時(shí)間、速度、運(yùn)價(jià)及相關(guān)服務(wù)的要求上存在很大差異。對(duì)于島上居民來(lái)說(shuō)，陸島水路客運(yùn)首先要滿足的是他們的日常出行需求，因此他們有陸島水路客運(yùn)基本的安全保障、更高的航班密度和速度，以及更低的票價(jià)等要求。游客更多關(guān)注的是陸島水路客運(yùn)的安全性和舒適性。

1.2 需求分析

本文選取客運(yùn)需求量（P）與區(qū)域生產(chǎn)總值（L）以及客運(yùn)量（P）與區(qū)域人口數(shù)（R）進(jìn)行格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)。在實(shí)際應(yīng)用格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)之前，首先要證明隨機(jī)變量是平穩(wěn)序列。兩兩變量滯后1期的VAR模型見(jiàn)圖1（單位圓中的點(diǎn)表示AR特征根的倒數(shù)的模，若這些點(diǎn)都落在單位圓內(nèi)，則VAR模型是平穩(wěn)的，否則VAR模型是不平穩(wěn)的）。

圖1中的每個(gè)模型共有2個(gè)特征根，建立的VAR模型通過(guò)穩(wěn)定性檢驗(yàn)，因此認(rèn)為模型是穩(wěn)定的。

由P與L、P與R的格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)結(jié)果（表1）可見(jiàn)，在10%置信水平條件下， L和R為P的格蘭杰原因，且L對(duì)P的影響大于R對(duì)P的影響。

2 水路客運(yùn)系統(tǒng)因果關(guān)系

2.1 基本因果關(guān)系

由陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)基本因果關(guān)系（圖2）可見(jiàn)，以客運(yùn)船舶運(yùn)力子系統(tǒng)和客運(yùn)需求子系統(tǒng)為核心，陸島水路客運(yùn)政策、人口數(shù)量均為陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)發(fā)展的外部影響因素，其中，箭頭指示各變量之間的因果鏈，正負(fù)號(hào)分別指示因果鏈的極性，重要回路由正負(fù)反饋回路的標(biāo)識(shí)符標(biāo)注。

2.2 系統(tǒng)中的因果反饋環(huán)

依圖2梳理出4個(gè)主要因果反饋環(huán)，由此分析陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)部各要素間的相互作用方式。

（1）反饋環(huán)1：區(qū)域總體經(jīng)濟(jì)水平（GDP）↑→旅游業(yè)發(fā)展、人民收入和消費(fèi)水平↑→乘客運(yùn)輸需求↑→運(yùn)力供給短缺↑→區(qū)域總體經(jīng)濟(jì)水平（GDP）↓。

該反饋環(huán)為負(fù)反饋環(huán)，反映了水路客運(yùn)需求與區(qū)域總體經(jīng)濟(jì)水平間的因果反饋機(jī)制。

（2）反饋環(huán)2：區(qū)域總體經(jīng)濟(jì)水平（GDP）↑→水路客運(yùn)投資↑→航線船舶運(yùn)力供給↑→運(yùn)力供給短缺↑→區(qū)域總體經(jīng)濟(jì)水平（GDP）↑。

該反饋環(huán)為負(fù)反饋環(huán)，反映了船舶運(yùn)力供給與區(qū)域總體經(jīng)濟(jì)水平間的因果反饋機(jī)制。

（3）反饋環(huán)3：航線船舶運(yùn)力供給↑→客運(yùn)量 ↑→班輪公司收益↑→航線船舶運(yùn)力↑。

該反饋環(huán)為正饋環(huán)，反映了海上客貨運(yùn)輸系統(tǒng)的自我發(fā)展機(jī)制。

（4）反饋環(huán)4：客運(yùn)需求↑→客運(yùn)量↑→班輪公司收益↑→航線船舶運(yùn)力供給↑→客運(yùn)需求↑。

該反饋環(huán)為正反饋環(huán)，反映了船舶運(yùn)力供給與客運(yùn)需求間的因果反饋機(jī)制。

3 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的陸島 水路客運(yùn)供需

根據(jù)因果反饋關(guān)系，將主要的反饋回路進(jìn)行組合，得到陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)流（見(jiàn)圖3）。

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的陸島水路客運(yùn)供需的主要方程如下：

= +t （a b）

= +t （c d）

式中： 為當(dāng)前客運(yùn)需求量;為以往客運(yùn)需求量;為當(dāng)前船舶運(yùn)力;為以往船舶運(yùn)力; t為以往與當(dāng)前或當(dāng)前與未來(lái)之間的時(shí)間長(zhǎng)度; a為客運(yùn)需求增長(zhǎng)率;b為客運(yùn)需求流失率;c為船舶運(yùn)力增長(zhǎng)率;d為船舶報(bào)廢率。

4 模型仿真及驗(yàn)證

4.1 樣本數(shù)據(jù)選取及模型參數(shù)選擇

本文采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件Vensim PLE對(duì)陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，以葫蘆島市為例，數(shù)據(jù)取自遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒和遼寧省港航局資料。模型參數(shù)取值見(jiàn)表2。

4.2 模型的有效性檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證模型所獲得的信息是否較好地反映出實(shí)際系統(tǒng)的本質(zhì)特征和變化規(guī)律，可將歷史參數(shù)輸入模型，將運(yùn)行后的仿真結(jié)果與同期實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析其預(yù)測(cè)誤差。本文選取2010―2017年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的有效性檢驗(yàn)，即以2010年為基準(zhǔn)年，仿真間隔時(shí)間即步長(zhǎng)為1年，運(yùn)行模型預(yù)測(cè)2010―2017年的陸島水路客運(yùn)量，并與同時(shí)期客運(yùn)量實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證該系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的可靠性和準(zhǔn)確性。模型預(yù)測(cè)結(jié)果及誤差值見(jiàn)表3。

由表3可以看出：該模型預(yù)測(cè)結(jié)果平均誤差絕對(duì)值為5%，具有較高的可信度，因此該模型可用于預(yù)測(cè)和分析陸島客運(yùn)系統(tǒng);GM（1，1）和二元線性回歸預(yù)測(cè)結(jié)果誤差絕對(duì)值的平均值分別為5.9%和13.6%。此外，研究過(guò)程中還采用傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)方法分析了2010―2017年期間預(yù)測(cè)值與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的誤差。綜合分析，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的仿真結(jié)果與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之間誤差絕對(duì)值的平均值最小，誤差浮動(dòng)較小。

本文以2010―2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用上述模型對(duì)葫蘆島市未來(lái)5年陸島水路客運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4。

4.3 系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

從客運(yùn)量的預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，客運(yùn)需求量在不斷增長(zhǎng)，而葫蘆島市目前的船型標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀依然落后于時(shí)代發(fā)展的需要，老舊船舶較多、船隊(duì)整體技術(shù)水平低下，與需求不相適應(yīng)，嚴(yán)重影響著陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)的發(fā)展。目前客運(yùn)需求量交通規(guī)劃理論在客運(yùn)站、航線、運(yùn)力優(yōu)化配置方面的研究相對(duì)欠缺，是造成陸島客運(yùn)供需矛盾的主要原因之一。因此，有必要采取一些外部措施來(lái)改善系統(tǒng)，使供需關(guān)系趨于合理化。

4.3.1 加大水運(yùn)投資力度

為實(shí)現(xiàn)水運(yùn)跨越式發(fā)展，應(yīng)充分利用國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的機(jī)遇，堅(jiān)持“政府投資、業(yè)主籌資、多元融資、利用外資”的投融資體制，拓寬融資渠道，調(diào)整水運(yùn)投資分配比例，加大公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入。葫蘆島市內(nèi)河航道大多處于自然狀態(tài)，技術(shù)等級(jí)低、通過(guò)能力差，航道條件限制著船舶大型化發(fā)展。因此，投資基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、改善船舶通航條件勢(shì)在必行。

4.3.2 做好旅游高峰期陸島水路客運(yùn)保障預(yù)案

做到“一條線一個(gè)預(yù)案，一個(gè)點(diǎn)（碼頭/客運(yùn)站）一個(gè)方案”。在旅客、車(chē)輛大量滯港時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)啟動(dòng)陸島水路客運(yùn)保障應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行緊急疏運(yùn)。

科學(xué)預(yù)測(cè)陸島水路客運(yùn)最大的承載量，不僅要考慮到陸島水路客運(yùn)量，還要考慮到陸島水路客運(yùn)的基礎(chǔ)設(shè)施配置情況、配套服務(wù)能力、天氣情況、不同島嶼的游客承載量，分析游客的心理承受能力、旅游心理體驗(yàn)，并及早做好防止滯留事件發(fā)生的預(yù)案。

4.3.3 提高陸島水路客運(yùn)企業(yè)集約化水平

有關(guān)部門(mén)應(yīng)鼓勵(lì)企業(yè)向規(guī)?；?、集約化發(fā)展，引導(dǎo)企業(yè)做大做強(qiáng)。通過(guò)調(diào)整運(yùn)力結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)和資本結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)企業(yè)合作經(jīng)營(yíng)陸島旅客運(yùn)輸，對(duì)未來(lái)客運(yùn)市場(chǎng)發(fā)展、海島經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行全方位把握，合理選擇投資方向，注重開(kāi)發(fā)相關(guān)市場(chǎng);通過(guò)企業(yè)規(guī)?；?jīng)營(yíng)降低邊際成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)在陸島客運(yùn)市場(chǎng)中經(jīng)營(yíng)效益的控制，從而構(gòu)建較為合理的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，提高企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

5 結(jié) 語(yǔ)

與傳統(tǒng)方法相比，將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)用于陸島水路客運(yùn)系統(tǒng)客運(yùn)量的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和定量分析，較為全面地考慮了不同因素對(duì)陸島水路客運(yùn)需求的影響。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的有效性檢驗(yàn)結(jié)果與灰色預(yù)測(cè)和二元回歸預(yù)測(cè)結(jié)果相比，能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)5年的旅客運(yùn)輸量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 殷慧，張慶年.水路貨物運(yùn)輸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究[J].水運(yùn)管理，2007（5）：14-17.

[2] 趙振鵬，余思勤. 基于SD 模型的國(guó)際干散貨航運(yùn)市場(chǎng)仿真分析[J].市場(chǎng)周刊，2019（3）：22-24.

[3] 李倩雯，真虹.集裝箱海上運(yùn)輸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及其應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2016（S2）：286 -290.

[4] 唐麗敏，王藝澄，王盼. 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的道路運(yùn)輸能源需求預(yù)測(cè)――以遼寧省為例[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019（3）：91-96.

[5] 齊杉，李夏苗，吳慧山，等.不確定環(huán)境下鐵路客運(yùn)量預(yù)測(cè)方法[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016（1）：168-175.

[6] 任新惠，唐少勇.我國(guó)航空旅客運(yùn)輸需求預(yù)測(cè)――基于計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)組合模型[J].交通運(yùn)輸研究，2015（1）：92-98.