基于三次指數平滑法的中國港口鐵礦石吞吐量預測

摘 要：進入21世紀以來，在經濟全球化背景下，中國鋼鐵工業的快速發展，外貿進口鐵礦石的數量呈現快速增長態勢，港口已成為國際通道連接的重要節點。介紹了中國鐵礦石港口的發展現狀及特點，影響港口發展的因子，并利用三次指數平滑法預測未來中國鐵礦石港口吞吐量。結果顯示，未來中國港口鐵礦石的吞吐量還是保持持續增長的，到2020年略有下降。

關鍵詞：中國港口；三次指數平滑法；鐵礦石吞吐量

中圖分類號：F72 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2012）04-0191-03

引言

隨著國民經濟穩定快速的發展，各行業對鋼材的需求加大，中國鐵礦石進口量也呈現出快速增長的局面。目前，中國已經成為世界上第一大鐵礦石進口國。鐵礦石港口吞吐量不僅是衡量一個港口在國際貿易中的地位，更是一個地區經濟繁榮程度的標志，其發展水平的預測對于合理科學的港口布局，提升運營效率、發展戰略、甚至運輸規劃具有重要的意義。目前，國內外專家和學者對港口吞吐量預測方法很多。如聚類分析法[1] 、灰色系統理論[2] 、神經網絡[3] 、系統動力學[4]等方法。本文采取了三次指數平滑法對吞吐量進行預測。

一、中國鐵礦石港口發展現狀及特點

目前，世界鐵礦石儲量約為1 600億t，儲量基礎為3 700億t。世界鐵礦資源分布廣泛，主要集中在澳大利亞、巴西、俄羅斯、烏克蘭、哈薩克斯坦、印度、美國、加拿大、南非等國。中國的鐵礦資源總量上比較豐富，但含鐵品位較低，鐵礦山分布不均衡，礦山開采難度較大，規模較小，大部分都要靠進口來解決行業需求。截至2008年底，中國共有礦石碼頭10萬噸級及以上碼頭32個，年吞吐通過能力為37 090萬噸，形成了以大連、營口、唐山、天津、青島、日照六港為主，秦皇島、煙臺、錦州三港為補充的環渤海外貿鐵礦石接卸運輸體系；由寧波—舟山港、上海港和南京、鎮江、南通、張家港等港口組成的長三角外貿鐵礦石運輸體系；以湛江、防城兩港專業化泊位為主，深圳、珠海、廣州三港通用散貨泊位為有益補充的華南沿海礦石接卸系統港口布局。進口鐵礦石港口有以下特點：第一，外貿鐵礦石進口量繼續保持高度增長，受國內外鐵礦石及鋼材價格等多方面影響，鐵礦石進口量以及進口價格波動較大，中國進口鐵礦石的主要來源于澳大利亞、巴西、印度、南非四國，占中國進口鐵礦石總量的八成左右。第二，港口礦石泊位接卸能力增強。隨著大型港口建設，中國港口接卸鐵礦石能力大大提高，很大程度緩解了中國接卸大型鐵礦石船舶能力不足的局面，同時大大縮短了進口鐵礦石船舶在港等泊時間，基本滿足了中國鋼鐵企業的原材料需求。

二、鐵礦石港口發展的驅動因子

港口的發展既受全球經濟形勢與貿易結構的發展的影響，又受港口位置、港口腹地的影響。除了這些客觀因素外，政府態度及政策管理體制也會影響港口發展。

1.經濟因素。中國國內市場對鋼鐵的需求主要用于建筑、機械、汽車、造船、石化、電力、煤炭等行業，均保持較快增長。市場對鋼鐵的旺盛需求，支撐中國鋼鐵工業持續發展，同時對鐵礦石需求也不斷提高 [5]。鐵礦石貿易在世界干散貨運輸中所占的份額與地位與日遞增，在世界鐵礦石貿易中，絕大多數是依靠海運完成的，這樣就帶動了以礦石運輸為主的港口發展。在經濟危機的市場條件下，鐵礦石的需求也會有所波動，對港口的發展也會造成影響，所以經濟因素是港口發展的主要影響因子。

2.自然條件。自然條件是港口建設發展的重要條件。在船舶大型化的趨勢下，進口鐵礦石港口呈大型化與專業化發展，港口自然條件的好壞決定該港口發展的可能性。港口自然條件著重考慮港口地理位置、航道條件以及岸線資源等要素，港口的氣象條件給港口的生產也會帶來影響。

3．經濟腹地的發展水平。鐵礦石港口的興衰與其經濟腹地的發展聯系緊密。港口必須倚重所在腹地才能穩步的發展。腹地經濟發展水平高，增長快，也會帶動港口的貨物流量的提高。腹地經濟環境是從貨源角度影響鐵礦石港口地位的重要因素。

4.快捷的集疏運體系。集疏運體系是連接多種運輸方式的平臺和紐帶，是進行一體化運輸組織的關鍵。集疏運體系的快速高效，能在相當大的程度上緩和由于船舶隨時到港、貨流不均衡而引起的壓船壓貨現象[6]。而且，集疏運體系能力的增強也會在一定程度上彌補港口其他系統的不足，擴大港口腹地半徑，從而促進港口發揮最大的潛力。

三、中國港口鐵礦石吞吐量預測

三次指數平滑值計算公式為：

設時間序列為X1 ，X2，…，Xt ，

St （1 ） =αXt + （1- α） S（1 ） t-1 （1）

St （2 ） =αSt （1 ） + （1- α） S （2 ） t-1 （2）

St （3 ） =αSt （2 ） + （1- α） S （3 ） t-1 （3）

公式中，Xt 是第t 年指標實際值，α 加權系數（0< a<1），指數平滑值記為St （1 ）、St （2 ）和St （3 ） 分別為第t 年一次、二次和三次指數平滑值。

三次指數平滑法的數學模型為[7]：

Xt+T = at + bt T + ct T2 （4）

公式中，Xt+T 表示基年為第t年，預測周期為T年的指標預測值；T表示預測周期；at 為一次平滑系數，bt為二次平滑系數，ct 為三次平滑系數，α 為加權系數，其計算公式為：

at =3 St（t） - 3 St （2） + St （3 ） （5）

bt= [（6-5α）St （1 ）-2（5-4α）St（2 ）+（4- 3α） S t （3 ）] （6）

ct=（ St （1 ）-2 S t （2 ） + St （3 ）） （7）

應用三次指數平滑法進行預測時，須首先估算初始值 S0 （1 ），S0 （2 ）、S0 （3 ），由于本次收集資料只有九年，不能夠忽略初始平滑值對預測值的影響，所以取前三 個數據的平均值作為一次指數平滑的初始值，即：

S0 （1 ）= S0 （2 ）=S0 （3 ）=（X1 +X2+X3）

具體做法：

1.加權系數α的確定。根據對2000—2008年中國港口鐵礦石吞吐量數據變化數據分析，為使數據的變化得到明顯反應，α值應取的較大的數值，根據經驗選用三個α值：0.6、0.8、0.9進行計算，并使用2000—2005年吞吐量數據來預測2006—2008年的，再用實際值域預測值的MSE（均方誤差）最小來尋找最佳α值。

MSE=，Y（t）表示預測值，X（t）表示實際值。

表1 加權系數α的選取

由以上結果可以看出，當α取0.9時均方誤差最小，為1 437.267，預測結果較優，所以α取0.9 。

2.平滑值及平滑系數的計算。α 值確定后利用公式（5）~（7），計算平滑值及平滑系數值（見表2）：

以2008 年為第t 期，用式（5）~（7） 計算出at 、bt 、c t系數值：at=90 402.46，

bt =11 327.58，ct =-601.83.得出中國港口鐵礦石吞吐量三次指數平滑預測公式為：

Xt+T =90 402.46 + 11 327.58 T - 601.83 T2 （8）

利用公式（8），預測2013年、2015年、2018年和2020年鐵礦石吞吐量分別為：

X2013=Xt+5=90 402.46+11 327.58*5-601.83*52=131 994.61（萬噸）

X2015=Xt+7 =90 402.46+11 327.58*7-601.83*72=140 205.85（萬噸）

X2017=Xt+10=90 402.46+11 327.58*10-601.83*102=143 495.26（萬噸）

X2020 =Xt+12=90 402.46+11 327.58*12-601.83*122=139 669.90（萬噸）

從預測結果可以看出，未來中國港口鐵礦石的吞吐量還是保持持續增長的，到2020年略有下降，其預測結果具有一定的可信性。但由于影響鐵礦石吞吐量因素很多，預測值與實際值會有一定差異。

結語

近年來中國鐵礦石港口發展迅速，吞吐量保持持續的增長，在統計資料的基礎上，建立三次指數平滑的預測模型，對中國鐵礦石港口的未來發展前景、規模和水平進行了定量的估計和推測，預測結果表明，到2020年中國港口鐵礦石吞吐量估計能達到約139 700萬噸。港口吞吐量的預測是一個不斷提出新模型、積累歷史數據、更新模型參數、修正預測值的發展過程，本文只是進行了一些淺顯的探討，希望能為今后港口研究提供有益的借鑒。

參考文獻：

[1] 葉劍.基于聚類分析的港口集裝箱吞吐量預測方法的研究[D].大連：大連理工大學，2005.

[2] 王再明，王宏波.灰色系統理論在港口吞吐量預測中的應用[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2005，(3)：456-459.

[3] 趙琳，趙洪啟.基于RBF 神經網絡的港口吞吐量預測[J].港工技術，2002，(2)：4-5.

[4] 張萍，嚴以新，許長新.港口吞吐量預測的系統動力學模型構建[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2006，(6)：950-953.

[5] 朱超.港口規模、結構和效率協調發展分析[J].港工技術，2007，(1).

[6] 王文.港口經濟腹地及其分析方法探討[J].港口經濟，2006，(1).

[7] 黃榮富，真虹.三次指數平滑法在港口吞吐量預測中的應用[J].水運管理，2003，(2)：13-14.

China’s Port Throughput of Iron Ore Forecast Based on Cubic Exponential Smoothing Method

CHEN Gang，LEI Lei，ZOU Hua

（College of Urban and Environmental Sciences Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

Abstract：Under the background of economic globalization in the 21st century，China’s iron and steel industry develops fast.The number of the iron ore import in foreign trade presents a fast growth trend，and the port has become an important node that connects international transportation passageways.This paper introduces the characteristics and current situation of the development of the iron ore port in our country，and the influence factors of the iron ore port development.By applying cubic exponential smoothing method，it forecasts the throughput of China iron ore port in the future.The results show that China’s port throughput of iron ore will maintain a sustained growth in the future，declined slightly in 2020.

Key words：China’s port；cubic exponential smoothing method；throughput of iron ore[責任編輯 安世友]