基于灰色模型的寧波舟山港貨物吞吐量預(yù)測(cè)研究

鄭浩曄

摘 要： 港口自古以來(lái)就是各個(gè)國(guó)家對(duì)外貿(mào)易、與其他國(guó)家交流溝通的一個(gè)重要場(chǎng)景。而港口貨物吞吐量則可以定量地衡量該港口進(jìn)出口貿(mào)易的絕對(duì)值以及在整個(gè)國(guó)家進(jìn)出口貿(mào)易中所占的比重，在一定程度上反映了港口城市以及所在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)繁榮程度。寧波舟山港是排名世界前五的港口，具有一定的代表性，本文以寧波舟山港貨物吞吐量的近幾年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，利用灰色預(yù)測(cè)模型科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)寧波港貨物吞吐量。通過(guò)實(shí)例探討GM（1，1）模型在港口吞吐量方面的應(yīng)用，同時(shí)驗(yàn)證了灰色預(yù)測(cè)模型的有效性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： 港口吞吐量;灰色預(yù)測(cè);GM（1，1）模型;發(fā)展策略

中圖分類(lèi)號(hào)：F253????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????? 文章編號(hào)：1008-4428（2018）10-0005-02

一、 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易的發(fā)展，進(jìn)出口越來(lái)越頻繁，而港口則是一座城市甚至一個(gè)國(guó)家對(duì)外貿(mào)易的重要場(chǎng)景。港口貨物吞吐量則可以精確定量地衡量該港口進(jìn)出口貿(mào)易的絕對(duì)值以及橫向與其他港口作比較，顯示其在整個(gè)國(guó)家進(jìn)出口貿(mào)易中所占的比重，在某種意義上可以反映出港口城市以及所在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)繁榮程度。對(duì)港口吞吐量的合理預(yù)測(cè)對(duì)港口發(fā)展方向、基本設(shè)施投資規(guī)模、港口的經(jīng)營(yíng)策略等方面都有著至關(guān)重要的作用。寧波舟山港位于我國(guó)海岸中部的杭州灣口南側(cè)，距長(zhǎng)江口僅200公里，是我國(guó)沿海南北海運(yùn)的交匯處，歷史悠久。2017年，寧波舟山港的貨物吞吐量達(dá)到了10.09億噸，成為世界上首個(gè)貨物吞吐量超過(guò)10億噸的港口。隨著貨物吞吐量的增加勢(shì)必意味著基礎(chǔ)設(shè)施需要緊跟步伐，與之配套。因此，科學(xué)且準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)港口貨物吞吐量是必要且實(shí)用的。

港口貨物吞吐量預(yù)測(cè)方法有很多種。比如劉明維等在2005年用指數(shù)平滑法進(jìn)行預(yù)測(cè);劉志杰等人在2007年使用組合模型法對(duì)港口的貨物吞吐量進(jìn)行預(yù)測(cè);林強(qiáng)等在2008年使用灰色多元回歸模型法;匡海波在2009年用灰色模型法進(jìn)行預(yù)測(cè);陳秀瑛，古浩在2010年使用線性回歸分析法進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、港口運(yùn)營(yíng)情況、港口基礎(chǔ)設(shè)施、市場(chǎng)需求等錯(cuò)綜復(fù)雜的因素互相作用，影響著港口的貨物吞吐量，其中的關(guān)聯(lián)實(shí)在是讓人難以弄清楚。而灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型恰好適用于信息不完全的場(chǎng)景，因此本文選用灰色系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)寧波舟山港的貨物吞吐量，這對(duì)其他港口也有著一定的借鑒意義。

二、 模型的建立

（一）灰色模型來(lái)源

1982年，華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系教授鄧巨龍?zhí)岢龌疑Ｐ瓦@一概念。灰色模型是求解不完全信息系統(tǒng)的一種數(shù)學(xué)方法。它將控制論的觀點(diǎn)和方法擴(kuò)展到了相對(duì)復(fù)雜的大型系統(tǒng)中，將運(yùn)籌學(xué)的數(shù)學(xué)方法和自動(dòng)控制融合在一起，以其獨(dú)特的角度對(duì)廣泛存在于客觀世界中的灰色問(wèn)題進(jìn)行研究。在短時(shí)間內(nèi)，灰色系統(tǒng)理論得到了迅速的發(fā)展，應(yīng)用于自然科學(xué)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等諸多領(lǐng)域，說(shuō)明了這門(mén)學(xué)科強(qiáng)大生命力以及合理性，具有廣闊的發(fā)展前景。

灰色系統(tǒng)理論研究的是信息不完全的建模問(wèn)題，為解決信息不完備情況下的系統(tǒng)問(wèn)題提供了一種新的方法。它把所有隨機(jī)過(guò)程看作是一個(gè)在一定范圍內(nèi)變化的、與時(shí)間相關(guān)的灰色過(guò)程。灰色模型是通過(guò)大量的樣本研究，使用數(shù)據(jù)生成的方法，而不是從以往人們所熟知的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的角度來(lái)看的。它將無(wú)序的原始數(shù)據(jù)按一定數(shù)量排序生成序列從而進(jìn)行研究。灰色理論認(rèn)為，雖然系統(tǒng)的行為現(xiàn)象是比較混沌的，數(shù)據(jù)是比較沒(méi)有規(guī)律可循的，但它具有整體性，在混沌的數(shù)據(jù)之后，必然有一些規(guī)律隱藏在其中。灰色模型的產(chǎn)生就是從無(wú)序的原始數(shù)據(jù)中找尋到這一內(nèi)在規(guī)律。

（二）灰色系統(tǒng)GM（1，1）的具體模型及計(jì)算方法

設(shè)非負(fù)原始序列X（0）={x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（n）}，對(duì)X（0）作一次累加，得到生成數(shù)列為X（1）={x（1）（1），x（1）（2），…，x（1）（n）}，其中 x（1）（k）=∑ k i=0 x（i）。 于是x0（k）的GM（1，1）白化形式微分方程為

指標(biāo)均方差比值（16）和小誤差概率（17）是后驗(yàn)差檢驗(yàn)的兩個(gè)重要指標(biāo)，均方差比值越小越好，均方差比值越小表示原始序列的方差大而殘差序列的方差越小，即原始數(shù)據(jù)離散程度大而殘差離散程度小，均方差比值越小就意味著盡管原始數(shù)據(jù)很離散，而模型所計(jì)算出來(lái)的值與實(shí)際值之差并不太離散。

指標(biāo)小誤差概率越大越好，小誤差概率越大，表明殘差與殘差平均值之差小于給定值0.6745s1的點(diǎn)較多，也就是說(shuō)擬合值分布比較均勻。按均方差比值、小誤差概率這兩個(gè)指標(biāo)，可以比較綜合地描述預(yù)測(cè)模型的精確度。模型的精確度由均方差比值和小誤差概率共同刻畫(huà)。一般將模型精確度分為四級(jí)，具體見(jiàn)表1。

三、 灰色預(yù)測(cè)實(shí)例分析

（一）寧波舟山港簡(jiǎn)介

寧波港因?yàn)槠涞乩韮?yōu)勢(shì)，作為港口的歷史十分的悠久。早在唐朝的時(shí)候，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為明州港的寧波港就開(kāi)始有前往高麗、日本和南洋等地的國(guó)外航線，在宋朝和元朝時(shí)期，明州港作為海上絲綢之路的起點(diǎn)，更是和廣州港、泉州港一起稱(chēng)為三大貿(mào)易港口，由此可見(jiàn)其規(guī)模之大名聲之響。近現(xiàn)代以來(lái)，從作為《南京條約》五口通商口岸之一到改革開(kāi)放以后，寧波被列為計(jì)劃單列市大力發(fā)展對(duì)外貿(mào)易的重要戰(zhàn)略舉措，無(wú)不彰顯著這座城市、這個(gè)港口的悠久歷史、良好的地理位置。

從近幾年的數(shù)據(jù)看，寧波港被列為世界五大港口，中國(guó)前三大港口，其中寧波港的貨物吞吐量位居全國(guó)第一，集裝箱吞吐量列為全國(guó)第三。2016年1月1日起，寧波港與附近的舟山港完成合并，取名為寧波舟山港。這一合并增加了寧波舟山港在國(guó)際貿(mào)易中的地位，有著深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

2017年全年，寧波港累計(jì)完成了10.09億噸的貨物吞吐量，成為全球第一個(gè)且唯一一個(gè)貨物吞吐量超10億噸的大港，坐上了世界第一的寶座。

（二）寧波舟山港貨物吞吐量預(yù)測(cè)

寧波港近八年貨物吞吐量如下表2所示：

以2010—2017年寧波港貨物吞吐量為基期數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，原始時(shí)間序列數(shù)據(jù)X（0）={6.33，6.94，7.44，…，10.09}， 累加序列X（1）={6.33，13.27，20.71，…，65.74}，可以求得a=-0.057760，u=6.519640，進(jìn)一步灰微分方程的白化方程是：dx（1）/dt-0.057760x（1）=6.519640。

時(shí)間響應(yīng)式最終整理得：

X（1）（k+1）=119.205188exp（0.057760k）-112.875188，

代入可得：X（1）=（6.33，13.417989，20.927433，28.883391，37.312414，46.242630，55.703840，65.727618），X（0）=（6.33， 7.087989，7.509444，7.955958，8.429023，8.930216，9.461210，10.023778）

檢驗(yàn)誤差：①均方差比值C=s2/s1=0.08≤0.35，預(yù)測(cè)結(jié)果為好，②小誤差概率p=100 % ≥0.95，預(yù)測(cè)結(jié)果為好。同時(shí)根據(jù)此模型對(duì)之后五年寧波港的貨物吞吐量進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

四、 結(jié)論

本文以寧波港為例，利用灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型對(duì)其集裝箱吞吐量進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)顯示，到2020年寧波舟山港的貨物吞吐量將達(dá)到11.92億噸。

預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，寧波舟山港貨物吞吐量增長(zhǎng)迅速、市場(chǎng)前景良好。作為當(dāng)?shù)卣约坝嘘P(guān)部門(mén)，首先需要保證城市的規(guī)劃以及對(duì)貿(mào)易公司、出口企業(yè)的大力扶持，只有經(jīng)濟(jì)保持強(qiáng)有力的增長(zhǎng)，港口才會(huì)有源源不斷的貨物需要運(yùn)輸。另外寧波港應(yīng)該積極改善港口基礎(chǔ)設(shè)施，營(yíng)造良好的經(jīng)營(yíng)環(huán)境，制定與吞吐量迅速增長(zhǎng)相適應(yīng)的港口規(guī)劃，一定不要讓港口的硬件設(shè)施掣肘了港口的規(guī)模以及發(fā)展。在貨物吞吐量保持高速增長(zhǎng)的前提下，政府需要著手協(xié)調(diào)好港口日益增長(zhǎng)的運(yùn)輸需求與港口本身供給能力不足之間的矛盾，牢牢占據(jù)住港口貨物總吞吐量世界排名第一的寶座。

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