湖北客運(yùn)需求分析及預(yù)測(cè)研究

周俊快, 周紅梅, 董 楊, 周勁凱

(武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430063)

0 引 言

湖北地處中國(guó)中部，自古以來(lái)就是九省通衢之地，具有得天獨(dú)厚的交通區(qū)位優(yōu)勢(shì)。“十三五”期間湖北客運(yùn)交通發(fā)展也取得一系列積極成果，然而與高質(zhì)量客運(yùn)發(fā)展、交通強(qiáng)國(guó)的發(fā)展要求相比，湖北客運(yùn)發(fā)展還存在一定差距。因此開(kāi)展湖北客運(yùn)需求分析及預(yù)測(cè)研究，對(duì)未來(lái)客運(yùn)需求進(jìn)行“量”的預(yù)測(cè)和“質(zhì)”的趨勢(shì)分析，以促進(jìn)交通運(yùn)輸供給側(cè)改革，落實(shí)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，明確湖北未來(lái)客運(yùn)需求規(guī)模，為湖北“十四五”交通運(yùn)輸發(fā)展戰(zhàn)略提供有效決策支撐。

1 客運(yùn)需求“量”的遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)

考慮到客運(yùn)需求“量”的預(yù)測(cè)受多因素影響，且預(yù)測(cè)的值能為湖北“十四五”交通運(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)，精度應(yīng)以偏高為宜，因此本文考慮使用基于R語(yǔ)言的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。R語(yǔ)言擁有優(yōu)秀的統(tǒng)計(jì)能力和許多機(jī)器學(xué)習(xí)程序包，在數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域大放異彩，R語(yǔ)言中的neuralnet包能智能優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)重與閾值，選擇最優(yōu)權(quán)重值和閾值進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而簡(jiǎn)化了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆向傳輸階段。

參考運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)理論與方法[1]，影響客運(yùn)需求的因素主要涵括社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸兩個(gè)方面，對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)而言，各種客運(yùn)方式的通行里程是一個(gè)重要參數(shù)，但湖北公路、水路、鐵路尤其是高鐵的營(yíng)業(yè)里程已達(dá)到一定的規(guī)模，基本滿足了湖北客運(yùn)需求的通行能力，不再是制約客運(yùn)需求發(fā)展的主要因素，同時(shí)也考慮數(shù)據(jù)的可得性及量化分析的可行性，預(yù)測(cè)指標(biāo)的相關(guān)自變量原始數(shù)據(jù)為2000-2018年湖北省GDP(X1)、城鎮(zhèn)化率(X2)、私人汽車保有量(X3)、常住人口(X4)和收入水平(X5)，因變量的參數(shù)選定為四大交通方式的客運(yùn)量及客運(yùn)周轉(zhuǎn)量。數(shù)據(jù)來(lái)源于湖北省交通廳及統(tǒng)計(jì)年鑒，能確保其真實(shí)性。考慮到神經(jīng)元個(gè)數(shù)較多會(huì)造成訓(xùn)練時(shí)間增加且隱含層個(gè)數(shù)太少不能建立合理權(quán)重值，經(jīng)一定次數(shù)的訓(xùn)練模擬得到10個(gè)神經(jīng)元逼近效果最好，故確定隱含層的個(gè)數(shù)為10；相比神經(jīng)元個(gè)數(shù)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)的影響較小，且3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)便于調(diào)整和優(yōu)化，故層數(shù)設(shè)定為3；threshold參數(shù)設(shè)置為0.005，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)率決定了權(quán)重更新的快慢，設(shè)置為0.1。使用歸一化后的2000-2015年數(shù)據(jù)進(jìn)行模型仿真訓(xùn)練；使用歸一化后的2016-2018年數(shù)據(jù)進(jìn)行模型檢驗(yàn)。以四種運(yùn)輸方式客運(yùn)量為例即公路客運(yùn)量(Y1)、鐵路客運(yùn)量(Y2)、航空客運(yùn)量(Y3)、水路客運(yùn)量(Y4)，仿真訓(xùn)練如圖1所示。

圖1 客運(yùn)量預(yù)測(cè)訓(xùn)練模型

圖1中，深色線條顯示每個(gè)層與淺個(gè)連接上的權(quán)重之間的連接，淺色顯示每個(gè)步驟中添加的偏差項(xiàng)。模型訓(xùn)練誤差為3.3%，訓(xùn)練步數(shù)為1 072步，表明該訓(xùn)練算法已經(jīng)收斂，該模型可以使用。經(jīng)模型驗(yàn)證得到客運(yùn)量MAPE檢驗(yàn)值，見(jiàn)表1。

表1 四大客運(yùn)方式的客運(yùn)量MAPE檢驗(yàn)值

對(duì)客運(yùn)量平均絕對(duì)百分比誤差檢驗(yàn)結(jié)果取平均值，得到檢驗(yàn)的精度為4.93%，為高精度預(yù)測(cè)。同理，將模型的輸出變量修改為各運(yùn)輸方式客運(yùn)周轉(zhuǎn)量進(jìn)行二次模擬，其余基本參數(shù)保持不變，可得到客運(yùn)周轉(zhuǎn)量模型，最后經(jīng)計(jì)算得到的模型精度為6.8%，也為高精度。使用該模型預(yù)測(cè)目標(biāo)年2020-2035年的4種運(yùn)輸方式的客運(yùn)量或客運(yùn)周轉(zhuǎn)量，預(yù)測(cè)結(jié)果及分析見(jiàn)下文。

1.1 客運(yùn)量預(yù)測(cè)結(jié)果

湖北不同運(yùn)輸方式客運(yùn)量預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 湖北不同運(yùn)輸方式客運(yùn)量預(yù)測(cè)(單位：萬(wàn)人)

從各運(yùn)輸方式客運(yùn)量變化趨勢(shì)來(lái)看，各運(yùn)輸方式的客運(yùn)量均呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但增長(zhǎng)幅度均逐漸減小。其中，鐵路和航空有較高的增長(zhǎng)幅度，這得益于鐵路建設(shè)中高鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、省內(nèi)航空航線的拓展延伸和機(jī)場(chǎng)的規(guī)劃建設(shè)之快等。雖然鐵路增長(zhǎng)量大于航空，但由于鐵路客運(yùn)量基數(shù)大，航空基數(shù)小，鐵路客運(yùn)量年均增長(zhǎng)率將低于航空。雖然公路增長(zhǎng)量最大，但同樣由于基數(shù)最大，年均增長(zhǎng)率并不顯著。

從客運(yùn)量占比變化分析來(lái)看，公路客運(yùn)占比逐年降低，從2020年到2035年約下降6%，下降幅度不大，2025年以后趨向穩(wěn)定，但仍然占據(jù)綜合交通運(yùn)輸體系的最大比例，居于絕對(duì)的主導(dǎo)地位。鐵路和航空的占比逐年增加，從2020年到2035年分別上漲5.7%和0.6%左右，鐵路和航空上漲的客運(yùn)資源均來(lái)源于公路，當(dāng)人們收入水平達(dá)到一定的高度以后，鐵路和航空能更好地滿足人們便捷性和舒適性的需求，鐵路和航空是未來(lái)客運(yùn)的主流趨勢(shì)，鐵路和航空在未來(lái)的體系中將發(fā)揮重大作用，水路基本呈現(xiàn)穩(wěn)中微幅上升的趨勢(shì)，占比變化可忽略不計(jì)。

1.2 客運(yùn)周轉(zhuǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果

湖北客運(yùn)周轉(zhuǎn)量預(yù)測(cè)見(jiàn)表3。

表3 湖北不同運(yùn)輸方式客運(yùn)周轉(zhuǎn)量預(yù)測(cè)(單位：億人千米)

同理，經(jīng)客運(yùn)周轉(zhuǎn)量變化分析得知，公路呈現(xiàn)輕微下降的趨勢(shì)，下降程度逐年減少，與公路客運(yùn)量變化趨勢(shì)同步，鐵路和航空占比穩(wěn)步提升，鐵路周轉(zhuǎn)量在綜合交通運(yùn)輸體系中的占比最大，占據(jù)重要領(lǐng)跑地位，上升幅度同樣最大但依次減少，航空的上升幅度第二，水路的上升變化依舊微弱。

2 客運(yùn)需求“質(zhì)”的趨勢(shì)分析

參考相關(guān)文獻(xiàn)[2],馬斯洛需求層次論按照從低到高，將人類需求劃分為五個(gè)層次，分別為生理、安全、歸屬、尊重和自我實(shí)現(xiàn)需求。唯有低層次的需求得到滿足之后才能有中高級(jí)層次的需求。生理和安全需求是最初級(jí)的；歸屬和尊重需求屬于中級(jí)層次；自我實(shí)現(xiàn)乃最高級(jí)的層次，各個(gè)層次密不可分、相互依存。將該理論用作客運(yùn)需求變化可劃分為五個(gè)層次：可行性需求、安全需求、經(jīng)濟(jì)性需求、便捷性需求和舒適性需求。基于馬斯洛需求層次論建立客運(yùn)需求層次模型，如圖2所示。

圖2 湖北客運(yùn)需求層次模型

其中，可行性需求和安全需求是保障旅客在人身安全的前提下抵達(dá)目的地，屬于客運(yùn)需求的最初級(jí)需求；經(jīng)濟(jì)性需求和便捷性需求是在滿足初級(jí)需求的情況下，盡可能降低交通運(yùn)輸服務(wù)價(jià)格以及減少旅行時(shí)間成本，屬于客運(yùn)需求的中級(jí)需求；舒適性需求是旅客出行對(duì)乘車環(huán)境、餐飲休閑服務(wù)等擁有高標(biāo)準(zhǔn)以滿足其心理需求，是客運(yùn)需求的高級(jí)需求。旅客在低層次需求得到滿足后，會(huì)更加注重經(jīng)濟(jì)、便捷和舒適等中高層次的交通需求。

從需求層次論的角度分析四大運(yùn)輸方式的變化趨勢(shì)可知，未來(lái)旅客的在滿足便捷性需求和經(jīng)濟(jì)性需求的前提下，會(huì)選擇更加舒適的運(yùn)輸方式，會(huì)更加傾向于高鐵和航空出行方式，進(jìn)而導(dǎo)致在未來(lái)的趨勢(shì)下鐵路和航空的客運(yùn)量和客運(yùn)周轉(zhuǎn)量將明顯上升，考慮到航空的運(yùn)輸成本和客運(yùn)運(yùn)價(jià)較高，鐵路的上升幅度將高于航空；由于未來(lái)部分旅客向鐵路和航空進(jìn)行分流，公路的客運(yùn)需求增幅逐漸放緩；水路客運(yùn)以發(fā)展旅游業(yè)為主，在整個(gè)客運(yùn)體系占比微弱。基于客運(yùn)需求預(yù)測(cè)的結(jié)果及需求變化趨勢(shì)分析，本文認(rèn)為湖北客運(yùn)需求“質(zhì)”的發(fā)展趨勢(shì)如下：

(1) 不同客運(yùn)方式的供給結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步優(yōu)化。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，鐵路和航空的增速要高于水路和公路。考慮到未來(lái)公路客運(yùn)需求仍會(huì)保持較高的增幅，同時(shí)水運(yùn)作為一種環(huán)保型客運(yùn)服務(wù)，所以增速低于鐵路航空，仍應(yīng)該通過(guò)完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)使其健康發(fā)展。為支撐鐵路和航空的高速發(fā)展，應(yīng)大力推進(jìn)湖北的鐵路綜合樞紐和民航客運(yùn)機(jī)場(chǎng)的發(fā)展，進(jìn)一步提高湖北高鐵客運(yùn)樞紐的覆蓋面，民航客運(yùn)機(jī)場(chǎng)由武漢的單點(diǎn)向包括鄂州在內(nèi)的多點(diǎn)機(jī)場(chǎng)方向發(fā)展，拓展機(jī)場(chǎng)輻射能力，水路需進(jìn)一步加快武漢長(zhǎng)江中游航運(yùn)中心的發(fā)展。通過(guò)不同客運(yùn)方式基礎(chǔ)設(shè)施的差異性發(fā)展來(lái)提升湖北綜合客運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施的整體供給能力。

(2)客運(yùn)組織模式的定制化與多樣化。目前旅客聯(lián)程運(yùn)輸服務(wù)的發(fā)展不夠，與實(shí)現(xiàn)“一站購(gòu)票”“一票出行”仍存在較大的差距，因地制宜的城際公交、長(zhǎng)途接駁運(yùn)輸、節(jié)點(diǎn)運(yùn)輸?shù)冉M織模式有待推廣，旅游客運(yùn)線網(wǎng)尚不完善、品質(zhì)不高、體驗(yàn)性不強(qiáng)和問(wèn)題較為突出，湖北綜合立體交通優(yōu)勢(shì)發(fā)揮不夠充分。

(3)客運(yùn)服務(wù)的品質(zhì)化與一體化。客運(yùn)供需結(jié)構(gòu)調(diào)整任務(wù)艱巨，與高質(zhì)量發(fā)展要求不相適應(yīng)。綜合客運(yùn)樞紐建設(shè)仍需加強(qiáng)，設(shè)施銜接不暢已成為制約運(yùn)輸轉(zhuǎn)換效率提高的重要因素，與實(shí)現(xiàn)客運(yùn)零距離換乘仍有差距。對(duì)標(biāo)人民群眾對(duì)美好生活的出行需求，全省客運(yùn)服務(wù)水平和質(zhì)量有待提升。

(4)旅游客運(yùn)與智慧交通的融合。交通是旅游產(chǎn)業(yè)的催生素，是旅游客運(yùn)發(fā)展的重要引擎。在國(guó)家大力發(fā)展智慧交通，推動(dòng)交通由傳統(tǒng)要素向注重創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變的背景下，湖北將以智慧化、信息化賦能旅游客運(yùn)事業(yè)，積極打造智慧旅游服務(wù)平臺(tái)，為交通大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。旅游為交通創(chuàng)造了新的發(fā)展空間，未來(lái)旅游客運(yùn)與智慧交通相融合的趨勢(shì)也將越來(lái)越強(qiáng)勁。

3 結(jié) 論

從“量”的預(yù)測(cè)來(lái)看，預(yù)測(cè)到2035年，湖北客運(yùn)量達(dá)126 701萬(wàn)人，客運(yùn)周轉(zhuǎn)量達(dá)3 264億人千米，未來(lái)公路客運(yùn)占比將逐年降低，鐵路和航空客運(yùn)勢(shì)頭正旺，占比逐年攀升，水路客運(yùn)穩(wěn)重有增，始終占有一席之地。從“質(zhì)”的趨勢(shì)來(lái)看，以需求層次論和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)為理論基礎(chǔ)，不同客運(yùn)方式的供給結(jié)構(gòu)優(yōu)化、客運(yùn)組織模式的定制化與多樣化、客運(yùn)服務(wù)的品質(zhì)化與一體化、旅游客運(yùn)與智慧交通的融合等方面是未來(lái)湖北客運(yùn)需求變化的主要方向。本論文中“量”的預(yù)測(cè)結(jié)論和“質(zhì)”的趨勢(shì)分析能為湖北未來(lái)客運(yùn)資源的合理配置、“十四五”交通運(yùn)輸戰(zhàn)略制定提供決策依據(jù)。