基于等維新息的城市天然氣需求組合預(yù)測

劉 琴，章倩倩

（四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院，四川 成都 611743）

天然氣作為安全高效的清潔能源，是一個(gè)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ弧＝陙恚姸鄬W(xué)者開始研究城市天然氣需求變化趨勢，為現(xiàn)代城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)保駕護(hù)航。例如：李洪兵等利用逐步回歸雙對數(shù)函數(shù)模型[1]，預(yù)測天然氣需求量，并構(gòu)建了組合模型預(yù)測城市天然氣需求變化趨勢[2]。

為進(jìn)一步豐富城市天然氣需求預(yù)測方法，提高預(yù)測模型的預(yù)測精度，構(gòu)建等維新息的灰色Verhulst模型與非線性回歸模型混合模型，運(yùn)用于城市天然氣需求預(yù)測領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)城市天然氣需求隨時(shí)間動(dòng)態(tài)隨機(jī)演化的動(dòng)態(tài)預(yù)測。

1.等維新息灰色回歸組合預(yù)測建模

1.1 構(gòu)造灰色Verhulst模型

1.2 構(gòu)造非線性回歸模型

隨機(jī)變量y隨時(shí)間的推移具有某種指數(shù)函數(shù)關(guān)系，一般表現(xiàn)形式為：。兩邊取對數(shù)，根據(jù)換元法和最小二乘估計(jì)法求解和，得到原非線性回歸模型。

1.3 灰色回歸組合預(yù)測

1.4 等維新息模型

采用等維新息數(shù)據(jù)處理方法改進(jìn)組合模型進(jìn)行預(yù)測，構(gòu)成等維新息組合預(yù)測模型，將最新數(shù)據(jù)添加到原始數(shù)據(jù)序列同時(shí)剔除最老數(shù)據(jù)，生成新的等維信息數(shù)據(jù)序列使用等維新息組合模型逐個(gè)預(yù)測，并依次補(bǔ)充獲得的最新信息數(shù)據(jù)和去除最陳舊信息數(shù)據(jù)，直到完成預(yù)測目標(biāo)，等維新息模型可使用很少的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、高精度的預(yù)測，具有良好的普適性能和可應(yīng)用性。

2.基于等維新息灰色回歸組合模型的城市天然氣需求量預(yù)測

利用等維新息灰色回歸混合預(yù)測模型對2007-2018年全國城市天然氣需求進(jìn)行擬合預(yù)測（數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站），原始信息數(shù)據(jù)如表1所示。以2007-2014年全國城市天然氣需求量為原始信息數(shù)據(jù)序列進(jìn)行擬合建立預(yù)測模型，對2015-2018年全國城市天然氣需求量進(jìn)行預(yù)測。

2.1 基于灰色Verhulst模型的全國城市天然氣需求量預(yù)測

根據(jù)表1的原始信息數(shù)據(jù)實(shí)際值建立全國城市天然氣信息數(shù)據(jù)序列利用灰色建模軟件第七版（GSTAV7.0）模擬計(jì)算得到發(fā)展系數(shù)，灰色作用量b=-0.0002。得灰色Verhulst模型。

2.2 基于非線性回歸模型的全國城市天然氣需求量預(yù)測

表1 2007-2014年全國城市天然氣需求量擬合（單位：億m3）

2.3 基于灰色回歸組合模型的全國城市天然氣需求量預(yù)測

根據(jù)表1中原始信息數(shù)據(jù)實(shí)際值與灰色Verhulst模型和線性回歸模型預(yù)測值，計(jì)算可得灰色Verhulst模型和非線性回歸模型的誤差平方和分別為20451.21和16468.94，根據(jù)公式得灰色Verhulst模型的加權(quán)系數(shù)，線性回歸模型的加權(quán)系數(shù)，將各參數(shù)代入公式,則

灰色回歸組合擬合值如表1所示，并對2015-2018年全國城市天然氣需求量進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果如表2所示。

表2 2015-2018年全國城市天然氣需求預(yù)測結(jié)果表

2.4 基于等維新息灰色回歸組合模型的全國城市天然氣需求預(yù)測

表3 等維新息預(yù)測模型

2.5 結(jié)果分析

對表1的擬合值進(jìn)行分析，分析表明：等維新息組合預(yù)測模型充分利用了各單一預(yù)測模型的優(yōu)點(diǎn)，克服了不足，誤差平方和至少降低了3403.6531，一定程度上提高了擬合精度；等維新息組合預(yù)測模型比原組合預(yù)測模型的擬合誤差平方和降低了2462.1183，擬合性較好，適用于城市天然氣需求預(yù)測；等維新息灰色回歸組合預(yù)測模型利用最新信息數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)變權(quán)的城市天然氣需求動(dòng)態(tài)預(yù)測。

結(jié)合表2和圖1分析可知：等維新息灰色回歸組合模型預(yù)測結(jié)果的平均相對誤差為3.6034%，比原灰色回歸組合模型降低了14.3378%，明顯提高了預(yù)測精度；等維新息灰色回歸組合模型的預(yù)測誤差平方和為7561，比原灰色回歸組合模型減少了204953，有效地降低了預(yù)測誤差；等維新息灰色回歸組合模型可用于全國城市天然氣需求量的動(dòng)態(tài)預(yù)測。

圖1 2015-2018年全國城市天然氣需求預(yù)測值折線圖

綜上所述，經(jīng)過等維新息數(shù)據(jù)處理的灰色回歸組合預(yù)測模型比原灰色回歸組合預(yù)測模型的擬合性更好，預(yù)測精度更高，可推廣到其他領(lǐng)域構(gòu)建類似模型進(jìn)行需求預(yù)測。利用等維新息灰色回歸組合模型可預(yù)測2019-2023年全國城市天然氣需求量分別為1624億m3、1801億m3、1998億m3、2218億m3、2464億m3，由此可見，2019-2023年全國城市天然氣需求量的年均增長率為11.2869%。

3.結(jié)論

影響城市天然氣需求的因素眾多，且影響程度難以確定，用單一預(yù)測模型進(jìn)行預(yù)測存在一定的預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)。組合預(yù)測模型能克服單一預(yù)測模型的不足，充分利用各單一預(yù)測模型的優(yōu)點(diǎn)，能有效提高預(yù)測精度。

隨著時(shí)間推移，會(huì)產(chǎn)生新的因素對城市天然氣需求造成干擾，利用新信息優(yōu)先原則的等維新息預(yù)測模型，可以實(shí)現(xiàn)城市天然氣需求的動(dòng)態(tài)預(yù)測。等維新息灰色回歸組合預(yù)測模型優(yōu)于傳統(tǒng)的預(yù)測方法，具有一定的普適性，可以作為構(gòu)建其他類似的需求預(yù)測模型的參考。

城市天然氣的使用與城市發(fā)展息息相關(guān)，不僅要充分考慮國內(nèi)天然氣行業(yè)自身的具體情況，而且應(yīng)加強(qiáng)政府與企業(yè)層面對國際天然氣行業(yè)進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)判。這樣才有利于相關(guān)部門和決策者作出準(zhǔn)確的判斷和科學(xué)合理的決策，確保城市天然氣的安全持續(xù)供應(yīng)。

城市天然氣的使用與天然氣輸送管網(wǎng)關(guān)系密切，應(yīng)加強(qiáng)天然氣管網(wǎng)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)“全國一張網(wǎng)”，構(gòu)建統(tǒng)一調(diào)配、內(nèi)外聯(lián)動(dòng)的城市天然氣供應(yīng)應(yīng)急體系。