长江干线武汉段航运量预测研究毕业论文
2020-02-15 10:02
摘 要
运量预测是航道建立十分紧要的工作，它在航道的管理、功能的确定以及未来发展规划都有着重要的意义，是确定航道是否能被使用的重要工作。近来年，湖北省通过对省内有河运价值的河流进行运量预测与管理，使其省内河流航运效率得到较大的提升。在河流运货建设方面，湖北堪称全国的典范。随着湖北公路建设规模的增加，以及其综合运输体系的完善，湖北航运受到来自公路和铁路运输业的竞争。在公路、铁路、航空运输的挤压下，湖北航运货物数量出现减少的现象。而湖北省航运企业本身还存在一些问题，使其在运输市场中的竞争力下降。经济收益增速受到限制，其货运量份额下滑。目前，航运业整体经济收益不高，航运企业亏损较为严重。我国运输结构的变化，对航运业发展提出新的要求。在此环境下，为湖北省内河航运制定可促进其行业发展的战略规划势在必行，这也是促进我国经济发展，减少湖北公路运输紧张的重要方式。本次研究正是在湖北航运业深化改革期间中开展的活动。
本研究先对武汉段航道航运在目前情况下的发展情况，以及影响其发展的因素进行分析基础上，通过定量预测以及定性分析，对武汉航运在未来阶段的发展进行分析与预测，为其未来发展战略制定提供可被参考的意见。
关键词：长江干线；武汉段；航运量；预测
Abstract
Traffic volume forecast is an indispensable part of channel development strategy research. It is of great significance in the future development orientation of waterway, the determination of waterway infrastructure construction scale and the formulation of waterway management strategies. In recent years, Hubei province has greatly improved the efficiency of the shipping system through the construction and strengthening of management. But since of the ninth five-year plan, with the rapid development of highway construction in Hubei province and the continuous improvement of the comprehensive transportation system, shipping from other fierce competition in the mode of transportation, especially highway and railway, the combination of among the three highway, railway, aviation, plus the problems with the shipping industry in Hubei province itself, Hubei shipping hard-hit, declining competitiveness in the comprehensive transportation system, growth is restricted, freight volume in the whole society's share of total freight volume and turnover fell slightly. The overall efficiency and efficiency of the shipping industry is low, shipping enterprises are in difficulty and suffer from serious industrial losses. At present, the development of domestic economy and the change of transportation structure put forward the requirements for the development of shipping industry. This research is carried out in the market economy environment of deepening reform of Hubei province economy and shipping industry.
Based on the analysis of the current situation and influencing factors of Wuhan section waterway shipping, this paper USES the method of combining quantitative prediction and qualitative analysis to analyze and predict the future shipping development of Wuhan, so as to provide theoretical basis for the reasonable positioning and development strategy formulation of Wuhan's future shipping development.
Key words: Yangtze river trunk line; Wuhan; Shipping; To predict
目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 研究的主要内容 3
第2章 长江干线武汉航运现状分析 5
2.1 长江干线武汉概况 5
2.2 长江干线武汉航运状况 6
2.3 长江干线武汉的地位和作用 7
第3章 长江干线武汉航运发展影响因素分析 9
3.1 国家宏观环境影响分析 9
3.1.1可持续发展战略的影响 9
3.1.2国家水运发展规划的影响 9
3.2 经济因素影响分析 10
3.2.1湖北省经济发展状况 10
3.2.2湖北省经济发展对武汉段航道航运的影响 11
3.3 其他因素影响分析 12
3.3.1武汉水运现代化带来的发展机遇 12
3.3.2其他运输方式的竞争和挑战 12
3.3.3船型标准化的影响 12
第4章 长江干线武汉运量预测 14
4.1问题重述 14
4.1.1基本情况 14
4.1.2需要解决的问题 14
4.2符号约定 14
4.3问题分析 14
4.4基本假设 15
4.5预测模型的建立与求解 15
4.5.1BP神经网络组合预测模型背景介绍 15
4.5.2MATLAB应用于BP神经网络的货运量组合预测模型 15
4.5.3运用BP网络建模 应用航货运量预测 17
4.5.4程序运行结果 19
4.6结果 20
结论 21
参考文献 22
致谢 24
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
交通运输业是运输货物的行业，没有便利的交通，人们生产的产品无法快速的被运出去，本地需要货物也无法被快速的运进来。从建国到现在，我国铁路公路规模得到非常大的扩张。交通运输行业以及相关行业得到较快的发展。尤其近些年，我国政府向公路铁路飞机场建设投入大量的资金，使我国各运输行业得到快速的发展，它们之间互相补充协作，形成目前阶段的综合交通运输系统。
内河运输是我国境内交通运输系统中的重要部分，是运输大宗货物的良好方式。作为占地少、污染小、能耗低、运量大的河道运输业，其发展非常符合我国民众对交通运输业的要求，运用最小的成本运送最多的货物。在开展内河运输业务时，需要对河道进行疏浚整治。这样便能够收到航运、防洪、发电以及灌溉等多方面的利益，能够起到促进水资源的开发，以及推动航运沿线港口经济发展的作用，使更多货物通过河道运送到更多的地方。把长江与其周围众多干支线航道连接起来，形成一个四通八达的河道运输网，来为沿线民众以及覆盖地区提供货物运输服务。由此表明，内河航道网的建设对改变沿岸水运货物的运输环境，增加水运货物的运转量，增加水运船航运量有重要的作用。湖北应充分利用当地河流众多，适合运输货物的特点，将发展水运运输业当作重要工作来做。高起点建设现代化的水运港口以及建设与社会发展相匹配的水运体系。本研究对武汉段航道航运在为来发展情况进行预测，为其发展提供必要的理论支持。
航运的分析以及对其预测是建设航道、发展航道重要的一环。它是能确定航道航运量的多少，以及航道是否有开发价值的重要工作。
总之，对武汉段航道航运进行预测以及分析，能够找到发展航道需要的数据以及方向。只有对河道在未来期间的航运量进行分析与预测后，才能制定出开发该河道的方式。这对于促进当地水运行业发展有决定性的作用。
1.2 国内外研究现状
目前，运量预测所使用的方法种类比较多，常用的方法有六、七十种，但归纳起来可以把这些方法分为成两大类，一个是定性预测方法，该方法分析与实施者的个人经验有直接的关系；另一种是定量预测方法，该方法需要对研究对象进行更深层的分析与研究，实施起来比较复杂。
定性预测方法，是指预测者凭借自身掌握的经验，对事物或事项在未来世界的收益进行预测的方法。预测者通过在水运航道生活与工作的时间，对该航道在日后发展程度进行判断。其特点是研究使用的数据少，能分析不能被量化的因素，实施起来相对简单。目前常用的定性预测方法有以下多种：一种是直观预测法，该方法是预测者凭借自身在学习与工作中掌握的经验，对事物或行业未来收益直接进行分析；第二个是专家预测法，它是指知名专家运用专业知识对所选行业在未来的发展情况进行估测的方法。此外还有主观概率法等。这类方法预测的建立在预测者的经验以及技术基础上的，因而会带有预测者的主观性以及其片面性，预测结果的准确度也存在不高的可能。
定量预测方法，该方法是指以河流运量的历史统计数据以及资料，通过数学方法对目标河流在未来某年度的运量做定量预测，其特点为是以客观角度对目标河道进行分析。该类方法的预测精度在较大程度上取决于数据资料的准确度以及分析方法的科学性。定量预测方法有以下多种：第一种是回归分析预测法，该方法精确度非常高，是许多学者常用的分析法；第二种是指数平滑法；第三种是灰色预测法，该方法需要建立模型，因此在使用过程中会有一定复杂性；另外还有弹性系数法等分析法。
神经网络具有非线性的特点，而何松涛正是利用其特点，建立神经网络预测模型，何松涛在该模型上建立时间序列，然后他把该模型应用到预测上海港口货物吞吐量中。蒋惠园等人对三层BP神经网络进行全方位的研究，找出其基本原因以此为基础构思预测货运量模型，对目标港口货物运输量进行预测，根据预测得到的结果分析该模型在预测工作中的优缺点。钱芳利在了解到人工神经当中的映射能力之后，建立非线性构建成的预测模型，通过其对湖北水运货运量展开预测，研究结果表明，该模型预测港口吞吐量精度较高。王红在对影响港口吞吐量的因素进行分析基础上，运用三次指数平滑法对其货物吞吐量展开预测，结果表明该方法得到结果预测精度较高。习宏在对灰色关联分析方法使用方式进行研究后，使用该方法确定导致港口进货物出口量增加的最优因素，通过把其与货物进出量数据序列结合，建立GM(0，2)模型预测水运港口的吞吐量。刘斌在对灰色系统理论进行全面的分析后，以此为基础建立预测水运港口集装箱吞吐量的模型，通过该模型对大连港集装箱进出量进行预测。程蓉等立足于RBF神经网络理论基础上建立预测港口货物进出口量的模型，通过该模型对某港口吞吐量进行预测后，发现该模型实用性较高。徐国志等对MATLAB神经网络工具箱进行解读，建立并实现线性、BP、RBF三种神经网络模型，运用该模型对某港集装箱吞吐量以及其同期货物吞吐量历史数据进行对比与检验，结果表明非线性模型下神经网络模型预测港口吞吐量结果真实度高。陈淑燕先对灰色系统理论进行全面分析后，把其可用部分与神经网络结合，形成研究需要的灰色神经网络，对京石高速公路断面机动车实时交通量预测；黄富荣等为探究镇江港货物吞吐量建立组合预测模型，通过单纯形法解出加权系数，得到研究结果。
以上是本研究收集的多位学者对港口货物吞吐量预测的使用研究方式，他们在使用自行选用的方法提高运量的预测精度。随着研究活动的深入，以上方法还会被人改进。
基于以上以及相关学者研究思路基础上，本研究选用因果预测模型等模型对武汉段航道运量进行预测，由于单项预测法得到结果有局限性，因而本研究构建基于BP神经网络的组合预测模型，之后对预测结果进行定性修正，以使结果横更加准确。
1.3 研究的主要内容
本研究首先对内河航运的优点以及缺点进行论述，阐述武汉段航道的具体情况以及作用，论述影响该航道发展的因素，为该航道运量预测工作的开展提供背景；其次，本研究论述预测武汉段航道吞吐量的原理方法以及实施思路，然后选用几种预测模型对该航道货运进出量进行定量预测，对其预测结果加以修正，得出真实度高的预测结果，最后，总结研究结论，对研究结果进行展望。具体技术路线见图1-1。本研究通过定量、定性、对比等研究法对武汉段航道航运发展进行与预测。
1.4 研究技术路线
图 1-1技术路线图
第2章 长江干线武汉航运现状分析
2.1 长江干线武汉概况
（1）港口
武汉港是我国内河中的对外开放的港口，其地理位置非常重要，沿长江逆江而上1278km可到西部城市重庆，顺江而下1102km可到我国沿海城市上海，负责我国西南等地区的煤炭以及其他地区的金属矿石、粮食等货物的出口，转运，重庆到上海的水运，拉进两个地区的距离，使重庆以及长江港口的货物由长江出海口运到海外，其他地区货物可从陆路或铁路运到及长江水各港口出口，反之，国外商品也能从长江出海口被运送到我国境内。
武汉港辖区范围：长江左岸水洪口等，以及倒水（13.8km）等长江支流的水域岸线。
在2017年末，武汉港有22个港区，其陆域面积543.1万㎡，其水域面积131.8万㎡，有仓库面积22.6万㎡，武汉港有17个港区（纱帽港区等）分布在长江上；有5个港区（陈家墩港区等）分布在汉江上；全港有211个生产泊位，每年货物通过能力4565万t，客运通过能力918万人次。
目前，全市有77家经营港口的企业，有2家经营集装箱的企业，1家经营商品汽车滚装的企业、经营危险品的企业有38家、4家外资企业。要查看该港口于2017~2018年两年间货物吞吐量请看表2-1。
表2-1 2017~2018年港口货物吞吐量
（2）航道
武汉境内有23条能够通航的河流（其中包括我国第一大河流长江）。通航总里程为649.9千米。其中，长江武汉段航道里程为145.5千米。在武汉，二级航道长74.5km，位置为武汉长江大桥以上，该桥以下为一级航道，长71km，全年通航。
在长江航道中，除归交通部管辖的河道外，全市地方航道长为504.4km。其中，三级航道、四级航道、五级航道、六级航道、七级航道依次为33千米、42千米、77.4千米、163.5千米、62千米；等外里程为126.5千米。全年可通航航道里程201.4千米，季节性通航、天然河流通航、湖泊水库通航、运河渠道通航分别为303千米、392.6千米、94.5千米、17.3千米。
主要河流航道的情况如下。
表2-2 主要河流航道情况
内河航道（不含长江）其设标里程165km，其中有里程为75千米的发光航标（这些航标都被设置在汉江），有335座航标（发光航标204座），有3座通航船闸。该航道有航道管理机构2个，航标艇5艘，航道管理趸船3艘。
2.2 长江干线武汉航运状况
武汉航道通江达海，地处长江与汉水交汇处，是长江水系中重要的枢纽，在全国内陆水运中都占有重要的位置，它是长江航运网中的重要航道。在我国政府的引领下，该航道正以较快的速度增加自身运送商品的能力。
以武汉为中心的水运网辐射范围约为我国内陆面积的1/3，总面积为287万平方公里左右，其通航里程之长，覆盖范围之广，是我国其他河流无法比拟的。
目前，武汉地方水运企业有93家，有11家运输危险品的企业，有2家运输集装箱的企业，有53家水运服务企业，有328艘运输船舶，有17艘集装箱船，61艘危险品船，先后开通直达日韩、东南亚诸国及港澳地区的货运航线，开通了武汉至上海集装箱直达班轮航线。该地方水运企业在国家的支持下得到快速的发展，其在207-2018年运量如表2-3所示：
表2-3 2017~2018年地方水路运量
