基于湖北省產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)條件下的域內(nèi)貨運(yùn)量預(yù)測

（武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北 武漢 430063）

1 引言

貨運(yùn)量是貨物出行交通量的派生需求，不僅與最終產(chǎn)品的重量或體積相關(guān)，還與中間產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售的組織、運(yùn)輸方式的選擇以及運(yùn)輸組織效率等多種因素有關(guān)，而區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與最終產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、中間產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售組織、運(yùn)輸組織效率等因素有著密切的關(guān)系。因此，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與域內(nèi)貨運(yùn)量密切相關(guān)。

2 湖北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

湖北省位于長江中游，東臨安徽，南接江西、湖南，西連重慶，西北與陜西接壤，北與河南毗鄰，地理位置優(yōu)越，交通條件便利[1]。省會(huì)武漢歷來被稱為“九省通衢”之地，是中國內(nèi)陸最大的水陸空交通樞紐，是中國經(jīng)濟(jì)地理的“心臟”，具有承東啟西、溝通南北、維系四方的作用，是中國四大綜合樞紐之一，也是“長江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略”和“一帶一路戰(zhàn)略”重要節(jié)點(diǎn)城市。

湖北省是我國中部、長江中游最重要的省份之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，交通便利，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)輻射力和凝聚力。2002-2016年湖北省貨運(yùn)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)歷史數(shù)據(jù)見表1。由表1可以看出，近15年湖北省各項(xiàng)數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)增長趨勢，經(jīng)濟(jì)增長速度穩(wěn)定，增長活力趨于增強(qiáng)，湖北省GDP十五年內(nèi)增長約6.7倍，全國增長5.2倍，而人口數(shù)量從2002年的5 672萬人增長到2016年5 885萬人，增長3.8%，遠(yuǎn)低于同期全國人口增速，人均GDP位于前列。三大產(chǎn)業(yè)均取得突破式發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于合理。進(jìn)出口貿(mào)易總額和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)穩(wěn)步增長，受益于此，人民生活水平持續(xù)改善，居民收入不斷攀升，促進(jìn)了消費(fèi)市場運(yùn)行，增幅總體呈逐年提高態(tài)勢。湖北省經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)條件下貨運(yùn)需求發(fā)展態(tài)勢如何，對湖北省交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及綜合交通規(guī)劃具有重要的指導(dǎo)作用。

表1 2002-2016年湖北省貨運(yùn)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)歷史數(shù)據(jù)

3 湖北省域內(nèi)貨運(yùn)量預(yù)測

3.1 基于主成分分析法的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

貨運(yùn)量屬于派生需求，它是由經(jīng)濟(jì)發(fā)展本身帶來的。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平?jīng)Q定貨運(yùn)量，貨運(yùn)需求的大小在一定程度上反映了經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的高低。因此，可以利用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和貨運(yùn)量之間的映射關(guān)系建立模型，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和貨運(yùn)量之間的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到預(yù)測目的[2]。

主成分分析算法，主要達(dá)到了降維的目的；RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬數(shù)據(jù)之間的關(guān)系[3]。將主成分分析法和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，就是指先對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，將數(shù)據(jù)降維，由多個(gè)變量降維到少數(shù)幾個(gè)主成分，同時(shí)數(shù)據(jù)還能表達(dá)原始的信息。對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理就意味著改變了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)：原始數(shù)據(jù)有多個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過主成分分析之后，輸入節(jié)點(diǎn)改變?yōu)樯贁?shù)幾個(gè)主成分。輸入節(jié)點(diǎn)的減少，簡化了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，也簡化了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，有利于提高預(yù)測精度。

3.2 貨運(yùn)量預(yù)測

為了能定量分析所選取的指標(biāo)數(shù)據(jù)對于預(yù)測具有現(xiàn)實(shí)意義，從相關(guān)性分析的角度來進(jìn)行計(jì)算。本文借助SPSS軟件計(jì)算湖北省貨運(yùn)量與其他指標(biāo)的相關(guān)性，見表2。

表2 貨運(yùn)量與其他指標(biāo)相關(guān)系數(shù)表

由表2可知，所有的相關(guān)性系數(shù)r均大于0.95，這表明湖北省貨運(yùn)量與其他經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間存在顯著性相關(guān)。由于各個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)之間存在巨大的差異，并且量綱不統(tǒng)一，在運(yùn)用模型預(yù)測前，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果見表3。

將表3數(shù)據(jù)代入SPSS軟件，通過因子分析，進(jìn)行主成分分析。經(jīng)過計(jì)算，取樣足夠度的Kaiser-Meyer-Olkin度量數(shù)值為0.786，當(dāng)KMO的檢驗(yàn)結(jié)果大于0.6時(shí)，說明適合進(jìn)行主成分分析[4]。并且第一主成分的特征值為9.847，方差貢獻(xiàn)率為98.472%，已經(jīng)大于80%，因此只提取第一個(gè)主成分，各成分得分系數(shù)見表4。

將主成分分析之后的結(jié)果作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入端，建立RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行貨運(yùn)量預(yù)測。輸入端有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，為一個(gè)主成分，輸出端為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，為下一年的貨運(yùn)量，即本年度的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的指標(biāo)數(shù)據(jù)和下一年度的貨運(yùn)量作為一組樣本。設(shè)輸入端、輸出端分別為P、T：

表3 歸一化數(shù)據(jù)

表4 主成分得分系數(shù)矩陣

本文使用MATLAB進(jìn)行RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，令目標(biāo)精度goal=0.001，拓展常數(shù)spread=3，通過對隱含節(jié)點(diǎn)為2至4所計(jì)算的誤差結(jié)果檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)性能，擬合精度使用均方差MSE進(jìn)行檢驗(yàn)，顯示結(jié)果如圖1所示。

將建立的基于主成分分析法的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測2003-2016年的貨運(yùn)量，并與實(shí)際的貨運(yùn)量相比，得到的結(jié)果如圖2所示。

圖1 不同隱含節(jié)點(diǎn)數(shù)的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型擬合精度

圖2 基于主成分分析的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測擬合圖

從圖2可以直觀地看出，基于主成分分析法RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測值與實(shí)際值之間基本重合，誤差較小。經(jīng)計(jì)算得到基于主成分分析法的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型結(jié)果的MAPE值等于6.5%，屬于高精度預(yù)測。

4 湖北省產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對貨運(yùn)量的影響

根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對湖北省GDP、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)和同期貨運(yùn)量作對數(shù)處理（如圖3所示），分析湖北省經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對貨運(yùn)量的影響。

從圖3趨勢圖可以看出，自2002年開始，湖北省GDP、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)總值以及貨運(yùn)量呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢，貨運(yùn)量變化趨勢與GDP變化趨勢的相關(guān)程度很高。以2008年為例，湖北省GDP首次突破萬億，這主要得益于高關(guān)聯(lián)度的產(chǎn)業(yè)集群。2008年在湖北省6個(gè)千億元產(chǎn)業(yè)集群中，除了紡織受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響只有700億元外，汽車、石化、鋼鐵、食品、電子信息產(chǎn)業(yè)銷售收入均超過千億元，其中鋼鐵、汽車、石化行業(yè)表現(xiàn)突出。同時(shí)，新興“千億”產(chǎn)業(yè)集群的開發(fā)建設(shè)促進(jìn)了制造業(yè)競爭力的迅速提升。受到擴(kuò)大內(nèi)需和拉動(dòng)裝備制造業(yè)的政策措施的影響，2008年湖北省貨運(yùn)量也出現(xiàn)明顯增幅。

圖3 湖北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展與貨運(yùn)量趨勢圖

部分年份也會(huì)出現(xiàn)貨運(yùn)量和GDP增長速度不一的情況。從圖3中可以看出，2002至2012年，湖北省貨運(yùn)量增長趨勢以及增長幅度與GDP相當(dāng)，而2012至2016年間貨運(yùn)量雖然保持著增長的趨勢，但增長幅度較之前年份有所降低，曲線逐漸變得平緩，而湖北省GDP依然保持著穩(wěn)定的增長，貨運(yùn)量增速小于GDP增速，其主要原因在于GDP內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，即產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。從圖4可以看出，三大產(chǎn)業(yè)都呈現(xiàn)非均衡增長，就增速而言，第二產(chǎn)業(yè)平均增速較大，尤其是2008至2012年間，第三產(chǎn)業(yè)次之，第一產(chǎn)業(yè)最小。不難看出，近15年湖北省仍以第二產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，2011及2012年占比超過50%，但隨著湖北省產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級等調(diào)整政策措施的施行，第三產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。

從總量上看，湖北省單位GDP貨運(yùn)量（即貨運(yùn)量與GDP的比值，萬t/億元）呈現(xiàn)總體下降的趨勢（如圖5所示），即單位GDP所產(chǎn)生的貨運(yùn)量逐漸減少，究其原因，一方面，湖北省加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，在大力發(fā)展工業(yè)的同時(shí)，現(xiàn)代物流、金融、旅游、信息、文化等服務(wù)業(yè)快速發(fā)展，居民收入、社會(huì)消費(fèi)品零售總額及其增速超過全國平均水平。另一方面大力培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，高能耗高物耗的產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到制約，從而導(dǎo)致單位GDP產(chǎn)生的貨運(yùn)量逐年下降。

圖4 三產(chǎn)業(yè)占比趨勢

圖5 湖北省單位GDP的貨運(yùn)量趨勢

5 結(jié)語

本文對湖北省近15年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況分析后，建立基于主成分分析法的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以此模型通過經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)測貨運(yùn)量，經(jīng)實(shí)證此模型屬于高精度預(yù)測，說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展與貨運(yùn)量之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。通過對湖北省近15年GDP、貨運(yùn)量、三產(chǎn)業(yè)占比趨勢以及單位GDP貨運(yùn)量等趨勢進(jìn)行分析后，得出經(jīng)濟(jì)總量與域內(nèi)貨運(yùn)量息息相關(guān)，一方面經(jīng)濟(jì)總量的上升會(huì)促進(jìn)貨運(yùn)量的增長，另一方面貨運(yùn)量也受著經(jīng)濟(jì)總量內(nèi)部結(jié)構(gòu)即產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響，隨著湖北省第一產(chǎn)業(yè)比重的減少，第三產(chǎn)業(yè)比重的逐步增大，單位GDP所產(chǎn)生的貨運(yùn)量會(huì)持續(xù)下落，反映產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整后，單位GDP產(chǎn)生的貨運(yùn)量的附加值持續(xù)提高，扭轉(zhuǎn)了過去粗放式發(fā)展單純追求規(guī)模忽視質(zhì)量的狀況，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。

本文研究湖北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)業(yè)調(diào)整對域內(nèi)貨運(yùn)量的影響，研究結(jié)論對湖北省制定貨物運(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃具有積極的參考作用。

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