我國航空旅客運(yùn)輸需求預(yù)測
——基于計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)與系統(tǒng)動力學(xué)組合模型

任新惠，唐少勇（中國民航大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津 300300）

我國航空旅客運(yùn)輸需求預(yù)測
——基于計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)與系統(tǒng)動力學(xué)組合模型

任新惠，唐少勇
（中國民航大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津 300300）

航空運(yùn)輸需求預(yù)測是民航發(fā)展規(guī)劃和決策的前提，預(yù)測結(jié)果的精度會對民航的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響?；谙到y(tǒng)動力學(xué)原理構(gòu)建了民航客運(yùn)需求系統(tǒng)的因果關(guān)系圖，分析了各因素間的因果關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，建立了航空客運(yùn)需求的系統(tǒng)動力學(xué)模型，并引入了計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)來建立模型的數(shù)學(xué)方程。然后，對模型進(jìn)行了有效性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示建立的模型可以較好地反映民航客運(yùn)的實(shí)際需求，證明了模型的有效性。最后，應(yīng)用該模型對我國未來幾年的航空客運(yùn)需求進(jìn)行了預(yù)測，并對比了不同的預(yù)測情景，結(jié)果顯示經(jīng)濟(jì)水平對航空客運(yùn)需求影響顯著，寬松的人口政策在一定程度上會降低航空客運(yùn)需求。

需求預(yù)測；系統(tǒng)動力學(xué)；計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)；航空旅客運(yùn)輸；因果關(guān)系

第1卷 第1期|2015年2月

0　引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們對出行的要求越來越高，旅途的舒適性、便捷性、安全性等都是需要考慮的因素。航空運(yùn)輸作為目前一種最為快捷、安全的運(yùn)輸方式獲得了迅猛發(fā)展，在國際交流、國民經(jīng)濟(jì)生活中正起著越來越重要的作用。我國的民航事業(yè)尚處于初步發(fā)展階段，與發(fā)達(dá)國家相比，還有很大的差距，建設(shè)民航強(qiáng)國還有很長的路要走。需求預(yù)測作為民航政策、建設(shè)規(guī)劃制定的一個(gè)重要基礎(chǔ)，預(yù)測結(jié)果的精確度對我國民航事業(yè)的發(fā)展有著巨大的影響。

時(shí)間序列法、回歸分析法、彈性系數(shù)法、灰色預(yù)測法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是目前比較常用的中長期預(yù)測方法。此外還有一些新的預(yù)測方法，如模糊預(yù)測法、支持向量機(jī)等。文獻(xiàn)[1-7]分析了不同影響因素與航空客運(yùn)量之間的關(guān)系。文獻(xiàn)[8-12]采用了季節(jié)時(shí)間序列模型、GMDH模型、多變量灰色數(shù)列預(yù)測等模型對航空客運(yùn)需求進(jìn)行了預(yù)測，取得了一定成果。但是這些模型都有一個(gè)缺點(diǎn)，無法從系統(tǒng)、綜合的角度來考慮不同因素對客運(yùn)需求的影響，基于系統(tǒng)動力學(xué)的預(yù)測方法不僅考慮到歷史數(shù)據(jù)對預(yù)測的影響，也考慮到外部環(huán)境、政策等因素對預(yù)測的影響，強(qiáng)調(diào)有條件的預(yù)測，并且可以加入專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，很好地克服了以上缺點(diǎn)，適用于中長期預(yù)測。程亞青、韓云翔采用系統(tǒng)動力學(xué)預(yù)測模型對我國航空客運(yùn)量進(jìn)行了預(yù)測，但其未考慮行業(yè)投資、運(yùn)力供給等對航空客運(yùn)需求的影響[13]。本文用系統(tǒng)的觀點(diǎn)綜合考慮了國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、居民收入水平、行業(yè)投資、運(yùn)力供給等因素建立了系統(tǒng)動力學(xué)模型，并應(yīng)用計(jì)量經(jīng)濟(jì)方法來解決建模中量化困難的問題。

1　民航客運(yùn)需求系統(tǒng)因果關(guān)系分析

系統(tǒng)動力學(xué)由Jay W.Forrester教授于1956年創(chuàng)始于麻省理工學(xué)院，是系統(tǒng)科學(xué)與管理科學(xué)的分支[14]。系統(tǒng)動力學(xué)反對將研究對象分成獨(dú)立的部分，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)組成部分之間的信息傳遞與反饋，適合處理高階、多回路和非線性的反饋結(jié)構(gòu)[15]。如今，系統(tǒng)動力學(xué)廣泛應(yīng)用于社會科學(xué)與自然科學(xué)領(lǐng)域。

計(jì)量經(jīng)濟(jì)創(chuàng)于20世紀(jì)20年代末，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)學(xué)的一個(gè)重要分支。計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)合了統(tǒng)計(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)理論和數(shù)學(xué)，以揭示經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象中的因果關(guān)系為目的，在數(shù)學(xué)上主要應(yīng)用回歸分析方法[16-17]。系統(tǒng)動力學(xué)可以有效構(gòu)建各因素間的因果結(jié)構(gòu)關(guān)系，但對一些因素間的關(guān)系難以量化，計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)中的回歸分析法以其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)理論基礎(chǔ)很好地彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，可以有效解決系統(tǒng)動力學(xué)中難以量化的問題。

航空運(yùn)輸需求是伴隨著人類的社會經(jīng)濟(jì)活動產(chǎn)生的，屬于衍生需求，因此與國民經(jīng)濟(jì)活動有著緊密的聯(lián)系。航空運(yùn)輸需求受到眾多因素的影響，在所有影響因素中，國家宏觀經(jīng)濟(jì)水平是最根本的影響因素，其次是人口因素，人口的結(jié)構(gòu)、規(guī)模都會對需求產(chǎn)生影響。同時(shí)，航空運(yùn)輸系統(tǒng)是交通運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，會受到交通系統(tǒng)中其他交通方式的影響，尤其是近幾年快速發(fā)展的高鐵對民航客運(yùn)影響尤為顯著。此外，行業(yè)投資、運(yùn)力供給、居民收入等都會對需求產(chǎn)生影響。航空旅客運(yùn)輸需求預(yù)測需要?dú)v史數(shù)據(jù)作為支撐，更需要考慮外部影響因素對需求的影響，系統(tǒng)動力學(xué)定性與定量統(tǒng)一的特點(diǎn)使其在民航客運(yùn)系統(tǒng)預(yù)測中具有很好的適用性。

根據(jù)對航空旅客運(yùn)輸系統(tǒng)的分析，建立因果關(guān)系反饋圖（見圖1）。

如圖1所示，航空客運(yùn)系統(tǒng)中各因素之間有著復(fù)雜的關(guān)系，因果反饋環(huán)能夠清楚地表達(dá)系統(tǒng)中各要素之間的定性關(guān)系，是系統(tǒng)動力學(xué)研究中的關(guān)鍵[18]。該模型主要有以下幾個(gè)反饋環(huán)。

（1）反饋環(huán)1：GDP增長→+人均收入水平提高→+人均乘機(jī)次數(shù)增加→+航空運(yùn)輸需求增加→+促進(jìn)GDP增長，此反饋環(huán)為正反饋，國民經(jīng)濟(jì)的增長會促進(jìn)居民乘機(jī)次數(shù)的增加，從而使航空運(yùn)輸需求增加，航空運(yùn)輸需求的增加又會促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的增長，反映了國民經(jīng)濟(jì)活動與航空運(yùn)輸需求間的因果反饋機(jī)制[13]。

（2）反饋環(huán)2：GDP→+交通系統(tǒng)投資額→+其他交通方式投資額→+其他交通方式供給→-航空運(yùn)輸需求→+GDP。此環(huán)為負(fù)反饋環(huán)，反映了其他交通方式投資對航空運(yùn)輸需求的影響。

（3）反饋環(huán)3：航空運(yùn)輸需求+→+航空運(yùn)輸供給短缺→+航空運(yùn)輸運(yùn)價(jià)→-人均乘機(jī)次數(shù)→+航空運(yùn)輸需求。運(yùn)輸需求增加會使航空運(yùn)輸供給短缺從而引起票價(jià)的提高，高票價(jià)又會導(dǎo)致需求減少。此反饋為負(fù)反饋，反映了供需及價(jià)格之間的關(guān)系。

圖1　航空運(yùn)輸系統(tǒng)因果關(guān)系反饋圖

（4）反饋環(huán)4：行業(yè)利潤增加→+航空公司數(shù)量→+航空運(yùn)輸供給→-航空運(yùn)輸供給短缺→+航空運(yùn)輸運(yùn)價(jià)→-人均乘機(jī)次數(shù)→+航空運(yùn)輸需求→+行業(yè)利潤。此環(huán)為正反饋環(huán)，反映了行業(yè)內(nèi)部企業(yè)間的競爭。

（5）反饋環(huán)5：人均收入水平提高→+人均乘機(jī)次數(shù)→+航空運(yùn)輸需求→+GDP→+人均收入。此環(huán)為正環(huán)，反映了經(jīng)濟(jì)水平與航空運(yùn)輸需求之間的關(guān)系。

2　航空客運(yùn)需求系統(tǒng)動力學(xué)模型的構(gòu)建

2.1流圖的構(gòu)建

根據(jù)因果關(guān)系圖，本文構(gòu)建了航空客運(yùn)需求的系統(tǒng)動力學(xué)流圖，與因果關(guān)系圖相比，流圖可以更好地反映狀態(tài)變量的積累效應(yīng)，如圖2所示。

在航空旅客運(yùn)輸需求系統(tǒng)中所有的影響因素都可以歸結(jié)為經(jīng)濟(jì)水平與人口規(guī)模這兩個(gè)根本性的影響因素。該系統(tǒng)動力學(xué)流圖中（見圖2），GDP并不直接對航空需求產(chǎn)生影響，而是通過居民收入水平、航空運(yùn)輸系統(tǒng)供給、行業(yè)投資等間接表現(xiàn)出來。其中，飛機(jī)架數(shù)代表運(yùn)力供給，居民收入則代表了對航空需求的力度。當(dāng)GDP增加時(shí)，居民人均收入會相應(yīng)提高，居民購買力增強(qiáng)，則對航空運(yùn)輸需求就會增加。同樣GDP增加時(shí)，對于航空運(yùn)輸?shù)耐顿Y也會相應(yīng)增加，則運(yùn)力供給也會相應(yīng)的增長。

2.2模型方程的建立

圖2　航空客運(yùn)需求系統(tǒng)動力學(xué)流圖

系統(tǒng)動力學(xué)模型存在著一些結(jié)構(gòu)關(guān)系難以量化的缺點(diǎn)，對于此類結(jié)構(gòu)關(guān)系，本文通過計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)原理借助SPSS軟件，對模型間難以量化的因素關(guān)系進(jìn)行了非線性回歸分析，建立了計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方程。式中：T表示表函數(shù)，為外部輸入量；A為輔助函數(shù)，多用來表示中間變量；C為賦值常數(shù)；R為速率方程，速率方程無統(tǒng)一格式，可以反映狀態(tài)變量的累積速度；L為狀態(tài)變量方程，反映的是對輸入變量或輸出變量積累。其中，T，C是為模型提供參數(shù)值的，在一次模擬中保持不變。

3　模型驗(yàn)證及仿真

3.1有效性檢驗(yàn)

模型驗(yàn)證是為了驗(yàn)證建立的模型能否較好地反映我國民航客運(yùn)需求的實(shí)際情況，本文以2000—2012年歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為樣本，仿真步長為1（單位：年），模型初始年為2000年，為了消除價(jià)格膨脹因素對結(jié)果的影響，GDP以2000年為基準(zhǔn)年進(jìn)行折算。仿真結(jié)果見表1。

表1　系統(tǒng)動力學(xué)預(yù)測模型誤差分析

從仿真結(jié)果可以看出，仿真值與實(shí)際值誤差在10%以內(nèi)，平均誤差為5.3%，與實(shí)際值較為接近。從對2003年與2008年這兩個(gè)典型年份的預(yù)測對比可以看出，由于系統(tǒng)動力學(xué)預(yù)測模型是基于運(yùn)輸系統(tǒng)不同部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系構(gòu)建，對外界影響因素的變化反應(yīng)更為靈敏，因此預(yù)測值與實(shí)際更為接近，而傳統(tǒng)的時(shí)間序列模型與組合的系統(tǒng)動力學(xué)模型相比，預(yù)測精度要低。

3.2參數(shù)說明

（1）人口出生率與死亡率

觀測年中的人口出生率有增有減，因此模型中預(yù)測年份的人口出生率采用觀測年的平均值，即12.5‰。與人口出生率不同，人口死亡率在近幾年呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，雖然醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步、生活水平的提高有利于降低人口死亡率，但是近幾年環(huán)境惡化、工作生活壓力增加促使死亡率在逐步增加，未來人口死亡率與近幾年更為接近，因此未來預(yù)測年死亡率按2009—2012年死亡率平均增長值遞增，即死亡率按0.0225‰遞增。

（2）GDP增長率

當(dāng)前我國正在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加上國際大的經(jīng)濟(jì)環(huán)境不景氣，我國經(jīng)濟(jì)增速已有所放緩。根據(jù)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢及相關(guān)專家對未來經(jīng)濟(jì)形勢的估計(jì)，預(yù)測年GDP增長率設(shè)定為7.5%[19]。

（3）民航投資額占比

觀測年中民航投資額呈現(xiàn)上升趨勢，在2012年投資額比2011年增長了一倍，這是由于民航被提升為國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，所以投資力度有所增強(qiáng)，預(yù)測年內(nèi)投資額占比按觀測年的增長率平均值0.02%遞增。

3.3我國航空客運(yùn)需求預(yù)測

驗(yàn)證了模型的有效性之后，根據(jù)上文的參數(shù)設(shè)置，對我國未來幾年航空客運(yùn)需求進(jìn)行了預(yù)測，如表2所示，未來幾年內(nèi)我國航空客運(yùn)量依舊會快速增長，平均增長速度保持在10%以上，到2020年，航空客運(yùn)量將會是現(xiàn)在的兩倍，達(dá)到8.2億人次，人均乘機(jī)次數(shù)會達(dá)到0.43次/年。

表2　航空客運(yùn)需求量預(yù)測

3.4不同情景預(yù)測結(jié)果分析

航空旅客運(yùn)輸需求屬于派生需求，容易受到外部環(huán)境影響，因此有必要分析環(huán)境變化對預(yù)測結(jié)果的影響。在預(yù)測模型中，由于預(yù)測年份的GDP增速、人口出生率這兩個(gè)重要的因素值是根據(jù)歷史趨勢而得，但其易受政策影響，因此本文對比了不同政策情景下的預(yù)測結(jié)果。

3.4.1人口出生率

出生率容易受到人口政策的影響，例如建國初期人口出生率在30‰以上，通過實(shí)施計(jì)劃生育政策出生率降低到了2012年的12.1‰，雖然出生率也會受到其他因素的影響，比如養(yǎng)育成本的增加，觀念的變化等，但最重要的影響因素還是人口政策。自1999年我國過早進(jìn)入老齡化社會以來，人口帶來的紅利正在逐漸消失，人口政策較之以前有所放寬，尤其是近兩年部分地區(qū)開始放開二胎政策?；谝陨戏治?，本文認(rèn)為未來的人口政策有可能為寬松的人口政策，2013、2014年為政策過渡年，人口出生率比2012年有所增加，分別設(shè)為12.5‰、12.7‰，2015—2020年人口出生率設(shè)定為13.0‰。而在收緊的人口政策下，人口出生率設(shè)置為12.0‰。預(yù)測結(jié)果見表3。

表3　不同人口政策下預(yù)測結(jié)果對比

3.4.2GDP增長率

模型中GDP增長率是以正常發(fā)展為背景設(shè)置的，當(dāng)國家推出新一輪經(jīng)濟(jì)刺激政策時(shí)或者國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)時(shí)，GDP增長率仍能維持一個(gè)較高的水平，在此樂觀情況下GDP增長率設(shè)為8%。同樣也存在悲觀的情況，悲觀情況下GDP增長率設(shè)為7.0%，不同情景下的預(yù)測結(jié)果見表4。

表4　不同GDP增速下預(yù)測結(jié)果對比

從表3可以看出，人口政策對客運(yùn)需求影響較小，寬松的人口政策與收緊的人口政策預(yù)測結(jié)果相差在0.04%左右。寬松人口政策下的航空客運(yùn)需求反而比收緊的人口政策下的需求小，這是由于在GDP一定的情況下，人口數(shù)量的增加會使居民平均收入水平下降，從而導(dǎo)致居民實(shí)際的購買力下降，最終體現(xiàn)為客運(yùn)需求的降低。而經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r對航空客運(yùn)需求則有較大影響，樂觀情況下預(yù)測結(jié)果比悲觀情況下平均高出5.8%（見表4）。這就解釋了為什么中西部地區(qū)盡管是人口大省，但客運(yùn)量仍然比東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)小，也說明了在經(jīng)濟(jì)與人口這兩個(gè)因素之間，經(jīng)濟(jì)水平對客運(yùn)需求的影響更大。

4　結(jié)語

本文從客運(yùn)需求產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，分析了航空運(yùn)輸系統(tǒng)的因果關(guān)系，構(gòu)建了基于計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)與系統(tǒng)動力學(xué)的組合預(yù)測模型。與傳統(tǒng)的預(yù)測方法相比，本文建立的模型較為全面地考慮了不同因素對航空客運(yùn)需求的影響，模型的有效性檢驗(yàn)、與時(shí)間序列法預(yù)測結(jié)果的對比表明該方法是一種有效的預(yù)測工具。不同參數(shù)下的對比結(jié)果顯示經(jīng)濟(jì)因素對客運(yùn)需求的影響要大于人口因素對需求的影響，寬松的人口政策在一定程度上降低了客運(yùn)需求。

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Prediction of Passenger Demand inAir Transportation：ACombination Model Based on Econometrics and System Dynamics

REN Xin-hui,TANG Shao-yong
(College of Economics and Management,Civil Aviation University of China,Tianjin 300300,China)

The demand prediction of air passenger transportation is the premise of civil aviation devel?opment planning and decision-making,the precision of prediction results will have a major impact on the development of civil aviation.A causality loop for air transport system was built to analyze the caus?al relationship between the factors based on the system dynamics principle.Then an air passenger de?mand model was established on the basis of causality loop,and the econometrics was introduced to es?tablish mathematical equations.The validity of the model was tested,the results shown that the model established in the article conld preferably reflect the actual demand of air passenger transportation,it proved the validity and stability of the combination model.Finally,the air passenger transportation de?mand in the next few years was forecasted by this prediction model,and different prediction scenarios were compared.The results of the comparison shows that the economic level has a great effect on air passenger demand,and the slack population policy will reduce the air passenger demand to a certain ex?tent.

demand prediction;system dynamics;econometrics;air passenger transportation;causal relationship

U8

A

2095-9931（2015）01-0092-07

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.01.016

2014-09-09