交通运输系统工程第四章系统预测

1、授课对象：授课对象：08级交运级交运 任课教师：魏利华任课教师：魏利华E-mail： Tel通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测*主要内容主要内容*第六讲第六讲 运输系统模拟运输系统模拟第五讲第五讲 运输系统网络计划技术运输系统网络计划技术第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测第三讲第三讲 运输系统模型运输系统模型第二讲第二讲 运输系统分析运输系统分析第七讲第七讲 运输系统评价运输系统评价课程知识结构第八讲第八讲 运输系统决策运输系统决策第九讲第九讲 运输决策支持系统运输决策支持系统第一讲第一讲 概论概论第十讲第十讲 智能运输系统智能

2、运输系统交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测 第四讲 运输系统预测 运输系统预测概述运输系统预测概述4.1 定性预测方法定性预测方法4.2 时间序列预测法时间序列预测法4.3 简单平均法简单平均法4.4 移动平均法移动平均法4.5 指数平滑法指数平滑法4.6 趋势外推法趋势外推法4.7 灰色预测法灰色预测法4.8交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测【预测】【预测】一、概念一、概念q 预测预测是指对事物的演化预先做出的科学推测。是指对事物的演化预先做出的科学推测。n广义广义：(1)静态预测静态预测在同一时期根据已知事物推测未

3、知事物；在同一时期根据已知事物推测未知事物； (2)动态预测动态预测根据某一事物的历史和现状推测其未来。根据某一事物的历史和现状推测其未来。n狭义：动态预测狭义：动态预测对事物的未来演化预先做出的科学推对事物的未来演化预先做出的科学推测。测。q预测分支包括：社会预测、人口预测、经济预测、政治预测分支包括：社会预测、人口预测、经济预测、政治预预 测、军事预测、气象预测，等。测、军事预测、气象预测，等。4.1 4.1 运输系统预测运输系统预测【凡事预则立，不预则废】【凡事预则立，不预则废】【迷信预测】【迷信预测】【经验预测】【经验预测】【科学预测】【科学预测】交通运输系统工程交通运输系统工程 第四

4、讲第四讲 运输系统预测运输系统预测二、预测的基本原理二、预测的基本原理q整体性原理整体性原理q可知性原理可知性原理q可能性原理可能性原理q相似性原理相似性原理q反馈性原理反馈性原理4.1 4.1 运输系统预测运输系统预测交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测三、预测的分类三、预测的分类4.1 4.1 运输系统预测运输系统预测微观预测宏观预测按预测范围或层次分：) 1 (近期预测短期预测中期预测长期预测按预测时间长短分：)2(定量预测定性预测按预测方法的性质分：)3(动态预测静态预测：按是否考虑时间因素分)4(交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输

5、系统预测运输系统预测四、预测的步骤四、预测的步骤4.1 4.1 运输系统预测运输系统预测实实施施阶阶段段预预测测模模型型构构思思搜搜集集资资料料情情报报确确立立预预测测模模型型运运算算与与预预测测验验证证阶阶段段模模型型验验证证评评价价预预测测结结果果验验证证交交付付决决策策阶阶段段提提交交预预测测准准备备阶阶段段提提出出预预测测课课题题明明确确预预测测目目的的确确定定预预测测要要素素选选定定预预测测方方法法五、预测精度评价五、预测精度评价q 预测精度一般指预测结果与实际情况相一致的程度，误差越大，预测精度一般指预测结果与实际情况相一致的程度，误差越大，精度越低，因而通常用误差指标反映预测精度

6、的高低。精度越低，因而通常用误差指标反映预测精度的高低。q预测误差预测误差:q相对误差相对误差:q平均误差平均误差:q平均绝对误差平均绝对误差:q平均相对误差平均相对误差:q方差方差:q标准误差标准误差:4.1 4.1 运输系统预测运输系统预测为高估预测值；）为低估预测值，（00eexxe为预测精度；）（-1%100 xxxxe为修正预测值的依据）（exxneneniniiii11)(11为预测误差的绝对大）（|1|1|11exxneneniniiii%100|1%100|1|11niniiiiiixxxnxenniniiiixxnenS11222)(11niiiniixxnenS1212)(

7、11交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测 定性预测定性预测指预测者通过调查研究、了解实际情况指预测者通过调查研究、了解实际情况后，凭自己的知识背景和实践经验，对事物发展前景的性后，凭自己的知识背景和实践经验，对事物发展前景的性质、方向和程度做出判断、进行预测，又称判断预测、调质、方向和程度做出判断、进行预测，又称判断预测、调研预测。研预测。q针对性针对性数据不多、数据不够准确或主要影响因素难数据不多、数据不够准确或主要影响因素难以用数字描述、无法进行定量分析的情况。以用数字描述、无法进行定量分析的情况。q主要方法：主要方法：n个人判断法、头脑风暴法、德尔菲法

8、个人判断法、头脑风暴法、德尔菲法n对比类推法、交叉概率法对比类推法、交叉概率法4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测一、个人判断法一、个人判断法q 指由某一领域的专家所进行的预测。分为：指由某一领域的专家所进行的预测。分为：专家自专家自发预测发预测和和专家受邀预测专家受邀预测。q优点：优点：可以最大限度地利用专家个人的想象力和创造力，可以最大限度地利用专家个人的想象力和创造力，不受外界影响，没有心理压力，方便易行；不受外界影响，没有心理压力，方便易行；q局限性：局限性：易受专家知识面、学派、经验、占有的资源及易受专家知识

9、面、学派、经验、占有的资源及对预测问题是否感兴趣的影响，容易产生偏见。对预测问题是否感兴趣的影响，容易产生偏见。4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测二、头脑风暴法二、头脑风暴法q 主要指通过组织专家会议，激励全体与会专家参加积极的创造主要指通过组织专家会议，激励全体与会专家参加积极的创造性思维。主持者以明确的方式向所有参与者阐明问题，说明会议的性思维。主持者以明确的方式向所有参与者阐明问题，说明会议的规则，尽力创造融洽轻松的会议气氛。主持者一般不发表意见，以规则，尽力创造融洽轻松的会议气氛。主持者一般不发表意见，以免影

10、响会议的自由气氛，而由专家们免影响会议的自由气氛，而由专家们“自由自由”提出尽可能多的方案。提出尽可能多的方案。 q1、组会原则：、组会原则：n禁止批评和评论，且不必自谦；禁止批评和评论，且不必自谦；n目标集中，追求设想数量，多多益善；目标集中，追求设想数量，多多益善； n鼓励巧妙地利用和改善他人的设想；鼓励巧妙地利用和改善他人的设想；n与会人员一律平等，各种设想全记录；与会人员一律平等，各种设想全记录；n主张独立思考，禁止私下交谈，避免干扰思维；主张独立思考，禁止私下交谈，避免干扰思维；n提倡自由发言，畅所欲言，任意思考；提倡自由发言，畅所欲言，任意思考；n不强调个人成绩，以小组整体利益为重

11、。不强调个人成绩，以小组整体利益为重。4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测二、头脑风暴法二、头脑风暴法q2、专家小组人员组成：、专家小组人员组成：n方法论学者方法论学者专家会议的主持者；专家会议的主持者；n设想产生者设想产生者专业领域的专家（专业领域的专家（50%60%）；）；n分析者分析者专业领域的高级专家；专业领域的高级专家；n演绎者演绎者具有较高思维逻辑的专家。具有较高思维逻辑的专家。q 专家的人选应严格限制，便于参加者把注意力集中于所涉专家的人选应严格限制，便于参加者把注意力集中于所涉及的问题，具体应按照下述三

12、个原则选取：及的问题，具体应按照下述三个原则选取： n 如果参加者相互认识，要从同一职位（职称或级别）的人员中选取。如果参加者相互认识，要从同一职位（职称或级别）的人员中选取。领导人员不应参加，否则可能对参加者造成某种压力。领导人员不应参加，否则可能对参加者造成某种压力。 n 如果参加者互不认识，可从不同职位（职称或级别）的人员中选取。如果参加者互不认识，可从不同职位（职称或级别）的人员中选取。这时不应宣布参加人员职称，不论成员的职称或级别的高低，都应同等这时不应宣布参加人员职称，不论成员的职称或级别的高低，都应同等对待。对待。 n 参加者的专业应力求与所论及的决策问题相一致，这并不是专家组参

13、加者的专业应力求与所论及的决策问题相一致，这并不是专家组成员的必要条件。但是，专家中最好包括一些学识渊博，对所论及问题成员的必要条件。但是，专家中最好包括一些学识渊博，对所论及问题有较深理解的其它领域的专家。有较深理解的其它领域的专家。 4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测二、头脑风暴法二、头脑风暴法q3、方法激发机理：、方法激发机理：n 联想反应联想反应n 热情感染热情感染n 竞争意识竞争意识n 个人欲望个人欲望4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系

14、统预测【头脑风暴法算例】【头脑风暴法算例】q例例4.1 为把普通公路改造成高速公路，需要进行该工程的经济为把普通公路改造成高速公路，需要进行该工程的经济评价，对今后若干年的车流量作预测。为此，聘请了三个管评价，对今后若干年的车流量作预测。为此，聘请了三个管理人员和两个专家进行判断（定性）预测第四年的交通量。理人员和两个专家进行判断（定性）预测第四年的交通量。q解析：解析：n（1）明确问题）明确问题q预测该路段第四年的交通量。预测该路段第四年的交通量。n（2）提出要求）提出要求q每人对车流量做三种估计：最高车流量、最可能车流量和最低车流量，每人对车流量做三种估计：最高车流量、最可能车流量和最低车

15、流量，同时，根据过去的统计资料或实际经验估计这三种车流量出现的概率同时，根据过去的统计资料或实际经验估计这三种车流量出现的概率大小。大小。4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测【头脑风暴法算例】【头脑风暴法算例】q根据要求，三位管理人员（记为甲、乙、丙）对未来第四年每天的车流量作出估计如根据要求，三位管理人员（记为甲、乙、丙）对未来第四年每天的车流量作出估计如下表：下表：人员人员类别类别车流量（辆车流量（辆/日）日）概率概率期望值（辆期望值（辆/日）日）甲甲最高车流量最高车流量200000.314600最可能车流量最可能

16、车流量140000.5最低车流量最低车流量80000.2乙乙最高车流量最高车流量240000.218000最可能车流量最可能车流量180000.6最低车流量最低车流量120000.2丙丙最高车流量最高车流量180000.211400最可能车流量最可能车流量120000.5最低车流量最低车流量60000.3此外，两名专家的平均预测值为此外，两名专家的平均预测值为18000辆辆/日。日。交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测)/(14657115 . 11114001180005 . 114600日辆 再分析管理人员和专家预测值的重要性，设专家的预测值再分析管理人

17、员和专家预测值的重要性，设专家的预测值权重比管理人员的大一倍，则综合预测值为：权重比管理人员的大一倍，则综合预测值为：)/(1688612114657218000日辆 即该路段第四年的车流量预测值为每天即该路段第四年的车流量预测值为每天16886辆。辆。【头脑风暴法算例】【头脑风暴法算例】q解析：解析：n（3）汇总、计算、得出结论）汇总、计算、得出结论q根据三位管理者预测值的重要性设定各自权重：如设甲、乙、丙三人根据三位管理者预测值的重要性设定各自权重：如设甲、乙、丙三人预测值的权重分别为预测值的权重分别为1.5、1和和1，则三人预测值的加权平均值为：，则三人预测值的加权平均值为：交通运输系统

18、工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测三、德尔菲法（三、德尔菲法（Delphi）q 德尔菲法是在许多领域广泛应用的一种专家分析方德尔菲法是在许多领域广泛应用的一种专家分析方法，它是在专家个人判断法和专家会议法的基础上发展法，它是在专家个人判断法和专家会议法的基础上发展起来的一种专家调查法，比较适用于长期需求预测。起来的一种专家调查法，比较适用于长期需求预测。q1、概念、概念n 是采用背对背的通信方式（书面）征询和汇总专是采用背对背的通信方式（书面）征询和汇总专家小组成员的预测意见，经过几轮征询、归纳和修改，家小组成员的预测意见，经过几轮征询、归纳和修改，最后使专家小组的预

19、测意见趋于集中，汇总成基本一最后使专家小组的预测意见趋于集中，汇总成基本一致的看法，作为预测的结果。致的看法，作为预测的结果。 4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测三、德尔菲法（三、德尔菲法（Delphi）q2、特点、特点n匿名性；匿名性；反馈性；反馈性；收敛性；收敛性；广泛性。广泛性。n优点：优点：便于独立思考，独立估测；既集思广益，又经便于独立思考，独立估测；既集思广益，又经济合理；利于探索性解决问题；具有广泛的应用范围。济合理；利于探索性解决问题；具有广泛的应用范围。n缺点：缺点：易忽视少数人的创意；缺少思想交锋

20、和商讨；易忽视少数人的创意；缺少思想交锋和商讨；容易受组织者主观意想的影响。容易受组织者主观意想的影响。4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测三、德尔菲法（三、德尔菲法（Delphi）q3、程序、程序4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法组织调查实施组织调查实施 设计调查表设计调查表建立预测工作组建立预测工作组 选择专家选择专家 汇总处理调查结果汇总处理调查结果交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测三、德尔菲法（三、德尔菲法（Delphi）q4、运用范围、运用范围n缺乏足够的资料；缺乏

21、足够的资料；n作长远规划或大趋势预测；作长远规划或大趋势预测；n影响预测事件的因素太多；影响预测事件的因素太多；n主观因素对预测事件的影响较大。主观因素对预测事件的影响较大。4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测【德尔菲法应用举例】【德尔菲法应用举例】q例例4.2：某货运站计划扩建，为对其进行可行性研究，某货运站计划扩建，为对其进行可行性研究，需对未来的运输量情况进行预测，预测采用德尔菲需对未来的运输量情况进行预测，预测采用德尔菲法进行。法进行。q解析：解析：预测过程如下：预测过程如下：n(1)提出问题提出问题 预测某货

22、运站未来的运量；预测某货运站未来的运量；n(2)聘请专家聘请专家 聘请三位经济学家、三位领导人员、三聘请三位经济学家、三位领导人员、三位科技专家、三位企业家，发放意见征询表，要求每位科技专家、三位企业家，发放意见征询表，要求每人对该服务区域内未来（以第四年为例）的运输量进人对该服务区域内未来（以第四年为例）的运输量进行预测，分为最高运输量、最有可能运输量和最低运行预测，分为最高运输量、最有可能运输量和最低运输量三种情况。输量三种情况。n(3)4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测n(3)意见汇总、整理、计算、分析意见汇总

23、、整理、计算、分析经过三轮的意见反馈，得到运输量预测统计见表经过三轮的意见反馈，得到运输量预测统计见表:(单位：万吨公里单位：万吨公里)4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法专家组专家组第第1轮轮第第2轮轮第第3轮轮最低最低最可能最可能最高最高最低最低最可能最可能最高最高最低最低最可能最可能最高最高经经济济学学家家A100012002000110016002500115015502460B9001000180095013002200120014302350C8001100160090015001980130016002250领领导导人人员员A1200150020001350140021001

24、60013002000B130016002200120013002300110014502200C600180023008001700220085016502300科科技技专专家家A50080018606001000190090012002000B8001600240095016502300100017002400C130018002500135016002200120017502200企企业业家家A500100015007501300180090014001900B800950165095010001600115013002000C100017002450100015602600130015

25、002500合合 计计136501783026560交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测【德尔菲法应用举例】【德尔菲法应用举例】n(4)根据统计表，可以采用适当的计算方法求出需要预根据统计表，可以采用适当的计算方法求出需要预测的运输量。（平均数法测的运输量。（平均数法or中位数法）中位数法） 方法一：用平均数求解。计算方法为：方法一：用平均数求解。计算方法为：q最低运输量平均值：最低运输量平均值：13650/12=1138 (万吨公里万吨公里)q最可能运输量平均值：最可能运输量平均值：17830/12=1486 (万吨公里万吨公里)q最高运输量平均值：最高运

26、输量平均值：26560/12=2213 (万吨公里万吨公里)q第四年运输量预测值：第四年运输量预测值：(1138+1486+2213)/1=1612 (万吨公里万吨公里) 4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测n(4)根据统计表，可以采用适当的计算方法求出需要预测的根据统计表，可以采用适当的计算方法求出需要预测的运输量。运输量。q方法二：用中位数求解。计算过程如下：方法二：用中位数求解。计算过程如下： 首先把首先把12位专家的三次预测的运输量从小到大依次排列位专家的三次预测的运输量从小到大依次排列（如遇到相同的数，不重复

27、计算）。（如遇到相同的数，不重复计算）。n最低运输量：最低运输量：850，900，1000，1100，1150，1200，1300，1600n最可能运输量：最可能运输量：1200，1300，1400，1430，1450，1500，1550，1600，1650，1700，1750n最高运输量：最高运输量：1900，2000，2200，2250，2300，2350，2400，2460，2500q求出最低运输量、最可能运输量和最高运输量的三个中位数求出最低运输量、最可能运输量和最高运输量的三个中位数的平均值，作为预测值。的平均值，作为预测值。q中位数的计算公式为：中位数的计算公式为：(n+1)/2，

28、n为数列的项数为数列的项数4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测q最低运输量中位数的平均值最低运输量中位数的平均值:(1100+1150)/2=1125 (万吨公里万吨公里)q最可能运输量的中位数：最可能运输量的中位数：1500 (万吨公里万吨公里)q最高运输量的中位数：最高运输量的中位数：2300 (万吨公里万吨公里)q则第四年运输量的预测值为：则第四年运输量的预测值为：(1125+1500+2300)/3=1642 (万吨公里万吨公里)4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第

29、四讲 运输系统预测运输系统预测三、对比类推法三、对比类推法q 所谓对比类推法，是指利用事物之间的相似特所谓对比类推法，是指利用事物之间的相似特点，把先行事物的表现过程类推到后继事物上去，点，把先行事物的表现过程类推到后继事物上去，从而对后继事物的前景做出预测的一种方法。从而对后继事物的前景做出预测的一种方法。q 依据类比目标的不同，分为：依据类比目标的不同，分为：产品类推法产品类推法、地地区类推法区类推法、行业类推法行业类推法和和局部总体类推法局部总体类推法。q例如：例如： 公路建设会导致工程机械、水泥、沥青等一系列机公路建设会导致工程机械、水泥、沥青等一系列机械、材料需求量增加，因此，根据某

30、地区公路建设规划械、材料需求量增加，因此，根据某地区公路建设规划情况，可以预测一段时间后，这些机械、材料需求量的情况，可以预测一段时间后，这些机械、材料需求量的变化。变化。4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测三、对比类推法三、对比类推法q预测步骤：预测步骤：4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法明确明确预测预测目标目标 确定确定 类比类比 目标目标 分析分析 类比类比 的可的可 行性行性 确定确定 预测预测 起始起始 点点 测算预测算预 测期间测期间 单位时单位时 间递增间递增 率率 计算各计算各 时间段时间段 预测

31、值预测值第一步第一步第二步第二步第三步第三步第四步第四步第五步第五步第六步第六步交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测五、交叉概率法五、交叉概率法q 交叉概率法是通过主观估计每种新事物在未交叉概率法是通过主观估计每种新事物在未来出现的概率，以及新事物之间相互影响的概率，来出现的概率，以及新事物之间相互影响的概率，对事物发展前景进行预测的方法。对事物发展前景进行预测的方法。q 交叉概率法是研究一系列事件交叉概率法是研究一系列事件Dj(D1，D2.,Dn)及其概率及其概率Pj(P1，P2.,Pn)之间相互关系的方法，其方法步骤下：之间相互关系的方法，其方法步骤下：

32、q(1)确定其他事件对某一事件的影响关系；确定其他事件对某一事件的影响关系；q(2)专家调查，评定影响程度；专家调查，评定影响程度；q(3)计算变化概率计算变化概率 并得出分析结果；并得出分析结果；q(4)用用 代替代替Pn进行风险决策。进行风险决策。 4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测【交叉概率法应用举例】【交叉概率法应用举例】q例例4.3：某国在考虑今后某国在考虑今后15年的能源政策时，列出三种可能的年的能源政策时，列出三种可能的能源政策。能源政策。q1、估计一组预测事件的概率，确定交叉影响方向矩阵。、估计一组预测事件的概率，确定交叉影响方向矩阵。 4.2 4.2 定性预测方法定性预测方法3交通运输系统工程交通运输系统工程 第四讲第四讲 运输系统预测运输系统预测2、确定交叉影响的程度：、确定交叉影响的程度： S代表交叉影响的程度，其变动范围在代表交叉影响的程度，其变