第二章运输需求分析与交通工程基础

交通运输工程学交通运输工程学第二章第二章 交通需求分析与交通工程基础交通需求分析与交通工程基础本章学习内容本章学习内容 运输需求概述运输需求概述 运输需求与运量预测运输需求与运量预测 交通工程基础交通工程基础2.1 2.1 运输需求概述运输需求概述 2.1.1 运输需求的概念运输需求的概念 交通运输指的是运载工具在交通线网设施上的流动以及人与货物在两地之交通运输指的是运载工具在交通线网设施上的流动以及人与货物在两地之间的位移。间的位移。运输需要运输需要是指货主或旅客对运输供给者提出的为实现空间位移的要求，而是指货主或旅客对运输供给者提出的为实现空间位移的要求，而运运输需求输需求是这种要求中有支付能力的、可以实现的那部分需求。是这种要求中有支付能力的、可以实现的那部分需求。 交通运输需求交通运输需求是指在一定的时间内，对于每一种是指在一定的时间内，对于每一种可能的价格，消费者消费者愿意并能够支付的从的从A地位移至地位移至B地的人、货物或运载工具的数量。地的人、货物或运载工具的数量。2.1.2 2.1.2 运输需求的类型运输需求的类型 1.按运输需求的表现形式划分按运输需求的表现形式划分 2.按运输需求实现的方式划分按运输需求实现的方式划分显性运输需求显性运输需求隐性运输需求隐性运输需求当前社会经济条件下，已产生并得以实现的人或物的当前社会经济条件下，已产生并得以实现的人或物的位移需求，即实际的运输量。位移需求，即实际的运输量。当前社会经济条件下，已产生但因为运力不足、无支当前社会经济条件下，已产生但因为运力不足、无支付能力等因素无法实现，即潜在的运输需求。付能力等因素无法实现，即潜在的运输需求。公路运输需求公路运输需求铁路运输需求铁路运输需求水路运输需求水路运输需求航空运输需求航空运输需求管道运输需求管道运输需求2.1.2 2.1.2 运输需求的类型运输需求的类型 3.按运输需求实体的类型划分按运输需求实体的类型划分货运需求货运需求客运需求客运需求货物类别运输距离货物批量出行目的时间要求运输距离普通货物需求特种货物需求长途货运需求短途货运需求零担货运需求整车货运需求集装箱运输需求公务客运需求私人客运需求直达快运普通客运长途客运需求短途客运需求2.1.3 2.1.3 运输需求的特性运输需求的特性 （1）运输需求的普遍性和广泛性）运输需求的普遍性和广泛性人的需求人的需求衣、食、住、行衣、食、住、行生活需求生活需求生产需求生产需求工业工业农业农业服务业服务业种子种子化肥化肥农药农药农产品农产品原材料原材料能源能源产品产品原材料原材料员工员工顾客顾客交通运输是任何经济社会活动赖以存在的基础，无论是宏观经济交通运输是任何经济社会活动赖以存在的基础，无论是宏观经济活动，还是微观经济活动，无论是人们的生产活动，还是社会活活动，还是微观经济活动，无论是人们的生产活动，还是社会活动及文化交往。动及文化交往。2.1.3 2.1.3 运输需求的特性运输需求的特性 （2）运输需求的复杂性和多样性）运输需求的复杂性和多样性旅客运输需求：旅行目的、旅行时间、旅行舒适程度呈现多样化，例旅客运输需求：旅行目的、旅行时间、旅行舒适程度呈现多样化，例如就铁路运输而言，有慢车、快车、特快、高铁之分，就是为了满足如就铁路运输而言，有慢车、快车、特快、高铁之分，就是为了满足旅客不同出行目的、出行时间和舒适度的要求。旅客不同出行目的、出行时间和舒适度的要求。货物运输需求：货物的物理性质和化学性质不同，所要求的运输条件货物运输需求：货物的物理性质和化学性质不同，所要求的运输条件和运输工具不同，如油品等液体货物需要槽车、罐车、油船或管道来和运输工具不同，如油品等液体货物需要槽车、罐车、油船或管道来运输，化学品、危险品等对运输条件也有限制。运输，化学品、危险品等对运输条件也有限制。2.1.3 2.1.3 运输需求的特性运输需求的特性 （3）运输需求的派生性）运输需求的派生性 在经济生活中，如果对一个商品和劳务的需求是由另一种或几种商品或劳在经济生活中，如果对一个商品和劳务的需求是由另一种或几种商品或劳务的需求所衍生出来的，那么对该商品或劳务的需求则为务的需求所衍生出来的，那么对该商品或劳务的需求则为派生性需求派生性需求，而对引，而对引起派生性需求的商品和劳务的需求则称为起派生性需求的商品和劳务的需求则称为本源性需求本源性需求。本源性需求本源性需求探亲、工作等探亲、工作等派生性需求派生性需求乘车乘车本源性需求本源性需求工厂生产工厂生产派生性需求派生性需求原材料、产品运输原材料、产品运输2.1.3 2.1.3 运输需求的特性运输需求的特性 （4）运输需求的空间特定性）运输需求的空间特定性 交通运输需求是对货物、旅客或交通工具进行空间位移的要求，而且这交通运输需求是对货物、旅客或交通工具进行空间位移的要求，而且这种位移是交通运输消费者指定的两点之间带有一定方向性的需求，即所谓交种位移是交通运输消费者指定的两点之间带有一定方向性的需求，即所谓交通运输需求的通运输需求的空间特定性空间特定性。农产品产地A居住地市场所在城市B工作地2.1.3 2.1.3 运输需求的特性运输需求的特性 （5）运输需求时空分布的不平衡性）运输需求时空分布的不平衡性农产品产地A居住地市场所在城市B工作地运输需求（多）运输需求（少）林区、采矿场及煤矿上班高峰期：资源分布、生产力布局及地区经济发展水平不平衡；资源分布、生产力布局及地区经济发展水平不平衡；货物的生产和消费的季节性；货物的生产和消费的季节性；客运需求在时间上的不平衡。客运需求在时间上的不平衡。2.1.3 2.1.3 运输需求的特性运输需求的特性 （6）运输需求的时间特定性）运输需求的时间特定性 交通运输需求在时间上也有一定要求，即其时间特定性，其时间分布呈现交通运输需求在时间上也有一定要求，即其时间特定性，其时间分布呈现不均衡状态，具有不均衡状态，具有淡季和旺季淡季和旺季之分。之分。一天内其他时段平时客运需求周末和节假日前后市内每天早晚高峰期 货运需求生产均衡而消费不均衡，如化肥、农药等生产不均衡而消费均衡，如粮食、蔬菜等生产和消费都不均衡，如水果等 2.1.3 2.1.3 运输需求的特性运输需求的特性 （7）运输需求的部分可替代性）运输需求的部分可替代性 一般来说，不同交通运输需求之间是不能互相替代的，如人与物的位移一般来说，不同交通运输需求之间是不能互相替代的，如人与物的位移需求不能互相替代，不同目的地的运输需求也不能相互替代，不同种类的商品需求不能互相替代，不同目的地的运输需求也不能相互替代，不同种类的商品的运输需求也不能相互替代。的运输需求也不能相互替代。“外部替代外部替代”：即指某种运输需求有时可以由运输以外的空间位移方式来：即指某种运输需求有时可以由运输以外的空间位移方式来替代。（替代。（煤炭运输煤炭运输 建立电站和架设输变电线路建立电站和架设输变电线路）“内部替代内部替代”即指同一交通运输需求有时可以通过不同的交通运输方式来即指同一交通运输需求有时可以通过不同的交通运输方式来满足。（满足。（五种运输方式各自的技术经济特征不同，产生的经济效果不同，五种运输方式各自的技术经济特征不同，产生的经济效果不同，使得它们之间的运输需求具有一定的划分和替代性使得它们之间的运输需求具有一定的划分和替代性）2.1.4 2.1.4 运输需求的产生运输需求的产生客运需求客运需求货运需求货运需求生产性需求生产性需求消费性需求消费性需求例如：校车、企业内部客车例如：校车、企业内部客车例如：探亲、访友例如：探亲、访友生产企业与自然资源生产企业与自然资源分布不均衡分布不均衡生产与消费的分离生产与消费的分离地区间商品种类、质量、性能、价格上的差异地区间商品种类、质量、性能、价格上的差异2.1.5 2.1.5 影响运输需求的因素影响运输需求的因素 影响旅客运输需求的主要因素影响旅客运输需求的主要因素1.经济发展水平经济发展水平2.居民消费水平居民消费水平3.人口数量及城市化程度人口数量及城市化程度4.旅行费用旅行费用5.运输服务的质量运输服务的质量6.运输网的数量和质量运输网的数量和质量7.经济体制经济体制旅行需求有很大一部分是生产性旅行需求。旅行需求有很大一部分是生产性旅行需求。出行方便性的增加，促进客运需求的增长。出行方便性的增加，促进客运需求的增长。计划经济，严格的户籍管理和就业制度，人员流动量小；市场经济自由流动。计划经济，严格的户籍管理和就业制度，人员流动量小；市场经济自由流动。2.1.5 2.1.5 影响运输需求的因素影响运输需求的因素 影响货物运输需求的主要因素影响货物运输需求的主要因素1.经济发展水平经济发展水平2.产业结构和产品结构产业结构和产品结构3.运输网的数量和质量运输网的数量和质量4.运价水平的变动运价水平的变动5.国家经济政策和经济体制的改变国家经济政策和经济体制的改变工业化初期，开采业和原材料对大宗、散装货物的需求急剧增加；工业化初期，开采业和原材料对大宗、散装货物的需求急剧增加；机械加工工业发展时期，需求继续增长，增长速度放慢，需求开始多样化；机械加工工业发展时期，需求继续增长，增长速度放慢，需求开始多样化；精加工工业时期，需求增长速度进一步放慢，运输需求越发多样化。精加工工业时期，需求增长速度进一步放慢，运输需求越发多样化。生产一吨棉纱引起厂外运量约生产一吨棉纱引起厂外运量约2.53吨，生产一吨水泥引起吨，生产一吨水泥引起45吨，吨，生产一吨钢引起生产一吨钢引起78吨，而生产一吨铜则会引起吨，而生产一吨铜则会引起50100吨厂外运量。吨厂外运量。重工业的货运强度大于轻工业，轻工业的货运强度又大于服务业重工业的货运强度大于轻工业，轻工业的货运强度又大于服务业交通运输网布局和质量，直接影响线路货物的吸引范围和各线路的通交通运输网布局和质量，直接影响线路货物的吸引范围和各线路的通过能力及需求的适应程度。滞后的交通运输业会影响生产发展，抑制过能力及需求的适应程度。滞后的交通运输业会影响生产发展，抑制货物运输需求。货物运输需求。运价水平下降时运输需求上升，运价水平下降时运输需求上升，运价水平上涨时运输需求会受到一定抑制。运价水平上涨时运输需求会受到一定抑制。在市场经济下，一些过去诸如在市场经济下，一些过去诸如“不合理运输不合理运输”或或“违反流向违反流向”的现象发生，货物平均运距增长很快。的现象发生，货物平均运距增长很快。例如从例如从1952年到年到1980年，我国铁路的货物平均运距仅从年，我国铁路的货物平均运距仅从452公里延长到公里延长到526公里，公里，28年间延长了年间延长了74公里；公里；而到而到1990年，货物平均运距已迅速增加到年，货物平均运距已迅速增加到725公里，公里，10年竟延长近年竟延长近100公里公里2.2 2.2 运输需求与运量预测运输需求与运量预测2.2.1 运输需求预测与运量预测的关系运输需求预测与运量预测的关系 运输需求运输需求是社会经济生活在人与货物空间位移方面所提出的有支付能力的是社会经济生活在人与货物空间位移方面所提出的有支付能力的需要。需要。 运输量运输量则是指在一定运输供给条件下所能实现的人与货物空间位移量则是指在一定运输供给条件下所能实现的人与货物空间位移量。运输能力充分时运输能力充分时运输需求运输需求=运输量运输量运输能力不充分运输能力不充分运输需求运输需求=运输量运输量+潜在运输需求潜在运输需求2.2 2.2 运输需求与运量预测运输需求与运量预测2.2.2 运量预测的类型运量预测的类型按对象不同按对象不同客运预测客运预测货运预测货运预测按内容不同按内容不同总运输量预测总运输量预测客货流预测客货流预测按预测层次按预测层次全国运量预测全国运量预测国民经济各部门运量预测国民经济各部门运量预测各地区运量预测各地区运量预测公路运输运量预测公路运输运量预测管道运输运量预测管道运输运量预测按预测期不同按预测期不同短期预测短期预测中期预测中期预测长期预测长期预测不同的预测目的决定了预测的角度不同。不同的预测目的决定了预测的角度不同。2.2 2.2 运输需求与运量预测运输需求与运量预测2.2.3 常用的运量预测方法常用的运量预测方法1. 1. 常用的定量预测方法常用的定量预测方法 移动平均法移动平均法时间序列时间序列 当时间序列的数值由于受周期变动和不规则变动的影响，起伏较大，不易当时间序列的数值由于受周期变动和不规则变动的影响，起伏较大，不易显示出发展趋势时，可用移动平均法，消除这些因素的影响，分析，预测序列显示出发展趋势时，可用移动平均法，消除这些因素的影响，分析，预测序列的长期趋势。的长期趋势。 设时间序列为设时间序列为Y1Y1，Y2Y2，YTYT；简单移动平均法公式为：；简单移动平均法公式为： 式中：式中：MtMt为为t t期移动平均数；期移动平均数；N N为移动平均数的项数为移动平均数的项数. . 当当T T向前移动一个时期向前移动一个时期, ,就增加一个新近数据就增加一个新近数据, ,去掉一个远期数据去掉一个远期数据, ,得到一个得到一个新的平均数新的平均数. .由于它不断地由于它不断地”吐故纳新吐故纳新”,”,逐期向前移动逐期向前移动, ,所以称为移动平均法。所以称为移动平均法。 【例】某市汽车配件销售公司，某年【例】某市汽车配件销售公司，某年1月至月至12月的化油器销量如下表所示。试月的化油器销量如下表所示。试用简单移动平均法，预测下年用简单移动平均法，预测下年1月的销售量。月的销售量。 解：分别取解：分别取N3 和和N5 按预测公式按预测公式 列出算式列出算式 简单移动平均法只适合作近期预测，而且是预测目标的发展趋势变化不大简单移动平均法只适合作近期预测，而且是预测目标的发展趋势变化不大的情况。如果目标的发展趋势存在其它的变化，系用简单移动平均法就会产生的情况。如果目标的发展趋势存在其它的变化，系用简单移动平均法就会产生较大的预测偏差和滞后。较大的预测偏差和滞后。 指数平滑法指数平滑法时间序列时间序列 指数平滑法是一种特殊的加权移动平均法，其加权的特点是对离预测期近指数平滑法是一种特殊的加权移动平均法，其加权的特点是对离预测期近的历史数据给予较大的权数，对离预测期远的历史数据给予较小的权数，权数的历史数据给予较大的权数，对离预测期远的历史数据给予较小的权数，权数由近到远按指数规律递减，所以，这种方法被称为指数平滑法。由近到远按指数规律递减，所以，这种方法被称为指数平滑法。 已知时间序列为：已知时间序列为： ，n n为时间序列总期数，一次指数平为时间序列总期数，一次指数平滑的基本公式为：滑的基本公式为：(1)(1)1(1)tttSxS （t=1,2,3,t=1,2,3,n,n）(1)1ttYS(1)(1)11第t期的平滑值,上标(1)表示一次指数平滑第t-1期的平滑值-平滑系数,取值在0至1之间Y第t+1期的预测值tttSS注意：该公式表述方式与教材不一致，但计算结果一致 指数平滑法初始值的确定指数平滑法初始值的确定 从时间序列的项数来考虑：若时间序列的观察期从时间序列的项数来考虑：若时间序列的观察期n大于大于15时，初始值对时，初始值对预测结果的影响很小，可以方便地以第一期观测值作为初始值；若观察期预测结果的影响很小，可以方便地以第一期观测值作为初始值；若观察期n小于小于15，初始值对预测结果影响较大，可以取最初几期的观测值的平均数作，初始值对预测结果影响较大，可以取最初几期的观测值的平均数作为初始值，通常取前为初始值，通常取前3个观测值的平均值作为初始值。个观测值的平均值作为初始值。 平滑系数平滑系数的选择的选择 当时间序列呈稳定的水平趋势时，当时间序列呈稳定的水平趋势时，应取较小值，如应取较小值，如0.10.3； 当时间序列波动较大，长期趋势变化的幅度较大时，当时间序列波动较大，长期趋势变化的幅度较大时，应取中间值，应取中间值，如如0.30.5； 当时间序列具有明显的上升或下降趋势时，当时间序列具有明显的上升或下降趋势时，应取较大值，如应取较大值，如0.60.8； 在实际运用中，可取若干个在实际运用中，可取若干个值进行试算比较，选择预测误差最小的值进行试算比较，选择预测误差最小的值。值。 【例】某企业【例】某企业2000至至2008年销售额见下表，试用指数平滑法预测年销售额见下表，试用指数平滑法预测2009年销售年销售额（额（分别取分别取0.1、0.6和和0.9）。）。年份年份200020012002200320042005200620072008销售额销售额（万元（万元）400047005000490052006600620058006000 解：解：（1）确定初始值）确定初始值 因为因为n=915，取时间序列的前三项数据的平均值作为初始值，取时间序列的前三项数据的平均值作为初始值(1)12304000 4700 50004566.67()33万元xxxS （2）选择平滑系数）选择平滑系数，计算各年一次指数平滑值，计算各年一次指数平滑值 这里分别取这里分别取=0.1、=0.6和和=0.9计算各年一次指数平滑值计算各年一次指数平滑值 （3）对不同平滑系数下取得的平滑值进行误差分析，确定）对不同平滑系数下取得的平滑值进行误差分析，确定的取值。的取值。 方法：计算各平滑系数下平滑值的平均绝对误差（平均差）方法：计算各平滑系数下平滑值的平均绝对误差（平均差）计算公式：计算公式：(1)ttxSADn数据计算数据计算 =0.1的平滑值的平均绝对误差的平滑值的平均绝对误差 =0.6的平滑值的平均绝对误差的平滑值的平均绝对误差 =0.9的平滑值的平均绝对误差的平滑值的平均绝对误差(1)6430.00714.449ttxSA Dn(1)2139.9237.779ttxSA Dn(1)908.62100.969ttxSA Dn 通过比较，通过比较，=0.9时的平滑值的平均绝对误差最小，因此选用时的平滑值的平均绝对误差最小，因此选用=0.9用为平滑系数。用为平滑系数。 预测预测2009年销售额年销售额(1)(1)11(1)0.960000.15842.575984.26()万元ttttYSxS 指数平滑法考虑了观察期所有观察值对预测值的指数平滑法考虑了观察期所有观察值对预测值的影响，这种影响按时间近及远逐渐减小，按指数递减影响，这种影响按时间近及远逐渐减小，按指数递减规律进行加权平均，它的预测效果比移动平均法要好，规律进行加权平均，它的预测效果比移动平均法要好，应用面也广。应用面也广。 （3）灰色预测）灰色预测GM（1，1）模型）模型首先是由华中科技大学的邓聚龙教授提首先是由华中科技大学的邓聚龙教授提出的理论出的理论 白色系统白色系统是指一个系统的内部特征是完全已知的，即系统的信息是完全充是指一个系统的内部特征是完全已知的，即系统的信息是完全充分的。分的。 黑色系统黑色系统是指一个系统的内部信息对外界来说是一无所知的，只能通过它是指一个系统的内部信息对外界来说是一无所知的，只能通过它与外界的联系来加以观测研究。与外界的联系来加以观测研究。 灰色系统灰色系统内的一部分信息是已知的，另一部分信息是未知内的一部分信息是已知的，另一部分信息是未知 的，系统内各因的，系统内各因素间有不确定的关系。素间有不确定的关系。 灰色预测灰色预测是对既含有已知信息又含有不确定信息的系统进行预则，就是对是对既含有已知信息又含有不确定信息的系统进行预则，就是对在一定范围内变化的、与时间有关的灰色过程进行预测。在一定范围内变化的、与时间有关的灰色过程进行预测。 灰色预测通过鉴别系统因素之间发展趋势的相异程度，即进行关联分析，灰色预测通过鉴别系统因素之间发展趋势的相异程度，即进行关联分析，并对原始数据进行生成处理来寻找系统变动的规律，生成有较强规律性的数据并对原始数据进行生成处理来寻找系统变动的规律，生成有较强规律性的数据序列，然后建立相应的微分方程模型，从而预测事物未来发展趋势的状况。数序列，然后建立相应的微分方程模型，从而预测事物未来发展趋势的状况。数据生成的常用方式有据生成的常用方式有累加生成累加生成、累减生成累减生成和和加权累加生成加权累加生成。 把数列各项（时刻）数据依次累加的过程称为累加生成过程（把数列各项（时刻）数据依次累加的过程称为累加生成过程（AGO ）。由）。由累加生成过程所得的数列称为累加生成数列。累加生成过程所得的数列称为累加生成数列。某钢厂产量 s型变化规律 原始数列作图 1AGO作图 设原始数列为设原始数列为 ，令，令 称所得到的新数列为数列称所得到的新数列为数列 的的1次累加生成数列。次累加生成数列。, 2 , 1, )()(1)0() 1 (nkixkxki)(,),2 (),1 () 1 () 1 () 1 () 1 (nxxxx)0(x例：x (0)=(x (0) (k) k=1，2，3，4，5) =x(0)(1)，x(0)(2)，x(0)(3)，x(0)(4)，x(0)(5) =(3.2，3.3，3.4，3.6，3.8) 求 x(1)(k)解：21) 0 () 0 () 0 () 1 () 0 () 1 (5 . 63 . 32 . 3) 2 () 1 ()() 2 (, 22 . 3) 1 () 1 (, 1ixxixxkxxk灰色模型灰色模型(1,1)(1,1) G表示表示grey（灰色），（灰色），M表示表示model（模型）（模型） 设设 为原始数列，其为原始数列，其1次累加生成数列为次累加生成数列为 ，其中，其中 定义新生成的数列定义新生成的数列 的灰导数为的灰导数为 令令 为数列为数列 的邻值生成数列，即的邻值生成数列，即于是定义于是定义GM（1，1）的灰微分方程模型为）的灰微分方程模型为 （2-1）)(,),2(),1 ()0()0()0()0(nxxxx)(,),2(),1 ()1()1()1()1(nxxxx, 2 , 1, )()(1)0()1(nkixkxki)1(x).1()()()()1()1()0(kxkxkxkd s型变化规律 1AGO作图 导数为切线斜率，导数为切线斜率，可以表征图形变可以表征图形变化趋势化趋势)1(z)1(x),1()1 ()()()1()1()1(kxkxkz,)()()1(bkazkda称为发展系数，称为发展系数，b称为灰作用量。称为灰作用量。需要求出需要求出a和和b。 将时刻表将时刻表 代入（代入（2-1）式有）式有 引入矩阵向量记号：引入矩阵向量记号： 于是于是GM（1，1）模型可表示为）模型可表示为 现在问题归结为求现在问题归结为求a,b在值。用一在值。用一元线性回归，即最小二乘法求它们的估计值。元线性回归，即最小二乘法求它们的估计值。,)()(,)3()3(,)2()2()1()0()1()0()1()0(bnaznxbazxbazx)()3()2()0()0()0(nxxxYbau1)(1)3(1)2()1()1()1(nzzzB. uYB 用回归分析求得用回归分析求得a,b的估计值，于是相应的白化模型为的估计值，于是相应的白化模型为 解为解为 于是得到预测值于是得到预测值 从而相应地得到预测值：从而相应地得到预测值： 为了保证为了保证GM（1，1）建模方法的可行性，需要对已知数据做必要的检）建模方法的可行性，需要对已知数据做必要的检验处理。验处理。,)()()1()1(btaxdttdx.) 1 ()() 1()0() 1 (abeabxtxta, 1, 2 , 1,) 1 () 1()0()1(nkabeabxkxak, 1, 2 , 1),() 1() 1()1()1()0(nkkxkxkx 残差检验：计算相对残差残差检验：计算相对残差 如果对所有的如果对所有的 ，则认为达到较高的要求：否则，若对所有，则认为达到较高的要求：否则，若对所有的的 ，则认为达到一般要求。，则认为达到一般要求。 级比偏差值检验：计算级比偏差值检验：计算 如果对所有的如果对所有的 ，则认为达到较高的要求；否则若对所有的，则认为达到较高的要求；否则若对所有的 ，则认为达到一般要求。，则认为达到一般要求。, 2 , 1,)()()()()0()0()0(nkkxkxkxk1 . 0| )(|k2 . 0| )(|k),(5 . 015 . 011)(kaak1 . 0| )(|k2 . 0| )(|k【例】北方某城市【例】北方某城市19861992 年道路交通噪声平均声级数据见表年道路交通噪声平均声级数据见表 第一步第一步: GM（1，1）建模）建模 建立交通噪声平均声级数据时间序列如下：建立交通噪声平均声级数据时间序列如下： =(71.1, 72.4, 72.4, 72.1, 71.4, 72.0, 71.6) （1）对原始数据）对原始数据 作一次累加，即作一次累加，即 = (71.1，143.5，215.9，288，359.4，431.4，503） （2）构造数据矩阵）构造数据矩阵B 及数据向量及数据向量Y序号 年份 eq L 1 1986 71.1 2 1987 72.4 3 1988 72.4 4 1989 72.1 5 1990 71.4 6 1991 72.0 7 1992 71.6(0)(0)(0)(0)(1),(2),(7)xxxx（(0)x(1)x(1 )(1 )( 0 )(1 )(1 )( 0 )( 0 )(1 )(1 )1(1 +2111(+,211(+2xxxxxxBYxxx（ ）（ 2 ） )（ 2 ）（ 2 ）（ 3 ） )（ 3 ）（ 7 ）（ 6 ）（ 7 ） )（3）计算）计算u 于是得到于是得到a = 0.0023，b = 72.6573（4）建立模型）建立模型 求解得求解得（5）求生成数列值）求生成数列值 及模型还原值及模型还原值 ： 令令k = 1,2,3,4,5,6,由上面的时间响应函数可算得由上面的时间响应函数可算得 ，其中取，其中取10.0023( , )()()72.6573TTTua bBBB Y(1)(1)0.002372.6573dxxdt(1)(0)0.0023(1) (1- )=-3092931000akkbbxkxeeaa （）(1) (1)xk(0) (1)xk(1) x(1 )( 0 )( 0 )(1)(1) =(1) = 7 1 .1,xxx 由由 取取k = 2,3,4,7，得，得 (71.1, 72.4, 72.2, 72.1, 71.9, 71.7, 71.6)第二步第二步: 模型检验模型检验 模型的各种检验指标值的计算结果见下表模型的各种检验指标值的计算结果见下表(0)(1)(1)( )( )(1),xkxkxk(0)(0)(0)(0)(1)(2)(7) =xxxx（，）经验证，该模型的精度较高，可进行预测和预报。经验证，该模型的精度较高，可进行预测和预报。 （4）回归分析法）回归分析法 回归分析预测法是预测学的基本方法，它是在分析因变量与自变量之间回归分析预测法是预测学的基本方法，它是在分析因变量与自变量之间的相互关的基础上，建立变量间的回归方程，并进行参数估计和显著性检验的相互关的基础上，建立变量间的回归方程，并进行参数估计和显著性检验以后，运用回归方程式预测因变量数值变化的方法。以后，运用回归方程式预测因变量数值变化的方法。 回归分析预测法的步骤回归分析预测法的步骤: 1.确定预测目标和影响因素确定预测目标和影响因素 2.进行相关分析、方差分析和显著性检验进行相关分析、方差分析和显著性检验 3.建立回归预测模型建立回归预测模型 4.检验回归预测模型，计算预测误差检验回归预测模型，计算预测误差 5.计算并确定预测值计算并确定预测值 一元回归分析一元回归分析 一元线性回归模型的回归方程为：一元线性回归模型的回归方程为： 回归系数回归系数 和和 的最小二乘估计的最小二乘估计01 yx01iiiyx 名称因变量被解释变量自变量解释变量随机扰动误差项回归系数性质已知随机未知随机已知非随机未知随机可观测因素确定性部分不确定性部分可观测因素不可观测因素0111nniiiiieyy2211nniiiiieyy 定义离差平方和（二元）函数（非负二次函数）：定义离差平方和（二元）函数（非负二次函数）： 对于样本观测值对于样本观测值(xi;yi)(i=1,2,n)，寻找参数，寻找参数 的估计值的估计值 ，使，使得随机扰动误差项的平方和达到最小，满足如下条件：得随机扰动误差项的平方和达到最小，满足如下条件： 2220101111(,)()()nnniiiiiiiiQyE yyx01,01,2220101111(,)()nnniiiiiiiiQyxyye01201,1min()niiiyx(也即残差平方和达到最小也即残差平方和达到最小 ) 满足下列方程组满足下列方程组 上式整理后可得正规方程组上式整理后可得正规方程组01,0011011001112()02()0niiiniiiiQyxQyx x 01201111nnniiiiiiixyxxx yYOUR SITE HERE11niixxn11niiyyn1()()nxyiiiLxxyy21()nxxiiLxxYOUR SITE HERE解之，得解之，得101xyxxLLyx于是可得于是可得回归方程为：回归方程为：01 yx1()yyxx还可等价表示为还可等价表示为 ： (回归直线过样本数据点重心回归直线过样本数据点重心) 11niixxn11niiyyn1()()nxyiiiLxxyy21()nxxiiLxx建立回归模型后，还应该进行检验，具体内容本课略建立回归模型后，还应该进行检验，具体内容本课略【例】已知某种商品的销售量同居民的可支配收入有关，现有如下表的统计数【例】已知某种商品的销售量同居民的可支配收入有关，现有如下表的统计数据，试建立回归方程，并求出相应参数的最小二乘估计值。据，试建立回归方程，并求出相应参数的最小二乘估计值。年份年份实际可支配实际可支配收入收入 x（单（单位：位：10元）元）商品的销售商品的销售量（单位：量（单位：件）件）年份年份实际可支配实际可支配收入收入x（单（单位：位：10元）元）商品的销商品的销售量（单售量（单位：件）位：件）19835226700199174181581984539713619927698683198557776581993801931719866137784199485596751987644810819958428542198867075831996860858419896958002199789096121990713844219989209719第一步：绘制散点图第一步：绘制散点图第二步：设一元线性回归方程第二步：设一元线性回归方程年份年份实际可支配实际可支配收入收入 x ( (1010元元) )商品的销售商品的销售量（件）量（件）xiyixi2198352267003497400272484198453971363846304290521198557776584418666332929198661377844771592375769198764481085221552414736198867075835080610448900198969580025561390483025199071384426019146508369199174181586045078549081199276986836677227591361199380193177462917641601199485596758272125731025199584285427192364708964199686085847382240739600199789096128554680792100199892097198941480846400SUM1165113370398944771 872686512201()iiiiiiiinx yxybnxxyxbbnn 98944771iix y 28726865ix 11651ix 133703iy 120116 98944771 11651 13370316 8726865(11651)133703116511616bbb013605.14,6.52bb所求的回归方程为：所求的回归方程为：3605.146.52yx6000650070007500800085009000950010000500 550 600 650 700 750 800 850 900yi(件)xi（10元）950检验过程略！检验过程略！多元回归分析多元回归分析 多元线性回归模型的回归方程为：多元线性回归模型的回归方程为： 为待估回归参数，在多元线性回归中称为偏回归系数，为待估回归参数，在多元线性回归中称为偏回归系数，表示各个回归系数在回归方程中其它自变量保持不变情况下，自变量表示各个回归系数在回归方程中其它自变量保持不变情况下，自变量xj每增加每增加一个单位时因变量一个单位时因变量y的平均增加程度。的平均增加程度。 01,.,p回归系数的最小二乘估计回归系数的最小二乘估计定义离差平方和定义离差平方和(p+1)元函数（非负二次函数）：元函数（非负二次函数）： 满足下列方程组满足下列方程组22010112211(,.,)(.)nnpiiiipipiiQyxxx012201122,.,1min(.)pniiipipiyxxx 012,.,p00112201122100112211101122212012(.)02(.)02(.)0.2(ppniiipipiniiipipiiniiipipiiniipQyxxxQyxxxxQyxxxxQy 1122.)0iipipipxxxx111211000.0niiniiiniiinipiiexexexeYOUR SITE HERE当当 存在时，即得回归参数的最小二乘估计为存在时，即得回归参数的最小二乘估计为上式整理后可得用矩阵形式表示的正规方程组上式整理后可得用矩阵形式表示的正规方程组为（经验）回归方程。为（经验）回归方程。()XyX 01X X移项得移项得X XX y1X XX y称称01122.ppyxxx建立回归模型后，还应该进行检验，具体内容本课略建立回归模型后，还应该进行检验，具体内容本课略【例】有【例】有20户家庭，冬天的取暖费户家庭，冬天的取暖费用与用与3个因素有关：日间户外的平均个因素有关：日间户外的平均温度，阁楼绝缘层的厚度，以及炉温度，阁楼绝缘层的厚度，以及炉子的使用年数。有关信息列出在右子的使用年数。有关信息列出在右表中：表中：试作出三元回归方程并讨论试作出三元回归方程并讨论：哪些：哪些自变量与因变量正相关？哪些是负自变量与因变量正相关？哪些是负相关？如果某一家庭的平均户外温相关？如果某一家庭的平均户外温度是度是30度，阁楼绝缘层的厚度为度，阁楼绝缘层的厚度为5英英寸，炉子已使用过寸，炉子已使用过10年，它的冬天年，它的冬天取暖费用为多少？取暖费用为多少？解：设三元线性回归方程为解：设三元线性回归方程为 由软件可得到这题的线性回归方程为：由软件可得到这题的线性回归方程为： 将将x x1 13030， x x2 25 5， x x3 31010代入方程，得代入方程，得 由这个线性回归方程可以算出每个家庭的预测取暖费值。残差（由这个线性回归方程可以算出每个家庭的预测取暖费值。残差（ ）及其平方也列在下表中：及其平方也列在下表中：01 12 23 3 y bbxbxbx123294.85 3.078.2112.36yxxx276.60yyy20户家庭预测取暖费值户家庭预测取暖费值计算表计算表 （相关性检验与讨论略相关性检验与讨论略）（5）趋势外推法）趋势外推法 趋势外推法是根据事物的历史和现时资料，寻求事物发展变化规律，从而趋势外推法是根据事物的历史和现时资料，寻求事物发展变化规律，从而推测出事物未来状况的一种比较常用的预测方法。当预测对象依时间变化呈现推测出事物未来状况的一种比较常用的预测方法。当预测对象依时间变化呈现某种上升或下降趋势，没有明显的季节波动，且能找到一个合适的函数曲线反某种上升或下降趋势，没有明显的季节波动，且能找到一个合适的函数曲线反映这种变化趋势时，就可以用趋势外推法进行预测。映这种变化趋势时，就可以用趋势外推法进行预测。某商场某种商品过去9个月的销量051015202530354045012345678910销售量（万件）2yabxcx0510152025303540450123456789101112某商场某种商品过去9个月的销量y11预测Y10预测趋势模型的选择趋势模型的选择图形识别法：图形识别法： 通过绘制通过绘制散点图来进行的，观察散点图来进行的，观察并将其变化曲线与各类并将其变化曲线与各类函数曲线模型的图形进函数曲线模型的图形进行比较，以便选择较为行比较，以便选择较为合适的模型。合适的模型。 （6）递增率法）递增率法 递增率法是根据客货运量的预计增长速度进行预测的方法。一般的做法是，递增率法是根据客货运量的预计增长速度进行预测的方法。一般的做法是，先分析客货运量增长率的变化规律，然后根据对今后经济增长的估计确定预测先分析客货运量增长率的变化规律，然后根据对今后经济增长的估计确定预测其客货运量的递增率再预测未来的客货递增量。递增率法的关键是确定增长速其客货运量的递增率再预测未来的客货递增量。递增率法的关键是确定增长速度，一般用于运量增长率的变化不大，或预计过去的增长趋势在预测期内仍将度，一般用于运量增长率的变化不大，或预计过去的增长趋势在预测期内仍将继续的情况，也常用于综合性运量的预测。但继续的情况，也常用于综合性运量的预测。但预测结果比较粗略预测结果比较粗略。 递增量法计算运量的公式为递增量法计算运量的公式为 式中：式中： 预测期运量；预测期运量； 基期运量；基期运量； 确定的运量递增率；确定的运量递增率； 预测期的年限。预测期的年限。taQQ1011Q0Qat（7）弹性系数法）弹性系数法 弹性系数法认为社会运输量与国民经济之间存在弹性变化，通过国民经济弹性系数法认为社会运输量与国民经济之间存在弹性变化，通过国民经济的年增长率来预测运输量的年增长率，进而预测未来运输量的情况。弹性系数的年增长率来预测运输量的年增长率，进而预测未来运输量的情况。弹性系数e是运输量的年增长率是运输量的年增长率iy与国民经济年增长率与国民经济年增长率ix之比，即之比，即 由此得到由此得到 于是货运量的计算公式为于是货运量的计算公式为 式中：式中：y变量的预测值；变量的预测值； yo基年变化量；基年变化量； t预测期的年限。预测期的年限。 xyiie xyeii tyoiyy1由比较容易获得经济增长率间接得到货运增长率【例】某市【例】某市2002年百货商店对彩色电视进行降价销售。上半年彩电平均销售价年百货商店对彩色电视进行降价销售。上半年彩电平均销售价格格2150元元/台，销售量为台，销售量为3100台；下半年彩电平均销售价格降为台；下半年彩电平均销售价格降为1630元元/台，销台，销售量为售量为4900台。该市台。该市2002年共销售彩色电视年共销售彩色电视25000台，预计台，预计2003年彩电降价年彩电降价300元元/台，请预测台，请预测2003年该市彩色电视销售量。年该市彩色电视销售量。解：彩电需求弹性系数解：彩电需求弹性系数 2003年彩电需求量年彩电需求量 42. 2215016302150490031004900e36135163030042. 21250001toPPeyy价格变化率价格变化率 （8）乘车系数法）乘车系数法 乘车系数法是以总人口和平均每人乘车次数预测旅客发送量的方法。乘车乘车系数法是以总人口和平均每人乘车次数预测旅客发送量的方法。乘车系数是指一定范围内旅客发送量与人口数的比值，可根据历年资料和今后可能系数是指一定范围内旅客发送量与人口数的比值，可根据历年资料和今后可能发生的变化进行确定。发生的变化进行确定。 乘车系数法的局限性在于该系数本身的变动趋势难以预料，不同运输工具乘车系数法的局限性在于该系数本身的变动趋势难以预料，不同运输工具运价比例的变动、休假制度的改变、经济紧缩对农民进城工作的影响等，都会运价比例的变动、休假制度的改变、经济紧缩对农民进城工作的影响等，都会使乘车系数出现较大摆动。使乘车系数出现较大摆动。 乘车系数法的计算公式为乘车系数法的计算公式为 式中：式中： 预测期运量；预测期运量； 预测期的总人口；预测期的总人口； 乘车系数。乘车系数。ttMQ tQtM （9）产值系数法）产值系数法 产值系数法是根据预测期国民经济的总量指标（如工农业总产值、社会总产值系数法是根据预测期国民经济的总量指标（如工农业总产值、社会总产值、国民生产总值或国民收入等）和确定的每单位产值所引起的货运量或客产值、国民生产总值或国民收入等）和确定的每单位产值所引起的货运量或客运量去预测总运量的方法。运量去预测总运量的方法。 需注意需注意，不同总量指标之间以及不同运输方式之间、不同时间之间的产值，不同总量指标之间以及不同运输方式之间、不同时间之间的产值系数可能存在很大的差别。因此，该种方法的关键是要在长期的变化中把握住系数可能存在很大的差别。因此，该种方法的关键是要在长期的变化中把握住具体产值系数及其变动趋势。具体产值系数及其变动趋势。 产值系数法所采用的公式为产值系数法所采用的公式为 式中：式中： 预测期总运量；预测期总运量； 预测期产值指标，万元；预测期产值指标，万元； 产值系数，产值系数，t（吨）（吨）/万元或人万元。万元或人万元。tQtMccttMQ （10）产运系数法）产运系数法 产运系数法是根据某种货物的运量随其生产总量发生变化的规律性，预测产运系数法是根据某种货物的运量随其生产总量发生变化的规律性，预测货运量的方法。货运量的方法。 产运系数的计算公式为产运系数的计算公式为 式中：式中： 某年产运系数；某年产运系数； 某种货物的年发运量；某种货物的年发运量； 其该年的总产量。其该年的总产量。 在在 值比较稳定的前提下，按产运系数计算该货物预测发送量的公式为值比较稳定的前提下，按产运系数计算该货物预测发送量的公式为 式中：式中： t代表预测年份。代表预测年份。MQQMttMQ （11）产销平衡法）产销平衡法 产销平衡法是指在一定范围内，把用途相同的某种物资的生产量、消费量产销平衡法是指在一定范围内，把用途相同的某种物资的生产量、消费量和运输量进行平衡的方法。和运输量进行平衡的方法。 理论上讲它可以达到相当的精确度，而且还可以为下一步继续研究地区间理论上讲它可以达到相当的精确度，而且还可以为下一步继续研究地区间物流打下基础。但该方法所要求的条件比较严格，需要非常详细的资料，而且物流打下基础。但该方法所要求的条件比较严格，需要非常详细的资料，而且只能对用途一致的少数几种物资进行详尽的分析预测。只能对用途一致的少数几种物资进行详尽的分析预测。 对于产量大于当地消费量的地区，物资是输出的；对于消费量大于当地生对于产量大于当地消费量的地区，物资是输出的；对于消费量大于当地生产量的地区，其关系式为产量的地区，其关系式为 式中：式中： 该种货物的当地发送量；该种货物的当地发送量； 当地到达量；当地到达量； 某种货物的当地生产量；某种货物的当地生产量； 该种物资的当地消费量。该种物资的当地消费量。scdcsfQQQQQQfQdQsQcQ （12）比重法）比重法 比重法是在总运量已用某种方法预测出，进而估算其中部分运量的方法。比重法是在总运量已用某种方法预测出，进而估算其中部分运量的方法。例如，各种运输方式在总运量所占的比重，总有一定的规律变化。当总运量例如，各种运输方式在总运量所占的比重，总有一定的规律变化。当总运量已知，各种运输方式的运量就可以在分析历年变化趋势的前提下加以分配。已知，各种运输方式的运量就可以在分析历年变化趋势的前提下加以分配。 乘车系数法、产值系数法、产运系数法、产销平衡法和比重法一般称为乘车系数法、产值系数法、产运系数法、产销平衡法和比重法一般称为传统预测方法，使用起来比较简单，在某些情况下也能够达到预测要求。传统预测方法，使用起来比较简单，在某些情况下也能够达到预测要求。2. 2. 常用的定性预测方法常用的定性预测方法（1）运输市场调查法）运输市场调查法 运输市场调查法是通过一定的方法征求购买运输产品的顾客的意见，了解运输市场调查法是通过一定的方法征求购买运输产品的顾客的意见，了解顾客购买的意向和心理动机，从而对运输需求情况进行收集、记录整理和分析，顾客购买的意向和心理动机，从而对运输需求情况进行收集、记录整理和分析，在此基础上进行运量预测的方法。运输市场调查法一般采用抽样调查，既可以在此基础上进行运量预测的方法。运输市场调查法一般采用抽样调查，既可以利用口头询问方式，又可以利用书面询问方式。利用口头询问方式，又可以利用书面询问方式。 市场调查法的费用通常比较高。而且，在许多情况下，不少顾客不愿暴露市场调查法的费用通常比较高。而且，在许多情况下，不少顾客不愿暴露自己的购买意向，如果不给予充分合作，或者调查对象没有足够的能力清楚准自己的购买意向，如果不给予充分合作，或者调查对象没有足够的能力清楚准确地表达自己的意愿，预测结果的可靠性就会受到较大影响。确地表达自己的意愿，预测结果的可靠性就会受到较大影响。2. 2. 常用的定性预测方法常用的定性预测方法（2）专家咨询法）专家咨询法 专家咨询法是通过规范的调查程序，征询相关领域或学科专家对预测对专家咨询法是通过规范的调查程序，征询相关领域或学科专家对预测对象未来发展的看法的一种半定量调查法。这种方法既能集中多数人的才智，又象未来发展的看法的一种半定量调查法。这种方法既能集中多数人的才智，又可充分发挥每个专家的个人能力。因而成为一种使用广泛并享有盛名的预测方可充分发挥每个专家的个人能力。因而成为一种使用广泛并享有盛名的预测方法。法。 专家咨询法最大优点是简便直观，无需建立繁琐的数学模型，而且在缺乏专家咨询法最大优点是简便直观，无需建立繁琐的数学模型，而且在缺乏足够统计数据和没有类似历史事件可借鉴的情况下，也能对研究对象的未知或足够统计数据和没有类似历史事件可借鉴的情况下，也能对研究对象的未知或未来的状态作出有效的预测。未来的状态作出有效的预测。 专家咨询法种类很多，主要有德尔菲法、头脑风暴法和交叉影响分析法。专家咨询法种类很多，主要有德尔菲法、头脑风暴法和交叉影响分析法。2. 2. 常用的定性预测方法常用的定性预测方法（3）类比法）类比法 类比法是应用经济现象间相似性的发展规律，通过找出先导事件进行预测。类比法是应用经济现象间相似性的发展规律，通过找出先导事件进行预测。先导事件可以是历史上发生过的同类事件，也可以是国外或其他地区发生过的先导事件可以是历史上发生过的同类事件，也可以是国外或其他地区发生过的同类事件，还可以是其他领域发生过的同类事件。该种方法在运量预测中也可同类事件，还可以是其他领域发生过的同类事件。该种方法在运量预测中也可以使用。社会经济运动是有规律的，但人对这一规律的认识能力在当前是有限以使用。社会经济运动是有规律的，但人对这一规律的认识能力在当前是有限的，因此预测误差是不可避免的。的，因此预测误差是不可避免的。2.3 2.3 交通工程基础交通工程基础2.3.1 人人-车车-路交通特性路交通特性人：人：出行者（驾驶员、乘客、行人）出行者（驾驶员、乘客、行人）、规划设计和管理者等；、规划设计和管理者等；车：车：小汽车小汽车、公共汽车、卡车、摩托车、人力车（自行车、三、公共汽车、卡车、摩托车、人力车（自行车、三轮车）；轮车）；路：路：道路网道路网（密度、等级、布局），道路线形、道路结构等。（密度、等级、布局），道路线形、道路结构等。道路交通三要素：道路交通三要素：一、驾驶员的交通特性一、驾驶员的交通特性1. 1.驾驶员的职责（任务）和要求驾驶员的职责（任务）和要求2. 2.驾驶员的信息处理过程驾驶员的信息处理过程3. 3.视觉特性视觉特性光照度在光照度在0.1lx-1000lx0.1l