基 于 广 义 回归 神 经 网 络 的 船 舶 交 通 量 预 测 模 型
刘 敬 贤 ， 刘振 东， 周 锋
（ 武汉理 工 大学 航 运学 院 ，湖北 武汉 ４ ０ ６ ） ３ ０ ３
摘 要 ： 舶 交 通 量 受 多 种 环 境 与 社 会 因 索 的影 响 ， 得 船 舶 交 通 量 预 测 存 在 复 杂 性 与 非 线 性 的特 点 。在 分２ ２ １ — ３ ２
作 者 简 介 ： 敬 贤 （ ９ ７）男 ， 北 孝 感 人 ， 授 ， 士 ， 刘 １ ６一 ， 湖 教 博 从事 水 上交 通 环 境 与 安 全保 障技 术 研 究 。 Ｅｍａ ： ｘｅｃｅ＠ ｓｈ ．ｏ — ｉ ｌ ｔａｈ ｒ ｏ ｕ ｃｎ ｌｊ
（ ａｋＰ ｏ ａ ａｉｎ 神 经 网 络 模 型 ， 测 精 度 往 往 不 Ｂ ｃ ｒｐ ｇ ｔ ） ｏ 预
方 面 来 描 述 船 舶 交 通 量 的 变 化 规 律 。且 影 响 船 舶
交 通量 的多 种 因素表 现各 异 ， 用形 式复 杂 ， 就使 作 这 得交 通 量预测 具有 较 大 的复 杂 性与非 线性 特点 。分 析 船舶交 通 量 的影 响 因素 异 常 重 要 ， 后在 其 基 础 而 上 选择合 适 的具有 处 理复 杂性 与非线 性能 力 的数学
交 通 量 分 为 六 类 ， 用 ＧＲ 利 ＮＮ 神经 网络 分 别 进 行 预 测 。预 测 结 果 表 明 ＧＲ ＮＮ 神 经 网络 具 有 很 强 的 非 线 性 拟 合 能 力， 有效 解 决 了天 津 港 船 舶 交通 量 预测 中 的小 样 本 问题 ， 高 了整 个 预 测 系 统 的 精 度 与 稳定 性 。 提 关 键 词 ： 路 运 输 ； 舶 交 通 量 ； 义 回归 神 经 网 络 ； 样 本 问 题 ； 合 预 测 模 型 水 船 广 小 组
ｃ ｍｐ ｅ ｎ ｏ －ｉ ｅ ｒｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ Ｓ ｎ ｅ ｔ ｅ ｉ ａ ｔ ｆｖ ｒｏ ｓ ｆ ｃｏ ｓ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔｋ ｎ ｆｓ ｉ ｓ ａ ｅｄ ｆｅ ｅ ｔ ｏ ｌ ｘ ａ ｄ ｎ ｎ ｌ ａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ． ｉ ｃ ｈ ｍｐ ｃ ｓ ｏ ａ ｉ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｄ ｏ ｈ ｐ ｒ ｉ ｒ ｎ ， ｎ ｆ ｆ
ｌｍ ；ｃ ｂｉｅ ｏｒ ｃ ｓ ｉ ｏ ｌ ｅ ｏｍ ｎ ｄ ｆ ｅ ａ ｔｎｇ ｍ ｄｅ
随着海运 业不 断发展 和水上 交通 安全 管理要求
ｅ） 。但 是 ， Ｉ［ ］ ２ 在该模 型 中 ， 由于 单 项模 型选 择 的随 意性及 单项 模型权 重 的不 变性 ， 响 了 Ｃ Ｆ 的预 影 ＳＭ 测 精度 。针对 上述 问题 ， 于智 能 融 合 的船 舶 交 通 基 量 预 测 系 统［ 被 建 立 ， 很 好 地 弥 补 了上 述 不 足 。 ４ 并 但 智能融 合 的预测 系统仍然 是一 种静 态交通量 的预
模 型进行 预 测 。
高， Ｇ 而 ＲＮＮ 正好 能解 决 该 问题 。相 比 于 Ｂ ］ Ｐ与
Ｒ Ｆ Ｒａ ｉｌ ａｉ Ｆ ｎ ｔ ｎ 神 经 网 络 ， ＮＮ 具 有 Ｂ （ ｄａ Ｂ ｓ ｕ ｃｉ ） ｓ ｏ ＧＲ
收 敛速度 快 、 精度 高 、 宜 陷入 局 部 极 小值 等优 点 ， 不 应用 Ｇ ＲＮＮ进 行小 样 本 数 据 的船 舶 交 通量 预 测 有 着很 好 的发展 前景 Ⅲ ］ ６ 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ：Ｍ ａ ｉ ｅ ｔａ ｆｃ ｆｏ ｉ ｎｆｕｅ ｃ ｄ ｂｙ ａ ｖ ｒｅ ｙ ｏｆｅ ｖｉｏｎｍ ｅ ａ ｎｄ ｓ ｃａ ａ ｔ ｒ ， Ｓ ｏｒ ｃ ｓｉ ｇ ｏ ｔｈａ ｓｒ ｃ ｒｎ ｒ ｆｉ ｌ ｗ ｓ ｉ ｌ ｎ ｅ ａ ｉｔ ｎ ｒ ｎｔ ｌａ ｏ ｉｌｆ ｃ ｏ ｓ Ｏ ｆ ｅ ａ ｔｎ ｆ ｉ ｓ
输 出。
船 舶交 通量 ， 这样 就 避 免 了原 有 预测 模 型 的盲 目性 与 不稳 定性 ， 有效 地 解 决 了船 舶 交 通 量 预 测 中存 在 的复杂 性与 非线性 问题 ， 且充 分 考 虑 了各 因素 对 不 同类 型船舶 的影 响 。
在 船 舶 交 通 量 预 测 中 ， 史 数 据 为 小 样 本 。 如 历
ｐ ｏ ｌｍ ｆｓ ａ ｉ ｔ ａ ａ ａ ａ ｄ ｆ ｒ ｃ ｓ ｒ ｅ ｔａ ｆ ｌ ｗ ｆｔ ｅ Ｔｉｎ ｉ ｒ ｏ ｆｅ ｔ ｅ ｙ Ｔｈ ｔ ｏ ｎ ａ ｃ ｓ ｒ ｂｅ ｏ ｔ ｔｓ ｉ ｌｄ ｔ ｎ ｏ ｅ ａ ｔｍａ ｉ ｒ ｆ ｃ ｆ ｃ ｎ ｉ ｏ ｏ ｈ ａ ｊｎ Ｈａ ｂ ｒｅ ｆ ｃ ｉ ｌ ． ｖ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｔ ｎ ｐ ｅ ｉｉｎ ａ ｄ ｓ ａ ｉ ｔ ｆｆ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｈ ｒ ｄ ｃ ｉ ｒ ｃｓｏ ｎ ｔ ｂ ｌ ｙ ｏ ｏ ｅ ａ ｔｎ ｙ ｔ ｍ． ｏ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｙｗｏ ｄ ：ｗａ ｅ ｗａ ｒ ｎ ｐ ｒａ ｉ ｎ ｔ ｒ ｙ ｔａ ｓ ｏ ｔ ｔ ；ｍａ ｉｅ ｔａ ｆｃｆ ｗ；ｇ ｎ ｒ ｌ ｅ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｎ ｕ ａ ｅ ｗｏ ｋ；ｓ ｌ ｓ ｍｐ ｅｐ ｏ — ０ ｒｎ ｒ ｆｉ ｌ ｏ ｅ ｅ ａ ｉ ｄ ｒ ｇ ｅ ｓｏ ｅ ｒ ｌｎ ｔ ｒ ｚ ｍａｌ ａ ｌ ｒ ｂ
（ 特指 化学 品及 气体 船） 与社会 船六种 不 同类 型 的船 舶 交通 量 ， 分析其 影响 因素 的基础 上 ， 在 利用广 义 回
的影 响 因 素 ， 出 了 船 舶 交 通 量 的 组 合 预 测 模 型 提
ＣＳＦＭ （Ｃｏｍ ｐ ｉｅ ｏｓｔ Ｓｙ ｔ ｍ ａ ｉ Ｆｏ ｅ ａ ｔｎ Ｍ ｏ ｓｅ ｔｃ ｒ ｃ ｓｉｇ ｄ—
２ 船 舶 交 通 量 预 测 的 ＧＲＮＮ 模 型 及
实 例 分 析
２ １ 影 响 因 素 分 析 ．
船 舶交 通 流的产 生是 经济 需求 与运输 系统 供给 等 多方 面共 同作 用 的结 果 ， 难 用 单 一 模 型或 从 单 很
一
果 利 用 多 元 线 性 回归 模 型 、 合 预 测 模 型 或 Ｂ 组 Ｐ
第 ３ ４卷 第 ２ 期
２１ ０ １年 ６月
中 国 航
海
Ｖｏ ．３ １ ４ Ｎｏ ２ ．
Ｎ Ａ Ｖ Ｉ Ａ Ｔ１ Ｇ ０Ｎ Ｆ ０ ＣＨ Ｉ Ａ Ｎ
Ｊ ｎ ２ １ ｕ． ０１
文 章编 号 ： ０ ０ ６ ３ ２ １ ） ２ ０ ４ ４ １ ０ —４ ５ （ ０ １ ０ —０ ７ —０
Ｈａ ｂ ｒ ｒ ｏ ．Ｔｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ｒｎ ｒ ｆｉ ｆｏ ｆ ｒ ｃ ｓｉ ｇ，ｔ ｅｂ ｓｃｐ ｉ ｃｐ ｅ ａ ｄ ｔ ｐ ｌｇ ｔ ｕ ｔ ｒ ｆ ｈ ｅ ｅ ａｉｅ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｅｔ ａ ｆ ｌ ｗ ｏ ｅ ａ ｔｎ ｃ ｈ ａ ｉ ｒ ｉ ｌ ｎ ｏ ｏ ｏ ｙ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅｏ ｅｇ ｎ ｒ ｌ ｄ ｎ ｔ ｚ ｒ ｇ ｅ ｓｏ ｅ ｒ ｌｎ ｔ ｒ ＧＲＮＮ）ａ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｏ ｏ ｅ ａ ｔ ｇ ｍａ ｉ ｅｔ ａ ｆ ｌ ｗｓｏ ｉ ｅ ｅ ｔｖ ｓ ｅ ｔ ｐ ｓ Ｒｅ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｎ ｕ ａ ｅ ｗｏ ｋ（ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｆ ｒｆ ｒ ｃ ｓ ｉ ｒｎ ｒ ｆｉ ｆ ｎ ｃ ｏ ｆ ｆ ｒｎ ｅ ｓｌ ｙ ｅ． ｄ ｆ — ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ＧＲＮＮ ｅ ｒ ｌ ｅ ｗｏ ｋ ｈ ｓｇ ｏ ｏ －ｉ ｅ ｒａ ｐ ｏ ｉ ｔ ｎ ｃ ｐ ｂｌ ｙ ａ ｄ ｃ ｎ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｓ ｌ ｓ ｍｐ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｒ ａ ｏ ｄ ｎ ｎ ｌ ａ ｐ ｒ ｘ ｍａ ｉ ａ ａ ｉ ｔ ｎ ａ ｏ ｖ ｈ ｍａ ｌ ａ ｌ ｎ ｎ ｏ ｉ
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（ ｌｅ ｅ ｏ ｖ ｇａ ｉ ｎ，Ｗ ｕｈ ｎ Ｕｎｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈｎ ｏｇ Ｃｏ ｌ ｇ ｆＮａ ｉ ｔｏ ａ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｏｌ ｙ，Ｗ ｕｈａ ３ ６ ｎ ４ ００ ３，Ｃｈ ｎａ ｉ ）
以天津 港为例 ， 分船 型 （ 杂货 船 、 船 、 装 在 散 油 集 箱 船 、 装船 、 滚 液货 船 与 社 会 船 ） 的基 础 上对 交 通 量 进行 预测 ， 由于各 类 船 舶 的交 通 量 发 展 趋 势与 其 影 响 因素 不尽 相 同 ， 得 总船 舶 交 通 量 预 测 的复 杂 性 使 进一 步加 大 ¨ 。根 据 ２ ０ ８ ］ ０ ８年 天 津市 统 计 年 鉴 中历 年 的相关 数 据 ， 析 了 天 津港 主航 道 船 舶交 通 量 中 分
预测误 差 不可避免 地存 在 。 】 ］ 近 年来 广大学 者在 对我 国沿海 主要港 口水域 船
舶 交 通 量 进 行 系 统 分 析 的 基 础 上 ， 合 定 量 与 定 性 结
因此 ， 根据船 舶种类 的通 常划分 方法 ， 将船 舶交
通量分 为散 杂货船 、 油船 、 集装 箱船 、 滚装船 、 液货 船
刘 敬 贤 ， ： 于广 义 回 归 神 经 网 络 的 船 舶 交 通 量 预 测 模 型 等 基
７ ５
归神经 网络 （ ｅ ｅａ ｇｅ ｓ ｎ Ｎｅ ｒｌ ｔ ｒ Ｇ ｎ ｒｌ Ｒｅ ｒｓｉ ｕａ Ｎｅｗｏｋ， ｏ
ＧＲＮＮ） 别 进 行 预 测 ， 后 将 预 测 数 据 融 合 为 总 的 分 然
ｔ ｅｓ ｉｓａ ｅｄｖｄ ｄ ｉｔ ａｅ ｏ ｉｓｂ ｓｄ ｏ ｈ ａａｏ ｈｐ ｔａｆｃｆ ｗ ｒ ｖｄ ｄ ｂ ｈ ｈｐ ｒ ｉｉｅ ｎ ｏ６ ｃｔｇ ｒｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅｄ ｔ ｆｓ ｉ ｒ ｆｉ ｌ ｐ ｏ ｉｅ ｙ ＶＴＳ Ｃｅ ｔｒｏ ｈ ａ ｊ ｏ ｎ ｅ ｆｔ ｅＴｉｎｉ ｎ
有 预 测 模 型 和 方法 不 足 的基 础 上 ， 绍 了 广 义 回 归 神 经 网络 Ｇ ＮＮ 的 基 本 原 理 与 拓 扑 结 构 。不 同 类 型 船 舶 受 各 介 Ｒ