2007年第11期煤炭工程研究探討煤炭需求最優(yōu)組合預(yù)測侯運(yùn)炳，張文，張浩，彭勃，潘仁飛(中國礦業(yè)大學(xué)(北京),北京10083)摘要:影響煤炭需求的因素復(fù)雜，不同的預(yù)測方法會有不同的預(yù)測結(jié)果。論文通過對河北省煤炭需求影響因素的分析，建立了部門分析灰色系統(tǒng)與計量經(jīng)濟(jì)結(jié)合的優(yōu)化組合模型，對河北省煤炭需求作了回歸模擬，取得了比較理想的檢驗(yàn)效果，并利用組合模型預(yù)測了河北省2007 ~2012年的煤炭需求。關(guān)鍵詞:煤炭需求預(yù)測;灰色模型;計量經(jīng)濟(jì)模型中圖分類號: F206文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B文章編號: 1671 -0959(2007)11-0075-04煤炭需求受各種復(fù)雜因索影響，其預(yù)測方法也有多種。煤進(jìn)行劃分，即將需用煤炭部門分為第一、二、三產(chǎn)業(yè)和根據(jù)煤炭按部門消費(fèi)特點(diǎn)和煤炭消費(fèi)的時間序列特點(diǎn),建城鄉(xiāng)居民生活用煤等部門。立部門分析灰色系統(tǒng)模型與計量經(jīng)濟(jì)模型的優(yōu)化組合模型，具體部門的能源需求強(qiáng)度的預(yù)測，可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測河北省的煤炭簡求。采用灰色系統(tǒng)理論進(jìn)行預(yù)測，該理論能夠解決數(shù)據(jù)樣本小、貧信息的不確定系統(tǒng)的預(yù)測問題。1部門分析灰 色預(yù)測模型1995 ~2004年河北省第一、二、三產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值所消根據(jù)煤炭消費(fèi)特點(diǎn)，用煤部門可按產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生活用耗的煤炭如表1所示。表1河北省各產(chǎn)業(yè) 單位產(chǎn)值煤炭消耗表萬V億元F份1995199619971998199920002001200220032004第產(chǎn)業(yè) 0.06930. 05590.04720.04390.03930. 03610.02990.02430. 01970.0153第二產(chǎn)業(yè)6. 9495. 6394.8284.5954.3563.9193. 8843. 9023.5493.22第三產(chǎn)業(yè)0. 25970. 24440.21470. 20150. 18770.17890. 16950. 15350. 1392 .0.123頂板垮落對采場瓦斯依度增大的百分率越小。.員354)在工作面傾角相同的條件下，采空區(qū)頂板全垮比采空區(qū)上半部垮落或下半部頂板垮落時瓦斯?jié)舛乳_始增大的25 t時間短，采空區(qū)上半部垮落比下半部筠落時瓦斯?jié)舛乳_始2015增大的時間短。10參考文獻(xiàn):[1]李樹剛，劉志云，綜放面礦山壓力與瓦斯涌出監(jiān)鍘研兗22.5[J]. 2002, 19(1): 100- 103.采空區(qū)瓦斯?jié)舛?%[2]李樹剛，綜放開采圍巖活動及瓦斯運(yùn)移[M]. 徐州:中國◆-工作面傾角0°狀態(tài)下礦業(yè)大學(xué)出版社，2000; 60-72.工作面傾角10'狀態(tài)下[3]王家臣，王進(jìn)學(xué)，沈杰,等頂板垮落誘發(fā)瓦斯災(zāi)害的理論-士工作面候角30°狀態(tài)下分析[J].采礦與安全工程學(xué)報，2006, 23(4): 379 ~團(tuán)10采空區(qū)頂板全部垮落 時工作面82.初始瓦斯?jié)舛瘸烧?。[4} liHM, XiongZQ, CaiJ D. Study on the Relation between2)工作面上部采空區(qū)頂板垮落較下部頂板垮落對工作the Gas Emision and Complex Kinetic Proes of coal Face [C].面瓦斯?jié)舛鹊挠绊懸?特別是在采空區(qū)瓦斯?jié)舛容^高時，Proeeding of the 2007 ' intermational Bympoeiun oa salety上部頂板垮落對工作面瓦斯?jié)舛鹊挠绊懜?。science and technology: Purt A. Beijin: Science Pres,3)煤層傾角越小,采空區(qū)頂板垮落對采場瓦斯?jié)舛扔爸袊夯と尉庉嫶抻镭S)響增大的百分率越大,相反,工作面傾角越大,則采空區(qū)THCNMHG收稿日期: 2007 -06 -29作者簡介:侯運(yùn)炳(1962- ), 男，博士,中國礦業(yè)大學(xué)(北京)教授，主要從事資源開發(fā)與規(guī)劃、系統(tǒng)工程研究。75研究探討煤炭工程2007年第11期.1.1第一產(chǎn)業(yè)煤炭 需求強(qiáng)度預(yù)測i=((1), (2), ..,彩(10))由表1中第- -產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值煤炭消統(tǒng)計數(shù)據(jù)得:= ( 0.0406， 0.0377， 0.0346， 0.0317， 0.0291,x{°) = (x(°(1) ,x°(2) ,x(°)(3) ,x")(4) ,x(0(5)，0.267, 0.0245, 0. 0224, 0. 0205)x(0(6) ,x(°(7) ,x'")(8) ,x("(9) ,xI0)(10))殘差序列為:= ( 0.0693， 0.0559， 0.0472, 0.0439， 0.0393,8=(e(1), e(2), ", e(10))0.0361, 0.0299, 0.0243, 0.0197, 0.0153)。=(0，-0.00064， -0.00023， -0. 0049, 0. 006,引人一階弱化算子D,令:0.000, 0.00015，-0. 0046，-0. 0089)x(°D = . (x("(1)d,X(o) ()d,()d,x("(4)d, .其相對誤差序列為:x°(5)d,X(0) (6)d,x"(7)d,x("(8)d,x(o) (9)d, .▲= (0，一0.0173，- 0.0067, 0.0151, 0. 0255,x(0) (10)d)。0.0293，0.0059， - 0.0289, 0. 0449)其中預(yù)測平均絕對誤差為:x{°)(k)d = [x(9)(k) +x(9)(k+1-......+.0=0214.1 =0.0184x{(n)]/(n-k+1);k= 1,2*,n,于是得:因此，其預(yù)測精度為- -級。同時由于a =0.0149 <0.3.x' (0)D = (x(°》(1)d,x(0) (2)d,x(')(3)d,XI0) (4)d,因此可用該模型對河北省第一產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值煤炭需求進(jìn)行x{)(5)d,x(O)(6)d,xio) (7)d,x(')(8)d,X(0) (9)d,x'0》(10)d) =0.0406, 0.0371, 0.0343, 0. 0322, 0. 0298,中長期預(yù)測。利用該模型可以預(yù)測2007 ~2012年河北省第一產(chǎn)業(yè)的煤炭消耗強(qiáng)度分別為0.0146、0.0134、 0.0123、0.0275, 0.0246, 0. 0219, 0. 0175, 0. 0153)令X = x'°)D=(x(1),*(2) ,(3),.",x(10)) =0.0112、0. 0103、0. 0095。( 0.0406，0.0371， 0.0343， 0.0322， 0.0298， 0. 0275,1.2 第二產(chǎn)業(yè)煤炭需求強(qiáng)度預(yù)測由表1可看出，河北省第二產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值煤炭消耗的0.0246, 0. 0219, 0.0175, 0. 0153)。變化比較平緩，所以不引人弱化算子直接進(jìn)行灰色建模預(yù)則X的1- AGO序列為:.x"= (x("(1),x("(),X"(3) ,x"(4) ,x"(5),測。和第一產(chǎn)業(yè)需求強(qiáng)度預(yù)測-樣,得到預(yù)測的時間響應(yīng)方程式為:x"(6) ,x")(7),x"(8) ,x'"(9) ,x'"(10)))(h+1) = (x{°(1) +b/a)e-* +b/a= ( 0.0406， 0.0777， 0.112， 0.1442， 0.1741,=- 8.74343-054 +95. 6910. 2016, 0. 2262, 0. 2482, 0.2657, 0. 281)(419)(h+1) =i"(h+1) -“(k)設(shè):dx-+ax") =b經(jīng)檢驗(yàn)該模型可用。利用該模型給出2007 -2015年河對x")作緊鄰均值生成。令北省第二產(chǎn)業(yè)煤炭的消耗強(qiáng)度分別為: 2. 6958、2. 5340、z"(k) =0.5*"(k) +0.5x"”(k-1)得:2. 3820、2.2391、 2. 1048、1. 9785。z(") = (0.0592, 0.0949, 0.1281, 0.1592, 0. 1878,1.3 第三產(chǎn)業(yè)煤炭需求強(qiáng)度預(yù)測0.2139, 0.2372, 0. 257, 0.2734)采用灰色系統(tǒng)理論方法對第三產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值煤炭需求于是: .進(jìn)行預(yù)測。對原始數(shù)列引人一階弱化算子,得到預(yù)測的時rx(2).間響應(yīng)方程式為:-")(3) 1*(3)f*"(h+1) = (x°(1) -b/a)e"* +b/aB=|Y=.=- 4.7474+ 4.9718x"(10)Lx<(10)-:)(k+1) =“”(k+1) -x"(h)按最小二乘法求得參數(shù)a, b的估計值為:經(jīng)檢驗(yàn)該模型可用。利用該模型給出2007 ~ 2020年河a=(a,b") =(B'B)~B'y=p0. 086431北省第三產(chǎn)業(yè)煤炭的消耗強(qiáng)度分別為: 0. 1202、0. 1156、lo, 04296」0.111.0. 1067.0. 1026、0. 0986.則GM(1, 1)模型白化方程為:1.4城鄉(xiāng)居民生活對煤炭需求強(qiáng)度預(yù)測1995 ~ 2004年河北省城鄉(xiāng)單位人口所消耗的煤炭如表s.+0.08643x" = 0.042962所示(7.8。其時間響應(yīng)方程式為:利用灰色系統(tǒng)理論分別建立GM(1, 1)模型對城鎮(zhèn)、px"(k+1) = (x"(1)-b/a)e* +b/a農(nóng)村中國煤化工7~2012河北省城鎮(zhèn)! =- 0.4553e-.014 + 0.4959人均M.CNMHG3、0.238、 0.2263、Lx:9(k+1) = *"(k+1) -&"(k)0. 2152、u.zv40、u.14)。2wi ~zu1L河北省鄉(xiāng)村人均煤由此得到的模擬序列為:炭需求強(qiáng)度分別為: 0.1946、 0.195、 0. 1954、0. 1958、762007年第11期.某炭工程研究探討0. 1962、0. 1966。預(yù)測河北省國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r如表3所示。1.5河北省中長期堞炭總的需求預(yù)測河北省人口自然增長率按6%計算,其人口預(yù)測如表4根據(jù)河北省“十-五”規(guī)劃目標(biāo)及經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整目標(biāo)，所示。表2河北省人口煤炭消費(fèi)表t●人-1年份199519961997199819992000200120022003 .2004市鎮(zhèn)0.5160 0. 56640.5941 0. 45340.44370.41440.4016 0. 36460.28960. 2650農(nóng)村0.17760. 19480. 23630. 18160. 18550. 18380. 18670. 18540.1986 0. 1965表3河北省國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r預(yù)測人第一產(chǎn)業(yè)第二產(chǎn)業(yè)第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值/億元產(chǎn)值/億元比例/%12464. 61583. 012.706383. 151. 214498. 436.09200813835.71715.612. 40.7046.550.935073. s36.67200915357.61862.812. 137770.950.605723. 737.27201017046. 92021. 711. 86.8569.450.276455.637.87201118666. 32163.411.599321.949.947180. 938.47201220439.52313.711.3210140.049.617985.739.07表4河北省人口預(yù)測2007總?cè)丝?932697016705871007143城鎮(zhèn)205221422242234324572566488048324772471546434577 .利用前面預(yù)測的河北省第一產(chǎn)業(yè)煤炭消耗強(qiáng)度,第二應(yīng)、 長期影響，以及經(jīng)濟(jì)變量之間的動態(tài)影響關(guān)系，可用產(chǎn)業(yè)煤炭消耗強(qiáng)度，第三產(chǎn)業(yè)煤炭消耗強(qiáng)度,城鎮(zhèn)人均煤于評價經(jīng)濟(jì)政策的中長期效果，屬于動態(tài)計量分析的范疇。炭消耗，農(nóng)村人均煤炭消耗,可預(yù)測出河北省2007 ~ 2012在研究目的、功能方面，與一般多元線性回歸模型都有羞年各年的煤炭需求量分別為: 19234 萬t、19917 萬1、20608別萬t、21326萬1、21793萬t、2283萬l。通過現(xiàn)式估計法，得出河北省煤炭需求預(yù)測的無約束混合有限多項式分布滯后模型為:2煤炭需求的計經(jīng)濟(jì)模型y, =a +∞書+a1 +β口+A2y-2河北省煤炭需求不僅受當(dāng)前GDP產(chǎn)值的影響，而且在其中y,為第I年的煤炭需求量, x為第6年的CTP值,其很大程度上要受到過去CDP產(chǎn)值以及過去的煤炭消耗量的他為相應(yīng)變量的不同滯后，并且為了盡量降低變量間的公影響(用能習(xí)慣)。正是甚于這種考慮，可采用無約束混合線性問題，取有限多項式分布滯后法預(yù)測河北省的煤炭需求。B =λo +λi+λi,i=1,2無約束混合有限多項式分布滯后模型為:這樣進(jìn)-步將河北省煤炭需求的無約束混合有限多項式分布滯后模型轉(zhuǎn)化為:]; =a。+ax +ax*-1 +" + a-61)+B +. +βrm從形式上看，這種滯后模型好像是含有解釋變量及被+A.(y_1 +2r2) +A2(7- +4y.2)解釋變量滯后項的多元回歸模型，但無約束混合有限多項根據(jù)河北省1995 -2004年的GDP產(chǎn)值以及煤炭消耗情式分布滯后模型主要用來研究經(jīng)濟(jì)變量作用的時間滯后效況(表57"),利用SPSS統(tǒng)計軟件，得到表6分析結(jié)果。表5河北省CDP產(chǎn)值(億元)及煤炭消耗f t(方t)_1998中國煤化工2003GDP產(chǎn)值2849.534533953.8 .42564569.20H.CNMH(7098.6 8837煤炭消耗量10983.5 11383. 311612.4 11416.3 11641. 811890 12040.8 13154.J 14841.4 169537研究探討煤炭工程2007年第11期.表6計算參數(shù)代人上式求解，得:Modelu, =0.445,x02 = 0.55Constant6594. 481. 51911.4390.996從而得到煤炭需求組合預(yù)測模型:Varl0. 2020. 230111. 4390. 996y, =0.445y。 + 0.55Var20.5630.664利用該組合模型對河北省2007 ~ 2012年的煤炭需求進(jìn)Vas33.841行預(yù)測，結(jié)果分別為19035萬t、20088萬t、20607 萬t、Van4022088 萬t、22982 萬1、23766萬t。Vas-0.758-3.876 11.439 .4結(jié)語從表6的分析可以看出，不論是模型的擬合度R還是通過組合預(yù)測，給出了河北省2007年以后未來5年各F檢驗(yàn)以及t檢驗(yàn)效果，都達(dá)到了比較滿意的程度。根據(jù)分年的煤炭需求量，可供相關(guān)決策部門參考。析結(jié)果,建立河北省煤炭需求預(yù)測的無約束混合有限多項組合預(yù)測模型更為全面地考慮了煤炭需求的特點(diǎn)和影式分布滯后模型:響因素，因此較單- -模型具有更好的預(yù)測精度。y, = 6594.486 +0.202x, +0.563x_. +1.211y,. -1.06y,x參考文獻(xiàn):利用本預(yù)測模型對河北省2007 ~2012年的煤炎需求量[1曹文虎，侯運(yùn)燜，薛黎明，青海省能源礦產(chǎn)莆求預(yù)測斫究進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果分別為18877.63 萬t、 20227.6 萬t、[J].金屬礦山，2004, (7): 8-11.21577.6萬t、2700.8萬、23937.4萬t、 24957.7萬 t。[2能源發(fā)展趨勢的非線性優(yōu)化組合預(yù)測模梨研究[J].華北3優(yōu)化組合預(yù)測電力大學(xué)學(xué)報, 2002, 29(3): 64~67.組合預(yù)測就是把多個基于不同假設(shè)條件下的預(yù)測模型馮述虎，侯運(yùn)炳基于時序分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能源產(chǎn)量預(yù)測模型[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2003, 22(4): 168 -的預(yù)測結(jié)果加權(quán)線性組合作為預(yù)測結(jié)果的預(yù)測方法”。組171.合預(yù)測模型包含了各單個模型所包含的有用信息，因此能[4]彭建良. 能源消費(fèi)量模擬分析和預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[J].改善模型的擬合能力和提高預(yù)測精度。組合預(yù)測方法的關(guān)系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，1998， (7): 76-83鍵是確定組合權(quán)系數(shù)。在這里以誤差平方和最小為優(yōu)化標(biāo)[5]尹春華, 頗培亮基于灰色序列生成中緩沖算子的能源預(yù)測準(zhǔn)求解權(quán)系數(shù)。[]. 系統(tǒng)工程學(xué)報，2003. 18(2): 189 ~192.設(shè)時i段的實(shí)際煤炭需求量為y,(t=1, 2, . n), y[6]劉恩峰， 等灰色系統(tǒng)理論及應(yīng)用[M}. 北京:科學(xué)出版.表示部門分析灰色模型t時刻的預(yù)測值，yz 表示計量經(jīng)濟(jì)杜，2004.模型:時刻的預(yù)測值, w,(i=1, 2)表示權(quán)系數(shù)。建立如下[7河北省統(tǒng)計局2005 年河北省經(jīng)濟(jì)年鑒[M].北京:中國權(quán)系數(shù)優(yōu)化模型: .統(tǒng)計出版社，2005.[8]國家統(tǒng)計局. 中國能源統(tǒng)計年鑒2004 [M].北京:中國統(tǒng)minz =S(,-wyu -yn)”計出版社, 2005.[9]盧奇， 順培亮，邱世明.組合預(yù)測模型在我國能源消費(fèi)系統(tǒng)[W; +腳z =l中的建構(gòu)及應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2003. (3):lu,uq≥024-30.(貴任編輯崔永豐)選取2000年以后各年河北省煤炭消耗量和預(yù)測數(shù)據(jù)，※信息資訊.建設(shè)信息※陜西韓城發(fā)現(xiàn)大面積煤層氣田目前，有關(guān)部門在陜西東北部韓城市發(fā)現(xiàn)-一個大面積的煤層氣田，已探明地質(zhì)儲量達(dá)50億m'。據(jù)悉，該煤層氣田,是我國繼山西省沁水煤層氣田之后的又一重要發(fā)現(xiàn)。韓城東臨黃河，西枕梁山,始建于夏商時期，有“煤城”之說。煤炭儲量達(dá)103t,已探明儲量27億i,其中煤層氣資源總量為2080億m',達(dá)到開采品位的資源量為1907. 6億m',此次發(fā)現(xiàn)的煤層氣田埋深多在地平面以下300 -900m處，較適合進(jìn)行煤層氣開發(fā)。中國煤化工據(jù)介紹，韓城煤層氣田進(jìn)行規(guī)模開發(fā)后,除作為城市燃?xì)夂兔夯疘MYHCNMHG過管道輸送到天然氣主要消費(fèi)地區(qū)。[冽 瑋]78