煤炭需求最优组合预测

2007年第11期煤炭工程研究探讨煤炭需求最优组合预测侯运炳，张文，张浩，彭勃，潘仁飞(中国矿业大学(北京),北京10083)摘要:影响煤炭需求的因素复杂，不同的预测方法会有不同的预测结果。论文通过对河北省煤炭需求影响因素的分析，建立了部门分析灰色系统与计量经济结合的优化组合模型，对河北省煤炭需求作了回归模拟，取得了比较理想的检验效果，并利用组合模型预测了河北省2007 ~2012年的煤炭需求。关键词:煤炭需求预测;灰色模型;计量经济模型中图分类号: F206文献标识码: B文章编号: 1671 -0959(2007)11-0075-04煤炭需求受各种复杂因索影响，其预测方法也有多种。煤进行划分，即将需用煤炭部门分为第一、二、三产业和根据煤炭按部门消费特点和煤炭消费的时间序列特点,建城乡居民生活用煤等部门。立部门分析灰色系统模型与计量经济模型的优化组合模型，具体部门的能源需求强度的预测，可以根据历史数据预测河北省的煤炭简求。采用灰色系统理论进行预测，该理论能够解决数据样本小、贫信息的不确定系统的预测问题。1部门分析灰 色预测模型1995 ~2004年河北省第一、二、三产业单位产值所消根据煤炭消费特点，用煤部门可按产业结构和生活用耗的煤炭如表1所示。表1河北省各产业 单位产值煤炭消耗表万V亿元F份1995199619971998199920002001200220032004第产业 0.06930. 05590.04720.04390.03930. 03610.02990.02430. 01970.0153第二产业6. 9495. 6394.8284.5954.3563.9193. 8843. 9023.5493.22第三产业0. 25970. 24440.21470. 20150. 18770.17890. 16950. 15350. 1392 .0.123顶板垮落对采场瓦斯依度增大的百分率越小。.员354)在工作面倾角相同的条件下，采空区顶板全垮比采空区上半部垮落或下半部顶板垮落时瓦斯浓度开始增大的25 t时间短，采空区上半部垮落比下半部筠落时瓦斯浓度开始2015增大的时间短。10参考文献:[1]李树刚，刘志云，综放面矿山压力与瓦斯涌出监铡研兖22.5[J]. 2002, 19(1): 100- 103.采空区瓦斯浓度1%[2]李树刚，综放开采围岩活动及瓦斯运移[M]. 徐州:中国◆-工作面倾角0°状态下矿业大学出版社，2000; 60-72.工作面倾角10'状态下[3]王家臣，王进学，沈杰,等顶板垮落诱发瓦斯灾害的理论-士工作面候角30°状态下分析[J].采矿与安全工程学报，2006, 23(4): 379 ~團10采空区顶板全部垮落 时工作面82.初始瓦斯浓度成正比。[4} liHM, XiongZQ, CaiJ D. Study on the Relation between2)工作面上部采空区顶板垮落较下部顶板垮落对工作the Gas Emision and Complex Kinetic Proes of coal Face [C].面瓦斯浓度的影响要大,特别是在采空区瓦斯浓度较高时，Proeeding of the 2007 ' intermational Bympoeiun oa salety上部顶板垮落对工作面瓦斯浓度的影响更大。science and technology: Purt A. Beijin: Science Pres,3)煤层倾角越小,采空区顶板垮落对采场瓦斯浓度影中国煤化工任编辑崔永丰)响增大的百分率越大,相反,工作面倾角越大,则采空区THCNMHG收稿日期: 2007 -06 -29作者简介:侯运炳(1962- ), 男，博士,中国矿业大学(北京)教授，主要从事资源开发与规划、系统工程研究。75研究探讨煤炭工程2007年第11期.1.1第一产业煤炭 需求强度预测i=((1), (2), ..,彩(10))由表1中第- -产业单位产值煤炭消统计数据得:= ( 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))残差序列为:= ( 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,引人一阶弱化算子D,令:0.000, 0.00015，-0. 0046，-0. 0089)x(°D = . (x("(1)d,X(o) ()d,()d,x("(4)d, .其相对误差序列为: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)其中预测平均绝对误差为: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，其预测精度为- -级。同时由于a =0.0149 <0.3.x' (0)D = (x(°》(1)d,x(0) (2)d,x(')(3)d,XI0) (4)d,因此可用该模型对河北省第一产业单位产值煤炭需求进行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,中长期预测。利用该模型可以预测2007 ~2012年河北省第一产业的煤炭消耗强度分别为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 第二产业煤炭需求强度预测由表1可看出，河北省第二产业单位产值煤炭消耗的0.0246, 0. 0219, 0.0175, 0. 0153)。变化比较平缓，所以不引人弱化算子直接进行灰色建模预则X的1- AGO序列为:.x"= (x("(1),x("(),X"(3) ,x"(4) ,x"(5),测。和第一产业需求强度预测-样,得到预测的时间响应方程式为: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)设:dx-+ax") =b经检验该模型可用。利用该模型给出2007 -2015年河对x")作紧邻均值生成。令北省第二产业煤炭的消耗强度分别为: 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 第三产业煤炭需求强度预测0.2139, 0.2372, 0. 257, 0.2734)采用灰色系统理论方法对第三产业单位产值煤炭需求于是: .进行预测。对原始数列引人一阶弱化算子,得到预测的时rx(2).间响应方程式为:-")(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)按最小二乘法求得参数a, b的估计值为:经检验该模型可用。利用该模型给出2007 ~ 2020年河a=(a,b") =(B'B)~B'y=p0. 086431北省第三产业煤炭的消耗强度分别为: 0. 1202、0. 1156、lo, 04296」0.111.0. 1067.0. 1026、0. 0986.则GM(1, 1)模型白化方程为:1.4城乡居民生活对煤炭需求强度预测1995 ~ 2004年河北省城乡单位人口所消耗的煤炭如表s.+0.08643x" = 0.042962所示(7.8。其时间响应方程式为:利用灰色系统理论分别建立GM(1, 1)模型对城镇、px"(k+1) = (x"(1)-b/a)e* +b/a农村中国煤化工7~2012河北省城镇! =- 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河北省乡村人均煤由此得到的模拟序列为:炭需求强度分别为: 0.1946、 0.195、 0. 1954、0. 1958、762007年第11期.某炭工程研究探讨0. 1962、0. 1966。预测河北省国民经济发展状况如表3所示。1.5河北省中长期堞炭总的需求预测河北省人口自然增长率按6%计算,其人口预测如表4根据河北省“十-五”规划目标及经济结构调整目标，所示。表2河北省人口煤炭消费表t●人-1年份199519961997199819992000200120022003 .2004市镇0.5160 0. 56640.5941 0. 45340.44370.41440.4016 0. 36460.28960. 2650农村0.17760. 19480. 23630. 18160. 18550. 18380. 18670. 18540.1986 0. 1965表3河北省国民经济发展状况预测人第一产业第二产业第三产业总产值/亿元产值/亿元比例/%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河北省人口预测2007总人口6932697016705871007143城镇205221422242234324572566488048324772471546434577 .利用前面预测的河北省第一产业煤炭消耗强度,第二应、 长期影响，以及经济变量之间的动态影响关系，可用产业煤炭消耗强度，第三产业煤炭消耗强度,城镇人均煤于评价经济政策的中长期效果，属于动态计量分析的范畴。炭消耗，农村人均煤炭消耗,可预测出河北省2007 ~ 2012在研究目的、功能方面，与一般多元线性回归模型都有羞年各年的煤炭需求量分别为: 19234 万t、19917 万1、20608别万t、21326万1、21793万t、2283万l。通过现式估计法，得出河北省煤炭需求预测的无约束混合有限多项式分布滞后模型为:2煤炭需求的计经济模型y, =a +∞书+a1 +β口+A2y-2河北省煤炭需求不仅受当前GDP产值的影响，而且在其中y,为第I年的煤炭需求量, x为第6年的CTP值,其很大程度上要受到过去CDP产值以及过去的煤炭消耗量的他为相应变量的不同滞后，并且为了尽量降低变量间的公影响(用能习惯)。正是甚于这种考虑，可采用无约束混合线性问题，取有限多项式分布滯后法预测河北省的煤炭需求。B =λo +λi+λi,i=1,2无约束混合有限多项式分布滞后模型为:这样进-步将河北省煤炭需求的无约束混合有限多项式分布滞后模型转化为:]; =a。+ax +ax*-1 +" + a-61)+B +. +βrm从形式上看，这种滞后模型好像是含有解释变量及被+A.(y_1 +2r2) +A2(7- +4y.2)解释变量滞后项的多元回归模型，但无约束混合有限多项根据河北省1995 -2004年的GDP产值以及煤炭消耗情式分布滞后模型主要用来研究经济变量作用的时间滞后效况(表57"),利用SPSS统计软件，得到表6分析结果。表5河北省CDP产值(亿元)及煤炭消耗f t(方t)_1998中国煤化工2003GDP产值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研究探讨煤炭工程2007年第11期.表6计算参数代人上式求解，得:Modelu, =0.445,x02 = 0.55Constant6594. 481. 51911.4390.996从而得到煤炭需求组合预测模型:Varl0. 2020. 230111. 4390. 996y, =0.445y。 + 0.55Var20.5630.664利用该组合模型对河北省2007 ~ 2012年的煤炭需求进Vas33.841行预测，结果分别为19035万t、20088万t、20607 万t、Van4022088 万t、22982 万1、23766万t。Vas-0.758-3.876 11.439 .4结语从表6的分析可以看出，不论是模型的拟合度R还是通过组合预测，给出了河北省2007年以后未来5年各F检验以及t检验效果，都达到了比较满意的程度。根据分年的煤炭需求量，可供相关决策部门参考。析结果,建立河北省煤炭需求预测的无约束混合有限多项组合预测模型更为全面地考虑了煤炭需求的特点和影式分布滞后模型:响因素，因此较单- -模型具有更好的预测精度。y, = 6594.486 +0.202x, +0.563x_. +1.211y,. -1.06y,x参考文献:利用本预测模型对河北省2007 ~2012年的煤炎需求量[1曹文虎，侯运焖，薛黎明，青海省能源矿产莆求预测斫究进行预测，结果分别为18877.63 万t、 20227.6 万t、[J].金属矿山，2004, (7): 8-11.21577.6万t、2700.8万、23937.4万t、 24957.7万 t。[2能源发展趋势的非线性优化组合预测模梨研究[J].华北3优化组合预测电力大学学报, 2002, 29(3): 64~67.组合预测就是把多个基于不同假设条件下的预测模型冯述虎，侯运炳基于时序分析与神经网络的能源产量预测模型[J].辽宁工程技术大学学报，2003, 22(4): 168 -的预测结果加权线性组合作为预测结果的预测方法”。组171.合预测模型包含了各单个模型所包含的有用信息，因此能[4]彭建良. 能源消费量模拟分析和预测的神经网络方法[J].改善模型的拟合能力和提高预测精度。组合预测方法的关系统工程理论与实践，1998， (7): 76-83键是确定组合权系数。在这里以误差平方和最小为优化标[5]尹春华, 颇培亮基于灰色序列生成中缓冲算子的能源预测准求解权系数。[]. 系统工程学报，2003. 18(2): 189 ~192.设时i段的实际煤炭需求量为y,(t=1, 2, . n), y[6]刘恩峰， 等灰色系统理论及应用[M}. 北京:科学出版.表示部门分析灰色模型t时刻的预测值，yz 表示计量经济杜，2004.模型:时刻的预测值, w,(i=1, 2)表示权系数。建立如下[7河北省统计局2005 年河北省经济年鉴[M].北京:中国权系数优化模型: .统计出版社，2005.[8]国家统计局. 中国能源统计年鉴2004 [M].北京:中国统minz =S(,-wyu -yn)”计出版社, 2005.[9]卢奇， 顺培亮，邱世明.组合预测模型在我国能源消费系统[W; +脚z =l中的建构及应用[J].系统工程理论与实践，2003. (3):lu,uq≥024-30.(贵任编辑崔永丰)选取2000年以后各年河北省煤炭消耗量和预测数据，※信息资讯.建设信息※陕西韩城发现大面积煤层气田目前，有关部门在陕西东北部韩城市发现-一个大面积的煤层气田，已探明地质储量达50亿m'。据悉，该煤层气田,是我国继山西省沁水煤层气田之后的又一重要发现。韩城东临黄河，西枕梁山,始建于夏商时期，有“煤城”之说。煤炭储量达103t,已探明储量27亿i,其中煤层气资源总量为2080亿m',达到开采品位的资源量为1907. 6亿m',此次发现的煤层气田埋深多在地平面以下300 -900m处，较适合进行煤层气开发。中国煤化工据介绍，韩城煤层气田进行规模开发后,除作为城市燃气和煤化IMYHCNMHG过管道输送到天然气主要消费地区。[冽 玮]78