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区域航道的船舶交通量预测
李娜，杨亚东
武汉理工大学航运学运，武汉（430063）
摘 要：船舶交通量预测是航道港口工程中一项重要内容，为航道和港口的建设规模等提供
了重要的依据。现今国内外已有多种船舶量预测方法，目前国内较为成熟的是大连海事大学
的吕靖和方祥麟教授提出的 CSFM模型(Composite Systematic Forecasting Model)。本文将从
“交通——经济”的角度出发，探究航道间船舶交通量的关联，将区域公路上“四阶段预测
法”的思想和理论应用到区域航道的船舶交通量的预测中。
关键词：船舶交通量预测；四阶段预测法；区域航道
1 引言
船舶交通流量预测是航道发展战略中不可或缺的一环。它为航道未来的发展定位、航道
基础设施建设规模的确定以及航道管理的策略制定等方面提供了重要依据。船舶交通流量预
测是将水运工程技术和经济预测技术有效结合的起来的一个新兴的学科领域。从技术层面上
讲，对船舶交通流量的预测比一般的市场预测等所要考虑的影响因素和指标更为复杂和繁
多。它是与水运经济有关的预测，但又不完全属于经济预测的范畴，因为水运经济本身受政
治、政策、社会的影响远大于其它的经济现象，这要求在预测过程中必须因地制宜地采用适
合的预测方法。[1]目前，船舶交通量预测采用的方法很多，按照性质大体可分为定性预测方
法和定量预测方法。常用的船舶交通量预测方法有时间序列法、弹性系数法、回归模型、
BP 神经网络、灰色预测法等。但是一般的预测方法反应的只是单条航道的船舶交通量发展
规律，并没有揭示出区域航道之间船舶流量的相互影响。“四阶段预测法”是公路交通需求
预测中的经典方法，它能较好地解决网络交通量的预测问题。区域航道网船舶流量预测与公
路网络交通需求预测有着极为相似的地方，因而可将该方法引入到航道网船舶流量预测的研
究中来，并根据航道中船舶流的特点对该方法进行具体的分析应用。
2 四阶段法预测的基本思想
四阶段预测法是充分利用区域经济学分区理论来预测未来的交通量水平。航道交通量与
地方经济发展同样存在弹性关系，因此可以将“四阶段预测法”推广到航道交通预测问题的
分析过程中。首先根据历年交通统计资料与经济统计资料的关系推导出“交通——经济”关
系发展模型，再根据区域经济发展规划指标，适当调整确定各区域经济发展水平，求得船舶
交通量的发展速度。然后根据未来船舶数量及有关航道网资料，把船舶数量分配到未来的航
道网上，得到拟建项目和其他相关航道的未来交通量。[2]
“四阶段预测法”的基本思想为：（1）根据历年的统计资料与经济统计资料间的关系
建立“交通——经济”关系发展模型；（2）根据水域所处地区的经济发展速度，求得船舶
数量发展速度，并以此推算将来船舶量的分布；（3）根据航道状况和所在水域的经济发展
状况，推测未来的船型。（4）根据未来交通分布及有关航道网络资料，把船舶分布量分配
到未来的航道网上，得到拟建项目及其它相关航道未来的船舶交通量。
根据四阶段预测的基本原理和方法，针对水运船舶流的特点和现状，需要在基础资料的
统计、预测模型的建立以及参数选取作中做适当的改变。
确定研究对象
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航道交通量的预测中，研究调查的对象从公路的车流转变为航道上的船舶流。因此，在
交通 OD 调查这一块，将行人的出行量搜集变为了航道所处水域货运量的基础资料调查，包
括货物的时段运量、货物流向和货物种类等，并制作成 OD 表，作为预测的基础数据。
确定预测的四个阶段
公路交通量预测包括交通生成预测、交通分布预测、交通方式预测和交通分配这四个阶
段，所以简称“四阶段法”。[3]根据四阶段法的基本思想，同样可以将区域航道的交通量预
测分为四个阶段。公路运输的特点是线路多且有交织，输运方式也比较灵活，因而选择的运
输路线随机些，对环境条件的依耐性小。与公路网相比，区域航道的线路较为简单，运输线
路的选择对外部环境的依耐性大。而区域航道船型的发展也对其船舶数量的预测有重要的影
响。所以根据航道运输自身的特点，预测其交通量的步骤应为货运量生成预测、货运量分布
预测、船型发展预测和船舶交通量的分配这四个阶段。
3 区域航道货运量预测
货运量的生成预测
货运量生成预测是四阶段预测中的第一个阶段，也是整个预测过程最基本的阶段，目的
是求得整个水域所处地区的货运总量，即货运生成量。基本方法是将整个水域的航道划分出
几个航道断面，并得出的是各个航道断面的货运生成量，如图 1 所示：
iT jT
图 1 断面货运生成示意图
影响航道货运量的软性指标很多,如政府宏观经济政策、区域社会经济发展水平、产业
布局、综合运输网络结构、各运输方式的单位成本等。通过对这些影响因素的综合分析，发
现社会经济发展水平即 GDP 是最直接、最主要的影响因素，且易于统计计算。[4]
货运量生成因素与单个码头的货物吞吐量、码头运作效率和当地的 GDP 有关，所以预
测模型为
)()( k
iii
k
i tT ∑= βα
式中：
)(k
iT 为航道断面 i货物种类为k 的货物总生成量；
)(k
it 为 i断面内单个码头内货物
种类为k 的货物吞吐量； iα 为 i断面内单个码头的运作效率； iβ 为 GDP 影响系数。
货运量的分布预测
货运量分布预测是第一阶段所得到的区域航道上单个货运生成总量转换成断面间的货
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运流量，即空间的货运 OD 量，得出 OD 矩阵，如图 2 所示：
ijq
图 2 货运量分布示意图
图中 ijq 为航道断面 i和 j间的货运流量。
货运量分布的一般预测方法是增长系数法。该方法假定的预测分布形式与现有的分布形
式相同，在已知 i jq 为现在货运量分布基础上，研究目标年的 OD 表。常用的增长系数法包括
常增长系数法、平均增长系数法、底特律法、福莱特法和佛尼斯法等。预测模型一般形式为：
t
t qq )1(0 γ+=
式中： tq 为预测值； 0q 为基值年；γ 为确定的增长率； t为预测年限。[5]
增长率γ 的确定要符合实际情况。如若有 1999～2005 年的数据，就用 2000 和 1999 的
增长率，计算得到 2000 年的预测值，以此类推。然后检验预测值与真实值的差异性，即模
型检验。但如果各年的增长率差异太大，就需将原始值平滑后再算增长率，然后将平滑后的
值作为“原始值”进行预测。一般情况下，原始数据都是要平滑后的值。而一般的增长率，
都是取各基年数据增长率的平均值。
4 船型发展预测
货运量生成预测与货运量分布预测研究的对象是货物的流量，其预测目的是为船型发展
设计提供定量的依据。这些各种各样船舶在船型上的差异对同样货运量而言，选择不同的运
载船型会导致产生船舶交通量的不同，因此船型发展预测是非常重要的。所谓交通方式划分
船型发展预测是划分未来航道上可航行船舶的船型及每种船型在所有船舶数量占有的比例
或者份额。船型发展预测是船舶交通量预测的重要部分，只有确定未来航道上可航行船舶的
船型及比例，才能将前面预测的货运量转换成船舶交通量。船型发展预测的难点是量化船舶
船型的发展因素。
船型包括船舶的种类和尺度（长度、宽度和吨位）。航道上的可行船舶显然与航道的等
级、货运量和当地经济发展有关。船型发展预测是一个复杂的问题分析，即需要量化的预测
方法来预测，也需要针对航道的情况做具体的定性分析。将货运量转换成船舶交通量时，还
会涉及到标准船型的问题。因为船舶的种类和尺度不能统一，且差异较大，若没有一个标准
船型来消除这种差异，则得出的船舶交通量没有实际意义。我国通常采用以“安全指数法”
评估海上交通安全时提出的系数，见表 1。[6]
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表 1 中国船舶换算系数
船舶
总吨
位（t)
100
以下
100
～
500
500
～
3000
3000
～
6000
6000
～1
万
1
万～
万
1
万～
2 万
2
万～
3 万
3
万～
4 万
4
万～
6 万
6 万
以上
船长
（m）
30 以
下
30～
50
50～
90
90～
115
115
～
135
135
～
155
155
～
170
170
～
195
195
～
215
215
～
246
246
以上
换算
系数 1 2 3 4
标准船舶的尺度并不是一成不变的，在不同的水域中有具体的应用标准。选择在该水域
通航船舶中所占最大比例的船舶尺度作为标准船，并假设该船的换算系数为 1，其他吨位的
船舶以此为基础采用不同的换算系数进行换算。而换算系数与船舶占用航道面积和时间及运
载吨位有关。
5 船舶交通量分配
船舶交通量分配是通过分析在特定外部环境（如航道等级，航道基础设施，船舶控制方
案等）下，航道船舶流量的分配情况。通过将第三阶段得到的船舶交通量分配到具体的航道
网上，模拟船舶运输对于航道路径的选择。常用的分配模型为：
1
( )
( )
( )
ij
k
ij
ijkij
k ij ij mij ij
l l
ijl
l
c
cbc
f t q q
bc c
c
β
β
=
−
−= =− −∑ ∑
式中： ijkf 为 i，j 之间 OD点对的分配到有效路径 k的船舶交通量； ijq 为 i与 j 之间的
货运量分布； ijc 为路径 k的实际交通阻抗；β为无量量纲参数。
船舶交通量分配的重点是怎样设定路阻函数，将分配过程量化。路阻函数 ijc 与航行路
线的安全性、舒适性、航行时间、航行距离和费用有关。
6 总结
本文从“交通——经济”的角度出发，初步探讨了公路交通量的四阶段预测理论在区域
航道船舶交通量预测中的应用，为客观反映出水路运输中船舶交通量的变化，制定未来航道
发展规划战略、合理利用资源和充分发挥水运设施的效益等提供了重要依据。但是“四阶段
预测法”是来源于公路交通理论，针对水运交通量更容易受经济影响的特点，在预测过程中
应作更为细致的探索研究。
参考文献
[1] ．Forecasting in Business and Economics [J]．Academic press,9(4):89-112, InC．2000.
[2] 蒋璘晖. 《“四阶段预测法”在航道货运量预测中的应用》[J]. 中国水运，2009 年第 6 期.
[3] 田智慧，王世杰. 《基于四阶段预测理论的公路交通量预测研究》[J]. 郑州： 郑州大学学报(工学版)，
2008 年第 03 期.
[4] 钱芳.《水运量预测方法及其应用研究》[J]. 南京：河海大学，2006 年 6 月.
[5] 黎伟.《基于四阶段法的城市轨道交通客流预测模型研究》[J]. 重庆：重庆大学，2008 年 6 月.
[6] 刘敬贤.《大型海港进港主航道通过能力及交通组织模式研究》[M].武汉：武汉理工大学，2009 年 4 月
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Vessel traffic volume forecast of Regional channel
Li Na，Yang Yadong
Navigation college of wuhan university of technology，Wuhan (430063)
Abstract
Vessel traffic volume forecasting is an important content in channel and port engineering, which
provides basis for channel and port construction scale. Currently, several ship volume forecasting
methods are proposed at home and abroad. Among the models, the CSFM( Composite Systematic
Forecasting Model) proposed by Professor Lv Jing and Fang Xianglin from Dalian Maritime
University is comparatively ripe. From the aspect of transportation- economy, this thesis deals with the
relations of ship traffic volume among channels. The thoughts and theory of
four-step-forecasting-method used in regional highway is applied to the forecasting of regional channel
ship volume.
Keywords: vessel traffic forecast; four-step-forecasting-method; regional channel
作者简介：
李娜，女，1985 年生，硕士研究生，主要研究方向交通安全和环境保障。
杨亚东，男，1963 年生，副教授，主要研究方向船舶驾驶及海事管理。
