【硕士论文】基于BP人工神经网络的船舶交通流量预测研究.pdf

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要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起来的一个新兴的学科领域。近年来，我国沿海及长江流域的各条“黄金水道”船舶交通流量迅速增加，一方面为我国的经济、社会发展做出了重要的贡献，另一方面，由于船舶交通流量的增加，水上交通事故频发，造成了巨大的损失，这就对各水道或航道的规划设计和通航管理提出了更高的要求。船舶交通流量预测的研究就是为水道的规划、设计和船舶通航管理提供基础性依据。由此，本文从一个全新的研究视角建立BP人工神经网络模型来预测船舶交通流量。首先，本文对船舶交通流量预测的研究背景、研究目的及意义做了论述，对国内外

2、研究现状作了综述，并对论文的研究思路及方法进行了阐述说明。其次，运用系统工程的相关原理分析了影响船舶交通流量的因素，为船舶交通流量预测模型提供了预测基础。第三，论文对人工神经网络的发展概况、相关概念和理论做了介绍，进而引出BP人工神经网络，阐述了BP算法的数学描述、基于BP神经网络应用于预测的原理，提出了预测研究步骤及预测可行性。然后，详细论述了基于BP神经网络的船舶交通流量预测模型的构建。主要包括以下几方面内容：探讨建立基于BP神经网络的预测模型的关键技术，包括样本的选取与预处理、输入输出变量的选取、隐层节点数的确定、初始权和阈值的选取、激活函数、训练算法与

3、参数的选取，最后建立合理的网络模型。第四，论文以深圳港为实例，以历年船舶交通流量和相关的影响数据为实例样本，借助MATLAB人工神经网络工具箱建立了基于神经网络预测模型。对预测值和实际值迸行了比较和分析论述。通过对深圳港船舶交通流量预测实例的验证，证明该方法在一定误差范围内揭示了船舶交通流量与影响因素之『白J的关系，可用于未来船舶交通流量的预测中。最后，作者对全文的内容作了总结，指出了本文的主要研究成果，并对下一步的研究工作指明了方向。关键词：船舶交通流量；预测模型；人工神经网路；BP网络武汉理1=大学硕士学位论文第1章绪论1．1研究背景和意义近年来，世界水运

4、业发展十分迅猛。主导世界海运业发展的趋势是世界经济、贸易的变化，据相关资料统计显示，1983年后，世界经济在低速增长拉动海运需求秩序增长，使得海运业一直保持稳定的增长趋势，1997年世界海运量达51亿吨，98年受亚洲金融危机影响，出现负增长，1999年随着世界经济复苏，海运量恢复发展，到2000年海运量上升到了54．34亿吨，2003年达到60亿吨。据联合国贸易和发展会议最新的报告显示，受新兴和转型经济体的驱动，2007年世界海运贸易量达到80多亿吨，创下新高纪录。从未来国际环境看，经济全球化己经成为世界经贸发展的大趋势，这将加快对外贸易量的增长，预计未来10

5、年世界经济将保持4％左右的发展速度，其中贸易发展速度将达到6％～7％，服务贸易将达到11％，根据世界海运量可望维持3．5％的发展速度，到2015年世界海运量将达到76亿吨。从我国的实际情况看，党的十六大提出全面建设小康社会的奋斗目标，根据国家宏观发展战略目标，未来我国经贸将持续高速发展，预计未来20年我国GDP将保持7％以上的速度增长，进出口贸易速度将高于GDP的增长速度l～2个百分点左右。中国己成为全球第四大贸易国之一。在此背景下，中国港口新一轮大发展的序幕己经拉开，中国己成为全球航运业的主战场。从1980年到2002年间，水路货运周转量增长了5．24倍，其

6、在全社会综合运输体系中的比重也从当年的43．65％增加到了2002年的54．5％，增长了近11个百分点。截止2005年，我国进出口货物中85％以上都是靠水路运输完成的。未来的水运业发展将满足国家安全的需要，适应能源和原材料大量进口的需要，适应沿海经济率先实现现代化的需要，保障运输渠道高效、畅通，提升国家经济竞争力；交通部制定了我国公路、水路交通实现现代化的阶段目标。到2010年公路水路交通紧张状况全面缓解，对国民经济的制约状况得到全面改善；到2020年，基本适应国民经济和社会发展需要。国家的发展战略目标客观上对水运发展提出了新的要求，这也是指导我国今后水运业的

7、发展目标。可以预见：货运需求将随着我国国民经济发展继续增加，水运货运量在各种运输方式中所占的比重将进一步增大，另外，随着我国不断加大对外开放的程度和“世武汉理工大学硕士学位论文界工厂”功能的进一步完善和加强，预计未来15年到20年内水路货运量将会有较大的增长。船舶运输也会更加频繁，船舶交通流量会进一步增加。水运交通的突飞猛进，造就了我国沿海及长江流域等地的各条“黄金水道”，这些重要的水路交通枢纽，一方面为我国的经济、社会的发展做出了重要的贡献，另一方面，由于船舶交通流量的增加，也会造成水上交通事故频发，给经济带来巨大的损失。因此，这就对各水道或航道的规划设计和

8、通航管理提出了更高的要求。而船舶交通流