基于BP神经网络的中国煤炭资源需求预测模型研究_胡雪棉.docx
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1、 学校代码 10125 专业代码 120204 硕 士 学 位 论 文 题 H基于 BP神经网络的中国煤炭资源需求 预测模型研究 姓 名 _ 胡雪棉 _ 专 业 技术经济及管理 _ 研究方向 项目管理与技术经济评价 指导教师 _ 赵国浩教授 2008年 9月 25日 University Code 10125 Major Code 120204 Shanxi University of Finance & Economics Thesis for Masters Degree Title A Study on forecasting Model of Coal Demand In China
2、Based on BP Neural Network Name Hu Xueniian Major Technological Economy and Manauement Research Orientation Real Estate Management Tutor Professor Zhao Guohao Sep.25, 2008 山 而 財 後 大 # 学位论文原创性声明 本人郑 M声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研 究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外,木论文不包含任何其他 个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究所做出重要贡献的个 人和
3、集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本申明的法律结果由 本人承担。 学位论文作者签名:胡賓棉 日期:讲 3 年以月 $ 日 山面財桎太 # 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保管、使用学位论文的规定,同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和 借阅。本人授权山西财经大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于保密 ,不保密 。在 年解密后适用本授权书。 (请在以上方框内打 “ V” ) 学位论文作者签名:胡 曰 期 : 年 丨 2 月,日
4、摘要 煤炭是中国的基础能源,支撑着国民经济的高速发展。在未来的 4段时期, 煤炭的基础能源地位不会改变。要合理利用煤炭资源,保证中国经济的健康发 展,煤炭需求的预测必不可少。近年来煤炭需求的预测存在一定的不足,精度 较低。人工神经网络是 4门新兴的边缘科学,在复杂系统的建模问题上表现出 了它的优越性。作为人工神经网络的一种, BP神经网络具有高速计算和学习的 特性,具有理论上逼近任意非线性连续函数的能力,在信息不充分的条件下, 在预测等方面能取得很好的应用效果。 本文阐述了 BP神经网络的基本原理,针对传统 BP网络结构和算法的不足, 提出 BP神经网络模型的改进方法,给出基于 BP神经网络的
5、煤炭需求预测模型。 基于 BP神经网络的煤炭需求预测模型的基本原理是: 假设未来煤炭需求和以往 煤炭需求服从同一分布,以往的煤炭需求量是已知的,未来的煤炭需求量是未 知的,通过 BP神经网络对以往煤炭需求量的变动进行模拟,得出以往煤炭需求 量的一般模型,然后通过得出的一般模型得出未来煤炭的需求量。上述程序通 过MATLAT6.5编程实现。基于 BP神经网络的煤炭需求预测,为煤炭需求的研 究提供了一种新的工具。 【关键词】煤炭资源; BP神经网络;改进算法;需求预测 Abstract Coal is a key of basic energy in China, and it supports
6、the rapid development of the national economy. In the coming period, coals based energy position will not change. Therefore the forecast of coal demand is particularly important for the rational use of coal resources and the healthy development of Chinas economy. In recent years, there are some insu
7、fficiencies of the forecast for coal demand. Artificial neural network (ANN) is a rising borderline science, shows its superiority in a complex modeling system. As an artificial neural network, BP neural network has characteristics of high-speed computing and learning, and has the ablilty to approxi
8、mate any nonlinear continuous function. In this paper, the basic principle and disadvantage of BP neural networks was introduced. The improved method of BP neural networks was given and the coal demand forecast model based on BP neural networks was constructed. The principles of coal demand forecast
9、 based on BP neural network are: assuming coal demand both ancient and intending subordinate to the same distribution, the ancient coal demand is known, intending coal demand is unknown, a general model of coal demand comes from simulation of coal demand changes based on BP neural networks, then the
10、 intending coal demand arrives through the ganeral model. It was realized through Matlab6.5. The coal demand forecast model based on BP neural networks, provides a new research tool for research of coal demand forecast theory. 【 Key Words 】 coal resource; BP neural networks; improved algorithm; dema
11、nd forecast 目录 摘要 . 1 ABSTRACT . 2 1 i l.i中国煤炭资源概述 . 1 1.2选题背景及意乂 . 3 1.3能源及煤炭需求预测国内外的研究现状 . 4 1.4人工神经网络的发展及研究现状 . 6 2 BP神经网络的一般原理及改进 . 11 2.1人工神经网络的一般原理 . 11 2.1.1神经网络构成的基本原理 . 11 2.1.2神经网络结构及工作方式 . 12 2.1.3神经网络的学习方法 . 14 2.1.4几种典型的神经网络 . 15 2.2 BP神经网络的基本原理 . 17 2.3 标准的 BP算法 . 19 2.4 BP神经网络存在的问题 .
12、22 3煤炭资源需求分析 . 26 3.1煤炭资源在中国能源消费结构中的地位 . 26 3.2煤炭资源的特点 . 28 3.3煤炭资源需求的特点 . 32 3.4煤炭资源需求的影响因素 . 32 4基于 MATLAB的 BP神经网络煤炭需求预测模型 . 38 4.1 MATLAB 简介 . 39 4.2样本选取及数据预处理 . 40 4.3网络结构的确定 . 41 4.3.1隐含层层数的选择 . 43 4.3.2隐含层节点数的选择 . 43 4.4网络传递函数的选择 . 47 4.5 BP算法的优化及训练函数的确定 . 48 4.6利用训练好的网络进行煤炭需求预测 . 52 5结论与展望 .
13、57 5.1 . 57 5.2展望 . 58 0JCM . 59 致谢 . 64 攻读学位期间发表的学术论文及参加的课题 . 65 1 绪论 1.1中国煤炭资源概述 中国是全球煤炭储量大国。煤炭是世界上储量最多,分布最广的常规能源。 20世纪 90 年代以来,世界煤炭产量在 44一 48亿吨之间,在世界一次性能源生产和消费总量中约占 30%, 是世界经济发展的重要动力支柱 1。中国是煤炭消费大国,煤炭在中国一次能源消费比例高 达 75%以上,高于全球平均水平的 1倍以上。根据 BP能源数据整理, 2006年全球煤炭探明 储量排名如表 1.1所示,美国以 2446亿吨储量稳坐头把交椅,俄罗斯为
14、1570亿吨储量排第 2位,中国和印度分别为 1145和 924亿吨排第 3、 4位。作为煤炭资源大国,中国理应把煤 炭作为主要的能源之一,以保证国家的能源安全。但是,煤炭资源在中国也不是无限制的一 次能源,而且,在现有技术和经济条件下,事实已经证明大量使用煤炭已使中国环境严重污 染,因此,从国家能源战略角度考虑,应该相当谨慎地使用煤炭资源,尽可能使能源来源分 散化和能源消费结构合理化,尽可能通过市场方式充分利用全球的能源资源。 表 1. 1 2006年全球煤炭探明储量排行榜 排名 国家 探明储量 (百万吨) 所占份额( ) 储采比 ( R/P) 1 美国 246643 27.1 234 2
15、俄罗斯 157010 17.3 500 3 中国 114500 12.6 48 4 印度 92445 10.2 207 5 澳大利亚 78500 8.6 210 6 南非 48750 5.4 190 7 乌克兰 34153 3.8 424 8 哈萨克斯坦 31279 3.4 325 9 波兰 14000 1.5 90 10 巴西 10113 1.1 500 资料来源: 围际能源网 煤炭资源支撑着国民经济的发展,在中国一次能源生产和消费中占主导地位。从中国能 源系统实际运行看,自进入 20世纪 80年代末期国民经济高速增长以来,煤炭在一次能源消 费中的比重一直在 2/3以上。 80%以上的煤炭消
16、费用于国民经济的主体 生产建设。因此可 以说,煤炭产业支撑着国民经济的高速发展 2。煤炭作为中国的基础能源,在中国经济与社 会发展中起着重要的作用。随着国民经济的逐步提升,中国能源消费总量也在逐年增加,从 1990年的 987.03Mtce (Mtce:百万吨煤当量 或百万吨标煤 ) 增加到 2006年的 2446.82Mtce, 年均增长 6.42%。其中煤炭消费总量从 752.12Mtce增至 1627.14Mtce, 年均增长 20.07%。图 1.1显示了 1990年以来中国煤炭占能源消费比重的情况。 图 1. 1煤炭消费量占能源消费量的比重 煤炭是中国的主要能源,是关系到国计民生的重
17、要物资。煤炭在中国的能源结构中占有 重要的地位并具有战略意义,能源是国家经济发展的命脉。中国是世界产煤大国之一,煤炭 资源丰富,品种齐全,现已探明的储量为 10198亿吨,但分布很不均衡,多为西北部地区。 受资源储备与传统能源结构的限制,煤炭历来是中国最主要的能源之一,年煤炭消费量占全 国能源消费总量的 70%左右。煤炭产量超过了世界总产量的三分之一。自 1990年以来,煤炭 产量一直具世界首位, 2006年煤炭产量达 23.8亿吨。新中国成立以来,煤炭在一次能源生 产结构中一直占70%以上。进入 21世纪,中国煤炭消费需求大幅度增长,煤炭产量以年均近 2.0亿吨的速度增长,煤炭在能源生产和消
18、费结构中的比例有了新的提高。中国以煤炭为 主 的能源资源结构决定了国民经济和社会发展现状,在可以预见的未来煤炭仍将是中国的主体 能源。 煤炭占中国矿物能源资源的 95%以上。目前,中国已探明的矿物能源资源储量中,煤炭 储量 1900亿吨,占 95. 56%,石油储量 25亿吨,占 2. 55%,天然气 2万亿 m3,占 1.89%。根 据第三次全国煤炭资源预测与评价,中国煤炭资源远景储量 5万多亿吨,其中,保有储量 1 万多亿吨,基础储量和资源量分别为 3342亿吨和 6869亿吨。预测资源量和地质总资源量居 世界第一位。 中国矿业网: 2 中国煤炭资源分布范围广。除上海市外,在其他 30个
19、省(区、 市)都有探明储量。储量 超过 1000亿吨的为晋(占 27%)、蒙(占 21%)、陕(占 16%)三省(区),约占总保有 储量的 64%。储量在 100 1000亿吨的省(区)依次为新、黔、宁、皖、滇、豫、黑、鲁、 冀。上述 12省(区)占全国保有储量的 95%。 煤炭资源对于中国社会经济持续快速健康发展是至关重要的。要合理利用煤炭资源,保 证中国国民经济的健康发展,煤炭需求的预测是不可缺少的。 1.2选题背景及意义 能源是人类赖以生存、社会得以进步的重要物质基础,同时也是国民经济发展和人民生 活水平提高的重要物质基础。技术越进步,社会越发展,经济越发达,人类对能源的需求就 越大,对
20、能源的依赖就越强 3。 中国是一个发展中的国家,长期以来社会经济保持着持续、稳定、快速的发展。对能源 的需求也在不断地增加。煤炭是中国的主要能源,在国民经济中占有重要的战略地位,未来 相当长的时间内,煤炭依然是中国的主要能源资源。新中国成立 50多年来,煤炭在一次能源 生产和消费结构中一直占 70%左右,为实现中国经济持续快速发展提供了保障。目前,中国 正处在重化工业阶段,国民经济进入了高速发展期,国内能源需求将在一个较长时期内保持 快速增长势头。煤炭在中国一次能源结构中占 67%的份额 (世界平均水平 25%)。从国际上来 看,在当前的全球能源形势下,石油价格尽管有波动,但从长期看仍将不断上
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