系统工程应用案例-157

++系统工程应用案例11/29/2020PPT2章节框架12.1案例1:上海社会经济发展趋势预测12.2案例2:ARIMA模型在上海市GDP预测中的实证研究12.3案例3:上海综合交通运输与社会经济的协调发展评价研究12.4案例4:国有企业期股激励机制的系统动力学研究12.5案例5:中国教育网拓扑结构模拟11/29/2020PPT312.1案例1：上海社会经济发展趋势预测12.1.1常用预测方法12.1.2上海社会经济发展趋势预测12.1.3上海综合交通运输需求量预测11/29/2020PPT412.1.1常用预测方法1.移动平均法2.指数平滑法3.自回归分析预测4.灰色预测方法11/29/2020PPT512.1.2上海社会经济发展趋势预测1.上海人口总数预测运用年增长率法、指数平滑预测和回归法对上海年末常住人口进行预测，预计到2020年，上海的常住人口可达到1465万人，比1995年增加7.8%。城市化水平约为90％，基本实现城市化。未来20年人口仍就缓步上升，本案利用年增长率法，指数平滑法，对数回归法分别对上海人口总数进行了预测。11/29/2020PPT612.1.2上海社会经济发展趋势预测2.上海的生产总值预测上海市生产总值（GDP）随时间（T）几乎呈线性增长。于是，建立一元线性回归模型GDP=449.63*T-894492R2=0.9759将该模型与年增长率法相结合，预测未来10年的上海市生产总值。从预测结果中可以看出，上海市经济运行质量稳步提高，二、三产业共同推动着经济增长的格局进一步稳固。11/29/2020PPT712.1.3上海综合交通运输需求量预测1.灰色关联度分析关联度分析是分析系统中各因素关联程度的方法。关联度系数的定义在得出关联系数后，计算各类关联系数的平均值，即为和序列的关联度。)()(ˆmaxmax)()(ˆ)()(ˆmaxmax)()(ˆminmin)(kxkxkxkxkxkxkxkxknkkn1)(1)(ˆkx)(kx11/29/2020PPT812.1.3上海综合交通运输需求量预测2.预测模型的建立和预测结果从灰色关联度分析得到的影响因素，用SPSS软件分析，通过判定系数R2和共线诊断Durbin-Watson，再选取合适的影响因素建立线性回归方程如下。货物运输量=6.529*上海生产总值+21454（R2=0.8501）货物周转量=8.48*上海生产总值+0.552*综合运输线路里程-1800.954（R2=0.980,Durbin-Watson=1.717,置信度95%）旅客发送量=0.6306*上海生产总值+3798.9（R2=0.905）旅客周转量=0.032*上海生产总值+3.408*人口-0.006*综合运输线路里程-4337.024（R2=0.950,Durbin-Watson=1.668,置信度95%）11/29/2020PPT912.2案例2：ARIMA模型在上海市GDP预测中的实证研究12.2.1ARIMA模型定义12.2.2上海市GDP的实证分析12.2.3结论11/29/2020PPT1012.2.1ARIMA模型定义求和自回归移动平均（AutoRegressiveIntegratedMovingAverage）模型，简记为ARIMA(p,d,q)ARIMA建模方法以下列两限定为基础(1)预测值是样本观察值的线性函数。(2)目的是有效地发现参数化的模型，即用尽可能少的参数对一个观察到的时间数列的特点提供准确的描述。11/29/2020PPT1112.2.2上海市GDP的实证分析1.识别时间序列的平稳性（确定模型中的d的大小）2.模型定阶（对p和q进行筛选）（1）Ljung-Box(1978)检验。（2）利用ACF图和PACF图的性质确定模型阶数。（3）AIC及BIC准则方法。3.参数估计4.假设检验，诊断白噪声5.预测与分析11/29/2020PPT1212.2.3结论(1)从以上模拟预测分析可以看出，上海市GDP增长具有长期可持续性，没有出现剧烈波动现象。(2)ARIMA模型法对资料要求比较单一，仅仅用到某个变量（如本文的GDP）自身的历史数据，模型虽简单，但有着严格的数学保证，在短期预测方面有着独特的优势。(3)尽管ARIMA模型有诸多有点，但也有其缺陷，它主要依赖惯性原理，往往只适于作短期的预测。(4)GDP指标受诸多因素影响，当国家的宏观政策调整、发展环境发生改变时都会使其出现相应地变化。11/29/2020PPT1312.3案例3:上海综合交通运输与社会经济的协调发展评价研究12.3.1DEA方法的基本思路12.3.2协调发展评价的DEA模型12.3.3协调发展评价指标的选取12.3.4协调发展评价模型的数据处理12.3.5运行结果分析12.3.6综合交通运输结构调整方向11/29/2020PPT1412.3.1DEA方法的基本思路数据包络分析(DataEnvelopmentAnalysis，简称DEA)是一种对同类型的具有多输入、多输出的投入产出系统(称为决策单元，DecisionMakingUnit，简称DMU)的相对运行效率进行比较评价的系统分析方法。njDMUnj,,2,1jDMU0),,,(21TmjjjjxxxX0),,,(21TrjjjjyyyYTmvvvV),,,(21TruuuU),,,(21jDMU0DMU0h1jh设有个决策单元，。的输入向量为，输出向量为输出权向量分别为，输出进行“综合”。定义的效率评价指数为输出“综合”与输入“综合”之比。的效率指数最大为目标，以所有决策单元的为约束，即构成DEA优化模型。，引入输入、，以对输入、以被评价的决策单元效率指数11/29/2020PPT1512.3.2协调发展评价的DEA模型(1)一个系统对另一个系统的DEA协调评价模型分式规划模型为0;0,,2,1,1..)/(maxVUnjXVYUtsXVYUbaCajTbjTaTbT11/29/2020PPT1612.3.2协调发展评价的DEA模型(1)一个系统对另一个系统的DEA协调评价模型00,,2,1,0,T10,)/(s.t.()/(min[n1jn1j0n1j0)]ˆsnjysyxsxVsbaCbaCjbajbajjbajjbaDseseT或其引入的线性规划模型为11/29/2020PPT17(2)两系统间协调的效度的计算：且有)}/(),/(max{)}/(),/(min{),(abCbaCabCbaCbaC),(),(abCbaC12.3.2协调发展评价的DEA模型11/29/2020PPT1812.3.3协调发展评价指标的选取在选取综合交通运输系统与社会经济协调发展评价指标体系时，除了要符合统计学的基本规范外，还必须遵循以下原则：科学性原则、完备性原则、独立性原则、比例适当原则、宏观性原则、动态性原则。用SPSS软件对1995~2005年的上海市生产总值，区域总人口数，城市人口比重，交通运输、仓储及邮电通信业从业人员数量，第三产业比重，城市交通设施建设投资占GDP比重等数据进行相关分析，并根据这些历史统计数据建立方程得出2006~2010年相关因素的预测数据。最后选取交通运输、仓储及邮电通信业从业人员数量，第三产业比重和城市交通设施建设投资占GDP比重作为表示第三产业的社会经济系统指标；将综合交通运输系统中铁路、公路、水运所占的货运量比重，客运量比重以及各运输线路里程作为表示各运输方式配置的指标。11/29/2020PPT1912.3.4协调发展评价模型的数据处理本案例分别以1995~2010年间的社会经济与综合交通各方式配置数据为输入、输出，运用线性规划软件Lindo（LinearInteractiveandDiscreteOptimizer），计算这16年内两者相互之间的协调效度。社会经济系统用符号表示e，铁路系统为t，公路系统为g，水路系统为s。社会经济系统对铁路系统的协调效度为C(e/t)，铁路系统对社会经济系统的协调效度为C(t/e)，社会经济系统与铁路系统之间的协调效度即为C(e,t),其它运输系统与社会经济系统的效度表示方式类同。在数据的处理过程中，先计算出模型中各年份社会经济与不同交通方式间的相对有效性，以确定其协调效度；对DEA非有效的年份，再计算其模型的相对有效性，重新认定其协调效度，即以模型计算出的协调效度作为该年份的最终协调效度。RC222GSC22GSC11/29/2020PPT2012.3.5运行结果分析“十五”计划(2001~2005年)进一步加快了产业结构的升级，到2005年第三产业的比重为50.5%已经超过第二产业，成为上海市的主导产业。上海开始全力建设国际航运中心洋山深水港，继续推进航空港和信息港建设，加快建设磁悬浮列车示范运营线工程。2001年和2002年，铁路、公路、水路系统与社会经济发展保持较好的协调性，到2003年协调性突然下降，主要原因是2003年在全国范围内出现的“非典”事件。客运量随着“非典”疫情的蔓延迅速下降，经济也由于“非典”受到一定的影响。“非典”过后，2004年，经济又恢复了迅速增长的态势，客货运量也迅速攀升，客运量比2003年增长了24.3%，货运量也比上年增加了1897万吨。从整个1995年到2005年，这十一年间，公路系统与社会经济发展协调度最高，这与上海市“公共交通优先”的政策，重点规划、建设、投资市内公路运输系统的方针紧密相连的。铁路系统与社会经济系统的协调度一直保持得较好（2003年特殊原因除外），但是水路系统从2002年开始逐渐萎缩，越来越不适应社会经济发展需求。上海港口主要用于货物运输，至于发送旅客方面，并没有受到足够重视。上海是一个港口城市，城市的兴衰是随港口的发展而变化的。因此修建铁路枢纽站，兴建港口将成为下一个五年计划的发展重点。11/29/2020PPT2112.3.5运行结果分析2006~2010年的社会经济数据和铁路、公路、水路系统相关数据均采用的是预测值。从各运输方式配置与经济的协调度来看，仍然坚持“公交优先”战略，公路与经济一直保持着较高的协调度；铁路与经济之间的协调度虽然基本保持在95%的水平，但是各年份都有不同程度的超前或滞后现象；水路与经济的协调度是三者中最低的，说明对水路系统进行重新规划的需求刻不容缓。到2010年铁路系统对社会经济系统的协调度为1，输入剩余和输出亏空均为0，是有效的决策单元，说明铁路系统为社会经济系统贡献了最大力量；而社会经济系统对铁路系统的协调度为0.9889，输入剩余和输出亏空均不为零，说明铁路系统的配置滞后，已经赶不上社会经济发展的速度。11/29/2020PPT2212.3.6综合交通运输结构调整方向(1)进一步增强铁路对外通道，优化调整铁路布局，提升上海铁路客运枢纽功能，积极改造现有的铁路线路和机车，大力发展多式联运。(2)坚持公交优先战略，以轨道交通多线换乘站和中环交通枢纽等为重点，加快发展中心城与郊区之间的快速轨道交通系统，基本建成以轨道交通为骨干的公共交通体系。推进公交枢纽和停车换乘系统建设，加强完善中心城路网和越江通道布局。全面建成中环线，完善高架系统，拓宽骨干道路。(3)继续推进国际航运中心建设。调整上海港结构和功能，推进洋山深水港区建设。以扩大“两港”开放为突破口，拓展口岸功能。长江沿线港口联手结盟，实现洋山港与长江的“无缝运转”。(4)加强各交通运输方式之间的相互协调配合。在客货运繁忙期间采取有效的交通分流措施。(5)加强交通运输方面的信息化建设，提高运输服务效率，事故响应速度和管理水平。11/29/2020PPT2312.4案例4:国有企业期股激励机制的系统动力学研究12