- 我國能源需求預測研究:基于多源信息融合的視角
- 馮雪
- 2字
- 2024-12-18 17:58:03
緒論
第一節(jié) 研究背景及意義
一、研究背景
能源資源是我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要物質保證。我國是一個發(fā)展中國家,能源的可持續(xù)發(fā)展對一個國家的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)化以及城市化等都起著決定性的作用。自1978年改革開放以來,我國的經(jīng)濟建設取得了巨大的成就,GDP由1978年的3645億元增長到2014年的636463億元,年均增長率保持在15.4%左右。經(jīng)濟高速增長的背后必然要有大量的能源消費作為支撐,我國能源消費總量從1978年的5.7億噸標準煤增長到2014年的42.6億噸標準煤,年均增長速度為5.7%。也就是說,我國以年均5.7%的能源消費拉動了年均15.4%的經(jīng)濟增長。由此可見,能源資源在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中具有不可替代的重要作用。[1]
能源需求預測直接影響著國家未來社會經(jīng)濟發(fā)展和能源供給的重要決策,而這些決策又會逆向對未來的能源發(fā)展產(chǎn)生重大影響,因此,科學、合理地預測能源需求就顯得尤為重要。眾所周知,能源需求預測涉及社會學、經(jīng)濟學、管理學、自然科學等多學科領域知識,它是一個需要多學科交叉融合才能解決的典型難題,所以,能源需求預測是一個復雜的系統(tǒng)工程。從能源需求預測模型的角度來說,預測工作的展開通常是基于預測模型實現(xiàn)的。因此,模型是能源需求預測的重要內在信息變量。模型不同,占有的信息也不同。由于現(xiàn)有能源需求預測模型所反映的信息有限,缺乏整合各類預測信息的認知能力,會增加預測過程中單一信息源對能源需求預測影響的不確定性。另外,從能源需求影響因素的角度來說,由于能源系統(tǒng)是一個復雜的非線性系統(tǒng),能源需求的非線性混合趨勢是在多種因素的交織影響下形成的。現(xiàn)有能源需求預測模型考慮了較為全面的影響因素,如經(jīng)濟增長、人口發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結構、能源消費結構等,因此在一定程度上提高了預測精度。[2]然而,能源需求的短期波動性是由金融危機、戰(zhàn)爭、自然災害、政變等突發(fā)性不規(guī)則事件所引起的,而這些不規(guī)則事件具有不可量化、不確定性的特征,往往無法被納入傳統(tǒng)數(shù)學模型,因此,不管如何改進能源需求預測模型,或調整影響因素,預測效果都很難有根本性的改善,能源需求預測理論也難以有較大的突破。鑒于此,有必要在現(xiàn)有能源需求預測模型研究的基礎上,構建一個將各類有用信息融合起來的能源需求預測模型,以提高現(xiàn)有預測模型的精度。多源信息融合技術為構建這樣的能源需求預測模型提供了新思路。早在第二次世界大戰(zhàn)末期,國外就出現(xiàn)了一個綜合利用雷達和光學兩種信息的簡單信息融合系統(tǒng)。之后,信息融合技術作為一門獨立的學科,主要運用于軍事領域。隨著信息融合技術在軍事領域應用中可行性和有效性的證實,它被逐漸運用到工業(yè)工程監(jiān)視、遙感、交通管制系統(tǒng)、火災報警等領域。多源信息融合的基本原理是充分利用多個信息源所提供的信息,通過對這些信息源及其提供信息的合理支配和使用,把多個信息源在空間或時間上的冗余或互補信息依據(jù)某種準則進行組合,以獲得對被測對象的一致性解釋或描述,使該信息系統(tǒng)由此獲得比它的各組成部分所構成的系統(tǒng)更優(yōu)越的性能。其中,信息源所提供的信息分為同類信息和異類信息。同類信息是指物理特性相同的量測信息。異類信息則相反,是指物理特性不同的量測信息,也就是信息源提供的性質不同的信息。[3]從我國能源需求預測模型中可以發(fā)現(xiàn),不管是不同的單一模型還是組合模型,它們涵蓋的信息均是有限的,均可被視為不同的信息源。為了減少預測過程中單一信息源對能源需求預測影響的不確定性,可以運用多源信息融合的基本原理,采用信息融合的算法對其進行融合,從而通過融合多個信息源的方式增加現(xiàn)有能源需求預測模型的信息,進一步改善預測效果。由我國能源需求的影響因素可以發(fā)現(xiàn),由于不規(guī)則事件的不可量化、不確定性特征,無法量化和可量化的影響因素同時被納入傳統(tǒng)的數(shù)學模型,因此,亦可以采用多源信息融合的基本原理,將其視為異類信息,在融合可量化影響因素的基礎上,將不規(guī)則事件對我國能源需求預測的影響進行融合,從而進一步提高預測精度。
因此,針對我國能源需求預測問題,在充分、綜合考慮影響能源需求變動各類信息變量的基礎上,從信息源的角度出發(fā),本書提出將“基于多源信息融合的我國能源需求預測”作為研究對象。
二、研究意義
在能源需求預測中,影響能源需求變動的各類信息變量較多,而信息量是決定預測效果好壞的重要因素。但是,現(xiàn)有能源需求預測模型所考慮的信息源有限。為了減少單一信息源對能源需求預測影響的不確定性,本書采用多源信息融合的方法,對解決我國能源需求預測問題具有重要的理論和實際意義。采用多源信息融合方法預測我國能源需求具有重要的理論意義。針對我國能源需求預測問題,本書構建了基于多源信息融合的我國能源需求預測的總體框架,不僅為我國能源需求預測理論提供新的思路,而且進一步豐富了能源系統(tǒng)分析學科體系,促進了我國能源需求預測理論的應用研究。
采用多源信息融合方法預測我國能源需求具有重要的實際意義。一方面,有助于科學規(guī)劃產(chǎn)能,以及制定能源發(fā)展規(guī)劃。能源供應系統(tǒng)內的供應、需求和分配設施不僅相互適配,而且相互獨立。能源的生產(chǎn)規(guī)劃總是以需求規(guī)劃為引導,而能源供應系統(tǒng)的建立和運行又以能源的生產(chǎn)規(guī)劃為基礎。也就是說,相對能源需求而言,能源的供應在時間上總是存在一個滯后期。因此,科學、合理地預測能源需求是保障能源供應的重要前提。否則,產(chǎn)能大幅減少,會影響經(jīng)濟社會的正常運行。而產(chǎn)能不合理地擴張,則會促進能源需求快速攀升,從而導致能源供應緊張;同時也使環(huán)境承載負荷加重,加劇生態(tài)環(huán)境污染。因此,必須了解未來到底需要多少能源能保障國民經(jīng)濟的發(fā)展,這樣才能合理地規(guī)劃產(chǎn)能,并科學地制定能源發(fā)展規(guī)劃。另一方面,有助于引導投資方向和制定投資規(guī)模。在我國經(jīng)濟持續(xù)、快速發(fā)展的趨勢下,能源需求會在未來很長一段時間內以較高的速度增長,而能源供應系統(tǒng)的建立需要高強度的投資。預測是投資決策的先導,過高地預測能源需求量,會導致大量資金積壓于能源供應系統(tǒng),從而造成積壓浪費,因此,科學、合理地預測未來的能源需求,才能正確引導能源領域的投資方向和投資規(guī)模的制定。由此可見,采用多源信息融合方法科學、合理地預測能源需求,不僅對加強我國能源需求預測理論和豐富能源系統(tǒng)的學科體系具有重要的理論意義,而且對我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和能源系統(tǒng)發(fā)展建設具有重要的實際意義。
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