張健豪，韓懿

（中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司，上海 200135）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展，國(guó)際貿(mào)易往來(lái)日益密切，集裝箱運(yùn)輸船舶憑借其運(yùn)輸能力強(qiáng)、裝卸效率高、節(jié)約裝卸勞動(dòng)力、貨損和貨差小等優(yōu)勢(shì)成為國(guó)際貨物運(yùn)輸?shù)闹饕绞街?。目前絕大部分海運(yùn)集裝箱航線都以班輪形式經(jīng)營(yíng)，但各船公司對(duì)集裝箱班輪航線的劃分沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的模式，即航線結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，各船公司根據(jù)經(jīng)營(yíng)需要可能是點(diǎn)—點(diǎn)航線、樞紐—輻射式航線、鐘擺式航線和環(huán)繞式航線等，且為保證箱位的充分利用，航線上船舶往返可能掛靠不同的港口。這給航線運(yùn)力的分類和識(shí)別造成了障礙，也很難統(tǒng)計(jì)航線運(yùn)力變化。

根據(jù)各船公司集裝箱班輪歷史航線相對(duì)固定并會(huì)不斷重復(fù)出現(xiàn)的特點(diǎn)，本文提出基于AIS 數(shù)據(jù)的集裝箱班輪航線分析方法。運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)集裝箱班輪歷史航線進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合業(yè)務(wù)邏輯，識(shí)別出全球集裝箱班輪的歷史航線，根據(jù)航線經(jīng)過(guò)的港口提煉出航線的相關(guān)信息，如航線經(jīng)過(guò)的貿(mào)易區(qū)、國(guó)家等，對(duì)識(shí)別出的歷史航線進(jìn)行智能分類，為航線運(yùn)力統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為航運(yùn)決策提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，為驗(yàn)證航線識(shí)別結(jié)果的合理性，本文對(duì)2M、Ocean、THE 這三大航運(yùn)聯(lián)盟中的大型集裝箱班輪航線進(jìn)行分析，揭示聯(lián)盟內(nèi)班輪公司之間在運(yùn)輸服務(wù)領(lǐng)域航線關(guān)系。

2 全球班輪航線識(shí)別

2.1 航線識(shí)別

首先是采集集裝箱班輪的AIS 歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行清洗等預(yù)處理，去除無(wú)用的干擾數(shù)據(jù)。然后運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法[1]解決“最長(zhǎng)公共子串問(wèn)題”來(lái)識(shí)別集裝箱班輪多次出現(xiàn)的航線循環(huán)，將識(shí)別出的最長(zhǎng)公共子串作為識(shí)別出的集裝箱班輪歷史航線。按照集裝箱船舶的載箱量范圍可以分為8000-12000 TEU，12000-15000 TEU，15000-18000 TEU，18000 TEU 以上這四個(gè)不同船型的船舶。該步驟是基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)不同船型的集裝箱班輪歷史航線進(jìn)行識(shí)別。

2.2 航線分類

從業(yè)務(wù)邏輯上來(lái)看，全球集裝箱班輪航線主要在亞太、歐洲、美洲、拉非四個(gè)貿(mào)易區(qū)之間循環(huán)往復(fù)運(yùn)行，以上四個(gè)貿(mào)易區(qū)作為一級(jí)貿(mào)易區(qū)。根據(jù)班輪航線的業(yè)務(wù)邏輯可以將這四個(gè)一級(jí)貿(mào)易區(qū)繼續(xù)細(xì)分為遠(yuǎn)東、西北歐、美西北、美西南等二級(jí)貿(mào)易區(qū)。根據(jù)集裝箱班輪的港口歷史數(shù)據(jù)，將港口信息映射到這些二級(jí)貿(mào)易區(qū)中，得到集裝箱班輪的貿(mào)易區(qū)歷史航線數(shù)據(jù)。根據(jù)集裝箱班輪航線的一級(jí)貿(mào)易區(qū)編碼，對(duì)貿(mào)易區(qū)航線進(jìn)行分類。

2.3 運(yùn)力識(shí)別

由于集裝箱班輪運(yùn)力監(jiān)控需要細(xì)化到港口層面，根據(jù)航線經(jīng)過(guò)的二級(jí)貿(mào)易區(qū)信息，將貿(mào)易區(qū)的歷史航線細(xì)化到對(duì)應(yīng)的途經(jīng)國(guó)家航線和港港航線。首先是港港航線起始時(shí)間和終止時(shí)間，用以確定該航線運(yùn)營(yíng)的相關(guān)年份時(shí)間信息。其次是各港口的到港時(shí)間、離港時(shí)間、航行時(shí)長(zhǎng)、航行里程、靠泊時(shí)長(zhǎng)等信息。通過(guò)比較港港航線經(jīng)過(guò)的港口東西向和南北向的距離來(lái)判斷港港航線的方向是東西向還是南北向，并取其最東、最西或最南、最北的港口作為航線起終點(diǎn)。從AIS 數(shù)據(jù)中挖掘出的全球集裝箱航線信息已經(jīng)作為數(shù)字化產(chǎn)品“運(yùn)力寶”主要功能之一。詳見(jiàn)中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司的“船視寶”網(wǎng)站：www.myvessel.cn/。

3 航線識(shí)別例證

下面以一條集裝箱班輪為例，對(duì)集裝箱班輪歷史航線識(shí)別算法的可行性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 數(shù)據(jù)采集處理

考察MMSI 為219861000 的集裝箱船的AIS 歷史動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以及港口的相關(guān)信息，包括港口所屬的國(guó)家和貿(mào)易區(qū)、港口經(jīng)緯度等。對(duì)AIS 數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，將起始港和終點(diǎn)港分別匹配到相應(yīng)的國(guó)家和區(qū)域。

3.2 航線識(shí)別

根據(jù)船舶的歷史航行動(dòng)態(tài)，使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法在歷史動(dòng)態(tài)中查找重復(fù)出現(xiàn)的最長(zhǎng)公共子字符串作為識(shí)別出的歷史航線。該集裝箱班輪自2020 年2 月起一直在跑亞洲到歐洲的航線，歷史航線識(shí)別結(jié)果為：遠(yuǎn)東 東南亞 西北歐 地中海 東南亞 遠(yuǎn)東。

3.3 航線分類

從一級(jí)貿(mào)易區(qū)來(lái)看，上述航線屬于亞太-歐洲貿(mào)易區(qū)航線，采用字母與數(shù)字結(jié)合的方式將其編碼，其中AP 代表亞太貿(mào)易區(qū)，EU 代表歐洲貿(mào)易區(qū)。

3.4 運(yùn)力識(shí)別

將上述貿(mào)易區(qū)航線細(xì)化到港口層面，并提取航線每個(gè)港口的抵離港時(shí)間、航行時(shí)長(zhǎng)及里程、靠泊時(shí)長(zhǎng)等信息，歷史船期信息如下圖所示：

從港口層面來(lái)看該航線每次經(jīng)過(guò)的港口并不完全相同，這里取其眾數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)推薦航線，即上海洋山-大連-天津-釜山-寧波-上海洋山丹戎帕拉帕斯-蘇伊士運(yùn)河-鹿特丹-不來(lái)梅港-哥德堡-奧爾胡斯-不來(lái)梅港-威廉港-丹吉爾-蘇伊士運(yùn)河-新加坡-上海-洋山。

4 航線統(tǒng)計(jì)分析

目前國(guó)際海運(yùn)市場(chǎng)各集裝箱班輪運(yùn)輸公司紛紛加強(qiáng)合作并組建海運(yùn)班輪聯(lián)盟，已經(jīng)形成了三大海運(yùn)聯(lián)盟，即：2M（包含馬士基航運(yùn)和地中海航運(yùn)）、Ocean（包含法國(guó)達(dá)飛輪船、臺(tái)灣長(zhǎng)榮海運(yùn)、香港東方海外及中國(guó)遠(yuǎn)洋海運(yùn)）、THE（包含赫伯羅特、陽(yáng)明海運(yùn)、日本郵船、川崎汽船、商船三井及韓進(jìn)海運(yùn)）。三大海運(yùn)聯(lián)盟主導(dǎo)集裝箱班輪運(yùn)輸市場(chǎng)，現(xiàn)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)航運(yùn)班輪聯(lián)盟及聯(lián)盟內(nèi)船公司航線數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，揭示各公司集裝箱班輪航線中隱藏的規(guī)律。我們將識(shí)別的集裝箱班輪航線整理為航線頻率矩陣，通過(guò)泊松主成分分析（Poisson Principal component analysis）[2]提取出數(shù)據(jù)矩陣最大的兩個(gè)主要成分，這些成分可以解釋并歸納數(shù)據(jù)。

這里以18000TEU 以上的船舶為例分析航線數(shù)據(jù)。首先基于AIS 數(shù)據(jù)的船舶基本信息，可以獲得船舶所屬船公司信息，以及相應(yīng)的航運(yùn)聯(lián)盟信息。

如圖所示，每個(gè)點(diǎn)代表某個(gè)時(shí)間段一艘集裝箱船舶，三個(gè)不同的航運(yùn)聯(lián)盟船分別用不同顏色和形狀的點(diǎn)表示，可以看到三大航運(yùn)聯(lián)盟的航線布局。Ocean 聯(lián)盟和2M 聯(lián)盟有明顯的聚類效應(yīng)，形成可三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的聚類族群，說(shuō)明這兩個(gè)聯(lián)盟在某些航線上處于壟斷地位。同時(shí)三個(gè)聯(lián)盟有重合的業(yè)務(wù)，比如Ocean 聯(lián)盟和2M 聯(lián)盟之間存在公共聚類中心，Ocean 聯(lián)盟和THE 聯(lián)盟之間存在公共聚類中心，這些現(xiàn)象說(shuō)明了三大航運(yùn)聯(lián)盟之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

如圖所示，每個(gè)點(diǎn)代表某一個(gè)時(shí)段的一艘集裝箱船舶，九個(gè)不同船公司分別用不同顏色和形狀的點(diǎn)表示。從圖中，可以看出不同船公司有明顯的航線偏好，比如中遠(yuǎn)海運(yùn)，馬士基航運(yùn)，以及臺(tái)灣長(zhǎng)榮，這些船舶的航線特征明顯，獨(dú)立于其他船舶。同時(shí)不同船公司有著類似的航線規(guī)劃，明顯的聚集現(xiàn)象表示船舶有相似的航線規(guī)劃。比如ONE 航運(yùn)，臺(tái)灣長(zhǎng)榮，現(xiàn)代商船，赫伯羅特這四家船公司有非常多的重合，說(shuō)明業(yè)務(wù)類似。又比如法國(guó)達(dá)飛、中遠(yuǎn)海運(yùn)、香港東方海外，馬士基這四家船公司也有重合部分，表明了船公司之間的競(jìng)爭(zhēng)和合作，展示了航運(yùn)聯(lián)盟班輪公司內(nèi)部在運(yùn)輸服務(wù)領(lǐng)域航線和掛靠港口協(xié)作關(guān)系。

5 總結(jié)與展望

AIS 數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏了巨大的價(jià)值，為智能航運(yùn)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。應(yīng)用集裝箱航線的分析研究成果，將極大提升航運(yùn)勞動(dòng)生產(chǎn)力。一是幫助掌握全球的航線結(jié)構(gòu)、航線運(yùn)力統(tǒng)計(jì)及各航線運(yùn)力的變化等，獲得實(shí)時(shí)世界經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的流向，優(yōu)化國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的整體布局；二是根據(jù)不同的船舶積載系數(shù)，結(jié)合不同航線的各種商品的不同價(jià)值來(lái)確定班輪運(yùn)輸價(jià)格，給盈利提供指導(dǎo)和幫助等；三是方便查找相關(guān)集裝箱船舶歷史掛靠港口，當(dāng)前船舶的位置、對(duì)下一港及預(yù)抵時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)等。我們要積極推進(jìn)傳統(tǒng)航運(yùn)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過(guò)不斷創(chuàng)新行業(yè)發(fā)展模式，研發(fā)新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)管理升級(jí)，提升我國(guó)航運(yùn)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，加快推進(jìn)由航運(yùn)大國(guó)向航運(yùn)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。