張曉晴, 高天航, 郭勝童, 王世軍, 吳宏宇, 田 佳

(1.交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院， 北京 100028;2.上海海事大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院， 上海 200082;3.舟山市港航和口岸管理局， 浙江 舟山 316000)

發(fā)展國(guó)際船舶燃料油供應(yīng)服務(wù)是港口拓展綜合服務(wù)功能，并以此為依托進(jìn)一步拓展其他船舶到港服務(wù)、油品商貿(mào)交易、金融信息等衍生服務(wù)功能的重要抓手，是新時(shí)期推進(jìn)我國(guó)沿海港口高質(zhì)量發(fā)展的要求。舟山具有發(fā)展船舶燃供的良好條件，近年國(guó)家層面相繼出臺(tái)舟山群島新區(qū)發(fā)展規(guī)劃、設(shè)立舟山江海聯(lián)運(yùn)服務(wù)中心、印發(fā)中國(guó)(浙江)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)總體方案，明確提出支持舟山建設(shè)船用低硫燃料油供應(yīng)市場(chǎng)，形成全產(chǎn)業(yè)鏈開放發(fā)展的格局。為加快推動(dòng)舟山建設(shè)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)際船舶保稅燃料油供應(yīng)基地，有必要科學(xué)、合理地判斷舟山的潛在市場(chǎng)規(guī)模，以支撐政府提出促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的具體思路和舉措。

船舶的燃料油供應(yīng)問題，一直以來就是學(xué)者們研究的重點(diǎn)問題。針對(duì)如何在船舶航行中，通過包括加油港組合優(yōu)化在內(nèi)的不同手段來降低燃油成本的研究也較為豐富,其核心思想主要是通過調(diào)整船舶掛靠港、加油數(shù)量、船舶航速等變量來使其選擇低價(jià)供油港進(jìn)行補(bǔ)給，或通過總消耗燃油量降低等手段達(dá)到總?cè)加统杀咀畹偷哪繕?biāo)[1-9]；其中，張素庸更是通過計(jì)算船舶加油港口的選擇、補(bǔ)油量和各航段航速來分析燃油價(jià)格模糊區(qū)間大小、碳稅稅率對(duì)航運(yùn)成本、船舶補(bǔ)油策略和航速?zèng)Q策的影響，碳稅稅率成為了其考慮的一個(gè)關(guān)鍵[10]。

對(duì)于船舶燃供的研究普遍從船公司角度出發(fā)，分析如何為其降低成本，但從其服務(wù)者的港口角度研究相對(duì)較少。過往研究中，燃供市場(chǎng)中各港口的燃油價(jià)格均作為參數(shù)，而對(duì)于港口經(jīng)營(yíng)者而言，擁有保稅燃供價(jià)格優(yōu)勢(shì)的潛在市場(chǎng)規(guī)模尚不清晰，對(duì)于該規(guī)模的研究更是匱乏。目前針對(duì)港口發(fā)展國(guó)際船舶燃料油供應(yīng)的市場(chǎng)需求研究主要是利用船舶燃供規(guī)模與港口吞吐量或碼頭能力的相關(guān)性分析進(jìn)行預(yù)測(cè)。朱洪印[11]根據(jù)單位碼頭吞吐能力年消耗燃料油的數(shù)據(jù)，提出我國(guó)沿海各港口船用燃料油的市場(chǎng)消費(fèi)預(yù)測(cè)量。孫瀚冰[12-13]根據(jù)港口單位外貿(mào)吞吐量國(guó)際船舶燃供規(guī)模將我國(guó)沿海港口劃分為兩個(gè)層次，并預(yù)測(cè)了大連港國(guó)際船舶燃供規(guī)模。然而，港口發(fā)展船舶燃供服務(wù)與港口區(qū)位條件、到港船舶特點(diǎn)、燃料油價(jià)格等諸多因素相關(guān)，有必要構(gòu)建更為系統(tǒng)、精準(zhǔn)的分析框架和方法，從而對(duì)舟山的市場(chǎng)潛力建立更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

本文在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了港口發(fā)展船舶燃供業(yè)務(wù)的潛在市場(chǎng)分析方法，應(yīng)用航線成本對(duì)比分析模型對(duì)舟山發(fā)展船舶燃供的市場(chǎng)進(jìn)行細(xì)分，并用船舶行為識(shí)別模型和停泊事件算法對(duì)舟山港方圓135 n mile的國(guó)際船舶AIS船舶軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，測(cè)算各類細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模。

1 模型構(gòu)建

船舶燃供市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)主要是基于同一航線上港口之間的競(jìng)爭(zhēng)，一般而言，航線的起始港和目的港是加油港的較優(yōu)選擇，但船東也會(huì)考慮燃料油價(jià)格、燃料油品種、供油基礎(chǔ)設(shè)施、燃供產(chǎn)業(yè)鏈完備程度等各種因素進(jìn)行綜合選擇，除起始和目的港外也會(huì)選擇掛靠港、途經(jīng)港進(jìn)行加油。在上述因素中，燃料油價(jià)格是最關(guān)鍵的因素，因此本文選取掛靠和途徑港口的典型航線，對(duì)比同一航線上選擇不同加油點(diǎn)產(chǎn)生的成本，進(jìn)而篩選出哪些航線有可能選擇該港口進(jìn)行加油，從而對(duì)舟山發(fā)展國(guó)際船舶燃料油供應(yīng)的市場(chǎng)進(jìn)行細(xì)化分析。

1.1 航線成本對(duì)比模型

基本假設(shè)如下：

(1) 始發(fā)港、目的港被訪問一次，其他港口最多訪問一次；

(2) 船舶可選擇始發(fā)港、目的港或沿線途徑港口進(jìn)行加油，但僅能進(jìn)行一次；

(3) 船舶加油數(shù)量取決于航程距離，即使中途靠港加油，加油數(shù)量依然需支撐全航程；

(4) 船舶航行速度為勻速航行；

(5) 始發(fā)港和目的港裝卸加油同時(shí)進(jìn)行，中途靠港僅進(jìn)行加油。

具體案例中，針對(duì)特定航線假設(shè)其中有n個(gè)港口。

基本參數(shù)如下：

θ—總成本；

dij—港口i與港口j間的航行距離；

pi—港口i的燃油價(jià)格；

ti—港口i的加油時(shí)間(始發(fā)港和目的港由于與裝卸同時(shí)進(jìn)行均設(shè)為0)；

to—始發(fā)港的裝卸時(shí)間；

tu—目的港的裝卸時(shí)間；

v—船舶的航行速度；

f—船舶的日耗油量；

r—船舶的日經(jīng)營(yíng)成本(船舶租金、管理費(fèi)用、船員工資等)；

wi—是否選擇港口i進(jìn)行加油，0-1變量，1表示選擇，0表示不選擇。

目標(biāo)函數(shù)

(1)

(2)

目標(biāo)函數(shù)以整個(gè)航行過程中總成本最小化為目標(biāo)，總成本包括燃油成本和經(jīng)營(yíng)成本兩部分。燃油成本與航行距離相關(guān)，根據(jù)船舶航行距離估算耗油量，從而得出加油費(fèi)用；經(jīng)營(yíng)成本與總時(shí)間相關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)所需支付經(jīng)營(yíng)成本越高，包括在港加油時(shí)間、裝卸時(shí)間和航行時(shí)間三部分。式(2)表示約束全部航程中僅選擇一個(gè)港口進(jìn)行加油。

計(jì)算出最優(yōu)航線的方案后，若其中加油港口為舟山港，則視為優(yōu)勢(shì)航線。若非最優(yōu)方案，可將最優(yōu)方案與以舟山港為加油港的方案進(jìn)行總成本對(duì)比，若差距在預(yù)設(shè)競(jìng)爭(zhēng)區(qū)間內(nèi)，則視為競(jìng)爭(zhēng)航線，若超過該區(qū)間則視為劣勢(shì)航線。

由于該模型為0-1規(guī)劃模型，可采用分支定界法求得結(jié)果。

1.2 船舶行為識(shí)別模型

航線分類后，需要篩選出其中對(duì)應(yīng)的船舶，需要使用船舶行為識(shí)別模型。船舶行駛狀態(tài)通常可分為巡航、拋錨、靠離港和靠港4種，其中拋錨和靠泊均屬停泊事件。需通過算法對(duì)船舶行為狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。

船舶AIS軌跡是由AIS點(diǎn)位組成的序列，每個(gè)點(diǎn)P包含船舶編號(hào)(m)、時(shí)間點(diǎn)(t)、船舶GPS定位坐標(biāo)(緯度φ和經(jīng)度λ)、速度(v)和航向(h)，即

P=(m,t,φ,λ,v,h)

(3)

則編號(hào)為m的船舶AIS軌跡T表示為

Tm=P1,P2,…,Pn

(4)

考慮船舶停泊時(shí)位置基本固定，則有

(5)

式中，Eu為船舶停泊事件，b表示停泊事件開始的時(shí)間，d表示停泊事件持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度。

1.3 停泊事件識(shí)別算法

根據(jù)國(guó)際港口公約，船舶停泊時(shí)具有一些可以識(shí)別的特征，包括:

(6)

(7)

(2) 船舶停泊時(shí)軌跡點(diǎn)總是密集地位于某些特定的區(qū)域，即軌跡曲線T對(duì)應(yīng)的總位移量小于一個(gè)固定閾值(ε)，可表示為

(8)

(9)

|(φk-φw,λk-λw)|<ε

(10)

(φk-φw)2+(λk-λw)2<ε2

(11)

式中，w為AIS軌跡T中開始停泊事件的軌跡點(diǎn)，k為結(jié)束停泊事件的軌跡點(diǎn)。

結(jié)合港口錨地控制點(diǎn)坐標(biāo)及解析幾何射線算法，識(shí)別船舶靠泊和錨泊狀態(tài)[14]。

2 舟山船舶燃供市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算

2.1 航線成本對(duì)比測(cè)算

選取目前掛靠及途徑舟山港的以下主要國(guó)際航線：

(1) 我國(guó)長(zhǎng)三角及以北地區(qū)外貿(mào)進(jìn)口煤炭航線，主要包括澳大利亞航線、印尼航線、俄羅斯航線，代表始發(fā)港分別選擇紐卡斯?fàn)柛?、馬辰港、東方港，長(zhǎng)三角目的港選擇寧波舟山港、上海港(下同)、我國(guó)北方地區(qū)目的港選擇青島港(下同)。

(2) 我國(guó)長(zhǎng)三角及以北地區(qū)外貿(mào)進(jìn)口礦石航線，主要包括澳大利亞航線、巴西航線、南非航線，代表始發(fā)港分別選擇黑德蘭港、圖巴朗港、薩爾達(dá)尼亞港。

(3) 我國(guó)長(zhǎng)三角及以北地區(qū)外貿(mào)進(jìn)口原油航線，主要包括中東航線、非洲航線、南美航線、歐洲航線，代表始發(fā)港分別選擇里約熱內(nèi)盧港、卡賓達(dá)港、拉斯塔努拉港和阿伯丁港。

從區(qū)域加油港的分布來看，上述航線上舟山的競(jìng)爭(zhēng)主要來自新加坡港、福扎伊拉港、鹿特丹港、香港港、釜山港、上海港和大連港。此外，考慮到集裝箱航線以舟山為掛靠港的航線較少，且集裝箱船舶對(duì)時(shí)效性要求較高，選擇途徑港加油的情況較少，所以不作為本次分析重點(diǎn)。

具體參數(shù)中，根據(jù)實(shí)際調(diào)研，以及相關(guān)研究報(bào)告、文獻(xiàn)和資料查詢估算。各港燃油價(jià)格如表1所示，除始發(fā)港和目的港外的各港口加油時(shí)間設(shè)為1 d，始發(fā)港和目的港裝卸時(shí)間設(shè)為3 d，船舶航行速度選取經(jīng)濟(jì)航速13 kn?？紤]到各航線主力船舶有所區(qū)別，其日耗油量和日經(jīng)營(yíng)成本也有所不同，具體船型見表2，日耗油量根據(jù)船公司調(diào)研獲得，日經(jīng)營(yíng)成本則根據(jù)克拉克森網(wǎng)站www.clarksons.net航運(yùn)報(bào)告獲得。

表1 各港燃油價(jià)格 美元/噸

表2 各航線主力船型表

經(jīng)過測(cè)算，形成舟山發(fā)展國(guó)際船舶燃供市場(chǎng)的細(xì)分結(jié)果如表3所示?？蓪⒈?結(jié)果歸類如下：

表3 加油港測(cè)算結(jié)果

(1) 優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)。主要包括掛靠舟山(包括在港維修)，且在航線上不經(jīng)過新加坡的國(guó)際船舶。具體包括以寧波舟山港為目的港的澳大利亞、印尼、俄羅斯煤炭進(jìn)口航線及澳大利亞礦石進(jìn)口航線等。

(2) 競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。主要包括途徑舟山(可在錨地加油)，且航線上不經(jīng)過新加坡的國(guó)際船舶，在這些航線上主要與香港港、釜山港競(jìng)爭(zhēng)。具體包括以長(zhǎng)三角及以北地區(qū)港口(除寧波舟山港)為目的港的澳大利亞、印尼煤炭進(jìn)口航線，澳大利亞礦石進(jìn)口航線，以及以長(zhǎng)三角港口為目的港的俄羅斯煤炭進(jìn)口航線。

(3) 劣勢(shì)市場(chǎng)。根據(jù)測(cè)算結(jié)果，航線上經(jīng)過新加坡的國(guó)際船舶均屬于舟山的劣勢(shì)市場(chǎng)。統(tǒng)計(jì)在舟山港區(qū)和外錨地停泊以及保稅油加注的船舶數(shù)據(jù)是一件復(fù)雜而繁重的工作，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)只能對(duì)有規(guī)則的數(shù)據(jù)進(jìn)行階段性和針對(duì)性的分析，但是卻無法對(duì)海量且無序的海事數(shù)據(jù)進(jìn)行智能采集、加工、存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用和可視化。運(yùn)用船舶行為識(shí)別模型自動(dòng)分析AIS船舶軌跡大數(shù)據(jù)，從海量數(shù)據(jù)中提取出對(duì)應(yīng)航線、符合在舟山附近產(chǎn)生燃油需求特征，通過分布式計(jì)算框架，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)舟山保稅油市場(chǎng)容量和潛在市場(chǎng)規(guī)模的估算。

2.2 市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算

運(yùn)用船舶行為識(shí)別模型和停泊事件算法，對(duì)2019年舟山港方圓135 n mile里的國(guó)際航行船舶(貨船)的AIS船舶軌跡大數(shù)據(jù)軌跡進(jìn)行提取和測(cè)算(如圖1所示)，共有4 627艘、12 623艘次國(guó)際航行船舶停泊舟山港區(qū)，這些船舶中，途經(jīng)新加坡港的航線有2 082艘、4 418艘次船舶。除上述船舶外，途徑舟山但未停泊的國(guó)際航行船舶有8 328艘、10 415艘次，這些船舶中，途徑新加坡港的航線有3 747艘、4 496艘次船舶。

圖1 停泊及途經(jīng)舟山的國(guó)際航行船舶AIS軌跡示意圖

通過對(duì)上述船舶的航線軌跡、船舶信息(船型、運(yùn)力等)進(jìn)行分析，篩選出符合前文設(shè)定典型航線上的船舶，并對(duì)應(yīng)到相應(yīng)細(xì)分航線如表4所示。

表4 舟山國(guó)際船舶燃供細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算 艘次/年

(1) 優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)全年約1 552艘次，根據(jù)對(duì)燃供企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù)，此航線上礦石船平均單船加油1 550 t，煤炭船平均單船加油1 250 t。綜合測(cè)算，此部分燃供市場(chǎng)規(guī)模約218萬t。

(2) 競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)全年約6 628艘次，綜合測(cè)算此部分燃供市場(chǎng)規(guī)模約969萬t。

(3) 劣勢(shì)市場(chǎng)全年約4 377艘次，市場(chǎng)規(guī)模約681萬t，這部分短期較難突破。

3 結(jié)論與展望

為科學(xué)合理判斷舟山發(fā)展國(guó)際船舶燃料油供應(yīng)的潛在市場(chǎng)規(guī)模，本文應(yīng)用航線成本對(duì)比分析模型將舟山發(fā)展船舶燃供的潛在市場(chǎng)進(jìn)行細(xì)分，并利用船舶行為識(shí)別模型和停泊事件算法對(duì)途徑舟山海域的船舶AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測(cè)算各類細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模。研究結(jié)果表明：舟山發(fā)展國(guó)際船舶燃料油供應(yīng)的優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)、競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)的服務(wù)對(duì)象為掛靠或途徑舟山港口且航線上不經(jīng)過新加坡港的國(guó)際船舶，這部分市場(chǎng)規(guī)模共計(jì)約1 187萬t。建議政府管理部門及相關(guān)企業(yè)在制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、配套政策及拓展市場(chǎng)時(shí)應(yīng)在鞏固“優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)”的基礎(chǔ)上，著力提升“競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)”的份額，通過完善船舶燃供錨地布局，提升主力供油駁船載重能力以適應(yīng)大船錨地加油需求，優(yōu)化外海錨地加油、跨關(guān)區(qū)直供、一庫(kù)多供、先供后報(bào)等加油監(jiān)管流程，利用自貿(mào)區(qū)低硫燃油出口退稅政策機(jī)遇推動(dòng)保稅低硫燃料油自產(chǎn)自銷以進(jìn)一步降低燃料油價(jià)格等方式，逐步使原本應(yīng)在本地加油的“優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)”、“競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)”的國(guó)際船舶回流，近期重點(diǎn)是日韓和中國(guó)香港的部分國(guó)際加油船舶回流，遠(yuǎn)期是新加坡部分國(guó)際加油船舶回流。

本文對(duì)舟山國(guó)際船舶燃供潛在市場(chǎng)規(guī)模的分析中還存在一些不足之處，后續(xù)可在以下兩個(gè)方面進(jìn)行拓展研究：

(1) 在對(duì)舟山燃供潛在市場(chǎng)劃分時(shí)構(gòu)建的模型主要考慮了成本因素，對(duì)于供油基礎(chǔ)設(shè)施、供油服務(wù)水平、燃供產(chǎn)業(yè)鏈完備程度等其他因素并未涉及，可在模型中加入相關(guān)因素進(jìn)行完善。

(2) 在對(duì)途徑舟山港海域的船舶AIS數(shù)據(jù)測(cè)算時(shí)，未對(duì)測(cè)算數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，可在以后的研究中進(jìn)一步完善AIS測(cè)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差置信度分析。