張曉晴, 高天航, 郭勝童, 王世軍, 吳宏宇, 田 佳

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

發(fā)展國際船舶燃料油供應服務是港口拓展綜合服務功能，并以此為依托進一步拓展其他船舶到港服務、油品商貿(mào)交易、金融信息等衍生服務功能的重要抓手，是新時期推進我國沿海港口高質量發(fā)展的要求。舟山具有發(fā)展船舶燃供的良好條件，近年國家層面相繼出臺舟山群島新區(qū)發(fā)展規(guī)劃、設立舟山江海聯(lián)運服務中心、印發(fā)中國(浙江)自由貿(mào)易試驗區(qū)總體方案，明確提出支持舟山建設船用低硫燃料油供應市場，形成全產(chǎn)業(yè)鏈開放發(fā)展的格局。為加快推動舟山建設具有國際競爭力的國際船舶保稅燃料油供應基地，有必要科學、合理地判斷舟山的潛在市場規(guī)模，以支撐政府提出促進相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的具體思路和舉措。

船舶的燃料油供應問題，一直以來就是學者們研究的重點問題。針對如何在船舶航行中，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供油港進行補給，或通過總消耗燃油量降低等手段達到總燃油成本最低的目標[1-9]；其中，張素庸更是通過計算船舶加油港口的選擇、補油量和各航段航速來分析燃油價格模糊區(qū)間大小、碳稅稅率對航運成本、船舶補油策略和航速決策的影響，碳稅稅率成為了其考慮的一個關鍵[10]。

對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，但從其服務者的港口角度研究相對較少。過往研究中，燃供市場中各港口的燃油價格均作為參數(shù)，而對于港口經(jīng)營者而言，擁有保稅燃供價格優(yōu)勢的潛在市場規(guī)模尚不清晰，對于該規(guī)模的研究更是匱乏。目前針對港口發(fā)展國際船舶燃料油供應的市場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性分析進行預測。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)，提出我國沿海各港口船用燃料油的市場消費預測量。孫瀚冰[12-13]根據(jù)港口單位外貿(mào)吞吐量國際船舶燃供規(guī)模將我國沿海港口劃分為兩個層次，并預測了大連港國際船舶燃供規(guī)模。然而，港口發(fā)展船舶燃供服務與港口區(qū)位條件、到港船舶特點、燃料油價格等諸多因素相關，有必要構建更為系統(tǒng)、精準的分析框架和方法，從而對舟山的市場潛力建立更準確的認識。

本文在相關研究的基礎上，構建了港口發(fā)展船舶燃供業(yè)務的潛在市場分析方法，應用航線成本對比分析模型對舟山發(fā)展船舶燃供的市場進行細分，并用船舶行為識別模型和停泊事件算法對舟山港方圓135 n mile的國際船舶AIS船舶軌跡數(shù)據(jù)進行提取和分析，測算各類細分市場規(guī)模。

1 模型構建

船舶燃供市場的競爭主要是基于同一航線上港口之間的競爭，一般而言，航線的起始港和目的港是加油港的較優(yōu)選擇，但船東也會考慮燃料油價格、燃料油品種、供油基礎設施、燃供產(chǎn)業(yè)鏈完備程度等各種因素進行綜合選擇，除起始和目的港外也會選擇掛靠港、途經(jīng)港進行加油。在上述因素中，燃料油價格是最關鍵的因素，因此本文選取掛靠和途徑港口的典型航線，對比同一航線上選擇不同加油點產(chǎn)生的成本，進而篩選出哪些航線有可能選擇該港口進行加油，從而對舟山發(fā)展國際船舶燃料油供應的市場進行細化分析。

1.1 航線成本對比模型

基本假設如下：

(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行加油，但僅能進行一次；

(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進行，中途靠港僅進行加油。

具體案例中，針對特定航線假設其中有n個港口。

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的燃油價格；

ti—港口i的加油時間(始發(fā)港和目的港由于與裝卸同時進行均設為0)；

to—始發(fā)港的裝卸時間；

tu—目的港的裝卸時間；

v—船舶的航行速度；

f—船舶的日耗油量；

r—船舶的日經(jīng)營成本(船舶租金、管理費用、船員工資等)；

wi—是否選擇港口i進行加油，0-1變量，1表示選擇，0表示不選擇。

目標函數(shù)

(1)

(2)

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

計算出最優(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行總成本對比，若差距在預設競爭區(qū)間內(nèi)，則視為競爭航線，若超過該區(qū)間則視為劣勢航線。

由于該模型為0-1規(guī)劃模型，可采用分支定界法求得結果。

1.2 船舶行為識別模型

航線分類后，需要篩選出其中對應的船舶，需要使用船舶行為識別模型。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。需通過算法對船舶行為狀態(tài)進行識別。

船舶AIS軌跡是由AIS點位組成的序列，每個點P包含船舶編號(m)、時間點(t)、船舶GPS定位坐標(緯度φ和經(jīng)度λ)、速度(v)和航向(h)，即

P=(m,t,φ,λ,v,h)

(3)

則編號為m的船舶AIS軌跡T表示為

Tm=P1,P2,…,Pn

(4)

考慮船舶停泊時位置基本固定，則有

(5)

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

1.3 停泊事件識別算法

根據(jù)國際港口公約，船舶停泊時具有一些可以識別的特征，包括:

(6)

(7)

(2) 船舶停泊時軌跡點總是密集地位于某些特定的區(qū)域，即軌跡曲線T對應的總位移量小于一個固定閾值(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，k為結束停泊事件的軌跡點。

結合港口錨地控制點坐標及解析幾何射線算法，識別船舶靠泊和錨泊狀態(tài)[14]。

2 舟山船舶燃供市場規(guī)模測算

2.1 航線成本對比測算

選取目前掛靠及途徑舟山港的以下主要國際航線：

(1) 我國長三角及以北地區(qū)外貿(mào)進口煤炭航線，主要包括澳大利亞航線、印尼航線、俄羅斯航線，代表始發(fā)港分別選擇紐卡斯爾港、馬辰港、東方港，長三角目的港選擇寧波舟山港、上海港(下同)、我國北方地區(qū)目的港選擇青島港(下同)。

(2) 我國長三角及以北地區(qū)外貿(mào)進口礦石航線，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、薩爾達尼亞港。

(3) 我國長三角及以北地區(qū)外貿(mào)進口原油航線，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爭主要來自新加坡港、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，且集裝箱船舶對時效性要求較高，選擇途徑港加油的情況較少，所以不作為本次分析重點。

具體參數(shù)中，根據(jù)實際調(diào)研，以及相關研究報告、文獻和資料查詢估算。各港燃油價格如表1所示，除始發(fā)港和目的港外的各港口加油時間設為1 d，始發(fā)港和目的港裝卸時間設為3 d，船舶航行速度選取經(jīng)濟航速13 kn。考慮到各航線主力船舶有所區(qū)別，其日耗油量和日經(jīng)營成本也有所不同，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)營成本則根據(jù)克拉克森網(wǎng)站www.clarksons.net航運報告獲得。

表1 各港燃油價格 美元/噸

表2 各航線主力船型表

經(jīng)過測算，形成舟山發(fā)展國際船舶燃供市場的細分結果如表3所示?？蓪⒈?結果歸類如下：

表3 加油港測算結果

(1) 優(yōu)勢市場。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、俄羅斯煤炭進口航線及澳大利亞礦石進口航線等。

(2) 競爭市場。主要包括途徑舟山(可在錨地加油)，且航線上不經(jīng)過新加坡的國際船舶，在這些航線上主要與香港港、釜山港競爭。具體包括以長三角及以北地區(qū)港口(除寧波舟山港)為目的港的澳大利亞、印尼煤炭進口航線，澳大利亞礦石進口航線，以及以長三角港口為目的港的俄羅斯煤炭進口航線。

(3) 劣勢市場。根據(jù)測算結果，航線上經(jīng)過新加坡的國際船舶均屬于舟山的劣勢市場。統(tǒng)計在舟山港區(qū)和外錨地停泊以及保稅油加注的船舶數(shù)據(jù)是一件復雜而繁重的工作，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫只能對有規(guī)則的數(shù)據(jù)進行階段性和針對性的分析，但是卻無法對海量且無序的海事數(shù)據(jù)進行智能采集、加工、存儲、分析、應用和可視化。運用船舶行為識別模型自動分析AIS船舶軌跡大數(shù)據(jù)，從海量數(shù)據(jù)中提取出對應航線、符合在舟山附近產(chǎn)生燃油需求特征，通過分布式計算框架，可以實現(xiàn)對舟山保稅油市場容量和潛在市場規(guī)模的估算。

2.2 市場規(guī)模測算

運用船舶行為識別模型和停泊事件算法，對2019年舟山港方圓135 n mile里的國際航行船舶(貨船)的AIS船舶軌跡大數(shù)據(jù)軌跡進行提取和測算(如圖1所示)，共有4 627艘、12 623艘次國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)舟山的國際航行船舶AIS軌跡示意圖

通過對上述船舶的航線軌跡、船舶信息(船型、運力等)進行分析，篩選出符合前文設定典型航線上的船舶，并對應到相應細分航線如表4所示。

表4 舟山國際船舶燃供細分市場規(guī)模測算 艘次/年

(1) 優(yōu)勢市場全年約1 552艘次，根據(jù)對燃供企業(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。綜合測算，此部分燃供市場規(guī)模約218萬t。

(2) 競爭市場全年約6 628艘次，綜合測算此部分燃供市場規(guī)模約969萬t。

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

3 結論與展望

為科學合理判斷舟山發(fā)展國際船舶燃料油供應的潛在市場規(guī)模，本文應用航線成本對比分析模型將舟山發(fā)展船舶燃供的潛在市場進行細分，并利用船舶行為識別模型和停泊事件算法對途徑舟山海域的船舶AIS數(shù)據(jù)進行分析，測算各類細分市場規(guī)模。研究結果表明：舟山發(fā)展國際船舶燃料油供應的優(yōu)勢市場、競爭市場的服務對象為掛靠或途徑舟山港口且航線上不經(jīng)過新加坡港的國際船舶，這部分市場規(guī)模共計約1 187萬t。建議政府管理部門及相關企業(yè)在制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、配套政策及拓展市場時應在鞏固“優(yōu)勢市場”的基礎上，著力提升“競爭市場”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大船錨地加油需求，優(yōu)化外海錨地加油、跨關區(qū)直供、一庫多供、先供后報等加油監(jiān)管流程，利用自貿(mào)區(qū)低硫燃油出口退稅政策機遇推動保稅低硫燃料油自產(chǎn)自銷以進一步降低燃料油價格等方式，逐步使原本應在本地加油的“優(yōu)勢市場”、“競爭市場”的國際船舶回流，近期重點是日韓和中國香港的部分國際加油船舶回流，遠期是新加坡部分國際加油船舶回流。

本文對舟山國際船舶燃供潛在市場規(guī)模的分析中還存在一些不足之處，后續(xù)可在以下兩個方面進行拓展研究：

(1) 在對舟山燃供潛在市場劃分時構建的模型主要考慮了成本因素，對于供油基礎設施、供油服務水平、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因素進行完善。

(2) 在對途徑舟山港海域的船舶AIS數(shù)據(jù)測算時，未對測算數(shù)據(jù)進行誤差分析，可在以后的研究中進一步完善AIS測算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的誤差置信度分析。