張健豪，韓懿

（中遠海運科技股份有限公司，上海 200135）

1 引言

隨著經(jīng)濟全球化的快速發(fā)展，國際貿(mào)易往來日益密切，集裝箱運輸船舶憑借其運輸能力強、裝卸效率高、節(jié)約裝卸勞動力、貨損和貨差小等優(yōu)勢成為國際貨物運輸?shù)闹饕绞街弧Ｄ壳敖^大部分海運集裝箱航線都以班輪形式經(jīng)營，但各船公司對集裝箱班輪航線的劃分沒有一個統(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)營需要可能是點—點航線、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。這給航線運力的分類和識別造成了障礙，也很難統(tǒng)計航線運力變化。

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

2 全球班輪航線識別

2.1 航線識別

首先是采集集裝箱班輪的AIS 歷史數(shù)據(jù)，并進行清洗等預(yù)處理，去除無用的干擾數(shù)據(jù)。然后運用動態(tài)規(guī)劃算法[1]解決“最長公共子串問題”來識別集裝箱班輪多次出現(xiàn)的航線循環(huán)，將識別出的最長公共子串作為識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 以上這四個不同船型的船舶。該步驟是基于動態(tài)規(guī)劃算法對不同船型的集裝箱班輪歷史航線進行識別。

2.2 航線分類

從業(yè)務(wù)邏輯上來看，全球集裝箱班輪航線主要在亞太、歐洲、美洲、拉非四個貿(mào)易區(qū)之間循環(huán)往復(fù)運行，以上四個貿(mào)易區(qū)作為一級貿(mào)易區(qū)。根據(jù)班輪航線的業(yè)務(wù)邏輯可以將這四個一級貿(mào)易區(qū)繼續(xù)細分為遠東、西北歐、美西北、美西南等二級貿(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貿(mào)易區(qū)編碼，對貿(mào)易區(qū)航線進行分類。

2.3 運力識別

由于集裝箱班輪運力監(jiān)控需要細化到港口層面，根據(jù)航線經(jīng)過的二級貿(mào)易區(qū)信息，將貿(mào)易區(qū)的歷史航線細化到對應(yīng)的途經(jīng)國家航線和港港航線。首先是港港航線起始時間和終止時間，用以確定該航線運營的相關(guān)年份時間信息。其次是各港口的到港時間、離港時間、航行時長、航行里程、靠泊時長等信息。通過比較港港航線經(jīng)過的港口東西向和南北向的距離來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。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“運力寶”主要功能之一。詳見中遠海運科技股份有限公司的“船視寶”網(wǎng)站：www.myvessel.cn/。

3 航線識別例證

下面以一條集裝箱班輪為例，對集裝箱班輪歷史航線識別算法的可行性和有效性進行驗證。

3.1 數(shù)據(jù)采集處理

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

3.2 航線識別

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

3.3 航線分類

從一級貿(mào)易區(qū)來看，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 運力識別

將上述貿(mào)易區(qū)航線細化到港口層面，并提取航線每個港口的抵離港時間、航行時長及里程、靠泊時長等信息，歷史船期信息如下圖所示：

從港口層面來看該航線每次經(jīng)過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-蘇伊士運河-鹿特丹-不來梅港-哥德堡-奧爾胡斯-不來梅港-威廉港-丹吉爾-蘇伊士運河-新加坡-上海-洋山。

4 航線統(tǒng)計分析

目前國際海運市場各集裝箱班輪運輸公司紛紛加強合作并組建海運班輪聯(lián)盟，已經(jīng)形成了三大海運聯(lián)盟，即：2M（包含馬士基航運和地中海航運）、Ocean（包含法國達飛輪船、臺灣長榮海運、香港東方海外及中國遠洋海運）、THE（包含赫伯羅特、陽明海運、日本郵船、川崎汽船、商船三井及韓進海運）。三大海運聯(lián)盟主導(dǎo)集裝箱班輪運輸市場，現(xiàn)通過機器學(xué)習(xí)方法對航運班輪聯(lián)盟及聯(lián)盟內(nèi)船公司航線數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，揭示各公司集裝箱班輪航線中隱藏的規(guī)律。我們將識別的集裝箱班輪航線整理為航線頻率矩陣，通過泊松主成分分析（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)的航運聯(lián)盟信息。

如圖所示，每個點代表某個時間段一艘集裝箱船舶，三個不同的航運聯(lián)盟船分別用不同顏色和形狀的點表示，可以看到三大航運聯(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)，形成可三個相對獨立的聚類族群，說明這兩個聯(lián)盟在某些航線上處于壟斷地位。同時三個聯(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)象說明了三大航運聯(lián)盟之間的競爭關(guān)系。

如圖所示，每個點代表某一個時段的一艘集裝箱船舶，九個不同船公司分別用不同顏色和形狀的點表示。從圖中，可以看出不同船公司有明顯的航線偏好，比如中遠海運，馬士基航運，以及臺灣長榮，這些船舶的航線特征明顯，獨立于其他船舶。同時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，臺灣長榮，現(xiàn)代商船，赫伯羅特這四家船公司有非常多的重合，說明業(yè)務(wù)類似。又比如法國達飛、中遠海運、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爭和合作，展示了航運聯(lián)盟班輪公司內(nèi)部在運輸服務(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)蘊藏了巨大的價值，為智能航運發(fā)展帶來了新的機遇。應(yīng)用集裝箱航線的分析研究成果，將極大提升航運勞動生產(chǎn)力。一是幫助掌握全球的航線結(jié)構(gòu)、航線運力統(tǒng)計及各航線運力的變化等，獲得實時世界經(jīng)濟貿(mào)易的流向，優(yōu)化國內(nèi)經(jīng)濟貿(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值來確定班輪運輸價格，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、對下一港及預(yù)抵時間進行預(yù)測等。我們要積極推進傳統(tǒng)航運領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過不斷創(chuàng)新行業(yè)發(fā)展模式，研發(fā)新產(chǎn)品，實現(xiàn)管理升級，提升我國航運企業(yè)在國際市場上的競爭力，加快推進由航運大國向航運強國邁進。