基于區(qū)塊鏈技術的河北煤炭港口物流規(guī)劃布局研究

袁海玉

針對于煤炭港口整體供應鏈不透明、各合作組織不信任導致的物流運輸效率低下的問題，本文提出基于區(qū)塊鏈技術建立河北煤炭港口物流規(guī)劃布局模型。通過選擇影響物流規(guī)劃布局的指標，利用主成分分析法構建物流中心選址指標分析體系，確定物流中心地址。在此基礎上，針對煤炭物流運輸節(jié)點數(shù)據(jù)設計區(qū)塊鏈系統(tǒng)，通過加入身份認證模塊，加強煤炭物流運輸?shù)目尚判?，完成區(qū)塊鏈技術下河北煤炭港口物流規(guī)劃布局的模型設計。通過實驗驗證，設計模型每日運輸單量最高達到395單，平均為364單，遠遠高于傳統(tǒng)方法的物流運輸量，可以滿足實際應用需求。

一、引言

河北省坐擁秦皇島港、唐山港和黃驊港等多個煤炭海上運輸港口，在我國煤炭能源運輸線路中具有重要的地位，對區(qū)域經濟發(fā)展起到極為重要的作用。但在河北港口的煤炭運輸中，因涉及多家企業(yè)，導致煤炭運輸物流效率不足。因此，需加強對河北煤炭港口的整體物流規(guī)劃布局，提升煤炭港口的經濟效益。目前，有學者對物流供應鏈作出一些研究成果。李偉等人提出以煤炭出港作業(yè)為主問題建立約束規(guī)劃模型，利用變鄰域搜索算法改進煤炭取料作業(yè)方案，通過全局搜索和局部收斂，實現(xiàn)對煤炭出港作業(yè)的整體優(yōu)化調度。崔葉竹等人提出引入人工魚群算法設計港口物流運輸節(jié)點，以物流路徑規(guī)劃為運輸條件，選擇煤炭物流的最佳路徑規(guī)劃。但傳統(tǒng)發(fā)方法通常未全面考慮物流規(guī)劃的全局性，整體布局的運輸管理效率不足。

為解決上述問題，本文提出基于區(qū)塊鏈技術的去中心化、安全透明、可追溯等優(yōu)勢，建立河北煤炭港口物流規(guī)劃布局的模型。并采用仿真實驗驗證本文研究模型的物流規(guī)劃布局后的運輸性能。以期為河北煤炭港口物流業(yè)務的高效率運行、業(yè)務可追蹤、管理便捷化提供可行性理論依據(jù)。

二、河北煤炭港口物流中心選址指標體系構建

河北煤炭港口物流中心承擔著煤炭運輸、存儲、配煤、中轉等功能，精準選址可對煤炭的整體運輸管理起到減少運輸成本，提高作業(yè)效率的作用。

（一）河北煤炭港口物流中心選址影響指標選擇

河北煤炭港口物流中心的選址需要考慮的因素相比于其他海運的影響因素較簡單。煤炭主要來自于河北境內外的輻射區(qū)域，要求具有較完善的交通運輸條件可連接煤炭生產地和港口，且有一定政策支持。結合煤炭產地固定的特性，本文選擇河北煤炭港口物流規(guī)劃布局中心選址的影響指標主要有：自然氣候、交通運輸條件、經濟成本。

（二）基于主成分分析的港口物流中心選址指標分析

主成分分析法是一種常用的多元數(shù)據(jù)降維統(tǒng)計方法，利用少量不相關指標替代原數(shù)量較多的關聯(lián)指標，并使新指標作為原指標的線性組合關系，最大化地保留原指標的數(shù)據(jù)信息，此時，新指標即為主成分。

假設有n個規(guī)劃方案，p個指標構成的指標集為，其中為第i個規(guī)劃方案的第j個指標的值。對指標集的數(shù)據(jù)進行標準化處理：

計算標準化指標集中指標間的相關程度，建立標準化指標集的相關系數(shù)矩陣，求解相關矩陣的特征值，則q個大于0的特征值對應的規(guī)范正交特征向量為，則主成分的矩陣形式為：

主成分y之間不相關聯(lián)，第i個主成分的特征值是其方差。通過計算該主成分的方差與總方差之比即可得到該主成分的貢獻率，對m個主成分的累積方差貢獻率進行計算，當累積方差貢獻率達到0.7-0.9時，則使用前m個主成分代替原p個指標。則由m個主成分分析得到的綜合指標評估函數(shù)為：

通過計算主成分的方差貢獻率，選取權重較大的主成分，并構造由新主成分指標組成的中心選址綜合評估函數(shù)，確定最優(yōu)的河北煤炭港口物流中心選址。在缺確定物流中心地址的基礎上，進一步建立港口煤炭物流規(guī)劃布局模型。

三、基于區(qū)塊鏈技術的物流規(guī)劃布局建模

河北煤炭港口物流供應鏈主要由礦（煤礦）-路（鐵路）-港（港口）-航（航運）-電（電廠）五大節(jié)點組成，為加快煤炭港口的物流運輸，在確定物流中心地址的基礎上，引入?yún)^(qū)塊鏈技術，在上述節(jié)點中建立煤炭港口物流的規(guī)劃布局模型，具體如下所述。

（一）區(qū)塊鏈技術的基本原理

區(qū)塊鏈是開放式的分布式賬簿系統(tǒng)，具有透明，安全，可信度高等優(yōu)勢?？蓱糜诿禾扛劭谖锪髦校绻禾扛劭谖锪鲀炔啃畔l(fā)生變更，改變的物流信息會迅速同步到所有節(jié)點中，保證在區(qū)塊鏈系統(tǒng)內部信息的完整性。所有節(jié)點上的組織之間都可以成為物流規(guī)劃布局中的建設者，組建一個內部透明、難以篡改且數(shù)據(jù)記錄可追蹤的內部網(wǎng)絡，解決了煤炭物流各組織之間存在的信任糾紛問題。

（二）結合區(qū)塊鏈技術的物流規(guī)劃布局建模

利用區(qū)塊鏈技術，進行河北煤炭港口物流規(guī)劃布局的模型構建，加入身份認證和權限管理，進一步增強物流信息的保密性。通過將煤炭港口物流供應鏈上所有組織的活動信息記載在特定的區(qū)塊鏈區(qū)域中，對物流進行鏈式管理，實現(xiàn)物流的整體規(guī)劃布局。具體的構建方案如下圖1所示：

結合人工智能實現(xiàn)區(qū)塊鏈煤炭港口物流管理的智能化，通過煤炭在各節(jié)點的關鍵環(huán)節(jié)如倉儲、配送等處運用條碼技術、RFID技術等信息技術，可對煤炭進行數(shù)量檢測、精準辨識等，并上傳數(shù)據(jù)至區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，形成鏈式記賬簿，各組織節(jié)點均可查閱信息。

在區(qū)塊鏈物流管理網(wǎng)絡中，加入節(jié)點的身份認證模塊，通過在節(jié)點中身份注冊并生成MSP證書，在模型中更換配置文件信息，每個節(jié)點設置一個MSP，每個MSP證書文件中包含CA證書和管理員證書。將生成的證書信息配置到交易通道中，完成區(qū)塊鏈煤炭港口物流網(wǎng)絡模型配置。

通過區(qū)塊鏈技術的應用，轉變物流供應鏈中各節(jié)點的關系，從排序性的節(jié)點串聯(lián)關系轉變?yōu)椴⒘械牟⒙?lián)關系，大大減少因某節(jié)點損失下其他節(jié)點的機會成本。通過分布式的區(qū)塊鏈煤炭港口物流管理，能夠使單筆運輸單在區(qū)塊中成為唯一的單向鏈，多個鏈條形成網(wǎng)狀物流管理系統(tǒng)，保障了物流規(guī)劃布局管理的唯一性和可追蹤性。

四、實驗

在Matlab仿真平臺上進行仿真實驗，驗證本文設計方法的物流規(guī)劃布局性能。為保證設計方法的可行性，采用文獻方法進行同等條件下的對比實驗。實驗指標為單位時間內煤炭運輸單量。

（一）實驗準備

本文建立的區(qū)塊鏈技術下港口物流規(guī)劃布局模型由三臺服務器構成，其中兩臺服務器用于搭建運行平臺，另一臺作為后臺服務器。具體配置信息為：CPU為E5-2620型號，內存4GB，操作系統(tǒng)為CentOS 7.6，超級賬本Fabric V1.1。測試數(shù)據(jù)集為某煤炭企業(yè)2020年12月份運輸訂單信息，3GB。

（二）實驗結果與分析

設置總請求數(shù)為10000，單區(qū)塊包含的最大交易數(shù)為200，單區(qū)塊打包最大時間間隔2s，共有5個節(jié)點組織，測試一天內港口煤炭物流運輸單量的變化。為保證實驗的準確性，采用本文方法與文獻方法進行對比實驗。實驗結果如下：

分析上圖2可知，通過改變并發(fā)數(shù)觀察每天港口煤炭物流運輸單量的變化，每天運輸單量最高為395單。分析圖3，通過多組實驗測試結果表明，設計模型的每天物流運輸單量平均為364單，而文獻方法的平均每天物流運輸單量分別為257單和142單，由此可見，本文設計方法的物流規(guī)劃布局后，每天港口煤炭運輸?shù)膯瘟窟h高于傳統(tǒng)方法。

通過主成分分析法對物流中心選址后，大大縮短了物流運輸路徑，提高了物流運輸效率，在單位時間內提高了運輸單量，利用區(qū)塊鏈技術對物流規(guī)劃布局，使物流運輸透明化，提高了各組織之間的協(xié)作效率，進一步加強了物流運輸?shù)男?，提高了煤炭港口物流?guī)劃布局的整體可行性，降低了煤炭運輸經濟成本。

五、結語

本文采用主成分分析法對河北煤炭港口物流中心選址進行了優(yōu)化計算，利用區(qū)塊鏈技術建立了物流規(guī)劃布局的模型，證明了河北煤炭港口物流規(guī)劃在實際應用中的適用性，以此為依據(jù)，表明本文設計模型的可行性。因此，通過本文研究，能夠為河北煤炭港口物流規(guī)劃布局提供理論支撐，相信物流規(guī)劃對河北煤炭經濟具有良好的發(fā)展推動作用。但本文研究還存在不足之處，如對影響物流規(guī)劃布局的指標選取還應更全面，如煤炭貨源，政策扶持等因素，進一步提高物流規(guī)劃布局研究成果的可信度和實用性。在未來的研究中，可以進行實地考察后，綜合多方面的評估進一步深入研究，為提高河北煤炭港口的物流管理能力提供建議。

（作者單位：巴音郭楞職業(yè)技術學院）

課題題目：《基于區(qū)塊鏈的河北煤炭港口供應鏈信息共享模式研究》編碼：HB20GL026。