大宗散運(yùn)貨物運(yùn)力流向監(jiān)控與識(shí)別系統(tǒng)

王紹函，劉鑫鑫，段俊利，韓懿

（1.上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所，上海 200135；2.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240；3.中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司，上海 200135）

全球超過(guò)90%的貿(mào)易是通過(guò)船舶運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)的。船舶運(yùn)輸市場(chǎng)主要由干散貨運(yùn)輸、液散貨運(yùn)輸和集裝箱運(yùn)輸三種方式。其中，干散貨運(yùn)輸占據(jù)了國(guó)際貿(mào)易總量的30%[1]。同時(shí)大宗商品市場(chǎng)與航運(yùn)業(yè)作為全球經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，也就成為了全球產(chǎn)業(yè)鏈的晴雨表[2]?，F(xiàn)階段，多數(shù)研究主要集中在使用AIS 數(shù)據(jù)對(duì)船舶本身的行為進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，如航速規(guī)劃[3]等。但是，利用AIS 數(shù)據(jù)對(duì)大宗商品的價(jià)格和流向監(jiān)測(cè)的，仍是空白。因此，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，利用AIS 數(shù)據(jù)分析船舶行為、港口行為、船舶泊位特征，得到船舶運(yùn)輸與大宗商品之間的聯(lián)系。

1 大宗商品運(yùn)力流向與監(jiān)控系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)了一種基于AIS 數(shù)據(jù)、IHS 數(shù)據(jù)和港口信息數(shù)據(jù)的大宗商品運(yùn)力流向與監(jiān)控系統(tǒng)。

AIS 提供的船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括但不限于：船舶位置、航速、航向、船名、呼號(hào)等重要信息。IHS 數(shù)據(jù)包含：港口泊位位置信息、?？坎次淮邦?lèi)型和船裝卸貨物種類(lèi)信息等。港口信息包括：港口的位置信息等。為探尋不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，本文對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行以下處理。

1.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

采用墨卡托投影方法將AIS 船舶位置的經(jīng)緯度變換成平面直角坐標(biāo)系，如公式（1）～（4）所示

其中：ro為基準(zhǔn)經(jīng)緯度圈半徑，為常數(shù)；q為等量維度，a 為地球半徑，e 為橢球的第一偏心率，No為墨卡托基準(zhǔn)維度卯酉圈曲率半徑，為墨卡托投影變換的基準(zhǔn)維度。（L,B）為墨卡托變換輸出的經(jīng)緯度，（xa，ya）是墨卡托直角坐標(biāo)，利用該坐標(biāo)計(jì)算任意兩點(diǎn)間的距離。

1.2 泊位信息整理

利用AIS 數(shù)據(jù)和IHS 數(shù)據(jù)對(duì)泊位信息進(jìn)一步進(jìn)行融合整理。

（1）對(duì)AIS 數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)的方式識(shí)別出泊位的位置范圍，并根據(jù)聚類(lèi)出的泊位位置范圍來(lái)確定泊位的長(zhǎng)度和方向；再通過(guò)AIS 數(shù)據(jù)中所包含的船舶類(lèi)型數(shù)據(jù)來(lái)判斷泊位的?？康拇邦?lèi)型，若對(duì)于泊位位置范圍內(nèi)的AIS 數(shù)據(jù)，如果有超過(guò)80%的AIS 數(shù)據(jù)中的船舶類(lèi)型數(shù)據(jù)顯示的是A 類(lèi)船舶，那么設(shè)定該泊位為A 類(lèi)船舶泊位或A 類(lèi)泊位。示例如圖1所示。

圖1 泊位聚類(lèi)識(shí)別簡(jiǎn)化結(jié)果

（2）再引入IHS 數(shù)據(jù)，對(duì)泊位裝卸貨物進(jìn)行分析。使用公式（1）～（4）計(jì)算聚類(lèi)泊位結(jié)果和IHS 數(shù)據(jù)中泊位坐標(biāo)的距離；然后，將距離最近的IHS 泊位信息賦值給聚類(lèi)識(shí)別出來(lái)的泊位，修正泊位聚類(lèi)識(shí)別簡(jiǎn)化結(jié)果。

（3）根據(jù)船舶靠泊前后的AIS 數(shù)據(jù)中的吃水?dāng)?shù)據(jù)的變化進(jìn)行判斷，如果吃水差大于0，即進(jìn)行了卸貨操作；反之，進(jìn)行了裝貨操作。再統(tǒng)計(jì)分析歷史上某泊位范圍內(nèi)船舶的歷史裝卸貨記錄，如果90%以上為裝貨操作，該泊位為裝貨泊位；如果90%以上為卸貨操作，該泊位為卸貨泊位。

1.3 港口及泊位屬性整理

在確定了泊位是裝貨泊位或卸貨泊位后，還需進(jìn)一步確定泊位裝卸貨物種類(lèi)。

（1）對(duì)于特種船，往往需要停在指定的特殊泊位上，因此只需分析這類(lèi)特種船靠泊港口和泊位，即可確定港口和泊位裝卸貨的種類(lèi)；

（2）通過(guò)分析泊位名稱(chēng)字段來(lái)判斷泊位裝卸貨的種類(lèi)。例如：帶有“COAL”字段的泊位，可認(rèn)定為裝卸煤炭的泊位；

（3）由于IHS 數(shù)據(jù)中帶有部分泊位裝卸貨物的信息，通過(guò)分析整理IHS 數(shù)據(jù)，將裝卸貨物的信息融合到泊位信息之中；

（4）對(duì)于大宗干散貨，分析這些貨物的原產(chǎn)地，并根據(jù)原產(chǎn)地貨物廠區(qū)的坐標(biāo)位置來(lái)識(shí)別周?chē)牟次弧?/p>

但是，以上方式并不能完全確定泊位裝卸貨物的種類(lèi)，還需在后續(xù)研究中進(jìn)一步探索分析。

1.4 船舶航次修正

分析大宗商品的動(dòng)態(tài)之前，還需對(duì)船舶航次進(jìn)行修正，以避免錯(cuò)誤航次所帶來(lái)的分析誤差。方式如下。

1.4.1 丟港漏港

對(duì)于丟港漏港的情況，本文將通過(guò)以下方式進(jìn)行識(shí)別和修補(bǔ)：

其中Diskj為船舶從k 港口駛向j 港口所用的總距離，Disk'j'為k 港口到j(luò) 港口實(shí)際的港口距離間隔，time_diff為某一個(gè)AIS 信息和它下一個(gè)AIS 信息上傳時(shí)間的間隔。如果Diskj和max（time_diff）滿(mǎn)足公式（5），則認(rèn)為該航次存在丟港漏港的情況。另外，如果存在多次吃水變化，同樣也認(rèn)定為丟港漏港情況。

1.4.2 丟港漏港修正

通過(guò)識(shí)別出來(lái)的漏港航段來(lái)匹配距離異常航段最近的港口，并篩選時(shí)間間隔最大的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為丟漏港前后的AIS 點(diǎn)，通過(guò)航速計(jì)算到港和離港時(shí)間來(lái)修正丟漏港情況。

1.4.3 航行過(guò)程中的錨泊靠泊的航次拼接

部分船舶在穿越海峽時(shí)會(huì)進(jìn)行錨泊或靠泊來(lái)進(jìn)行加油或補(bǔ)給，該行為會(huì)導(dǎo)致航行狀態(tài)的中斷，因此需要對(duì)航程進(jìn)行拼接，方式如下：

（1）對(duì)于需要進(jìn)行先靠泊后穿越的海峽，對(duì)前后航程直接進(jìn)行拼接；

（2）對(duì)于穿越海峽時(shí)發(fā)生的靠錨泊行為，如果前后航程吃水變化不大，且開(kāi)始下一港和出發(fā)港為不同裝卸貨種類(lèi)，則判斷中途存在船舶加油行為，對(duì)此類(lèi)航程進(jìn)行拼接。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本文將以鐵礦石為例子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果展示。船舶每一次的運(yùn)輸量可以用船舶設(shè)計(jì)載重噸（deadweight，DWT）來(lái)表示。圖2展示的是2021年內(nèi)滿(mǎn)載鐵礦石運(yùn)輸?shù)街袊?guó)的船舶的總載重噸統(tǒng)計(jì)，從圖2中可以看出中國(guó)鐵礦石進(jìn)口主要來(lái)源于澳大利亞和巴西，總量大約占到中國(guó)2021年鐵礦石進(jìn)口總量的90%。

圖2 2021年中國(guó)鐵礦石進(jìn)口來(lái)源占比

圖3展示的是2020年至今中國(guó)每年出口鐵礦石總量統(tǒng)計(jì)，從圖3可以看出，2021年相較于2020年出口總量有所下降。

圖3 2020年至今中國(guó)每年鐵礦石出口總量

圖4展示的是澳大利亞每月出口至中國(guó)的鐵礦石總量，2021年5月開(kāi)始，澳大利亞出口到中國(guó)的鐵礦石總量有所下降，2022年年初澳大利亞出口到中國(guó)的鐵礦石總量下降到近兩年最低。

圖4 澳大利亞每月出口至中國(guó)的鐵礦石總量

根據(jù)船舶航次的出發(fā)港和結(jié)束港，可以對(duì)大宗商品的流向進(jìn)行追蹤和統(tǒng)計(jì)。表1展示的是2021年澳大利亞出口到不同國(guó)家的鐵礦石總量。表2展示的是2021年澳大利亞的港口出口到不同港口的鐵礦石總量。

表1 2021年澳大利亞出口到不同國(guó)家的鐵礦石總量

表2 2021年澳大利亞的港口出口到不同港口的鐵礦石總量

3 結(jié)論

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果上看，現(xiàn)在的統(tǒng)計(jì)結(jié)果已經(jīng)可以在一定程度上反應(yīng)市場(chǎng)情況，也能在市場(chǎng)發(fā)生異常時(shí)及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和反饋，對(duì)于把控市場(chǎng)動(dòng)向和探索市場(chǎng)規(guī)律有奠基作用，但和港口統(tǒng)計(jì)的結(jié)果仍有一定的差距。因此，后續(xù)的研究將繼續(xù)深入優(yōu)化數(shù)據(jù)出來(lái)和提高泊位和貨物匹配的準(zhǔn)確性。