基于過閘數(shù)據(jù)的江蘇省內(nèi)河貨運(yùn)情況分析

陳奕超　陳冬　劉春啟

【摘 要】 為提高江蘇省內(nèi)河水運(yùn)行業(yè)的科學(xué)管理水平，基于對江蘇省交通運(yùn)輸船閘聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)的分析，對全省航閘運(yùn)行、貨物運(yùn)輸情況進(jìn)行研究。提出針對數(shù)據(jù)預(yù)處理、總體情況分析、船閘運(yùn)行分析、貨物運(yùn)輸分析等4部分的算法設(shè)計(jì)，并采用2021年全年過閘數(shù)據(jù)對全省內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展進(jìn)行實(shí)證分析，這對于全面提升江蘇省港航行業(yè)規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行管理及綜合服務(wù)水平具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 江蘇省；內(nèi)河航運(yùn)；過閘數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析

0 引 言

江蘇省是內(nèi)河航運(yùn)大省，全省內(nèi)河航道網(wǎng)絡(luò)密布，航道總長約2.4萬km。內(nèi)河航運(yùn)是江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，內(nèi)河貨運(yùn)量約占全省綜合貨運(yùn)量的1/3。隨著我國經(jīng)濟(jì)由高速增長階段進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，尤其是在推動(dòng)江蘇高質(zhì)量發(fā)展走在全國前列的目標(biāo)指引下，江蘇省內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展面臨的形勢和任務(wù)都發(fā)生了重大變化?！督煌◤?qiáng)國建設(shè)綱要》《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見》等國家、省部委頒布的文件對內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展指明了方向。本文通過對江蘇省交通運(yùn)輸船閘聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)開展航運(yùn)大數(shù)據(jù)分析，對全省航道運(yùn)行、貨物運(yùn)輸情況進(jìn)行了實(shí)證研究。

1 江蘇省航閘基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀

江蘇省內(nèi)河航道網(wǎng)絡(luò)密布，截至2021年底，江蘇省內(nèi)河航道里程達(dá)24 648 km，航道網(wǎng)密度23.0 km/100 km2，兩者均居全國第一位。Ⅳ級(jí)以上內(nèi)河高等級(jí)航道里程3 197 km，通達(dá)80%的縣級(jí)城市；省干線達(dá)標(biāo)航道里程達(dá)2 363 km，可通行1 000噸級(jí)船舶的航道覆蓋全省78%的縣級(jí)及以上航道節(jié)點(diǎn)和50%的省級(jí)及以上開發(fā)區(qū)。

江蘇省內(nèi)河航道共有通航船閘111座，其中交通部門管理的船閘有52座，施橋、邵伯等10座位于京杭運(yùn)河沿線的船閘由蘇北航務(wù)管理處管理，其余船閘由相應(yīng)的市航道處或港航中心管理。

2 過閘數(shù)據(jù)簡介

船舶過閘數(shù)據(jù)來源于江蘇省交通運(yùn)輸船閘聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)庫，以2020年的船舶過閘數(shù)據(jù)為例，信息數(shù)據(jù)共計(jì)305萬條，主要包括船舶名稱、上下行標(biāo)志、船閘名稱、報(bào)到時(shí)間、船籍港名稱、船舶類型、船舶參數(shù)（總長、總寬、總噸、載重噸、型深）、空載標(biāo)志、貨物名稱、航次起點(diǎn)、航次終點(diǎn)、實(shí)際載貨等數(shù)據(jù)信息。

船舶過閘的數(shù)據(jù)覆蓋面廣、統(tǒng)計(jì)周期長，除部分蘇南航道外，基本涵蓋所有在江蘇省內(nèi)航行的內(nèi)河船舶。

3 算法研究

為更好地從過閘數(shù)據(jù)中提取有效信息，實(shí)現(xiàn)內(nèi)河水運(yùn)信息化，提高內(nèi)河水運(yùn)行業(yè)的科學(xué)管理和組織服務(wù)水平，本文從數(shù)據(jù)預(yù)處理、總體情況分析、船閘運(yùn)行分析、貨物運(yùn)輸分析4部分對江蘇省過閘數(shù)據(jù)開展研究，更全面地分析內(nèi)河水運(yùn)狀況，以期獲得更準(zhǔn)確的結(jié)論。

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究采用的船舶過閘信息數(shù)據(jù)量大，字段信息多，存在著包括數(shù)據(jù)重復(fù)、數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)雜亂等一系列問題；因此，在數(shù)據(jù)分析之前需要對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，確保消除所有的“臟數(shù)據(jù)”。

（1）重復(fù)數(shù)據(jù)清洗。船舶過閘信息重復(fù)填報(bào)和系統(tǒng)故障都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)重復(fù)的記錄。針對數(shù)據(jù)重復(fù)的情況，在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段對每條過閘記錄進(jìn)行重復(fù)性分析，若發(fā)現(xiàn)相同船舶識(shí)別號(hào)在相同時(shí)刻重復(fù)填報(bào)數(shù)據(jù)，則只保留第一條記錄，并將重復(fù)記錄直接刪除。

（2）缺失數(shù)據(jù)清洗。缺失數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)清洗工作解決的另一個(gè)重要問題。在數(shù)據(jù)錄入過程中，由于人為操作失誤、部分信息需要保密或者數(shù)據(jù)來源不可靠等各種原因，造成數(shù)據(jù)殘缺，如某條記錄的屬性值被標(biāo)記為“NULL（無）”或空缺等。一旦不完整、不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)分析，則會(huì)影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果過閘數(shù)據(jù)中重點(diǎn)研究字段的缺失比例較小，可以通過直接刪除重點(diǎn)字段缺失數(shù)據(jù)來進(jìn)行清洗。

（3）數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一。船舶過閘信息數(shù)據(jù)中存在同類數(shù)據(jù)或者不同數(shù)據(jù)的同類字段的格式不統(tǒng)一問題。在數(shù)據(jù)錄入過程中，由于各系統(tǒng)之間的差異、操作人員的失誤或者數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的問題等原因，使得數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)格式不一致，這樣也會(huì)導(dǎo)致分析過程中的報(bào)錯(cuò)，甚至嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)分析結(jié)果的精確度。如時(shí)間字段在兩種數(shù)據(jù)中分別被存儲(chǔ)為“29-10月-18 03.51.53.000上午”和“2018- 10-29 03：51：53”，這些格式不一致的數(shù)據(jù)在后續(xù)的數(shù)據(jù)分析過程中可能會(huì)報(bào)告錯(cuò)誤信息，因此，在預(yù)處理階段應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)。

3.2 總體情況分析

（1）航道貨運(yùn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。船舶在江蘇省內(nèi)河航道航行過程中，可能存在一次或者多次的過閘記錄，如果簡單地將全省過閘貨運(yùn)量進(jìn)行累計(jì)，其結(jié)果將會(huì)遠(yuǎn)大于實(shí)際航道貨運(yùn)量；因此，為獲得較為準(zhǔn)確的航道貨運(yùn)數(shù)據(jù)，應(yīng)剔除重復(fù)統(tǒng)計(jì)的船舶過閘記錄。分析算法將過閘記錄按“船名”和“過閘時(shí)間”排序后，根據(jù)“起訖點(diǎn)”“實(shí)載貨量”“上下行”3個(gè)識(shí)別字段，剔除重復(fù)航次數(shù)據(jù)后，得到江蘇省內(nèi)河航道貨運(yùn)數(shù)據(jù)，基于此可以統(tǒng)計(jì)全省內(nèi)河航道貨運(yùn)量。

（2）貨物運(yùn)輸總體情況。剔除重復(fù)過閘記錄后，根據(jù)數(shù)據(jù)中起訖點(diǎn)代碼判斷各條記錄起訖點(diǎn)所屬的行政區(qū)，在其基礎(chǔ)上根據(jù)起訖點(diǎn)與船閘所屬地的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)全省內(nèi)河貨物運(yùn)輸?shù)膮^(qū)間量、交換量以及過境量（區(qū)間量：江蘇省―江蘇省；交換量：江蘇省―省外；過境量：省外―省外），并且分析與周邊省市的交換關(guān)系。

（3）船舶、貨種總體情況。根據(jù)船舶類型、噸級(jí)字段，統(tǒng)計(jì)全省在航船舶的噸級(jí)和類型結(jié)構(gòu)組成，并且根據(jù)船閘所在通道、實(shí)載貨種判別分通道的貨運(yùn)情況以及分貨種的貨運(yùn)情況。內(nèi)河貨運(yùn)總體情況分析算法流程如圖1所示。

3.3 船閘運(yùn)行分析

（1）船閘運(yùn)行情況。根據(jù)各船閘運(yùn)行記錄的每一條過閘數(shù)據(jù)，計(jì)算每次過閘記錄中的過閘開始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間的時(shí)間差，累計(jì)分組即得到各船閘統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行時(shí)長。通過船閘字段以及過閘時(shí)間字段，聚合相同船閘開閘次數(shù)的記錄，即可統(tǒng)計(jì)全省船閘開放閘次的數(shù)據(jù)。

（2）船舶過閘分析。除了對船閘運(yùn)行時(shí)間與閘次數(shù)據(jù)進(jìn)行分析外，過閘船舶數(shù)量、過閘貨物量以及待閘時(shí)間分析是管理部門關(guān)注的重點(diǎn)；因此，在過閘數(shù)據(jù)分析中，需要通過船閘字段以及過閘時(shí)間字段統(tǒng)計(jì)分時(shí)段的各船閘過閘船舶數(shù)量，通過船閘字段、時(shí)間字段以及實(shí)載貨物量字段統(tǒng)計(jì)分時(shí)段的各船閘的過閘貨物量，并且結(jié)合收費(fèi)時(shí)間字段以及過閘時(shí)間字段，可以計(jì)算出江蘇省各船閘在不同時(shí)間段內(nèi)的平均待閘時(shí)間。

（3）全省船閘統(tǒng)計(jì)排名。通過船閘運(yùn)行時(shí)長、開放閘次、過閘船舶數(shù)量、過閘貨物量以及待閘時(shí)間5個(gè)分析要素，對全省52座交通部門管理的船閘統(tǒng)計(jì)排名，從不同的角度為管理部門以及船舶所 有人提供參考。全省船閘運(yùn)行情況分析算法流程見圖2。

3.4 貨運(yùn)流向分析

（1）起訖點(diǎn)識(shí)別。過閘數(shù)據(jù)記錄有船舶過閘時(shí)填報(bào)的起訖點(diǎn)，但這兩個(gè)字段是以數(shù)字編號(hào)的形式記錄，需要將其與文字匹配，來識(shí)別每一條記錄起訖點(diǎn)，還需要結(jié)合江蘇省行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，將起訖點(diǎn)字段聚合到地級(jí)市名（外省市采用省名）。

（2）流向聚類分析。對于相同起點(diǎn)（省市）、訖點(diǎn)（省市）字段的過閘記錄進(jìn)行聚類分析，統(tǒng)計(jì)相同起訖點(diǎn)的船舶貨運(yùn)流向數(shù)據(jù)，并且結(jié)合數(shù)據(jù)中貨種字段，計(jì)算不同貨種的貨物運(yùn)輸流向。剔除起訖點(diǎn)相同的區(qū)間貨物交換記錄以及不符合常理的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。貨物流向分析算法流程如圖3所示。

4 實(shí)證分析

采用江蘇省2021年全年過閘數(shù)據(jù)，結(jié)合上文闡述的分析算法對全省內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行實(shí)證分析。

4.1 總體情況分析

2021年，江蘇省內(nèi)河貨運(yùn)量9.4億t，同比減少1.3%。全省內(nèi)河貨運(yùn)量中，省內(nèi)各港口間貨物交流量為5.9億t，占比63.1%； 與其他省交流量為2.8億t，占比29.8%； 其他省貨物過境量為6 678萬t，占比7.1%。2021年江蘇省與其他省份間的內(nèi)河貨運(yùn)量為2.8億t，其中其他省到江蘇的貨運(yùn)量占71.2%，達(dá)到2.0億t，環(huán)比增長34.8%，全省內(nèi)河水運(yùn)與周邊省市聯(lián)動(dòng)性進(jìn)一步提升。安徽、山東發(fā)往江蘇省的貨運(yùn)量位居前兩位，分別達(dá)1.0億t和7 478萬t，分別占其他省到江蘇的貨運(yùn)量的50.4%、37.6%，通過南京楊家灣船閘和徐州藺家壩船閘等從安徽、山東到江蘇的貨運(yùn)量大幅增長。2021年江蘇省與周邊省市內(nèi)河貨物運(yùn)輸情況見圖4。

4.2 船閘運(yùn)行分析

2021年江蘇省聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)船閘共開啟60.2萬閘次，環(huán)比增長2.9%；累計(jì)運(yùn)行50.9萬h，環(huán)比增長6.8%；過閘船舶305萬艘次，環(huán)比下降1.4%；過閘貨物22.3億t，環(huán)比增長0.5%；過閘船舶平均運(yùn)力為692.1 t，環(huán)比上升0.5%。2021年內(nèi)河過閘船舶數(shù)量及環(huán)比變化如圖5所示。

統(tǒng)計(jì)各個(gè)船閘過閘船舶數(shù)量，諫壁船閘、江陰船閘、淮安船閘、施橋船閘、宿遷船閘、皂河船閘、邵伯船閘、劉老澗船閘、淮陰船閘、泗陽船閘10個(gè)船閘2021年過閘船舶均超過14萬艘次，主要分布在京杭運(yùn)河沿線，其中諫壁船閘、江陰船閘過閘船舶數(shù)量20萬艘次左右。2021年部分船閘過閘船舶數(shù)量及環(huán)比變化情況如圖6所示。

從過閘貨物量看，施橋船閘、淮安船閘、邵伯船閘、淮陰船閘、劉老澗船閘、泗陽船閘、宿遷船閘、皂河船閘8個(gè)船閘過閘貨物量均超過億噸，但2021年施橋船閘、淮安船閘、淮陰船閘過閘貨物量環(huán)比分別下降1.4%、6.6%、5.2%，諫壁船閘、江陰船閘因所在航道等級(jí)相對低等因素，過閘貨物量相對較少。

4.3 貨運(yùn)流向分析

2021年，江蘇省聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)船閘共過閘貨物量21.1億t，環(huán)比下降0.9%；完成內(nèi)河貨運(yùn)量9.4億t，環(huán)比減少1.3%，其中礦建材料、煤炭、鋼鐵是江蘇內(nèi)河貨運(yùn)最主要貨種，分別占比44.8%、21.4%、7.3%。2021年全省內(nèi)河貨運(yùn)雷達(dá)圖如圖7所示。

從貨物流量流向看，內(nèi)河運(yùn)輸貨物出發(fā)地主要為徐州、無錫、南通、鎮(zhèn)江，發(fā)出貨運(yùn)量分別為1.0億t、9 149萬t、8 267萬t和7 139萬t，分別占總發(fā)出量的15.1%、13.6%、12.3%和10.6%；到達(dá)地主要為淮安、蘇州、南通、無錫，到達(dá)貨運(yùn)量分別為1.3億t、1.0億t、9 471萬t、8 637萬t，分別占總到達(dá)量的16.4%、13.2%、12.0%、10.9%。在內(nèi)河運(yùn)輸中，江蘇省主要與安徽省和山東省開展內(nèi)河貨物運(yùn)輸，分別完成貨運(yùn)量7 980萬t和2 485萬t，占總貨運(yùn)量的8.5%和2.7%。

從煤炭流量流向看，內(nèi)河運(yùn)輸煤炭以運(yùn)抵江蘇省內(nèi)港口為主，占發(fā)出到達(dá)量的61.2%。其中：煤炭出發(fā)地主要為徐州、鎮(zhèn)江、無錫，發(fā)出量分別為4 111萬t、1 291萬t和1 143萬t，分別占總發(fā)出量的43.8%、13.7%和12.2%；煤炭到達(dá)地主要為蘇州、淮安、揚(yáng)州、無錫和常州，到達(dá)量為2 339萬t、1 816萬t、1 716萬t、1 625萬t和1 412萬t，分別占總到達(dá)量的15.8%、12.2%、11.6%、10.9%和9.5%。

從金屬礦石流量流向看，出發(fā)地主要為淮安、泰州、鹽城，發(fā)出量分別為1 066萬t、779萬t、271萬t，分別占總發(fā)出量的35.6%、26.0%、9.1%；金屬礦石到達(dá)地主要為無錫、南京、淮安、徐州，到達(dá)量分別為638萬t、551萬t、484萬t和434萬t，分別占總到達(dá)量的21.1%、18.3%、16.0%和14.4%。