交通大數(shù)據(jù)環(huán)境下的集裝箱業(yè)務(wù)應(yīng)用研究

蘆志英、嚴妍、吳慶巖

（1.桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.桂林電子科技大學(xué)基建處，廣西 桂林 541004）

0 引言

集裝箱運輸是指將貨物集合組裝至集裝箱運輸單元后，運用大型載運、裝卸工具完成集裝箱及其內(nèi)部貨物的運輸任務(wù)、裝卸搬運作業(yè)的一種運輸方式，是實現(xiàn)貨物運輸“門到門”服務(wù)的重要手段。當前，集裝箱運輸由單一種運輸方式發(fā)展到多式聯(lián)運，由國內(nèi)聯(lián)運發(fā)展到國際聯(lián)運，充分展現(xiàn)出其優(yōu)越性。在集裝箱多式聯(lián)運中，由各相關(guān)負責(zé)部門相互配合、協(xié)力完成運輸全過程。其中，集裝箱港口是集裝箱多式聯(lián)運網(wǎng)中的重要節(jié)點。近年來，我國集裝箱港口吞吐量總體上處于穩(wěn)定增長態(tài)勢，為應(yīng)對不斷增長的集裝箱作業(yè)需求，需要高效利用碼頭的資源設(shè)施，提高集裝箱中轉(zhuǎn)作業(yè)水平。

交通運輸部印發(fā)的《推進綜合交通運輸大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要（2020—2025 年）》中指出，要以數(shù)據(jù)資源賦能交通發(fā)展，推動大數(shù)據(jù)與綜合交通運輸深度融合，有效構(gòu)建綜合交通大數(shù)據(jù)中心體系，為加快建設(shè)交通強國提供有力支撐[1]。該綱要說明，數(shù)據(jù)賦能交通運輸快速發(fā)展的時代已經(jīng)到來。港口企業(yè)和相關(guān)運輸企業(yè)借助大數(shù)據(jù)提取集裝箱多式聯(lián)運業(yè)務(wù)的關(guān)鍵信息，可使相關(guān)業(yè)務(wù)流程更加智能化和透明化，有利于提高集裝箱運營管理能力，優(yōu)化資源配置，節(jié)約人力及車輛運營成本，提高勞動生產(chǎn)率，推動集裝箱業(yè)務(wù)快速發(fā)展，提高集裝箱多式聯(lián)運在物流行業(yè)中的競爭力。

1 大數(shù)據(jù)概述

大數(shù)據(jù)（big data）或稱巨量資料，指的是所涉及的資料量規(guī)模巨大到無法通過目前主流軟件工具，在合理時間內(nèi)達到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策、具有參考價值的資訊。IBM 提出大數(shù)據(jù)包括大量（Volume）、高速（Velocity）、多樣（Variety）、低價值密度（Value）、真實性（Veracity）等“5V”特點。研究機構(gòu)Gartner 將大數(shù)據(jù)定義為這樣的一種信息資產(chǎn)——需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力來適應(yīng)海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。麥肯錫則將大數(shù)據(jù)定義為一種規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍，具有海量規(guī)模、快速流轉(zhuǎn)、多樣類型和低價值密度等特點的一類數(shù)據(jù)集合。

總體來看，大數(shù)據(jù)真正的意義在于通過對這些“大”數(shù)據(jù)的快速、高效處理，為重要決策提供支持。因此，從某種意義上來說，運用大數(shù)據(jù)為企業(yè)運營提供支持的關(guān)鍵，在于提高對數(shù)據(jù)的“加工能力”，將低價值密度的數(shù)據(jù)“增值”。提升大數(shù)據(jù)的“價值”，比獲得更大量的數(shù)據(jù)更重要。對集裝箱多式聯(lián)運企業(yè)而言，對所獲取的大數(shù)據(jù)進行分析、處理，以供運營決策參考，是提升自身核心競爭力的關(guān)鍵。

2 集裝箱多式聯(lián)運

眾所周知，海運承擔了全球90%以上的貨物運輸量，集裝箱海運是集裝箱多式聯(lián)運流轉(zhuǎn)過程體系的重要組成部分，集裝箱港口是集裝箱多式聯(lián)運網(wǎng)中的重要節(jié)點。為提高集裝箱中轉(zhuǎn)作業(yè)水平，諸多港口堆場調(diào)度作業(yè)中應(yīng)用了GPS 和GPRS 技術(shù)；港口設(shè)備的實時安全監(jiān)控領(lǐng)域廣泛使用光纖傳感技術(shù)；一些港口開始嘗試在港口生產(chǎn)作業(yè)過程中應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)能使集裝箱碼頭變得越來越“聰明”[2]。

公路集裝箱運輸是鐵路車站、港口和機場集散物資的重要手段，是集裝箱多式聯(lián)運“門到門”不可缺少的重要組成部分。據(jù)調(diào)查，我國公路集裝箱運輸過程中車輛平均空載率約為37%。究其原因在于在公路集裝箱運輸貨源組織過程中，普遍存在分散化和無序化等不合理現(xiàn)象。分析集卡車隊運行大數(shù)據(jù)，有助于暢通公路集裝箱運輸信息交互，提升集卡車隊的綜合利用率。鴨嘴獸公司的“國際集裝箱道路運輸企業(yè)大數(shù)據(jù)中心”建設(shè)，有助于推進公路集裝箱數(shù)字化服務(wù)高地的形成。

向空運發(fā)展是集裝箱多式聯(lián)運未來發(fā)展趨勢。然而，由于受到飛機艙位的限制，除了在大型飛機的貨艙中可使用標準集裝箱，普通飛機中可使用的箱形均為非標準集裝箱，這給航空業(yè)開展集裝箱多式聯(lián)運帶來了困難。因此，在航空業(yè)開展集裝箱運輸，需要開發(fā)適用的全套設(shè)施設(shè)備及組織機構(gòu)等[3]。

3 大數(shù)據(jù)在集裝箱領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)在集裝箱運輸領(lǐng)域有許多發(fā)明專利，有力地促進了集裝箱業(yè)務(wù)的高效發(fā)展。如劉瑞等[4]發(fā)明了一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)可軌跡定位的新型集裝箱，包括集裝箱本體、支撐塊和移動單元。支撐塊固接在集裝箱體的底部；移動單元設(shè)置在集裝箱體的側(cè)壁；移動單元包括矩形塊、滾輪、限位塊和一號桿。借助移動單元，可將集裝箱體移動到指定位置，然后進行裝貨。張士和[5]發(fā)明了一種基于大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈的集裝箱運輸模式。運輸過程主要包括以下步驟：其一，收集港口船公司與工廠間的集裝箱進出口業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；其二，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及區(qū)塊鏈為運輸方匹配出最佳的業(yè)務(wù)三方運輸模式。通過大數(shù)據(jù)分析，將每一條獨立的、呆板的貨源信息優(yōu)化設(shè)計成最佳的運輸方案，賦予集裝箱運輸新含義，通過三方匹配運輸業(yè)務(wù)，能夠有效避免運輸方運輸工具空載的現(xiàn)象，而且對運輸鏈上的各個運輸節(jié)點均能起到積極作用，實現(xiàn)共贏。唐樹華[6]等設(shè)計了一種基于大數(shù)據(jù)的集裝箱運輸管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過優(yōu)化集裝箱的裝卸方式、改變集裝箱的形態(tài)等方式，提高集裝箱運輸效率。前述方式的成果體現(xiàn)在以下兩個專利中：“一種集裝箱用箱式高效率裝卸裝置”（CN211110883U）設(shè)計了一種新的集裝箱裝卸裝置，通過該裝置的使用可有效加快集裝箱的裝卸速度、方便集裝箱的使用；“雙拼集裝箱飛翼柜”（CN213139920U）則設(shè)計了一種雙拼集裝箱飛翼柜，方便將兩個集裝箱柜拼接在一起。

目前，有許多基于大數(shù)據(jù)的人工智能預(yù)測模型，如深度學(xué)習(xí)模型，能使集裝箱運輸更加高效。參數(shù)越多，模型學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)量便越多，泛化能力便越強。

準確預(yù)測貨車到達集裝箱碼頭的時間，是一項關(guān)鍵但復(fù)雜的工作。有學(xué)者提出了一種結(jié)合門控循環(huán)單元（GRU）和全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FCNN）的深度學(xué)習(xí)模型，利用融合技術(shù)對貨車日抵港量進行預(yù)測[7]。該模型能有效分析序列和截面數(shù)據(jù)集。該模型的優(yōu)勢在于能將影響交通量的新參數(shù)，如船舶相關(guān)信息、到達工作日和天氣條件，納入卡車到達的長時間序列。采用我國南方某領(lǐng)先集裝箱港口的真實大數(shù)據(jù)，測試模型性能，測試結(jié)果對指導(dǎo)港口交通管理有重要意義。該測試結(jié)果揭示了特定船舶出口集裝箱到達與集裝箱堆場（CY）關(guān)閉時間的關(guān)系，且該模型的預(yù)測準確率較已有模型的準確提高了20%以上，能更真實地反映現(xiàn)實情況。

堆場作為集裝箱碼頭的重要子系統(tǒng)，提升其作業(yè)效率有利于提高集裝箱碼頭的服務(wù)水平。其中集裝箱堆場空間的合理分配是提升集裝箱港口效率的關(guān)鍵之一，對于降低碼頭的運營成本、促進港口物流的發(fā)展有重要意義。羅鐘元等[8]從數(shù)據(jù)角度出發(fā)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)預(yù)測出口集裝箱到達堆場的時間，進而為集裝箱空間分配策略提供數(shù)據(jù)支撐。采用2019 年某碼頭生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中的堆場收箱數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)集進行清洗和預(yù)處理后，使用決策樹回歸、隨機森林回歸和k近鄰回歸模型建立集裝箱到達堆場時間的預(yù)測模型。其中隨機森林回歸模型在擬合精度和誤差上較決策樹回歸和k 近鄰回歸模型表現(xiàn)更佳，其擬合度為0.799，RMSE 為1.8。對模型分析后，得出影響集裝箱到達堆場時間的主要影響因素有所屬船ID、總重、卸貨港和進港月份。

連峰等[9]基于大數(shù)據(jù)挖掘的方法估算了鐵路車站間OD 客流，調(diào)查分析了鐵路乘客對高鐵和普鐵的選擇偏好，確定了高鐵開通后普鐵線路客運的供需關(guān)系與均衡性，把普鐵線路上的客流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的旅客列車列數(shù)，以此計量各普鐵路段的通過能力；評估各普鐵路段的總通過能力，基于扣除系數(shù)法計算普鐵各路段剩余的貨運能力，并進一步在普鐵線網(wǎng)上根據(jù)集裝箱進港量確定集裝箱班列樞紐站的候選集；將候選樞紐站的班列發(fā)車頻率作為離散的內(nèi)生變量，基于現(xiàn)實中的干線公路網(wǎng)絡(luò)和普鐵網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建樞紐站選址和發(fā)班頻率優(yōu)化模型，并通過求解模型確定集裝箱鐵路集港服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟技術(shù)指標；以上海港和寧波港及其腹地為案例進行數(shù)值分析。計算結(jié)果表明：在案例空間范圍內(nèi)的普鐵運輸線上，日均通過能力最小為79列，最大為137 列：基于普鐵各路段剩余的貨運能力，計算得出各集裝箱班列樞紐站的日均發(fā)班頻率最小為6 列，最大為19 列；由計算得到的普鐵路段上的流量可以看出，鐵路運送到上海港和寧波港的日均集裝箱量分別為13677、12094TEU，分別占2 個港口日均到達總量的25%和33%，相比以前5%～7%的占比，有大幅度增加。

隨著全球經(jīng)濟一體化進程的不斷推進，國際集裝箱港口吞吐量穩(wěn)步上揚。與此同時，勞動力資源匱乏加劇，勞動力成本不斷上漲，集裝箱碼頭運營壓力加劇。為此，需要推動集裝箱碼頭自動化，以提高碼頭裝卸作業(yè)效率與效益。大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷成熟為集裝箱碼頭自動化運營提供了技術(shù)支撐；集裝箱碼頭作業(yè)所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)則為大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用提供了現(xiàn)實可能。

段宗貝[10]基于廈門遠海自動化碼頭生產(chǎn)作業(yè)的實際情況，對自動化碼頭作業(yè)過程的關(guān)鍵影響因素進行分析，在借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有運營評價模式以及分析自動化碼頭作業(yè)特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計碼頭運營優(yōu)化綜合評價指標體系，提出基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的碼頭作業(yè)優(yōu)化配置策略。

目前，大部分集裝箱碼頭采用碼頭生產(chǎn)系統(tǒng)及其接口程序作為主要的作業(yè)評估手段。然而，這種評估手段只能對系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)進行簡單的處理、分析，并不能真實、全面地挖掘出集裝箱碼頭作業(yè)過程中可能出現(xiàn)的問題，更不能在企業(yè)的成本管理中發(fā)揮作用。在實際作業(yè)過程中，經(jīng)驗主義對操作決策起主導(dǎo)作用，缺少碼頭作業(yè)分析系統(tǒng)對投入的機械設(shè)備、人力成本等因素的綜合分析，因而難以提高船舶作業(yè)效率。因此，有必要構(gòu)建船舶作業(yè)評估及成本管理系統(tǒng)，細化分析作業(yè)過程中各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，合理配置機械設(shè)備，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程和裝卸工藝，達到機械、人力、效率和利潤的最佳平衡點，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的粗放管理向精細化管理的轉(zhuǎn)變，更加深刻、直觀地反映集裝箱碼頭整體生產(chǎn)情況。基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的碼頭作業(yè)評估與成本管理系統(tǒng)，能夠通過對碼頭關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)作業(yè)數(shù)據(jù)的提取、整理、分析等相關(guān)操作，量化反映碼頭生產(chǎn)組織過程和作業(yè)效率，實現(xiàn)港口高效、高質(zhì)量發(fā)展的目標。

自2008 年以來，面對復(fù)雜的市場形勢和同行業(yè)競爭的雙重壓力，利用現(xiàn)有設(shè)備并結(jié)合信息數(shù)據(jù)采集及分析手段不斷突破創(chuàng)新，已經(jīng)成為碼頭提升自身競爭力的重要手段。楊志新[11]提出一個基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)同的多主體模型，針對集裝箱船舶作業(yè)評估及成本管理問題進行分析，結(jié)合作業(yè)評估與成本管理的重要影響因素，將系統(tǒng)與相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析手段相結(jié)合后應(yīng)用到碼頭生產(chǎn)作業(yè)中。該模型所構(gòu)建的集裝箱船舶作業(yè)評估及成本管理系統(tǒng)，在降低港口物流作業(yè)成本、實現(xiàn)碼頭與客戶的互饋互動、提高碼頭核心競爭力等方面起到了積極作用。

4 結(jié)語

大數(shù)據(jù)技術(shù)在集裝箱海陸空運輸領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為集裝箱多式聯(lián)運實現(xiàn)高度集約化提供了無限可能，對推動集裝箱碼頭全面智能化、陸海空集裝箱運輸現(xiàn)代化及建設(shè)現(xiàn)代化發(fā)達國家發(fā)展有重要意義。相關(guān)部門和單位要抓住歷史機遇，加快引進吸收、開發(fā)創(chuàng)新、集成改進的步伐，力爭在集裝箱多式聯(lián)運領(lǐng)域取得以大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)新突破，促進集裝箱多式聯(lián)運業(yè)務(wù)更加優(yōu)質(zhì)高效，提高自身的行業(yè)競爭力。