基于区块链技术的河北煤炭港口物流规划布局研究

袁海玉

针对于煤炭港口整体供应链不透明、各合作组织不信任导致的物流运输效率低下的问题，本文提出基于区块链技术建立河北煤炭港口物流规划布局模型。通过选择影响物流规划布局的指标，利用主成分分析法构建物流中心选址指标分析体系，确定物流中心地址。在此基础上，针对煤炭物流运输节点数据设计区块链系统，通过加入身份认证模块，加强煤炭物流运输的可信性，完成区块链技术下河北煤炭港口物流规划布局的模型设计。通过实验验证，设计模型每日运输单量最高达到395单，平均为364单，远远高于传统方法的物流运输量，可以满足实际应用需求。

一、引言

河北省坐拥秦皇岛港、唐山港和黄骅港等多个煤炭海上运输港口，在我国煤炭能源運输线路中具有重要的地位，对区域经济发展起到极为重要的作用。但在河北港口的煤炭运输中，因涉及多家企业，导致煤炭运输物流效率不足。因此，需加强对河北煤炭港口的整体物流规划布局，提升煤炭港口的经济效益。目前，有学者对物流供应链作出一些研究成果。李伟等人提出以煤炭出港作业为主问题建立约束规划模型，利用变邻域搜索算法改进煤炭取料作业方案，通过全局搜索和局部收敛，实现对煤炭出港作业的整体优化调度。崔叶竹等人提出引入人工鱼群算法设计港口物流运输节点，以物流路径规划为运输条件，选择煤炭物流的最佳路径规划。但传统发方法通常未全面考虑物流规划的全局性，整体布局的运输管理效率不足。

为解决上述问题，本文提出基于区块链技术的去中心化、安全透明、可追溯等优势，建立河北煤炭港口物流规划布局的模型。并采用仿真实验验证本文研究模型的物流规划布局后的运输性能。以期为河北煤炭港口物流业务的高效率运行、业务可追踪、管理便捷化提供可行性理论依据。

二、河北煤炭港口物流中心选址指标体系构建

河北煤炭港口物流中心承担着煤炭运输、存储、配煤、中转等功能，精准选址可对煤炭的整体运输管理起到减少运输成本，提高作业效率的作用。

（一）河北煤炭港口物流中心选址影响指标选择

河北煤炭港口物流中心的选址需要考虑的因素相比于其他海运的影响因素较简单。煤炭主要来自于河北境内外的辐射区域，要求具有较完善的交通运输条件可连接煤炭生产地和港口，且有一定政策支持。结合煤炭产地固定的特性，本文选择河北煤炭港口物流规划布局中心选址的影响指标主要有：自然气候、交通运输条件、经济成本。

（二）基于主成分分析的港口物流中心选址指标分析

主成分分析法是一种常用的多元数据降维统计方法，利用少量不相关指标替代原数量较多的关联指标，并使新指标作为原指标的线性组合关系，最大化地保留原指标的数据信息，此时，新指标即为主成分。

假设有n个规划方案，p个指标构成的指标集为，其中为第i个规划方案的第j个指标的值。对指标集的数据进行标准化处理：

计算标准化指标集中指标间的相关程度，建立标准化指标集的相关系数矩阵，求解相关矩阵的特征值，则q个大于0的特征值对应的规范正交特征向量为，则主成分的矩阵形式为：

主成分y之间不相关联，第i个主成分的特征值是其方差。通过计算该主成分的方差与总方差之比即可得到该主成分的贡献率，对m个主成分的累积方差贡献率进行计算，当累积方差贡献率达到0.7-0.9时，则使用前m个主成分代替原p个指标。则由m个主成分分析得到的综合指标评估函数为：

通过计算主成分的方差贡献率，选取权重较大的主成分，并构造由新主成分指标组成的中心选址综合评估函数，确定最优的河北煤炭港口物流中心选址。在缺确定物流中心地址的基础上，进一步建立港口煤炭物流规划布局模型。

三、基于区块链技术的物流规划布局建模

河北煤炭港口物流供应链主要由矿（煤矿）-路（铁路）-港（港口）-航（航运）-电（电厂）五大节点组成，为加快煤炭港口的物流运输，在确定物流中心地址的基础上，引入区块链技术，在上述节点中建立煤炭港口物流的规划布局模型，具体如下所述。

（一）区块链技术的基本原理

区块链是开放式的分布式账簿系统，具有透明，安全，可信度高等优势。可应用于煤炭港口物流中，如果煤炭港口物流内部信息发生变更，改变的物流信息会迅速同步到所有节点中，保证在区块链系统内部信息的完整性。所有节点上的组织之间都可以成为物流规划布局中的建设者，组建一个内部透明、难以篡改且数据记录可追踪的内部网络，解决了煤炭物流各组织之间存在的信任纠纷问题。

（二）结合区块链技术的物流规划布局建模

利用区块链技术，进行河北煤炭港口物流规划布局的模型构建，加入身份认证和权限管理，进一步增强物流信息的保密性。通过将煤炭港口物流供应链上所有组织的活动信息记载在特定的区块链区域中，对物流进行链式管理，实现物流的整体规划布局。具体的构建方案如下图1所示：

结合人工智能实现区块链煤炭港口物流管理的智能化，通过煤炭在各节点的关键环节如仓储、配送等处运用条码技术、RFID技术等信息技术，可对煤炭进行数量检测、精准辨识等，并上传数据至区块链系统中，形成链式记账簿，各组织节点均可查阅信息。

在区块链物流管理网络中，加入节点的身份认证模块，通过在节点中身份注册并生成MSP证书，在模型中更换配置文件信息，每个节点设置一个MSP，每个MSP证书文件中包含CA证书和管理员证书。将生成的证书信息配置到交易通道中，完成区块链煤炭港口物流网络模型配置。

通过区块链技术的应用，转变物流供应链中各节点的关系，从排序性的节点串联关系转变为并列的并联关系，大大减少因某节点损失下其他节点的机会成本。通过分布式的区块链煤炭港口物流管理，能够使单笔运输单在区块中成为唯一的单向链，多个链条形成网状物流管理系统，保障了物流规划布局管理的唯一性和可追踪性。

四、实验

在Matlab仿真平台上进行仿真实验，验证本文设计方法的物流规划布局性能。为保证设计方法的可行性，采用文献方法进行同等条件下的对比实验。实验指标为单位时间内煤炭运输单量。

（一）实验准备

本文建立的区块链技术下港口物流规划布局模型由三台服务器构成，其中两台服务器用于搭建运行平台，另一台作为后台服务器。具体配置信息为：CPU为E5-2620型号，内存4GB，操作系统为CentOS 7.6，超级账本Fabric V1.1。测试数据集为某煤炭企业2020年12月份运输订单信息，3GB。

（二）实验结果与分析

设置总请求数为10000，单区块包含的最大交易数为200，单区块打包最大时间间隔2s，共有5个节点组织，测试一天内港口煤炭物流运输单量的变化。为保证实验的准确性，采用本文方法与文献方法进行对比实验。实验结果如下：

分析上图2可知，通过改变并发数观察每天港口煤炭物流运输单量的变化，每天运输单量最高为395单。分析图3，通过多组实验测试结果表明，设计模型的每天物流运输单量平均为364单，而文献方法的平均每天物流运输单量分别为257单和142单，由此可见，本文设计方法的物流规划布局后，每天港口煤炭运输的单量远高于传统方法。

通过主成分分析法对物流中心选址后，大大缩短了物流运输路径，提高了物流运输效率，在单位时间内提高了运输单量，利用区块链技术对物流规划布局，使物流运输透明化，提高了各组织之间的协作效率，进一步加强了物流运输的效率，提高了煤炭港口物流规划布局的整体可行性，降低了煤炭运输经济成本。

五、结语

本文采用主成分分析法对河北煤炭港口物流中心选址进行了优化计算，利用区块链技术建立了物流规划布局的模型，证明了河北煤炭港口物流规划在实际应用中的适用性，以此为依据，表明本文设计模型的可行性。因此，通过本文研究，能够为河北煤炭港口物流规划布局提供理论支撑，相信物流规划对河北煤炭经济具有良好的发展推动作用。但本文研究还存在不足之处，如对影响物流规划布局的指标选取还应更全面，如煤炭货源，政策扶持等因素，进一步提高物流规划布局研究成果的可信度和实用性。在未来的研究中，可以进行实地考察后，综合多方面的评估进一步深入研究，为提高河北煤炭港口的物流管理能力提供建议。

（作者单位：巴音郭楞职业技术学院）

课题题目：《基于區块链的河北煤炭港口供应链信息共享模式研究》编码：HB20GL026。