基于区块链技术的集装箱智能化运输研究

文/韩瑜

一、引言

我国的港口集装箱吞吐量已连续十四年位居世界第一，集装箱运输在我国港口企业发展快速，而它潜在优势的发挥在很大程度上取决于其管理水平，尤其是集装箱运输单证及信息的传递水平。在集装箱运输的过程中，港口、货代、船代、海关等部门的业务活动围绕着集装箱的提取、装卸、验收、堆存、一关三检等活动进行，这是一个非常复杂的过程，伴随着众多的信息、单证的处理。而最开始集装箱货运单证业务使用的是传统的纸质单据，这些种类繁多的纸质单证使整个运输流程不但效率极低而且出错率很高，使相关机构和企业产生了极高的时间成本和人力成本。

二、集装箱运输信息化

（一 ）EDI系统在集装箱运输中的应用

电子数据交换（EDI）技术的出现改变了这种局面，用电子单证取代纸面单证，实现了“无纸贸易”，减少资源浪费的同时提高了集装箱运输效率。

1.EDI系统优势

EDI系统的应用使外贸单证电子化，具体优势表现在以下三个方面：（1）避免一个单证要重复填写多份，并且使处于运输途中的货物所有权快速、准确地转移，解决货到而提单未到的现象。（2）一方面，船公司可以通过EDI系统随时查看相关电子单证，以防货主篡改；另一方面，货主和收货人可以全程监视货物的状态，以防货物发生意外。（3）提高“一关三检”部门的工作效率，加快货物的通关速度，节省时间成本和人力成本。可以说EDI技术开创了一个无纸报关、无纸贸易的时代。

2.EDI系统工作流程

EDI系统具体的工作流程可以划分为三个部分：（1）文件标准化：用户首先把纸质文件上传本地计算机系统，系统自动转换成统一的标准格式。（2）文件传输：用户将标准化了的文件上传至EDI系统，系统将文件传输给收件人。（3）文件的接收和自动处理：收件人计算机收到文件后，系统自动转化成自己所使用的文件标准格式。

3.EDI系统存在的问题

由EDI系统的工作流程可知，系统中的各用户接收的、提取的数据信息都必须要经过EDI网络中心进行分析、汇总、统计。这不但造成传输效率低下也更容易出现信息在EDI中心存在误差或者被篡改的问题。另外，EDI系统中心化的运行方式存在很大的安全隐患，一旦这个网络中心出现故障，那么整个系统都将受到影响，丢失的数据也不可逆。

（二 ）区块链技术的出现

作为比特币底层技术的区块链技术，由于具有去中心化、安全透明、智能合约和可验证性的特征而在集装箱运输领域也备受关注。早在2015年，以色列的初创企业Wave就开始尝试运用区块链技术解决EDI数据标准不统一和缺乏信任的问题；2016年10月份世界最大的集装箱运输公司马士基与哥本哈根信息技术大学的区块链专家一起验证了区块链替代传统提单的可行性；2017年8月，商船三井、日本邮船以及川崎汽船等14家日本企业成立了基于区块链技术的贸易数据共享平台企业联盟等。可见，区块链技术在集装箱运输领域有着很好的应用前景。

三、基于AHP法的系统比选

为了定量地对两个技术在集装箱运输信息系统中的应用情况进行比较，本文根据层次分析法（AHP）的基本原理建立集装箱运输信息系统方案综合评判指标体系（如图1所示），选取了对集装箱运输信息系统来说最为重要的三个评判指标：安全性、公信力和效率性，确定评判指标体系的合理权重向量，并通过一致性检验。

根据前两步的计算，得出方案比选的权重（如表1所示）。

图1 综合评判指标体系层次框架图

表1 方案总排序表

根据排序结果可知方案2优于方案1，区块链技术由于安全性高、公信力强和效率高，更适用于集装箱运输领域。

四、区块链技术的应用

（一 ）区块链技术的特点

1.公信力

区块链最大的贡献就是，它的共识机制在去中心化的思想上解决了节点间互相信任的问题。共识机制是通过对所有网络节点制定统一的共识方式，来确定信息是否有效，防止篡改，这样就降低了信息的信任风险，使所有节点达到一种较为平衡的状态。

2.安全性

区块链采用分布式数据存储，每个单独的节点都保存着区块链的全部数据信息，单一节点的数据损毁、丢失不会影响整个网络系统的完整性，也就无法实现单一节点对数据的随意操纵，为数据安全提供了保障。

3.高效率

区块链采用的是去中心的点对点传输网络，任意节点之间可以直接进行数据交互，不需要其他多余机构的介入，能够有效地降低运营成本、提升运行效率。

（二 ）区块链技术在集装箱运输中的应用

1.追溯信息

EDI系统只是将集装箱运输过程中涉及到的信息收集起来，做分类整理再发送出去，储存的信息也可以随时查看，但这些信息并没有很强的时间序列性，这对于信息的追溯是很不方便的。而区块链技术是将一段时间内生成的信息打包成一个区块，盖上时间戳，与上一个区块衔接在一起，形成一个不可篡改、不可伪造的数据库。这个结构提供了一个数据库的完整历史，每一条信息数据都可以追本溯源，一条一条沿着时间线进行验证。这不但可以有效监管集装箱货物在整个运输过程中的流向和状态，一旦发生问题，也可以清楚地界定各方应承担的责任，提高理赔处理效率。

2.传输隐私性信息

由于在EDI系统中没有密码学的保护，发送到网络中心的信息是完全共享的，这就使一些具有隐私性信息的传输变得十分困难。而区块链技术因为使用非对称加密算法，那些不方便共享的数据就可以通过加密的方式共享出去，比如为了防止提货单被不相关的人获取而冒领货物，船公司就可以用收货人的公钥加密提货单发送给收货人，收货人收到后用自己的私钥解密即可。这使得用户可以更加放心地传输信息，也方便保护海关等政府部门的机密文件不致泄露。

3.优化运输流程

区块链系统中的智能合约技术可以主动计划集装箱运输路线和日程安排，还能够通过分析以往集装箱运输过程，不断优化运输路线和日程设计。另外，由于在区块链上每个节点都储存了全部的信息，获取信息十分方便，信息也更加透明与可信，因此，可以使船公司直接和对接人联系，进一步简化集装箱运输流程，以下是以集装箱出口货运业务为例进行的两个系统的比较分析（如图2、图3所示）。

图2 EDI系统集装箱出口货运业务流程

注：

（1）货主与货代建立货运代理关系。

（2）货代填写托运单证，及时订舱。

（3）订舱后，货代将“配舱回单”转交货主。

（4）货代申请用箱，取得设备交接单后，到港口码头提取空箱至装箱点装箱，制作装箱单。

（5）货代办理报关或转关手续，将相关单证发给装运港海关。

（6）海关审核通过后，在场站收据上签字。

（7）货代将办妥手续后的单证发送给港口码头。

（8）码头进行装船理箱，并将场站收据发给货代。

（9）货代将有码头堆场签字的场站收据发给船公司。

（10）船公司将海运提单发给货代。

（11）货代将海运提单发给目的港货代。

（12）目的港货代将海运提单给船公司。

（13）船公司将提货单给目的港货代。

图3 区块链技术集装箱出口货运业务流程

注：

（1）发货人向船公司租船订舱，将集装箱货物托运单上传系统。

（2）船公司根据船期及仓位情况编制集装箱货物预配清单，并上传系统。

（3）码头堆场根据集装箱预配清单及集装箱船的靠港时间编制集装箱进场作业计划，并将集装箱空箱发放凭证发送给发货人。

（4）发货人办理报关或转关手续，上传相关单证。

（5）发货人提空箱至装箱点装箱，填制装箱单并上传系统。在海关监管下施封，根据进场时间将出口重箱送入码头。

（6）海关审核通过后在电子单证上签字并上传系统，准予出口。

（7）码头进行装船理箱，并上传相关单证。

（8）船公司将提货单发送给收货人。

五、总结

目前，区块链技术在集装箱运输领域已经开始逐步应用，但由于区块链现在还处于发展初期，在两者的实际结合中还需注意以下四点问题：一是由于区块链上每个节点都要保存完整的交易数据，易导致各节点信息化建设成本的增加；二是每个信息块的生成需要十分钟，代表信息确认时间为十分钟，这对于整个系统来说是十分耗时的；三是密码学的隐私保护机制可能会导致信息透明仅存在于交易双方，应考虑如何解决同一业务链条上的各方的信息都透明；四是由于集装箱运输通常涉及海关、检验、海事等国家主权机构，难以实现去中心化，因此可以进一步研究去中心化和中心化组合的技术方案。

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