基于全球海运大数据的
大宗物资海运网络安全评价模型及其规律

方心蕊、方志祥、禹佳宁 等 地球信息科学学报 · 2026 · 28(6): 1785-1798 2014—2023 全球 AIS / 海运贸易大数据

大宗物资海运网络连接全球能源、矿产与粮食供应,是国际贸易体系和国家资源安全的重要基础。针对既有研究物资类型单一、指标维度不足、动态评估较弱等问题,本文基于 2014—2023 年全球海运大数据,面向煤炭、原油、铁矿石、LNG、LPG 和粮食 6 类大宗物资,构建覆盖功能、结构、演化和环境等维度的海运网络安全评价模型,揭示不同物资网络的长期演化、季节性波动与事件性扰动规律。

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01 · 研究背景与问题

大宗物资海运安全不只是“是否连通”

煤炭、原油、铁矿石、LNG、LPG 和粮食的海运网络在贸易方向、供需格局、季节波动和地缘敏感性上差异显著。仅用单一拓扑指标衡量安全性,难以刻画网络承载能力、结构稳定性、动态适应性和外部环境冲击。

物资差异

不同物资具有不同供应链逻辑

能源、矿产和粮食在来源集中度、消费区域、运输距离和替代能力上差异明显,需要分物资评价。

指标不足

单一网络指标难以解释安全

度中心性、连通性或贸易量只能反映局部侧面,无法系统评价功能、结构、演化和环境维度。

动态扰动

海运安全存在季节性与事件性波动

台风、地缘冲突、能源危机、港口拥堵和航道受阻会引发网络安全水平短期波动。


02 · 网络构建与评价模型

从国家贸易联系到多维安全指数

研究以国家为节点,以国家间海运联系为边,以贸易量或航次为权重,构建全球大宗物资海运网络,并通过多层级指标体系与动态综合评价模型计算安全水平。

M1
全球海运贸易网络构建

利用 2014—2023 年全球海运贸易信息,提取装货国、卸货国、月度航次和月度贸易量,将每类物资构建为加权复杂网络。

V: CountriesE: Shipping LinksW: Trade Volume / Voyages
M2
多维多层级安全指标体系

围绕网络运行功能、拓扑结构韧性、时间演化稳定性和外部环境风险构建指标体系,用于全面刻画海运网络安全。

FunctionStructureEvolutionEnvironment
M3
组合权重与反距离中心聚合评价

通过组合权重方法平衡主客观指标贡献,并采用反距离中心聚合构建动态安全评价模型,形成不同物资、不同时间尺度下的安全指数。

Combination WeightDynamic EvaluationSecurity Index

网络表达

G = (V, E, W)

V: 贸易国家节点
E: 国家间海运联系
W: 月度贸易量 / 航次

Commodity networks:
coal / crude oil / iron ore
LNG / LPG / grain

按物资构建网络可揭示不同大宗物资供应链的结构差异和安全短板。

评价逻辑

Maritime Big Data
→ Commodity Network
→ Multi-dimensional Indicators
→ Combined Weights
→ Dynamic Security Score
→ Spatiotemporal Pattern Mining

安全评价从静态拓扑分析扩展为多指标、长时序、分物资的动态综合诊断。


03 · 时空规律与安全诊断

十年尺度揭示全球海运安全的波动与分化

研究关注 2014—2023 年长时序变化,既可识别全球贸易格局的长期重构,也可捕捉季节性波动和重大事件引发的短期冲击。

6
物资类型
煤炭/原油/铁矿石/LNG/LPG/粮食
10y
研究时段
2014—2023 年
4D
评价维度
功能/结构/演化/环境
Net
复杂网络
国家间加权联系
相对传统海运网络研究的改进
  • 从单一物资或单一集装箱网络拓展到 6 类关键大宗物资对比。
  • 从单一拓扑指标拓展到功能、结构、演化和环境综合评价。
  • 从静态年份截面拓展到 2014—2023 年月度动态评估。
面向国家资源安全的应用价值
  • 识别关键物资海运网络的脆弱环节和高依赖贸易路径。
  • 评估外部冲击下不同物资网络的安全变化和恢复能力。
  • 支撑进口来源多元化、航线优化、战略储备和海运保障政策。

04 · 结论与启示

大宗物资海运安全需要长期动态监测

本文通过全球海运大数据与复杂网络分析相结合,为大宗物资海运网络安全评价提供了系统框架。其核心启示是:海运安全是由贸易功能、网络结构、演化稳定性和外部环境共同决定的动态状态。

分物资评价更精准

不同大宗物资的供需格局、运输路径和风险敏感性不同,必须建立分类评价框架。

多维指标更系统

功能、结构、演化和环境的综合评价有助于避免单一指标造成的安全误判。

动态监测更关键

长时序海运大数据可揭示季节波动、事件冲击和全球贸易重构对网络安全的影响。