中国集装箱海运网络的建模与
多尺度分析

李林尧、欧阳琪、庄焕帅 地球信息科学学报 · 2026 · 28(6): 1799-1810 DOI: 10.12082/dqxxkx.2026.250609

集装箱海运是全球贸易的关键支撑,中国作为全球最大的集装箱运输国,其海运网络演化反映了全球贸易联系、国内港口体系和区域物流格局的深刻变化。本文基于 2013 年与 2023 年海事大数据,提取纯集装箱船 AIS 轨迹并构建无向加权港口网络,从宏观网络结构、中观贸易社区和微观关键港口三个尺度,系统分析中国集装箱海运网络十年演变特征。

集装箱海运 AIS 大数据 港口网络 多尺度分析 贸易社区 中国港口体系
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01 · 研究背景与问题

中国港口网络是全球贸易格局变化的“传感器”

2023 年全球集装箱吞吐量约 8.7 亿 TEU,亚洲港口占比高达 68%。中国港口在全球航运体系中具有枢纽地位,十年尺度的港口航线变化能够揭示全球供应链重构、区域贸易联系增强和国内港口分工调整。

宏观结构

网络规模与连通性如何变化?

需要从港口数量、航线联系、网络密度和整体连通性等指标判断中国集装箱海运网络扩张与重组。

中观社区

贸易组团是否发生重构?

港口之间的高频联系会形成贸易社区,反映区域市场、航线组织和港口腹地联系的变化。

微观节点

哪些港口成为关键枢纽?

上海、宁波舟山、深圳、青岛、广州等港口在不同指标下的地位变化,可揭示港口体系分工演化。


02 · 数据处理与网络构建

从百亿级 AIS 轨迹到港口航线网络

研究基于宝船网全球货运船舶 AIS 轨迹和船舶属性数据,筛选纯集装箱船并进行轨迹清洗、港口识别和航线提取,最终构建港口间无向加权网络。

M1
AIS 海事大数据清洗与船型筛选

从全球货船 AIS 轨迹中筛选货船类型记录,并与 IHS 劳氏船舶档案匹配,仅保留纯集装箱船,剔除兼用船及杂货船。

AISContainer ShipsIHS MatchingQuality Control
M2
轨迹质量控制与港口识别

剔除无效 MMSI、异常航速和错误轨迹点,并开展轨迹平滑与港口靠泊识别,确保港口识别准确率不低于 95%。

MMSITrajectory CleaningPort Call Detection
M3
无向加权港口网络构建与多尺度指标分析

以参与集装箱贸易的港口为节点,以港口间航线为边,以航行次数或联系强度为权重,构建 2013 年和 2023 年中国集装箱海运网络并开展多尺度比较。

G=(V,E,W)Weighted NetworkCommunity DetectionCentrality

数据规模

2013 AIS Data:
about 24 billion records
about 1.17 TB

2023 AIS Data:
about 182.5 billion records
about 9.1 TB

海事大数据规模巨大,数据清洗、船型识别和港口识别是网络构建可靠性的基础。

网络定义

G = (V, E, W)

V: 集装箱贸易港口
E: 港口间航线联系
W: 航次 / 联系强度

Scales:
macro / meso / micro

宏观—中观—微观多尺度框架有助于同时理解整体结构、贸易组团和关键港口地位。


03 · 多尺度演化分析

从网络整体到港口节点的十年变化

研究通过 2013 年与 2023 年对比,揭示中国集装箱海运网络在网络扩展、航线联系、社区结构和关键节点方面的变化。

2013
基准年份
十年前网络状态
2023
对比年份
新贸易格局状态
95%
港口识别
准确率控制目标
3S
分析尺度
宏观/中观/微观
相对传统港口统计分析的改进
  • 利用真实 AIS 轨迹而非仅依赖港口吞吐量统计,能刻画实际航线联系。
  • 通过网络模型揭示港口之间的结构关系,而非只进行港口排名。
  • 结合十年对比,能够识别港口体系长期演化趋势。
多尺度分析的解释价值
  • 宏观尺度揭示中国集装箱海运网络规模、密度和连通性变化。
  • 中观尺度识别贸易社区,反映区域港口组团和航线组织模式。
  • 微观尺度衡量关键港口中心性,支撑港口分工和枢纽能力评估。

04 · 结论与启示

海事大数据推动港口网络研究从统计走向行为实证

本文基于百亿级 AIS 轨迹构建中国集装箱海运网络,为理解中国港口体系与全球贸易联系的十年变化提供了实证证据,也为港口规划、航线优化和供应链韧性评估提供方法支撑。

真实航线联系可建模

AIS 轨迹能够从船舶行为层面还原港口间实际联系,提升海运网络研究的实证可靠性。

多尺度结构可解释

宏观整体结构、中观贸易社区和微观关键港口共同揭示港口网络演化机制。

服务港口与航运治理

成果可用于枢纽港识别、航线组织优化、港口群协同发展和供应链安全评估。