区块链平台下航运供应链的两阶段定价研究_王晓光.pdf
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1、2023,59(7)近年来海运以其低成本、高效率的特点,成为目前全球贸易运输的主要方式1,80%以上的货物是由海运来进行运输的,航运贸易也在国家GDP增长中占据领先地位2。然而2019年底新冠疫情的暴发严重影响了航运供应链(即由港口、托运人和航运公司等其他主体组成的供应链3),港口和航运公司因此降低了运营效率,增加了额外的运输成本,中国航运市场从前些年的“运力过剩”变成了现在的“一箱难求”。运输成本可能会对运输货物的最终价格产生影响,甚至会波及航运供应链的整体经济,然而到目前为止很少有学者关注航运供应链中的价格机制。对于航运公司来说,如何确定始发港和目的港之间的航运市场需求预测以及最优定价以实
2、现其收益最大化是每个航运公司都面临的现实问题。并且航运活动的规模大、涉及范围很广,其中包括区块链平台下航运供应链的两阶段定价研究王晓光1,2,殷萌11.上海海事大学 物流科学与工程研究院,上海 2013062.上海立信会计金融学院 工商管理学院,上海 201209摘要:考虑到区块链的去中心化技术以及航运供应链中成员的定价决策问题,构建了一条港口-承运商的二级航运供应链。港口建立私有区块链平台与承运商共享市场需求信息,结合信息共享程度系数和成本分担比例系数,构建了在传统模式和基于区块链技术模式下分别进行各自的定价决策模型,并使用Stackelberg博弈对比两种模式下各自定价的最优策略,探讨了在
3、私有区块链平台上不同的信息共享程度对于定价和收益的影响。研究结果发现:港口建立私有区块链平台后,无论信息共享程度如何,总是可以提高承运商的货运批发价和港口的港口批发价;当信息完全共享时,港口的收益最大,但此时承运商需要承担全部的平台构建费用,反而自身的收益会减少从而放弃加入私有区块链平台,为了良性发展承运商可以适当承担一定比例的平台成本,在一定条件下可以达成最优策略。关键词:区块链;航运供应链;动态定价;Stackelberg模型文献标志码:A中图分类号:TP391.44doi:10.3778/j.issn.1002-8331.2208-0044Research on Two-Stage Pr
4、icing of Shipping Supply Chain Under Blockchain PlatformWANG Xiaoguang1,2,YIN Meng11.Institute of Logistics Science and Engineering,Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China2.College of BusinessAdministration,Shanghai Lixin University ofAccounting and Finance,Shanghai 201209,ChinaAbstract:C
5、onsidering the decentralized technology of blockchain and the pricing decisions of members in the shippingsupply chain,a port-carrier secondary shipping supply chain is constructed.The port establishes a private blockchain platformfor information sharing,combined with the information sharing degree
6、coefficient and the cost sharing ratio coefficient,constructs the pricing decision-making model in the traditional model and the blockchain technology-based model,andcompares the optimal pricing strategies of the two models using Stackelberg game.The impact of different degrees ofinformation sharing
7、 on private blockchain platforms on pricing and revenue is discussed.The results of the study foundthat after the port establishes a private blockchain platform,regardless of the degree of information sharing,it can alwaysincrease the carrier s freight wholesale price and the port wholesale price.Wh
8、en the information is fully shared,the porthas the greatest benefits,but at this time the carrier needs to bear all the platform construction costs,but its own revenuewill be reduced and give up joining the private blockchain platform,in order to develop the carrier that can appropriatelybear a cert
9、ain proportion of the platform cost,under certain conditions can reach the optimal strategy.Key words:blockchain;shipping supply chain;dynamic and stable wages;Stackelberg model基金项目:国家自然科学基金面上项目(71871136);上海市科委重点项目(17DZ2280200)。作者简介:王晓光(1963),男,博士后,教授,研究方向为物流与航运金融;殷萌(1997),女,通信作者,硕士研究生,研究方向为航运区块链,E-
10、mail:。收稿日期:2022-08-03修回日期:2022-10-10文章编号:1002-8331(2023)07-0319-09Computer Engineering and Applications计算机工程与应用319Computer Engineering and Applications计算机工程与应用2023,59(7)承运商、港口、第三方物流等多个节点,还涵盖了货物信息、船舶信息、航运法规等多个因素,航运系统十分复杂。不同地区、不同货物和不同合同的航运需求也会有所不同,不同航运公司的船舶也各有特点,承运商需要在复杂多变的市场背景下开展航运活动,目前还无法解决上述问题产生的困境
11、4。集装箱航运的规模大、耗时长并且需要多方协作、多个信任主体、依赖信用背书等特点都符合区块链技术的使用条件5。使用区块链技术可以有力地解决信息供应链中信息不对称的问题,利用区块链技术可以实现供应链的信息协作,提高了预测需求的准确性,有力地推动了供应链的发展。1文献综述1.1传统航运供应链的相关研究Li等6指出航运市场的供求关系决定市场运价,而运价问题一直是各位学者研究的重点问题。国内外的专家通常会试图运用收益管理、竞争博弈定价、动态定价等理论对集装箱定价问题进行讨论。在传统集装箱市场中,汪挺松等7考虑了时间敏感性货物的动态定价问题,将定价与配送时效联系在一起,制定了考虑配送时间的定价机制;刘迪
12、等8基于收益管理理论,综合考虑了箱位分配的定价两个方面对于收益的影响,以企业利润最大化为目的,建立了协议销售定价和自由销售定价的两阶段模型;李冰洲等9基于集装箱航运收益管理理论,以集装箱班轮运输公司最大收益为目标,建立了多阶段多箱型动态定价模型并提出了相应的动态定价策略,与实际相结合提出了更有操作性的启发式算法。上述已有文献对航运定价问题展开比较深入的研究,取得了很多可喜的研究进展,但这些研究是基于既定的运输需求或处于比较平稳的市场环境中得到的静态定价结果,并且原有的低需求与低价竞争的时代已经越来越远,航运业也在积极向绿色环保、个性化、数字化方向转型。为此,不仅是一些学者进行了更深入的研究,参
13、与国际贸易的集装箱公司也在寻找更容易、更高效、成本更低业务操作程序或平台。区块链技术作为一种去中心化的分布式信息交互数据库技术可以有效地解决贸易中产生的问题。1.2区块链技术下航运供应链发展的研究Nakamoto在2008年首次提出了区块链的概念,它以一种去中心化的方式实现了数据的分布式信息交互和集体维护,具有开放性、安全性、匿名性等特点。区块链作为一项“颠覆性”的技术使用可公开访问的分布式数据库,也可以确保区块链上所有发生交易的高度完整性10。作为商业领域的主要变革力量之一11,区块链技术已经在金融12、农业13、物流14等诸多领域得到实际应用,并正在向其他领域延伸。特别是在全球海上运输网络
14、中,主要通过数字化和简化文书工作、跟踪和追踪以及清关和管理来帮助提高效率。区块链也可以为协同商务提供基础,并允许被许可方实时访问可信数据,在可靠和安全的商业环境中,不同的交易方可以在没有中间人的情况下进行交易15。也有越来越多的研究开始涉及到区块链在供应链中的实际应用,在信息共享方面也有一些研究人员论证了区块链技术应用于供应链中信息共享的可行性。Orji等16表示区块链去中心化的特点可以将海运供应链上分散的参与者整合成一个联盟链,在所有参与者之间建立分布式信息交换模式,在任意两个节点之间可以进行数据的交换。Costantino等17表示在信息中断的情况下预测供应链绩效时,利用信息互通的技术来避
15、免牛鞭效益。胡汉卿等18应用演化博弈的方法得出在区块链技术应用的情况下,供应链中各个企业的演化均衡稳定策略均为信息共享。Wang等19则表示因为联盟链的参与者是预先设定的具有特殊特征的成员,这导致联盟链容易进行控制权限定,具有很高的可扩展性,可以确保私有信息的私有化,满足公共信息保密的要求。Berdik等20发现区块链技术不仅在推动航运线路数字化方面做出了努力,而且在降低运输成本和塑造全球供应链网络方面发挥了重要作用。Christopher等21指出全球海运网络中区块链技术将会使航运公司、港口运营商、货运代理、航运代理和其他海运供应链运营商受益;Yang等15认为谁比竞争对手更早应用区块链技术
16、就可以有更多的优势和更高的竞争力程度,区块链在海运行业的应用已经成为一种快速发展且不可逆转的趋势。1.3文献综评虽然基于区块链的主流数字运输平台中的当前披露信息仅包括位置、温度和其他详细物理信息,但随着区块链应用的开发,其他商业信息将在短期内共享,例如运费22,集装箱航运公司可以选择在联盟中注册自己的运价,既实现了其他责任主体查看运价的需求,集装箱航运公司和托运人、港口企业之间也可以进行数据传输。当参与者在区块链平台上集装箱航运公司进行交易时,智能合约的触发机制就会被激活,运费率信息会登记在区块链上,与货物信息登记的方式相似,通过广播、验证、时间戳、存储,最终被永久记录在区块链上23。参与者作
17、为独立节点参与到定价决策中时,区块链交易平台信息的公开透明的特点可以提高决策的精准性并且确保了信息只在联盟的成员中共享,这样不仅可以获得合理的运价,保证集装箱运输服务的质量,也可以抑制不好的市场行为,避免与竞争对手产生恶意竞争。基于以上描述,本文综合考虑客户运价敏感度和市场竞争强度等因素对集装箱运输需求及运价的影响,构建了基于Stackelberg博弈模型,分别在采用区块链技术建立私有区块链平台和不采用区块链技术两种不同情3202023,59(7)形下动态定价决策。私有链是由私有单位创建,写入权限仅局限在组织内部,读取权限也是有限对外开放。本文中私有区块链平台由承运商单独创建,将市场潜在需求的
18、信息和采用区块链后市场需求增加信息上传信息到平台上与航运供应链上的其他参与者分享,作为回报货运代理人也会向港口提供货物相关信息同时帮港口承担一定比例的区块链平台构建成本。利用斯塔克伯格博弈论的思想,得到了不同情形下的最优定价策略及其航运公司和承运人相应的收益。2本文模型2.1模型描述本文考虑单一港口运营商和承运商(航运公司)组成的二级航运供应链系统为研究对象,且各成员之间仅存在上下游的业务关系。承运商接到货主订单后提供货物运输服务,货物运输到港口后再由港口提供装卸仓储等配套服务24。航运链中成员的决策顺序为港口决定港口批发价pl,承运商负责航运服务价pd。传统和使用区块链技术的定价决策模型都是
19、建立在港口和承运商之间的。在传统定价模式下,本文假设了该航运供应链由一个港口和一个承运商组成。港口企业先根据自己的单位运营成本c和当前的市场需求情况,根据自身利益最大化的原则确定港口批发价格pl,然后承运商会根据港口批发价格和自身实际需求情况来确定航运服务价格pd。当引入区块链平台后,航运供应链由一个港口、一个承运商和一个基于区块链技术的私有区块链平台,具体如图1所示。当船公司选择在区块链平台上进行新的业务时,交易信息会写入分布式账本中,并且同时传输到其他区块链节点进行验证。新区块由三个关键组件组成,即事件信息、时间戳和密钥25。时间戳用来标记事件发生的时间,用来证明事件真实性,密钥用来加密和
20、解密事件信息。港口可以建立私有区块链,同时上游的承运商可以通过授权查看港口在私有链上共享的信息,包括不确定需求和运营成本等信息26。利用物联网技术还可以定位货物的位置信息,甚至是货物的温度信息等,港口企业可以在私有区块链平台上选择向承运商共享这些信息。在该供应链系统中,港口A和承运商B进行Stack-elberg博弈,其中承运商A是领导者,港口B是追随者,港口B的吞吐量取决于的市场对承运商A公司的运输需求,参与双方会共同决定本节点的各类价格,链上的各个成员会按照自身收益最大化来决策。私有区块链平台是联盟链中一种特殊的状态,一般企业内部需要先构建私有链,随后才会构建联盟区块链。私有联盟中只有一个
21、成员,一般只在组织中使用,规模较小。港口将构建区块链平台后市场增量函数分享给承运商,作为回报承运商同时帮港口承担一定比例的区块链平台搭建成本。在该私有区块链下,港口负责控制数据的写入和阅读权限的设置,向责任主体公开阅读权限,确保可以与供应链上游的承运商进行信息共享且不被篡改。私有区块链最大的好处在于加密审计,如果发现数据被篡改也可以轻易地追溯到责任方。根据以上问题描述,为了便于建模求解,本文做以下假设:(1)该博弈模型是建立在港口与承运商(航运公司)之间的,航运供应链的参与主体还包括制造商、零售商、分销商、海关、港口和货代公司等。为了简化研究,本文假设博弈主体为港口A节点和承运商B节点之间的博
22、弈。(2)港口A构建私有区块链,需要支付区块链技术采用成本(x),该采用成本包括设置区块链基础设施的构建、维护成本,基于与区块链相关数据库维护管理费用27;成本函数为()=2,并且港口构建私有区块链后,承运商愿意承担一定比例t的区块链采用成本;本文为了方便计算船公司在私有区块链上的信息共享程度,定义共享信息程度0,128,表示为区块链平台所需的成本系数。(3)假设港口的运营成本为c,且ijc,承运商的运营成本为0。证书承运商公钥加密数据 数字签约数据交易数据交易登记运价港口签约智能合约P2P网络交易数据加密数据数字签约数据比较确认确认支付加密货币同意记录交易完毕账本旧区块数据新区块数据数据块图
23、1基于区块链技术的交易平台Fig.1Trading platform based on blockchain technology王晓光,等:区块链平台下航运供应链的两阶段定价研究321Computer Engineering and Applications计算机工程与应用2023,59(7)(4)采用区块链技术使航运市场的基本需求量有所提高,在达到均衡状态时,双方可以在区块链平台上实现利润最大化的最优运价策略。(5)本文假设提到的主体都是理性的决策者,可以充分考虑外部竞争因素,以利润最大化为目标制定出最优的价格。2.2参数及其含义为了方便问题描述,文中所有参数的定义如表1所示。2.3模型构
24、建2.3.1未使用区块链技术的传统模式港口不与承运商进行需求信息共享,此时不会考虑私有区块链的构建对于市场需求的影响:港口和承运商分别来决策港口批发价格pl和航运服务价pd。港口需求函数为:D1A=1-p1d+(1)D1A表示航运供应链的市场订单量,其中1表示潜在的航运市场需求,是指运输需求对运价的敏感系数,即运价降低一个单位会导致的需求增加系数;pd表示航运供应链的航运服务价格;是市场竞争强度系数,即船公司降低一个单位运价可以从竞争对手那里吸引过来的需求增加系数;为市场中不确定的运输需求。传统模式下,港口与承运商不会进行需求信息的共享,此时=0,所以承运商的需求函数为:D1B=1-p1d(2
25、)在模型1中,港口利润用1A表示,港口决策模型即利润函数为:1A=(p1l-c)(1-p1d+)(3)同理可得承运商的利润函数1B为:1B=()p1d-p1l(1-p1d)(4)采用逆向归纳法进行求解,21B2pd=-20,21Bpd=0,求解可得承运商收益最大化时的航运服务价,将得到的pd代入式(3),对pl进行一阶偏导的求解,21A2pl=-0,1Apl=0得到港口批发价格和航运服务价格如式(5)、(6),回带求解,可以得到模式1中各项均衡解如式(5)(8)所示:p1d=31+c4(5)p1l=1+c2(6)1A=(1-c+)28(7)1B=(1-c)216(8)2.3.2使用区块链技术的
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