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[국내논문] 케이프선 시장 운임의 결정요인 및 운임예측 모형 분석
An Analysis on Determinants of the Capesize Freight Rate and Forecasting Models 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.42 no.6, 2018년, pp.539 - 545  

임상섭 (한국해양대학교 해운경영학부) ,  윤희성 (한국해양수산개발원 해운빅데이터연구센터)

초록
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운임시장의 심한 변동성과 시계열 데이터의 불안정성으로 해운시황 예측에 대한 연구가 큰 성과를 내지 못하고 있지만 최근 대표적인 비선형 모델인 기계학습모델을 적용한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 대부분의 기존 연구가 계량모델의 설계단계에서 입력변수에 해당하는 요인들을 기존 문헌연구와 연구자의 직관에 의존하여 선정했기 때문에 요인선정에 대한 체계적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 케이프선 운임을 대상으로 단계적 회귀모형랜덤포레스트모델을 이용하여 중요 영향요인을 분석하였다. 해운시장에서 비교적 단순한 수급구조를 가져 요인파악이 용이한 케이프선 운임을 대상으로 하였으며 총 16개의 수급요인들을 사전 추출하였다. 요인간의 상호관련성을 파악하여 단계적 회귀는 8개 요인, 랜덤포레스트는 10개 요인을 분석대상으로 선정하였으며 선정된 변수를 입력변수로 하여 예측한 결과를 비교하였다. 랜덤포레스트의 예측성능이 아주 우수하였는데 수요요인이 주로 선정된 단계적 회귀분석과는 달리 공급요인이 비중 있게 선정되었기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구는 운임예측 연구에 있어 운임결정요인에 대한 과학적인 근거를 마련하였으며 이를 위해 기계학습 기반의 모델을 활용하였다는데 연구적 의의가 있다. 또한 시장정보의 분석에 있어 실무자들이 어떤 변수에 중점을 두어야 하는지에 대해 합리적 근거를 제시한 측면에서 해운기업의 의사결정에 실질적 도움이 될 것으로 기대된다.

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In recent years, research on shipping market forecasting with the employment of non-linear AI models has attracted significant interest. In previous studies, input variables were selected with reference to past papers or by relying on the intuitions of the researchers. This paper attempts to address...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 운임 결정에 영향을 미치는 요인을 분석하는데 기계학습 모델을 적용하고자 한다. 지금까지의 운임 예측연구에는 주로 다양한 계량경제학적 기법들이 적용되었다.
  • 또한 일부 연구에서는 해운지수가 세계경기를 선행하는 변수로 분석되어 관계를 해석하기 복잡하다(Bakshi, Panayotov an Skoulakis, 2011). 본 연구에서는 단순한 구조로 되어있는 케이프선 운임시장을 선택하였는데 수급요인을 다른 시장보다 명확히 파악함으로써 거시요인을 최대한 배제할 수 있도록 하였다.
  • 단계적 회귀분석은 여러 설명변수(predictor)의 추가와 제거를 반복적으로 시행하여 예측오차가 가장 작은 최소변수집합(subset of variables)을 찾는 방법이다. 즉, 최소의 변수를 투입하여 최고의 성능을 보이는 효율적인 모델을 도출하는 것이다. 단계적 회귀분석에는 변수를 순차적으로 늘려가면서 성능을 비교하는 전진선택법(forward selection), 변수를 순차적으로 줄여가며 성능을 비교하는 후진선택법(backward selection)그리고 전후진 선택법이 결합된 단계적 선택법(stepwise selection)이 있으며 본 연구에서는 단계적 선택법을 적용한 회귀 알고리즘을 사용하여 최적의 변수 조합을 찾았다.
  • 각 모델에서 선정된 변수들을 이용하여 예측한 결과와 실측치를 비교하여 선정한 요인들의 반영이 모델성능에 얼마나 영향을 미치는지 평가하고 한다. 성능검증기준은 아주 다양하지만 어느 기준이 성능평가지표로 채택되어야 하는지에 대한 일치된 의견은 없다.
  • 해운시장의 심한 변동성과 수급요인들의 복잡성은 시황예측에 상당한 어려움을 주지만 해운업에 있어 예측의 중요성은 간과될 수 없기 때문에 학계나 산업계가 많은 관심을 가진다. 해운시황 예측에 있어서 세련된 모델을 이용하여 도출된 근거를 바탕으로 합리적이고 과학적인 의사결정을 할 수 있도록 기여하고자 본 연구를 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해운시장 참여자들의 경기순행적인 투자의 실패요인은 무엇인가? 많은 해운시장 참여자들은 경기에 순행하여 호황기에 대량의 선복투자를 하고 뒤이어 도래하는 불황기에 상당한 재무적 부담을 지며 일부는 파산에 이르기도 하였다. 경기순행적인 투자에는 여러 원인들이 작용하겠지만 의사결정과정에서 경험에 의존하는 경향이 강하며 시황예측의 관점에서 과학적 방법의 적용이 이루어지지 않은 것이 중요한 요인으로 지목된다. 시황의 변동성이 시장참여자의 수익에 직접적인 영향을 미치므로 학계나 산업계의 관심이 컸고, 시황예측 연구에서도 다양한 노력들이 있었다(Celik et al.
랜덤포레스트의 특징은? Breiman (2001)이 결정나무(decision tree)모델과 배깅(bagging)을 결합한 RF모델을 제안하였다. 이 모델의 특징은 분류(classification)문제부터 회귀(regression)문제까지 광범위하게 적용될 수 있으며, 학습하는 속도가 다른 기계학습 모델에 비해 빠를 뿐만 아니라 조정할 파라미터도 적으며 특히 본연구의 특성처럼 많은 차원을 계산해야 하는데 특히 뛰어난 성능을 보인다(Cutler, Cutler and Stevens, 2012). Fig.
많은 해운시장 참여자들 일부가 파산에 이른 원인은? 해운시장은 다른 상품시장보다 극심한 변동성에 노출되어있다. 많은 해운시장 참여자들은 경기에 순행하여 호황기에 대량의 선복투자를 하고 뒤이어 도래하는 불황기에 상당한 재무적 부담을 지며 일부는 파산에 이르기도 하였다. 경기순행적인 투자에는 여러 원인들이 작용하겠지만 의사결정과정에서 경험에 의존하는 경향이 강하며 시황예측의 관점에서 과학적 방법의 적용이 이루어지지 않은 것이 중요한 요인으로 지목된다.
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참고문헌 (25)

  1. Bakshi, G., Panayotov, G. and Skoulakis, G.(2011), "The Baltic Dry Index as a Predictor of Global Stock Returns, Commodity Returns, and Global Economic Activity," SSRN. http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.1787757. 

  2. Bao, J., Pan, L. and Xie, Y.(2016), "A new BDI forecasting model based on support vector machine", in 2016 IEEE Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference, pp. 65-69. 

  3. Batchelor, R., Alizadeh, A. and Visvikis, I.(2007), "Forecasting spot and forward prices in the international freight market," International Journal of Forecasting, Vol. 23, No. 1, pp. 101-114. 

  4. Breiman, L.(2001), "Random Forests," Machine Learning, Vol. 45, No. 1, pp. 5-32. 

  5. Cai, J. et al.(2018), "Feature selection in machine learning: A new perspective," Neurocomputing, 300, pp. 70-79. 

  6. Celik, M. et al.(2009), "An integrated fuzzy QFD model proposal on routing of shipping investment decisions in crude oil tanker market," Expert Systems with Applications, Vol. 36, No. 2, pp. 6227-6235. 

  7. Cutler, A., Cutler, D. R. and Stevens, J. R.(2012), "Random Forest," in Zhang, C. and Ma, Y. (eds) Ensemble Machine Learning-Methods and Applications. New York: Springer. 

  8. Goulelmos, A. M. and Goulelmos, M. A.(2009), "The problem of timing in decisions to buy or to charter a vessel," International Journal of Transport Economics, Vol. 36, No. 2, pp. 261-286. 

  9. Han, Q. et al.(2014), "Forecasting dry bulk freight index with improved SVM," Mathematical Problems in Engineering, Vol. 2014(ID: 460684), pp. 1-12. 

  10. Jovic, A., Brkic, K. and Bogunovic, N.(2015), "A review of feature selection methods with applications," in 2015 38th International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), pp. 1200-1205. 

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  12. Lyridis, D. et al.(2004), "Forecasting Tanker Market Using Artificial Neural Networks," Maritime Economics & Logistics, Vol. 6, pp. 93-108. 

  13. Paliwal, M. and Kumar, U. A.(2009), "Neural networks and statistical techniques: A review of applications," Expert Systems with Applications, Vol. 36, No. 1, pp. 2-17. 

  14. Shepperd, M. and MacDonell, S.(2012), "Evaluating prediction systems in software project estimation," Information and Software Technology, Vol. 54, No. 8, pp. 820-827. 

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  22. Yun, H., Lim, S. and Lee, K.(2016), "Trading Strategies in Bulk Shipping: the Application of Artificial Neural Networks," Journal of Korean Navigation and Port Research, Vol. 40, No. 5, pp. 337-343. 

  23. Zeng, Q. et al.(2016), "A new approach for Baltic Dry Index forecasting based on empirical mode decomposition and neural networks," Maritime Economics & Logistics, Vol. 18, No. 2, pp. 192-210. 

  24. Zeng, Q. and Qu, C.(2014), "An approach for Baltic Dry Index analysis based on empirical mode decomposition," Maritime Policy & Management. Routledge, Vol. 41, No. 3, pp. 224-240. 

  25. Zhang, G., Patuwo, B. E. and Hu, M. Y.(1998), "Forecasting with artificial neural networks: The state of the art," International Journal of Forecasting, Vol. 14, No. 1, pp. 35-62. 

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