考慮交易安全風險控制投入的在線旅游供應鏈網絡均衡模型

郭 捷

(中央民族大學管理學院，北京 100081)

1 引言

隨著網絡技術和電子商務的發展，包括在線旅游(OTA)在內的平臺企業成長迅猛。同時，由于網絡攻擊導致系統癱瘓或信息泄露等，成為網絡平臺企業損失的主要誘因。美國在線旅游巨頭Expedia旗下的Orbitz公司2018年3月宣布，其在線旅游預定平臺受到攻擊，致使大約88萬名Orbitz客戶面臨數據泄露風險。在線旅游平臺遭到網絡攻擊，信息被泄露，誘發電信或網絡詐騙、信用卡盜刷等案件，導致消費者遭受損失，平臺企業信任受損時有發生，大大降低了在線旅游的消費體驗。2017年在線旅游企業投訴調查中，攜程、去哪兒、阿里飛豬、途牛等眾多平臺，所占投訴率高達到25.4%[1]。摩根大通稱其公司2015年信息系統安全風險控制費用從250萬美元增加到500萬美元[2]，增加企業交易安全風險控制的投入，最大限度減少網絡攻擊，提升顧客的消費體驗，是旅游供應鏈平臺企業戰略發展中的重要舉措之一。

旅游供應鏈是圍繞滿足旅游者的需求而構建的一種既包括食、宿、行、游、購、娛六個方面的供應商，又包括分銷商、供應商和最終用戶的網鏈結構[3-4]。基于Callandera和Page[5]提出的旅游供應鏈網絡結構，演繹出很多結構形式。如楊樹等[6]將旅游供應鏈定義為五元組TSC(E，R，F，O，M)，其中，E表示旅游供應鏈中的實體。R表示這些實體之間的相互關系。F表示實體的相關功能，如生產、市場營銷、銷售等及實體之間的流動要素。O表示實體和供應鏈的一系列目標。M表示旅游供應鏈所處的外部環境。舒波[7]根據復雜網絡理論分析了旅游供應鏈網絡的構成，并提出其復雜網絡的有向性、節點構成的復雜性、節點間擇優鏈接和局域性特征。隨著信息技術的滲透，在線旅游供應鏈的組織結構日漸扁平化和復雜化，線上的供應商、平臺和網上支付，線下的旅行社、酒店、旅館、交通運輸等節點之間相互影響、動態關聯，供應鏈網絡結構的多層級，多目標，多屬性，擁塞性和協調性的超網絡結構特征日漸明顯[8-9]。節點間競合關系并存，網絡中同類節點間通過非合作競爭，最終形成納什均衡狀態[10]。變分不等式理論被廣泛應用于超網絡的均衡解問題。最早由 Nagurney等[8-10]提出的供應鏈超網絡模型(由 3 層或者更多層變分不等式組成,每層參與者的數量沒有限制)以及基于該超網絡的擴展模型,被廣泛運用到運輸網絡[11-12]、供應鏈網絡[13-14]和電子商務[15]、互聯網金融[16-17]、社交網絡[16-17]和應急救援資源調配等[18]。

在線旅游供應鏈的交易安全風險是指由于平臺的信息系統被網絡攻擊導致信息泄露等事件發生，從而使供應鏈遭受損失的風險。目前關于旅游供應鏈風險的研究，主要集中在旅游文化、生態和經濟的發展戰略，旅游市場的形象設計、生態平衡、旅游容量、財務風險和國際旅游脆弱性等風險因素的分析[19-23]。旅游供應鏈網絡節點風險的研究也停留在借用企業風險管理方法對旅游某領域進行零星研究[24-27]。針對在線旅游平臺風險的研究，主要是從電子商務視角，分析消費者對在線旅游網站的諸如系統的響應性、安全性和可用性等[28]，建議從信息流和資金流安全性方面，提升技術水平，增強消費認同[29-31]。另外，部分文獻[32-35]從平臺交易機制，信息系統風險防范，以及信息產業和旅游產業的協同進行了分析。不難發現，針對在線旅游供應鏈風險的研究，鮮有從供應鏈的視角，分析節點間非合作競爭和均衡、以及在線旅游平臺的交易安全風險控制的投入等問題。

在線旅游供應鏈網絡結構節點互相作用和影響，如IT基礎設施共享性，節點脆弱性相似性等，使得單個平臺交易安全風險控制的投入，不僅關系到平臺自身，也會影響整個供應鏈網絡的交易安全風險水平。同時，平臺間關于交易安全風險控制的投入存在博弈，其決策行為可能會影響到供應鏈其他節點的產品交易數量和風險控制投入。因此，分析在線旅游供應鏈平臺交易安全風險控制投入的影響時，不僅需要從平臺企業本身，同時關注整個供應鏈。本文將基于文獻[8]的供應鏈結構形式，構建包括供應商、平臺和消費市場的三層網絡結構，通過在線旅游供應鏈網絡競爭的均衡態，分析平臺的交易安全風險水平，對在線旅游供應鏈網絡各節點和供應鏈整體的影響，具體包括：

(1)平臺交易安全風險控制的投入，如何影響平臺自身的交易安全風險水平、供應鏈整體的風險水平及消費市場的需求。

(2)平臺交易安全風險控制方面的投入，如何影響平臺自身的期望收益和供應鏈整體的期望收益。

(3)當平臺數量增加時，如何影響在線旅游供應鏈的風險和競爭水平，以及期望收益。

2 問題描述及相關假設

2.1 在線旅游供應鏈網絡結構

在線旅游供應鏈的網絡結構分為三個層次：供應商，平臺和消費市場。供應商包括食、住、行、游、購、娛等行業，平臺則主要是指旅游在線平臺企業，如去哪兒，攜程網，飛豬等，信息流和產品流主要發生在供應商和平臺或供應商與消費者之間，以及平臺和消費者之間，其網絡流是各層間資源相關的特征量。在線旅游供應鏈的風險，主要指平臺交易安全風險。

圖1 在線旅游供應鏈網絡結構

2.2 問題描述

在線旅游供應鏈是由供應商、平臺和消費市場組成的三層網絡結構。提供單一產品類型(如機票)的I個供應商，通過網站、移動終端APP、社交媒體等形式的J個平臺(如攜程、飛豬等)進行銷售。整個網絡存同級的橫向節點之間的競爭，如I個供應商(如航空公司、機票代理商等)之間的競爭、J個平臺的競爭和K個消費市場的競爭。本文擬分別針對供應商和平臺、平臺和消費市場建立競爭模型，分析各供應鏈的產品交易價格與數量的最優策略，最終實現網絡中各節點成員的利潤和供應鏈整體利潤最大化。參數定義如表1所示。

表1 參數定義

2.3 相關假設

供應鏈網絡結構中供應商、平臺和消費市場各節點均是理性決策者，分別追求自身利潤或效用最大化，供應鏈網絡通過同層成員的納什非合作競爭和層間成員的合作與交互達到均衡狀態，其它假設如下：

假設1：供應商及平臺的相關成本函數是連續可微的凸函數[8-10]。

假設2：不同供應商所銷售產品在功能與質量上無差異，消費者的選擇偏好主要基于價格和平臺交易的安全性考慮。

3 模型構建

3.1 供應商均衡條件分析

每個服務的相應供應商都追求利潤最大化。利潤為產品或服務的交易價格乘以交易數量減去生產(處理)成本，再減去交易成本。供應商i的最大利潤函數如下：

(1)

各供應商之間進行非合作競爭的納什均衡博弈，且每個供應商的優化目標為利潤最大化，供應商的生產(交易)函數和成本函數是連續凸函數，則對于每個供應商的優化函數根據進化變分不等式理論[8-10]，可轉換為以下進化變分不等式(2)。即確定q1*∈ΩI，滿足所有供應商優化目標的同時達到最優的條件，等價為下述的變分不等式：

(2)

3.2 平臺的均衡條件分析

同理，每個在線旅游服務產品的平臺都追求利潤最大化。平臺j的利潤函數和效用函數分別如下：

MaxE(Uj)=(1-ρj)Rj+ρj(Rj-Dj)-Ij(rj)=Rj-ρjDj-Ij(rj)

(3)

其中，平臺要保持一定的交易安全水平，就需要一定的投入成本，即投入成本是風險水平的函數。假設投入成本函數是連續凸函數，一定的交易安全風險水平下的投入成本函數如下：

(4)

(5)

其中，

因此，(5)等同下式(6)：

(6)

3.3 消費市場均衡條件分析

pk為市場消費者通過平臺獲取服務產品，需支付的單位服務產品的價格，是一個k維列向量，記為p3。dk為消費市場k對由平臺提供的該服務產品的市場需求函數，為價格和交易安全風險水平的函數，即dk(p3,r)。該需求函數表明消費者的市場需求，不僅與該市場上提供的服務產品的價格有關，同時也與整個供應鏈交易安全風險水平有關。

(7)

同時滿足，

(8)

(9)

3.4 在線旅游供應鏈網絡均衡條件分析

網絡均衡是指的網絡任一節點的決策行為共同達到均衡態，且均衡流量和均衡價格滿足以上變分不等式的總和，即在其他節點決策為最優時進行最優決策。當節點各成員之間關于數量和價格滿足以上三個從供應商到消費市場的變分不等式的總和時，該網絡處于均衡態。因此，對以上三個變分不等式(2)，(6)，(9)求和，得到網絡的Nash均衡條件為：確定(q1*,q2*,p3*,r*)∈Ω，使得(10)

?(q1*,q2*,p3*,r*)∈Ω，Ω=ΩI×ΩJ×ΩK

(10)

供應商和平臺的交易價格p1、平臺和消費市場的交易價格p2均為內生變量，當供應網絡各層之間的交易均衡時，其交易價格可由根據變分不等式(2)和(6)確定。即：

由(2)式：

由(4)式：

3.5 模型求解

本節將通過數值試驗，利用上述修正投影算法，驗證模型的有效性。計算過程中，初始值為1的列向量，步長設定為0.01，迭代終止條件為誤差ε=10-4。采用Matlab來實現。

關于解的存在性和唯一性的證明，請參閱附錄。

4 算例分析

整個在線旅游供應網絡由2個供應商(如中國國航，春秋航空)、2個平臺(如飛豬，攜程)和2個消費市場組成，供應商通過在線平臺將服務產品(機票)銷售給消費者。市場消費者基于產品價格和對供應鏈網絡的交易安全風險水平的感知，來確定平臺的選擇。網絡結構模型中存在供應鏈縱向上下游競爭博弈，以及橫向企業節點間(供應商之間，平臺之間和消費者之間的)的競爭。具體結構如圖2所示。

圖2 數值算例示意圖(1)

供應商與平臺的交易成本為：

平臺與消費市場的交易成本為：

平臺與供應商的交易成本為：

消費市場與平臺的交易成本為：

當發生交易安全風險，給平臺1和2帶來的損失分別為：D1=1000,D2=1500

兩個平臺的交易風險控制的投入成本分別為：

(1)情景1：當市場1和2的需求函數分別為：

采用修正投影算法，經迭代，收斂，得出均衡態的相應數據如下：

d1=58.89,d2=183.93

E(U1)=7557.47,E(U2)=6651.93

結果顯示，在均衡態，供應商1與供應商2與平臺1的交易量分別為63.07和61.39，供應商1和供應商2與平臺2的交易量分別為58.34和60.02。兩個平臺的交易安全風險水平一樣，均為0.09。平臺1和平臺2與消費市場1的交易量分別為30.14和28.75，平臺1和平臺2與消費市場2的交易量分別為94.32和89.61，而平臺1和平臺2的期望收益值分別為7757.47和6651.93。在風險控制投入相同的情景下，同一市場與不同平臺之間的交易價格和數量的差異不明顯。

情景2：改變平臺安全交易風險的控制投入成本，分別為

采用修正投影算法，經迭代，收斂，在均衡態，其相關數值如下：

E(U1)=7546.32,E(U2)=6034.24

結果顯示，兩個平臺的交易安全風險水平分別為0.09和0.08，平臺2的風險由情景1中的0.09下降到0.07，整個供應鏈的風險也由0.09下降到0.08。同時，平臺和消費市場的交易量也出現了一定的差異，如平臺1和2與消費市場1的交易量分別為41.02和35.65，平臺1和2與消費市場2的交易量分別為119.41和91.34。表明，隨著交易安全風險控制的投入增加，使平臺2的交易安全風險下降，同時供應鏈整體的交易安全水平上升。相比情景1中，市場1和市場2的相應交易量都有所增加，且整個供應鏈的交易量也受益于平臺的風險控制投入。另外，相對情景1，兩個平臺的期望收益有所下降，分別為7546.32和6034.24。

(3)情景3：增加一個平臺企業3，如下圖3所示。

圖3 數值算例示意圖(2)

供應商與平臺3的交易成本為：

平臺3與消費市場的交易成本為：

平臺3與供應商的交易成本為：

消費市場與平臺3的交易成本為：

當發生交易安全風險，給平臺3帶來的損失分別為：D3=1000

平臺3的交易風險控制的投入成本為：

經計算，相關數據如下：

d1=81.73,d2=187.04

E(U1)=7343.11,E(U2)=6012.25,

E(U3)=5410.84

顯然，由于平臺3的加入，增加了供應鏈整體的競爭程度，相對于情景1，兩個市場的需求均增加，其產品價格有所下降，消費者受益。同時，平臺1和2的期望收益也下降。另外，整個供應鏈的交易安全風險相比情景1有所上升。由于信息不對稱，消費市場不能確切知道某一平臺的風險水平，相反，只能了解供應鏈整體的風險水平，因此，就會有某些平臺在風險控制投入較少，而出現搭便車行為。

5 結語

在線旅游供應鏈是服務供應鏈的典型模式，隨著平臺企業成長迅猛,在線旅游平臺成為旅游供應鏈中的關鍵節點。但針對在線旅游供應鏈，由于系統網絡安全問題等導致數據竊取、資金損失和信用缺失等現象時有發生，控制平臺交易安全風險是在線旅游穩步健康發展的關鍵。本文基于由供應商、平臺和消費市場構成的在線旅游供應鏈網絡結構，利用變分不等式理論和修正投影算法，對網絡均衡模型進行建模和求解，分析平臺交易安全風險控制投入對平臺和供應鏈本身的風險水平、期望收益等帶來的影響。研究發現：

(1)在風險控制投入水平相同時，在同一市場，不同平臺提供的同質產品的價格和數量，差異不明顯，即在均衡態，網絡節點的產品流量和交易價格大致相同，驗證了模型的合理性和有效性。隨著市場越來越透明，消費者搜索成本的不斷下降，同質化的渠道和市場其競爭最終會呈均衡態。去哪兒，飛豬等國內平臺，以及Booking.com,Expedia,priceline等國際平臺，同一航班的同等級的機票，在同一時間銷售的價格差異很小。

(2)隨著交易安全風險控制投入的增加，平臺自身交易安全風險出現上升趨勢，供應鏈整體的交易安全水平下降。同時，由于消費者基于對平臺交易安全風險水平的考慮，市場需求量也有一定增加，整個供應鏈的交易量也受益于某些平臺風險控制投入的上升。但由于平臺風控投入，導致平臺自身的期望收益下降。平臺風控投入主要針對包括信息系統軟硬設施和網絡安全方面，且投入大時效慢，一端出現系統癱瘓或網絡信息被竊取等網絡安全事件，其風險損失巨大。這也是平臺企業在前期較長時間內難以盈利，資金和規模較小的企業很難和資金雄厚的大企業抗衡，“大魚吃小魚”的現象在在線平臺行業，比較常見。在機票業務板塊中，去哪兒的機票銷量曾超過攜程，2016年攜程整合了旅游百事通和去哪兒度假，曾經的競爭對手巨頭走向合作，競合狀態是在線旅游供應鏈最后的均衡態。

(3)更多平臺的加入，即增加競爭對手，加劇了供應鏈整體的競爭，平臺企業的期望收益則有所下降，但由于消費市場的產品需求量增加，產品需求價格下降。因此，加大競爭，能使消費者獲利。但在安全交易風險控制投入方面，會出現部分平臺企業的搭便車行為，而導致整體供應鏈的交易安全風險水平增加。

在線旅游供應鏈進行運營時應加強和重視以下策略：

(1)強化平臺交易安全風險控制投入的重要性。充分考慮當前我國包括在線旅游平臺在內的其它平臺企業面臨的數據泄露、財務損失等交易安全問題，加大風險控制的投入。

(2)加強在線旅游供應鏈成員企業之間風險控制的協作。網絡均衡時各成員企業的收益都要大于個體運作的收益。同時，單個平臺交易安全風險控制的投入，不僅關系到平臺自身，也會整個供應鏈網絡交易安全風險水平，因此，供應鏈各成員企業應加強協作，實現共贏。

(3)增強消費者關于交易安全方面的自我保護和防范意識。當消費者具有風險防范意識，就會愿意支付較高價格的購買低風險產品和服務，從而可以在一定程度上補償平臺為提升交易安全性而額外付出的風險控制的投入成本。

基于均衡模型對復雜決策關系的抽象處理以及研究問題的針對性的考慮，本文僅分析了一個消費市場、平臺和供應商構成的三層在線旅游供應鏈，對相關參數也進行了簡化處理。如平臺與消費市場的交易成本，只考慮交易量這一影響因素，同時假設，市場需求僅受交易安全風險控制投入和產品價格的影響。另外，沒有考慮平臺交易安全風險控制投入的預算約束，及相應參數的敏感性分析。以后的研究中，將基于本文的理論框架和基礎模型，進一步挖掘在線旅游供應鏈的超網絡特征，思考預算約束條件下的變分不等式的建模和求解問題，同時考慮包括銷售努力在內的影響銷售數量和交易成本的多種因素，分析平臺的安全交易風險控制投入、對產品定價、交易數量、期望收益和在線旅游供應鏈整體的收益及風險水平的影響等問題。

附錄：

本文中，當旅游供應鏈網絡的節點各成員之間的流量(數量、價格等)滿足變分不等式(第3.1節，3.2節和3.3節)的從供應商到消費市場的變分不等式的總和時，即旅游供應鏈各成員之間的流量，同時滿足式(2)、式(6)、式(9)和式(10)時，該供應鏈網絡處于均衡態。全局優化模型則可以描述如下：

定理1解的存在性。變分不等式(3.4節中)在Kz中存在解(q1*,q2*,q3*，r*)∈Kz，當且僅當存在一個z=(z1,z2,z3,z4)≥0,使得q1≤z1,q2≤z2,q3≤z3,r≤z4。確定變分不等式(3.4節中)是否存在解，等價于確定上述變分不等式的解應該具備的條件。

定理3解的唯一性。由函數的嚴格單調性和解的存在性，可知變分不等式的解具有唯一性。即在定理2的條件下，變分不等式〈F(Xz)，X-Xz〉≥0，?Xz∈Kz必定存在唯一的一個解滿足該旅游供應鏈競爭網絡的均衡。如果該變分不等式只有唯一的解，那么這個解是可行集上的元素。詳細證明參看文獻[9]。