5G與人工智能在航道疏浚監管上的應用

王淮 謝億秦 彭廣益 林昱欣 高明瑤 江蘇省蘇州市港航事業發展中心

1.前言

2016年12月，交通運輸部發布了《關于打造公路水運品質工程的指導意見》，在該文件中提出了“應探索‘互聯網+交通基礎設施’發展新思路，推行‘智慧工地’建設，提升項目管理信息化水平”的要求。蘇州市港航事業發展中心（以下簡稱蘇州港航中心）以此為指導思想，以《蘇州市泥漿（渣土）水上運輸專項整治“百日會戰”行動方案》等工程管理要求為切入，以蘇南運河吳江段三級航道整治工程航道工程為依托，不斷對航道疏浚信息化管理新思路進行探索，主導開發了“疏浚土方5G 智慧監管平臺”，聚力打造“現場可視、數據可查、進度可知、質量可控、安全可防、違規可糾、預警可報、全程可溯、效益可增、模式可行”的智慧工地，促進水運高質量發展。

2.航道疏浚監管現狀

疏浚工程是開發、改善和維護航道、港口水域的主要手段之一，通常采用挖泥船或其他機具以及人工進行水下挖掘，對于土方量很難測量和檢驗。長期以來對疏浚工程施工的監管都是依靠人工現場監管。由于施工現場情況較為復雜，傳統的監管方式存在一定的缺陷：一是對疏浚泥漿的監管無法具體落實到每一船次的裝載、運輸、排放，無法具體落實到施工的各個中間環節；二是施工現場在野外，實際施工現場無法實時查看現場，挖泥船、運輸船、排泥船的動向不可控；三是施工過程中需頻繁派人去現場抽查、檢驗，費時費力。

3.疏浚土方5G智慧監管平臺設計

3.1 依托工程

本平臺在蘇南運河吳江段三級航道整治工程航道工程尾留工程施工項目中開展疏浚土方云監管探索和實踐。

3.2 設計框架

針對疏浚工程的項目特點，我們開發了一套船載信息采集終端。主要由5G網關、北斗模組、視頻設備以及機柜電源等配件構成。這套信息采集終端可安裝在挖泥船、運輸船以及排泥船上，實時將設備定位信息、現場視頻數據等傳送到云端服務器上，在云端服務器上運行著“疏浚智慧監管”后臺管理程序，處理各種信息計算得到各船次裝載渣土（泥漿）信息后上傳到信息平臺中，并最終在小程序端和網頁端進行展示。其整體設計框架如圖1所示。

圖1 “疏浚土方5G智慧監管平臺”設計框架

3.3 關鍵技術

該平臺是一個智能化可視監管系統，集5G技術、北斗定位、云計算、物聯網、AI視覺等高新技術于一體，構建了綠色、高效的智能化監管平臺。

（1）5G技術：引入5G技術實時傳輸現場4K超高清影像數據和監測結果分析，實現施工場景實時直播、遠程數據提交和監管功能。

（2）智能AI識別分析：引入云端視覺人工智能技術分析超高清影像數據判斷現場施工的規范性，提前識別危險事件進行預警。

（3）視覺測量：引入視覺測量技術測量運泥船泥漿（渣土）裝載量及棄土區泥土增量，把對施工的監管落實到每一船次的泥漿運輸上。

（4）北斗定位技術：引入北斗定位技術實現對施工位置、施工工人的監管。

（5）移動端管理：引入工業互聯APP，把控每一船次泥漿的生產、運輸、消納全過程，自動生成“泥漿載運三聯單”。

（6）云監管：引入“云監管”平臺，“云監管”平臺匯總上述各個過程的關鍵結果，智能判斷現場施工是否出現違規，通過工業互聯APP及時預警，避免給水運建設留下質量、安全隱患。

3.4 實現過程

在具體方案實施的過程中，流程如下:

（1）挖泥船工作現場：信息采集終端安裝在挖泥船上，對挖泥工作場景進行實時監測，重點是識別運泥船的吃水位，估算并記錄運泥船裝載完成后的土方量，作為施工區泥漿管控的核心依據之一。

（2）運泥船工作現場：信息采集終端安裝在運泥船上，對運泥工作場景進行實時監測，重點是監測運泥船的裝載船艙，并進行視頻錄像存儲，作為運輸途中泥漿管控的重要依據。

（3）排泥船工作現場：信息采集終端安裝在排泥船上，對排泥工作場景進行實時監測，重點是監測運泥船靠近排泥船時的吃水位，并與該船次從挖泥現場出發時的裝載量，進行土方量比對，提交云監管信息平臺。

（4）棄土區工作現場：終端信息采集使用手機和小程序，需要在棄土區幾個關鍵位置增加水位刻度計，工人在施工日早晚對這幾個刻度尺進行拍照提交平臺，云監管后臺通過監測棄土區每天的泥水位的變化估算泥水量的增量，并與當天排入該棄土區的泥漿量進行比對（比運輸船泥漿總量多了吹填的水方量），結果數據提交云監管信息平臺，該數據用于整個施工期的工程量和排泥趨勢分析。

4.平臺應用效果

圖2 平臺自動生成的《泥漿（渣土）運載三聯單》

通過上述“拍攝-傳輸-分析-反饋”不斷的循環，傳統疏浚工程的監管難點被逐一突破，形成了有力的“五道監管”。一是通過實時高清視頻監管施工現場，回查視頻；二是通過北斗對挖泥船、運泥船、排泥船進行監管，同時匹配施工位置信息；三是通過視覺AI技術對運泥船吃水位、棄土區淤泥高度等進行測量，估算土方量；四是通過短信、APP程序向管理人員推送“土方施工量”、“疑似土方流失”等信息；五是通過將《泥漿（渣土）運載三聯單》數字化，為參建單位提供資料回訪、復查功能。

在項目實施期間，該平臺對項目中產生的近6 萬方泥漿進行了全方位的監管，產生過程數據共計60萬條，生成泥漿運輸記錄共計130條，也達到水運指管理人員參與全覆蓋。另外，土方測量評價誤差約為10%，達到目標效果。同時，由于遠程監管的實現，使得工程管理人員監管效率大幅提升，同時也大大降低了人工成本。更重要的是，實現了疏浚的全流程監管。對粗放的疏浚施工實現了精細化的管理，完全杜絕了渣土（泥漿）亂拋亂棄的現象，該平臺高效、精準、綠色生態的治理理念得以實現。

5.總結與展望

5.1 總結

“疏浚土方5G智慧監管平臺”是一次5G通信技術、北斗技術和人工智能技術在交通信息化工程中的有益嘗試，也是對疏浚工程中土方（泥漿）運輸去向問題提出針對性解決方案，確保專項整治和環境治理有據可查的重要依據。

該平臺先行先試，用黨建融合推動技術攻關、人工智能服務智慧工地、工業互聯助力安全監管，通過數字治理、數字賦能、數據分析，實現了將新基建賦能傳統水運工程的創新性應用。

5.2 展望

平臺成功應用后大獲好評，而且由于項目使用的硬件設備、云部署模式普及率高，也使其擁有可復制的推廣價值?！笆杩Ｍ练?G 智慧監管平臺”不僅實現了眼睛“看”的功能，還擁有大腦“思考”的能力，實現了變被動監管為主動監管，變抽查監管為全天候監管，變人工監管為機器監管的轉型。后續可進一步推廣應用到公路、鐵路、甚至更廣泛的領域中，智慧港航工程建設也將迎來更高、更大、更廣闊的展示舞臺。