5G与人工智能在航道疏浚监管上的应用

王淮 谢亿秦 彭广益 林昱欣 高明瑶 江苏省苏州市港航事业发展中心

1.前言

2016年12月，交通运输部发布了《关于打造公路水运品质工程的指导意见》，在该文件中提出了“应探索‘互联网+交通基础设施’发展新思路，推行‘智慧工地’建设，提升项目管理信息化水平”的要求。苏州市港航事业发展中心（以下简称苏州港航中心）以此为指导思想，以《苏州市泥浆（渣土）水上运输专项整治“百日会战”行动方案》等工程管理要求为切入，以苏南运河吴江段三级航道整治工程航道工程为依托，不断对航道疏浚信息化管理新思路进行探索，主导开发了“疏浚土方5G 智慧监管平台”，聚力打造“现场可视、数据可查、进度可知、质量可控、安全可防、违规可纠、预警可报、全程可溯、效益可增、模式可行”的智慧工地，促进水运高质量发展。

2.航道疏浚监管现状

疏浚工程是开发、改善和维护航道、港口水域的主要手段之一，通常采用挖泥船或其他机具以及人工进行水下挖掘，对于土方量很难测量和检验。长期以来对疏浚工程施工的监管都是依靠人工现场监管。由于施工现场情况较为复杂，传统的监管方式存在一定的缺陷：一是对疏浚泥浆的监管无法具体落实到每一船次的装载、运输、排放，无法具体落实到施工的各个中间环节；二是施工现场在野外，实际施工现场无法实时查看现场，挖泥船、运输船、排泥船的动向不可控；三是施工过程中需频繁派人去现场抽查、检验，费时费力。

3.疏浚土方5G智慧监管平台设计

3.1 依托工程

本平台在苏南运河吴江段三级航道整治工程航道工程尾留工程施工项目中开展疏浚土方云监管探索和实践。

3.2 设计框架

针对疏浚工程的项目特点，我们开发了一套船载信息采集终端。主要由5G网关、北斗模组、视频设备以及机柜电源等配件构成。这套信息采集终端可安装在挖泥船、运输船以及排泥船上，实时将设备定位信息、现场视频数据等传送到云端服务器上，在云端服务器上运行着“疏浚智慧监管”后台管理程序，处理各种信息计算得到各船次装载渣土（泥浆）信息后上传到信息平台中，并最终在小程序端和网页端进行展示。其整体设计框架如图1所示。

图1 “疏浚土方5G智慧监管平台”设计框架

3.3 关键技术

该平台是一个智能化可视监管系统，集5G技术、北斗定位、云计算、物联网、AI视觉等高新技术于一体，构建了绿色、高效的智能化监管平台。

（1）5G技术：引入5G技术实时传输现场4K超高清影像数据和监测结果分析，实现施工场景实时直播、远程数据提交和监管功能。

（2）智能AI识别分析：引入云端视觉人工智能技术分析超高清影像数据判断现场施工的规范性，提前识别危险事件进行预警。

（3）视觉测量：引入视觉测量技术测量运泥船泥浆（渣土）装载量及弃土区泥土增量，把对施工的监管落实到每一船次的泥浆运输上。

（4）北斗定位技术：引入北斗定位技术实现对施工位置、施工工人的监管。

（5）移动端管理：引入工业互联APP，把控每一船次泥浆的生产、运输、消纳全过程，自动生成“泥浆载运三联单”。

（6）云监管：引入“云监管”平台，“云监管”平台汇总上述各个过程的关键结果，智能判断现场施工是否出现违规，通过工业互联APP及时预警，避免给水运建设留下质量、安全隐患。

3.4 实现过程

在具体方案实施的过程中，流程如下:

（1）挖泥船工作现场：信息采集终端安装在挖泥船上，对挖泥工作场景进行实时监测，重点是识别运泥船的吃水位，估算并记录运泥船装载完成后的土方量，作为施工区泥浆管控的核心依据之一。

（2）运泥船工作现场：信息采集终端安装在运泥船上，对运泥工作场景进行实时监测，重点是监测运泥船的装载船舱，并进行视频录像存储，作为运输途中泥浆管控的重要依据。

（3）排泥船工作现场：信息采集终端安装在排泥船上，对排泥工作场景进行实时监测，重点是监测运泥船靠近排泥船时的吃水位，并与该船次从挖泥现场出发时的装载量，进行土方量比对，提交云监管信息平台。

（4）弃土区工作现场：终端信息采集使用手机和小程序，需要在弃土区几个关键位置增加水位刻度计，工人在施工日早晚对这几个刻度尺进行拍照提交平台，云监管后台通过监测弃土区每天的泥水位的变化估算泥水量的增量，并与当天排入该弃土区的泥浆量进行比对（比运输船泥浆总量多了吹填的水方量），结果数据提交云监管信息平台，该数据用于整个施工期的工程量和排泥趋势分析。

4.平台应用效果

图2 平台自动生成的《泥浆（渣土）运载三联单》

通过上述“拍摄-传输-分析-反馈”不断的循环，传统疏浚工程的监管难点被逐一突破，形成了有力的“五道监管”。一是通过实时高清视频监管施工现场，回查视频；二是通过北斗对挖泥船、运泥船、排泥船进行监管，同时匹配施工位置信息；三是通过视觉AI技术对运泥船吃水位、弃土区淤泥高度等进行测量，估算土方量；四是通过短信、APP程序向管理人员推送“土方施工量”、“疑似土方流失”等信息；五是通过将《泥浆（渣土）运载三联单》数字化，为参建单位提供资料回访、复查功能。

在项目实施期间，该平台对项目中产生的近6 万方泥浆进行了全方位的监管，产生过程数据共计60万条，生成泥浆运输记录共计130条，也达到水运指管理人员参与全覆盖。另外，土方测量评价误差约为10%，达到目标效果。同时，由于远程监管的实现，使得工程管理人员监管效率大幅提升，同时也大大降低了人工成本。更重要的是，实现了疏浚的全流程监管。对粗放的疏浚施工实现了精细化的管理，完全杜绝了渣土（泥浆）乱抛乱弃的现象，该平台高效、精准、绿色生态的治理理念得以实现。

5.总结与展望

5.1 总结

“疏浚土方5G智慧监管平台”是一次5G通信技术、北斗技术和人工智能技术在交通信息化工程中的有益尝试，也是对疏浚工程中土方（泥浆）运输去向问题提出针对性解决方案，确保专项整治和环境治理有据可查的重要依据。

该平台先行先试，用党建融合推动技术攻关、人工智能服务智慧工地、工业互联助力安全监管，通过数字治理、数字赋能、数据分析，实现了将新基建赋能传统水运工程的创新性应用。

5.2 展望

平台成功应用后大获好评，而且由于项目使用的硬件设备、云部署模式普及率高，也使其拥有可复制的推广价值。“疏浚土方5G 智慧监管平台”不仅实现了眼睛“看”的功能，还拥有大脑“思考”的能力，实现了变被动监管为主动监管，变抽查监管为全天候监管，变人工监管为机器监管的转型。后续可进一步推广应用到公路、铁路、甚至更广泛的领域中，智慧港航工程建设也将迎来更高、更大、更广阔的展示舞台。