5G與人工智能在航道疏浚監(jiān)管上的應(yīng)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(yè)發(fā)展中心

1.前言

2016年12月，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《關(guān)于打造公路水運(yùn)品質(zhì)工程的指導(dǎo)意見》，在該文件中提出了“應(yīng)探索‘互聯(lián)網(wǎng)+交通基礎(chǔ)設(shè)施’發(fā)展新思路，推行‘智慧工地’建設(shè)，提升項(xiàng)目管理信息化水平”的要求。蘇州市港航事業(yè)發(fā)展中心（以下簡稱蘇州港航中心）以此為指導(dǎo)思想，以《蘇州市泥漿（渣土）水上運(yùn)輸專項(xiàng)整治“百日會戰(zhàn)”行動方案》等工程管理要求為切入，以蘇南運(yùn)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(jìn)行探索，主導(dǎo)開發(fā)了“疏浚土方5G 智慧監(jiān)管平臺”，聚力打造“現(xiàn)場可視、數(shù)據(jù)可查、進(jìn)度可知、質(zhì)量可控、安全可防、違規(guī)可糾、預(yù)警可報(bào)、全程可溯、效益可增、模式可行”的智慧工地，促進(jìn)水運(yùn)高質(zhì)量發(fā)展。

2.航道疏浚監(jiān)管現(xiàn)狀

疏浚工程是開發(fā)、改善和維護(hù)航道、港口水域的主要手段之一，通常采用挖泥船或其他機(jī)具以及人工進(jìn)行水下挖掘，對于土方量很難測量和檢驗(yàn)。長期以來對疏浚工程施工的監(jiān)管都是依靠人工現(xiàn)場監(jiān)管。由于施工現(xiàn)場情況較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的監(jiān)管方式存在一定的缺陷：一是對疏浚泥漿的監(jiān)管無法具體落實(shí)到每一船次的裝載、運(yùn)輸、排放，無法具體落實(shí)到施工的各個(gè)中間環(huán)節(jié)；二是施工現(xiàn)場在野外，實(shí)際施工現(xiàn)場無法實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場，挖泥船、運(yùn)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(xiàn)場抽查、檢驗(yàn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

3.疏浚土方5G智慧監(jiān)管平臺設(shè)計(jì)

3.1 依托工程

本平臺在蘇南運(yùn)河吳江段三級航道整治工程航道工程尾留工程施工項(xiàng)目中開展疏浚土方云監(jiān)管探索和實(shí)踐。

3.2 設(shè)計(jì)框架

針對疏浚工程的項(xiàng)目特點(diǎn)，我們開發(fā)了一套船載信息采集終端。主要由5G網(wǎng)關(guān)、北斗模組、視頻設(shè)備以及機(jī)柜電源等配件構(gòu)成。這套信息采集終端可安裝在挖泥船、運(yùn)輸船以及排泥船上，實(shí)時(shí)將設(shè)備定位信息、現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)等傳送到云端服務(wù)器上，在云端服務(wù)器上運(yùn)行著“疏浚智慧監(jiān)管”后臺管理程序，處理各種信息計(jì)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(wǎng)頁端進(jìn)行展示。其整體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

圖1 “疏浚土方5G智慧監(jiān)管平臺”設(shè)計(jì)框架

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

該平臺是一個(gè)智能化可視監(jiān)管系統(tǒng)，集5G技術(shù)、北斗定位、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、AI視覺等高新技術(shù)于一體，構(gòu)建了綠色、高效的智能化監(jiān)管平臺。

（1）5G技術(shù)：引入5G技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場4K超高清影像數(shù)據(jù)和監(jiān)測結(jié)果分析，實(shí)現(xiàn)施工場景實(shí)時(shí)直播、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)提交和監(jiān)管功能。

（2）智能AI識別分析：引入云端視覺人工智能技術(shù)分析超高清影像數(shù)據(jù)判斷現(xiàn)場施工的規(guī)范性，提前識別危險(xiǎn)事件進(jìn)行預(yù)警。

（3）視覺測量：引入視覺測量技術(shù)測量運(yùn)泥船泥漿（渣土）裝載量及棄土區(qū)泥土增量，把對施工的監(jiān)管落實(shí)到每一船次的泥漿運(yùn)輸上。

（4）北斗定位技術(shù)：引入北斗定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對施工位置、施工工人的監(jiān)管。

（5）移動端管理：引入工業(yè)互聯(lián)APP，把控每一船次泥漿的生產(chǎn)、運(yùn)輸、消納全過程，自動生成“泥漿載運(yùn)三聯(lián)單”。

（6）云監(jiān)管：引入“云監(jiān)管”平臺，“云監(jiān)管”平臺匯總上述各個(gè)過程的關(guān)鍵結(jié)果，智能判斷現(xiàn)場施工是否出現(xiàn)違規(guī)，通過工業(yè)互聯(lián)APP及時(shí)預(yù)警，避免給水運(yùn)建設(shè)留下質(zhì)量、安全隱患。

3.4 實(shí)現(xiàn)過程

在具體方案實(shí)施的過程中，流程如下:

（1）挖泥船工作現(xiàn)場：信息采集終端安裝在挖泥船上，對挖泥工作場景進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，重點(diǎn)是識別運(yùn)泥船的吃水位，估算并記錄運(yùn)泥船裝載完成后的土方量，作為施工區(qū)泥漿管控的核心依據(jù)之一。

（2）運(yùn)泥船工作現(xiàn)場：信息采集終端安裝在運(yùn)泥船上，對運(yùn)泥工作場景進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，重點(diǎn)是監(jiān)測運(yùn)泥船的裝載船艙，并進(jìn)行視頻錄像存儲，作為運(yùn)輸途中泥漿管控的重要依據(jù)。

（3）排泥船工作現(xiàn)場：信息采集終端安裝在排泥船上，對排泥工作場景進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，重點(diǎn)是監(jiān)測運(yùn)泥船靠近排泥船時(shí)的吃水位，并與該船次從挖泥現(xiàn)場出發(fā)時(shí)的裝載量，進(jìn)行土方量比對，提交云監(jiān)管信息平臺。

（4）棄土區(qū)工作現(xiàn)場：終端信息采集使用手機(jī)和小程序，需要在棄土區(qū)幾個(gè)關(guān)鍵位置增加水位刻度計(jì)，工人在施工日早晚對這幾個(gè)刻度尺進(jìn)行拍照提交平臺，云監(jiān)管后臺通過監(jiān)測棄土區(qū)每天的泥水位的變化估算泥水量的增量，并與當(dāng)天排入該棄土區(qū)的泥漿量進(jìn)行比對（比運(yùn)輸船泥漿總量多了吹填的水方量），結(jié)果數(shù)據(jù)提交云監(jiān)管信息平臺，該數(shù)據(jù)用于整個(gè)施工期的工程量和排泥趨勢分析。

4.平臺應(yīng)用效果

圖2 平臺自動生成的《泥漿（渣土）運(yùn)載三聯(lián)單》

通過上述“拍攝-傳輸-分析-反饋”不斷的循環(huán)，傳統(tǒng)疏浚工程的監(jiān)管難點(diǎn)被逐一突破，形成了有力的“五道監(jiān)管”。一是通過實(shí)時(shí)高清視頻監(jiān)管施工現(xiàn)場，回查視頻；二是通過北斗對挖泥船、運(yùn)泥船、排泥船進(jìn)行監(jiān)管，同時(shí)匹配施工位置信息；三是通過視覺AI技術(shù)對運(yùn)泥船吃水位、棄土區(qū)淤泥高度等進(jìn)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(yùn)載三聯(lián)單》數(shù)字化，為參建單位提供資料回訪、復(fù)查功能。

在項(xiàng)目實(shí)施期間，該平臺對項(xiàng)目中產(chǎn)生的近6 萬方泥漿進(jìn)行了全方位的監(jiān)管，產(chǎn)生過程數(shù)據(jù)共計(jì)60萬條，生成泥漿運(yùn)輸記錄共計(jì)130條，也達(dá)到水運(yùn)指管理人員參與全覆蓋。另外，土方測量評價(jià)誤差約為10%，達(dá)到目標(biāo)效果。同時(shí)，由于遠(yuǎn)程監(jiān)管的實(shí)現(xiàn)，使得工程管理人員監(jiān)管效率大幅提升，同時(shí)也大大降低了人工成本。更重要的是，實(shí)現(xiàn)了疏浚的全流程監(jiān)管。對粗放的疏浚施工實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化的管理，完全杜絕了渣土（泥漿）亂拋亂棄的現(xiàn)象，該平臺高效、精準(zhǔn)、綠色生態(tài)的治理理念得以實(shí)現(xiàn)。

5.總結(jié)與展望

5.1 總結(jié)

“疏浚土方5G智慧監(jiān)管平臺”是一次5G通信技術(shù)、北斗技術(shù)和人工智能技術(shù)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(yùn)輸去向問題提出針對性解決方案，確保專項(xiàng)整治和環(huán)境治理有據(jù)可查的重要依據(jù)。

該平臺先行先試，用黨建融合推動技術(shù)攻關(guān)、人工智能服務(wù)智慧工地、工業(yè)互聯(lián)助力安全監(jiān)管，通過數(shù)字治理、數(shù)字賦能、數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)了將新基建賦能傳統(tǒng)水運(yùn)工程的創(chuàng)新性應(yīng)用。

5.2 展望

平臺成功應(yīng)用后大獲好評，而且由于項(xiàng)目使用的硬件設(shè)備、云部署模式普及率高，也使其擁有可復(fù)制的推廣價(jià)值。“疏浚土方5G 智慧監(jiān)管平臺”不僅實(shí)現(xiàn)了眼睛“看”的功能，還擁有大腦“思考”的能力，實(shí)現(xiàn)了變被動監(jiān)管為主動監(jiān)管，變抽查監(jiān)管為全天候監(jiān)管，變?nèi)斯けO(jiān)管為機(jī)器監(jiān)管的轉(zhuǎn)型。后續(xù)可進(jìn)一步推廣應(yīng)用到公路、鐵路、甚至更廣泛的領(lǐng)域中，智慧港航工程建設(shè)也將迎來更高、更大、更廣闊的展示舞臺。