5G+AI 賦能平陸運(yùn)河建設(shè)的思考

陸肖丞

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引 言

平陸運(yùn)河自2023 年5 月動工建設(shè)，是新時代的“國字號”工程和建設(shè)西部陸海新通道、加快建設(shè)交通強(qiáng)國的標(biāo)志性工程。平陸運(yùn)河是連接西江及北部灣的重要航道，成為促進(jìn)西部陸海新通道交通、物流、商貿(mào)、產(chǎn)業(yè)深度融合的重要載體，具有重要的戰(zhàn)略地位[1]。

近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展和全球物流的不斷增長，數(shù)字航道建設(shè)逐漸成為重要的研究領(lǐng)域。數(shù)字航道作為連接陸洲與海洋的重要通道，其高效和安全的運(yùn)營對于國家經(jīng)濟(jì)與安全具有重要意義。然而，在傳統(tǒng)的航道管理模式下，存在通信能力不足、數(shù)據(jù)處理低效、決策支持不足、服務(wù)能力不足等問題，制約數(shù)字航道的發(fā)展和優(yōu)化。為解決這些問題，不斷涌現(xiàn)出一系列新技術(shù)和新方法。其中，5G 和人工智能（Artificial Intelligence，AI）作為數(shù)字化技術(shù)的重要代表，正在引起社會的廣泛關(guān)注[2]。

本研究聚焦5G+AI 在平陸運(yùn)河建設(shè)中的應(yīng)用，總結(jié)數(shù)字航道的應(yīng)用場景，構(gòu)建數(shù)字航道建設(shè)的技術(shù)框架，提出相應(yīng)的解決方案，為平陸運(yùn)河的發(fā)展和改進(jìn)提供新的思路和方法。

1 平陸運(yùn)河建設(shè)背景

1.1 平陸運(yùn)河建設(shè)的規(guī)模

平陸運(yùn)河項(xiàng)目全長135 km，航道等級為內(nèi)河I級，可通航5 000 t 級船舶，建設(shè)內(nèi)容包括航道工程、航運(yùn)樞紐工程、沿線跨河設(shè)施工程以及配套工程。項(xiàng)目以發(fā)展航運(yùn)為主，結(jié)合供水、灌溉、防洪、改善水生態(tài)環(huán)境等，估算總投資727.3 億元，其中靜態(tài)投資704.6 億元，建設(shè)工期54 個月，建成后將縮短西江中上游地區(qū)入海航程約560 km。

1.2 平陸運(yùn)河建設(shè)的意義

平陸運(yùn)河是西部陸海新通道的重要組成部分，其建成有力地促進(jìn)北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)南北欽防一體化發(fā)展，助力廣西有效對接粵港澳大灣區(qū)發(fā)展，推動廣西及西南地區(qū)持續(xù)深化與東盟及區(qū)域全面經(jīng)濟(jì)伙伴關(guān)系協(xié)定（Regional Comprehensive Economic Partnership，RCEP）國家的經(jīng)貿(mào)合作，加快融入中國—東盟命運(yùn)共同體建設(shè)，進(jìn)一步發(fā)展向海經(jīng)濟(jì)，向海而興、向海圖強(qiáng)。

1.3 平陸運(yùn)河建設(shè)的趨勢

發(fā)展數(shù)字航運(yùn)是適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革趨勢，加快交通數(shù)字化發(fā)展的必然要求。平陸運(yùn)河建設(shè)遵循打造綠色航運(yùn)、平安航運(yùn)、高效航運(yùn)、開放航運(yùn)的要求，推進(jìn)陸海空天一體化水上交通運(yùn)輸安全保障體系建設(shè)和全要素水上大交管，著力構(gòu)建多維感知、高效協(xié)同、智能處置、優(yōu)質(zhì)服務(wù)的現(xiàn)代化以及智能化水上交通動態(tài)管控新格局，全面提升水上動態(tài)管控、交通組織、現(xiàn)場執(zhí)法以及航運(yùn)服務(wù)等能力，保障船舶航行的安全性和效率[3]。為此，平陸運(yùn)河的數(shù)字化建設(shè)需與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)同步規(guī)劃設(shè)計(jì)與部署。

2 5G+AI 技術(shù)在平陸運(yùn)河建設(shè)的應(yīng)用

2.1 5G 技術(shù)的基本概述和特性

5G 技術(shù)是第五代移動通信技術(shù)的簡稱。它與前幾代移動通信技術(shù)相比，具有更高的峰值速率、更低的時延以及更大的網(wǎng)絡(luò)容量，這些獨(dú)特的特性使得5G技術(shù)在數(shù)字航道建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。首先，5G 技術(shù)具有更高的峰值速率，這使得5G 技術(shù)在多種場景下能夠提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，進(jìn)而提高數(shù)字航道的建設(shè)效率。其次，5G 技術(shù)具有更低的時延，對于航道狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整的場景中可實(shí)現(xiàn)對航道狀態(tài)的實(shí)時掌控。最后，5G 技術(shù)還具有更大的網(wǎng)絡(luò)容量，可以滿足數(shù)字航道建設(shè)中各類設(shè)備的大規(guī)模連接需求，為數(shù)字航道的高效運(yùn)行提供可靠的通信保障[4]。

2.2 AI 技術(shù)的基本概述和特性

AI 技術(shù)是一種模擬和模仿人類智能行為與思維的技術(shù)。在數(shù)字航道建設(shè)中，AI 技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用。首先，AI 技術(shù)可以通過分析和挖掘大量的用戶數(shù)據(jù)，為數(shù)字航道建設(shè)提供精準(zhǔn)的用戶畫像和需求分析。其次，AI 技術(shù)在數(shù)字航道中能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的內(nèi)容生成和推薦，提高內(nèi)容的質(zhì)量與效率。再次，通過AI技術(shù)的支持，數(shù)字平臺能夠根據(jù)用戶的歷史行為和偏好，實(shí)時推薦最符合用戶需求的內(nèi)容，提升用戶體驗(yàn)和參與度。最后，AI 技術(shù)還可以應(yīng)用于數(shù)字航道中的客戶服務(wù)和運(yùn)營管理。通過AI 技術(shù)，數(shù)字平臺可以實(shí)現(xiàn)智能客服，24 h 不間斷為用戶提供高效、準(zhǔn)確且個性化的服務(wù)。

2.3 5G+AI 的融合應(yīng)用

5G+AI 的融合應(yīng)用是促進(jìn)航道設(shè)施網(wǎng)與航運(yùn)服務(wù)網(wǎng)、信息網(wǎng)、能源網(wǎng)融合發(fā)展的重要依托和推動航道高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎，它能夠?yàn)閿?shù)字航道的發(fā)展提供創(chuàng)新性的解決方案，在數(shù)字航道建設(shè)中可以實(shí)現(xiàn)許多具體的應(yīng)用，主要應(yīng)用場景分為航道信息化、船舶信息化、航運(yùn)服務(wù)信息化3 大類。

在航道信息化應(yīng)用中，可使許多傳感器和監(jiān)控設(shè)備互相連接并與中央控制系統(tǒng)通信，從而實(shí)現(xiàn)對航道運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測和控制，用于航道巡檢養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急監(jiān)控等工作，實(shí)現(xiàn)航道數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)資產(chǎn)、生產(chǎn)要素的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建以數(shù)據(jù)驅(qū)動為導(dǎo)向的航道發(fā)展新模式。在船舶信息化應(yīng)用中，可對船舶、貨物以及設(shè)備進(jìn)行智能監(jiān)管和管理，提供自動化的流程和精確的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)船舶科學(xué)配載、智能導(dǎo)航、安全航行。在航運(yùn)服務(wù)信息化應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時的物流監(jiān)控和管理，提高貨運(yùn)、物流效率，減少成本，還能提供更精準(zhǔn)、更智能、更優(yōu)質(zhì)的航道信息服務(wù)。

3 平陸運(yùn)河數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)字航道的技術(shù)架構(gòu)

數(shù)字航道的技術(shù)架構(gòu)包括硬件與終端、基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)、云與移動邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）層、管理平臺以及主要應(yīng)用層等5 個層次。硬件與終端層主要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一感知接入和邊緣智能處理；基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)層主要構(gòu)建“空天地”協(xié)同一體化泛在通信網(wǎng)；云與MEC 層針對多連接、大流量、可靠性要求高的應(yīng)用場景提供強(qiáng)大的通信、計(jì)算與存儲能力；管理平臺層主要基于一體化云平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、能力的開放共享；應(yīng)用層是面向應(yīng)用場景的各類應(yīng)用的終端，且包含應(yīng)用軟件的整體解決方案。

3.2 平陸運(yùn)河的數(shù)字化建設(shè)

在平陸運(yùn)河數(shù)字化建設(shè)領(lǐng)域，融合應(yīng)用5G 和AI兩大前沿技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性的解決方案。重點(diǎn)構(gòu)建“1+1+1”的體系架構(gòu)，即1 套平陸運(yùn)河項(xiàng)目全生命周期管控體系，1 套船岸協(xié)同的航道管理及航運(yùn)服務(wù)體系，1套可靠的基礎(chǔ)支撐體系?；谌轿?、全覆蓋、全周期、全行業(yè)發(fā)展的理念，滿足新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)背景下航道規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、測試、維護(hù)、運(yùn)行調(diào)度以及航運(yùn)服務(wù)等方面的智能化建設(shè)需求[5]。

3.2.1 平陸運(yùn)河項(xiàng)目全生命周期管控體系

平陸運(yùn)河工程全生命周期管控體系包括設(shè)計(jì)規(guī)劃、工程施工、檢驗(yàn)維護(hù)以及運(yùn)行調(diào)度全過程的智能化改進(jìn)，注重建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的傳承和多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的協(xié)同，充分發(fā)揮全流程的數(shù)字化優(yōu)勢，打造通道、船閘融動的智能運(yùn)營系統(tǒng)，提高水路航行的安全性和效率。

3.2.2 船岸協(xié)同的航道管理及航運(yùn)服務(wù)體系

船岸協(xié)同的航道管理與航運(yùn)服務(wù)體系包括充分利用海上現(xiàn)場感知、電子航道地圖等資源，與沿海航道運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)對接，圍繞船舶航行和貨物運(yùn)輸提供更全面且高質(zhì)量的信息發(fā)布、船閘便捷通行、水上航行以及智能駕駛等服務(wù)。

其中，港口航運(yùn)服務(wù)又可以根據(jù)數(shù)字航道技術(shù)架構(gòu)，在硬件與終端、基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)、云與MEC 層、管理平臺、主要應(yīng)用層等5 個層面進(jìn)行相應(yīng)的部署和設(shè)計(jì)。

在硬件與終端層，在平陸運(yùn)河沿線及關(guān)鍵點(diǎn)建設(shè)航閘感知網(wǎng)、立體傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、船閘指揮中心、交通卡口攝像機(jī)、錨地與水上服務(wù)區(qū)監(jiān)控?cái)z像機(jī)、自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）基站、5G 基站、北斗地基增強(qiáng)基站、氣象儀、能見度儀以及流速流向儀等智能設(shè)施。通過硬件與終端的部署，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一感知接入和邊緣智能處理。

在基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)、云與MEC層，以5G專網(wǎng)為抓手，將用戶端口管理下沉到航道沿線的邊緣機(jī)房，數(shù)據(jù)交互無需經(jīng)過運(yùn)營商大網(wǎng)，直接傳輸?shù)娇蛻舻膬?nèi)網(wǎng)服務(wù)器/數(shù)據(jù)中心，保障數(shù)據(jù)不出管控區(qū)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)安全隔離。港區(qū)端到端交互時延減少，并提供一定的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）保障。同時，對于大帶寬、時延敏感的計(jì)算工作，依托邊緣MEC 執(zhí)行，提升總體效率。航道5G 專網(wǎng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 航道5G 專網(wǎng)架構(gòu)

在管理平臺層，以統(tǒng)一的平陸運(yùn)河管理平臺為入口，面向航道數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建內(nèi)網(wǎng)門戶系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、維護(hù)管理決策系統(tǒng)、維護(hù)管理系統(tǒng)等模塊，提供全線維護(hù)尺度、水位、助航設(shè)施、通視距離等主要通航條件要素的及時高效服務(wù)，為分析診斷、決策優(yōu)化搭建專業(yè)的管理平臺，構(gòu)建平陸運(yùn)河“智慧大腦”。

在應(yīng)用層，利用5G+AI 技術(shù)賦能數(shù)字航道的航道管理、船舶管理、航運(yùn)服務(wù)3 大應(yīng)用場景，建成智慧引領(lǐng)、富有活力、協(xié)同開放的平陸運(yùn)河航道智能管理運(yùn)維體系。平陸運(yùn)河的數(shù)字化重點(diǎn)應(yīng)用如圖2所示。

圖2 平陸運(yùn)河數(shù)字化的重點(diǎn)應(yīng)用

3.2.3 基礎(chǔ)支撐體系

可靠的基礎(chǔ)支撐體系的關(guān)鍵在于建設(shè)集約化的基礎(chǔ)支撐設(shè)施，如全省統(tǒng)一的電子航道圖平臺、數(shù)據(jù)平臺、云控平臺，打造可靠高效的通信設(shè)施、供電設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)施，為智慧航道系統(tǒng)運(yùn)行提供有力保障。

4 結(jié) 論

基于平陸運(yùn)河建設(shè)的大背景，通過研究5G+AI在數(shù)字航道建設(shè)中的應(yīng)用，明確其在提升數(shù)字航道效率和安全性方面的潛力。結(jié)合5G 的高速、高帶寬、低延遲等通信能力以及AI 的智能化數(shù)據(jù)處理和決策支持，構(gòu)建數(shù)字航道建設(shè)的應(yīng)用框架，并提出相應(yīng)的解決方案。研究結(jié)果表明，5G+AI 的融合應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)航行路線的優(yōu)化規(guī)劃、船舶運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測和管理、危險預(yù)警與應(yīng)對等功能，有效提升了數(shù)字航道的安全性和效率。