陸肖丞

（廣西通信規(guī)劃設計咨詢有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引 言

平陸運河自2023 年5 月動工建設，是新時代的“國字號”工程和建設西部陸海新通道、加快建設交通強國的標志性工程。平陸運河是連接西江及北部灣的重要航道，成為促進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)字化技術的飛速發(fā)展和全球物流的不斷增長，數(shù)字航道建設逐漸成為重要的研究領域。數(shù)字航道作為連接陸洲與海洋的重要通道，其高效和安全的運營對于國家經(jīng)濟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)出一系列新技術和新方法。其中，5G 和人工智能（Artificial Intelligence，AI）作為數(shù)字化技術的重要代表，正在引起社會的廣泛關注[2]。

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

1 平陸運河建設背景

1.1 平陸運河建設的規(guī)模

平陸運河項目全長135 km，航道等級為內(nèi)河I級，可通航5 000 t 級船舶，建設內(nèi)容包括航道工程、航運樞紐工程、沿線跨河設施工程以及配套工程。項目以發(fā)展航運為主，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 平陸運河建設的意義

平陸運河是西部陸海新通道的重要組成部分，其建成有力地促進北部灣經(jīng)濟區(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)濟伙伴關系協(xié)定（Regional Comprehensive Economic Partnership，RCEP）國家的經(jīng)貿(mào)合作，加快融入中國—東盟命運共同體建設，進一步發(fā)展向海經(jīng)濟，向海而興、向海圖強。

1.3 平陸運河建設的趨勢

發(fā)展數(shù)字航運是適應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。平陸運河建設遵循打造綠色航運、平安航運、高效航運、開放航運的要求，推進陸?？仗煲惑w化水上交通運輸安全保障體系建設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)法以及航運服務等能力，保障船舶航行的安全性和效率[3]。為此，平陸運河的數(shù)字化建設需與基礎設施建設同步規(guī)劃設計與部署。

2 5G+AI 技術在平陸運河建設的應用

2.1 5G 技術的基本概述和特性

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

2.2 AI 技術的基本概述和特性

AI 技術是一種模擬和模仿人類智能行為與思維的技術。在數(shù)字航道建設中，AI 技術具有廣泛的應用。首先，AI 技術可以通過分析和挖掘大量的用戶數(shù)據(jù)，為數(shù)字航道建設提供精準的用戶畫像和需求分析。其次，AI 技術在數(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技術的支持，數(shù)字平臺能夠根據(jù)用戶的歷史行為和偏好，實時推薦最符合用戶需求的內(nèi)容，提升用戶體驗和參與度。最后，AI 技術還可以應用于數(shù)字航道中的客戶服務和運營管理。通過AI 技術，數(shù)字平臺可以實現(xiàn)智能客服，24 h 不間斷為用戶提供高效、準確且個性化的服務。

2.3 5G+AI 的融合應用

5G+AI 的融合應用是促進航道設施網(wǎng)與航運服務網(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，它能夠為數(shù)字航道的發(fā)展提供創(chuàng)新性的解決方案，在數(shù)字航道建設中可以實現(xiàn)許多具體的應用，主要應用場景分為航道信息化、船舶信息化、航運服務信息化3 大類。

在航道信息化應用中，可使許多傳感器和監(jiān)控設備互相連接并與中央控制系統(tǒng)通信，從而實現(xiàn)對航道運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和控制，用于航道巡檢養(yǎng)護、應急監(jiān)控等工作，實現(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)動為導向的航道發(fā)展新模式。在船舶信息化應用中，可對船舶、貨物以及設備進行智能監(jiān)管和管理，提供自動化的流程和精確的數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)船舶科學配載、智能導航、安全航行。在航運服務信息化應用中，可實現(xiàn)實時的物流監(jiān)控和管理，提高貨運、物流效率，減少成本，還能提供更精準、更智能、更優(yōu)質(zhì)的航道信息服務。

3 平陸運河數(shù)字化的實現(xiàn)

3.1 數(shù)字航道的技術架構(gòu)

數(shù)字航道的技術架構(gòu)包括硬件與終端、基礎通信網(wǎng)絡、云與移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）層、管理平臺以及主要應用層等5 個層次。硬件與終端層主要實現(xiàn)統(tǒng)一感知接入和邊緣智能處理；基礎通信網(wǎng)絡層主要構(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、可靠性要求高的應用場景提供強大的通信、計算與存儲能力；管理平臺層主要基于一體化云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)、能力的開放共享；應用層是面向應用場景的各類應用的終端，且包含應用軟件的整體解決方案。

3.2 平陸運河的數(shù)字化建設

在平陸運河數(shù)字化建設領域，融合應用5G 和AI兩大前沿技術，以實現(xiàn)創(chuàng)新性的解決方案。重點構(gòu)建“1+1+1”的體系架構(gòu)，即1 套平陸運河項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服務體系，1套可靠的基礎支撐體系?；谌轿?、全覆蓋、全周期、全行業(yè)發(fā)展的理念，滿足新型基礎設施建設背景下航道規(guī)劃、設計、施工、測試、維護、運行調(diào)度以及航運服務等方面的智能化建設需求[5]。

3.2.1 平陸運河項目全生命周期管控體系

平陸運河工程全生命周期管控體系包括設計規(guī)劃、工程施工、檢驗維護以及運行調(diào)度全過程的智能化改進，注重建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的傳承和多業(yè)務系統(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服務體系

船岸協(xié)同的航道管理與航運服務體系包括充分利用海上現(xiàn)場感知、電子航道地圖等資源，與沿海航道運營調(diào)度系統(tǒng)對接，圍繞船舶航行和貨物運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。

其中，港口航運服務又可以根據(jù)數(shù)字航道技術架構(gòu)，在硬件與終端、基礎通信網(wǎng)絡、云與MEC 層、管理平臺、主要應用層等5 個層面進行相應的部署和設計。

在硬件與終端層，在平陸運河沿線及關鍵點建設航閘感知網(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、錨地與水上服務區(qū)監(jiān)控攝像機、自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）基站、5G 基站、北斗地基增強基站、氣象儀、能見度儀以及流速流向儀等智能設施。通過硬件與終端的部署，實現(xiàn)統(tǒng)一感知接入和邊緣智能處理。

在基礎通信網(wǎng)絡、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房，數(shù)據(jù)交互無需經(jīng)過運營商大網(wǎng)，直接傳輸?shù)娇蛻舻膬?nèi)網(wǎng)服務器/數(shù)據(jù)中心，保障數(shù)據(jù)不出管控區(qū)，實現(xiàn)業(yè)務安全隔離。港區(qū)端到端交互時延減少，并提供一定的服務質(zhì)量（Quality of Service，QoS）保障。同時，對于大帶寬、時延敏感的計算工作，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)一的平陸運河管理平臺為入口，面向航道數(shù)字化、網(wǎng)絡化、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)、維護管理決策系統(tǒng)、維護管理系統(tǒng)等模塊，提供全線維護尺度、水位、助航設施、通視距離等主要通航條件要素的及時高效服務，為分析診斷、決策優(yōu)化搭建專業(yè)的管理平臺，構(gòu)建平陸運河“智慧大腦”。

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

圖2 平陸運河數(shù)字化的重點應用

3.2.3 基礎支撐體系

可靠的基礎支撐體系的關鍵在于建設集約化的基礎支撐設施，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施、供電設施、網(wǎng)絡安全設施，為智慧航道系統(tǒng)運行提供有力保障。

4 結(jié) 論

基于平陸運河建設的大背景，通過研究5G+AI在數(shù)字航道建設中的應用，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)字航道建設的應用框架，并提出相應的解決方案。研究結(jié)果表明，5G+AI 的融合應用可以實現(xiàn)航行路線的優(yōu)化規(guī)劃、船舶運行狀態(tài)的監(jiān)測和管理、危險預警與應對等功能，有效提升了數(shù)字航道的安全性和效率。