5G AI赋能平陆运河建设的思考.pdf

Telecom Power Technology 135 Sep.10,2023,Vol.40 No.17 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期通信网络技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.17.0445G+AI 赋能平陆运河建设的思考陆肖丞（广西通信规划设计咨询有限公司，广西 南宁 530007）摘要：随着科技的快速发展和航运业的不断进步，数字化技术在航道管理中扮演着至关重要的角色，以数字航道为代表的航运“新基建”将成为航运业高质量发展的动力源泉。因此，讨论如何利用 5G 网络和人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术，通过数字化手段实现对平陆运河航道管理、船舶管理、航运服务方面的智能化管理，从而提高航道的安全性、效率以及可持续性，助力平陆运河的高质量建设和发展。关键词：平陆运河；人工智能（AI）；数字航道Thoughts on Empowering the Construction of the Pinglu Canal with 5G+AILU Xiaocheng(Guangxi Communication Planning and Design Consulting Co.,Ltd.,Nanning 530007,China)Abstract:With the rapid development of science and technology and the continuous progress of the shipping industry,digital technology has played a crucial role in channel management.The“New Infrastructure”of shipping represented by digital channels will become the source of high-quality development of the shipping industry.This article will discuss how to use 5G networks and Artificial Intelligence(AI)technology to achieve intelligent management of the Pinglu Canals waterway management,ship management,and shipping services through digital means,thereby improving the safety,efficiency,and sustainability of the waterway,and assisting in the high-quality construction and development of the Pinglu Canal.Keywords:pinglu canal;Artificial Intelligence(AI);digital waterway0 引 言平陆运河自 2023 年 5 月动工建设，是新时代的“国字号”工程和建设西部陆海新通道、加快建设交通强国的标志性工程。平陆运河是连接西江及北部湾的重要航道，成为促进西部陆海新通道交通、物流、商贸、产业深度融合的重要载体，具有重要的战略 地位1。近年来，随着数字化技术的飞速发展和全球物流的不断增长，数字航道建设逐渐成为重要的研究领域。数字航道作为连接陆洲与海洋的重要通道，其高效和安全的运营对于国家经济与安全具有重要意义。然而，在传统的航道管理模式下，存在通信能力不足、数据处理低效、决策支持不足、服务能力不足等问题，制约数字航道的发展和优化。为解决这些问题，不断涌现出一系列新技术和新方法。其中，5G 和人工智能（Artificial Intelligence，AI）作为数字化技术的重要代表，正在引起社会的广泛关注2。本研究聚焦 5G+AI 在平陆运河建设中的应用，总结数字航道的应用场景，构建数字航道建设的技术框架，提出相应的解决方案，为平陆运河的发展和改进提供新的思路和方法。1 平陆运河建设背景1.1 平陆运河建设的规模平陆运河项目全长 135 km，航道等级为内河 I级，可通航 5 000 t 级船舶，建设内容包括航道工程、航运枢纽工程、沿线跨河设施工程以及配套工程。项目以发展航运为主，结合供水、灌溉、防洪、改善水生态环境等，估算总投资 727.3 亿元，其中静态投资704.6 亿元，建设工期 54 个月，建成后将缩短西江中上游地区入海航程约 560 km。1.2 平陆运河建设的意义平陆运河是西部陆海新通道的重要组成部分，其建成有力地促进北部湾经济区南北钦防一体化发展，助力广西有效对接粤港澳大湾区发展，推动广西及西南地区持续深化与东盟及区域全面经济伙伴关系协定（Regional Comprehensive Economic Partnership，RCEP）国家的经贸合作，加快融入中国东盟命运共同体建设，进一步发展向海经济，向海而兴、向海图强。1.3 平陆运河建设的趋势发展数字航运是适应新一轮科技革命和产业变革趋势，加快交通数字化发展的必然要求。平陆运河建设遵循打造绿色航运、平安航运、高效航运、开放航运的要求，推进陆海空天一体化水上交通运输安全保障体系建设和全要素水上大交管，着力构建多维感知、高效协同、智能处置、优质服务的现代化以及智收稿日期：2023-07-05作者简介：陆肖丞（1991），女，广西河池人，本科，工程师，主要研究方向为通信规划及运营管理。2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期Sep.10,2023,Vol.40 No.17Telecom Power Technology 136 能化水上交通动态管控新格局，全面提升水上动态管控、交通组织、现场执法以及航运服务等能力，保障船舶航行的安全性和效率3。为此，平陆运河的数字化建设需与基础设施建设同步规划设计与部署。2 5G+AI 技术在平陆运河建设的应用2.1 5G 技术的基本概述和特性5G 技术是第五代移动通信技术的简称。它与前几代移动通信技术相比，具有更高的峰值速率、更低的时延以及更大的网络容量，这些独特的特性使得5G技术在数字航道建设中有着广泛的应用前景。首先，5G 技术具有更高的峰值速率，这使得 5G 技术在多种场景下能够提供更快的数据传输速度，进而提高数字航道的建设效率。其次，5G 技术具有更低的时延，对于航道状态进行实时监测和调整的场景中可实现对航道状态的实时掌控。最后，5G 技术还具有更大的网络容量，可以满足数字航道建设中各类设备的大规模连接需求，为数字航道的高效运行提供可靠的通信保障4。2.2 AI 技术的基本概述和特性AI 技术是一种模拟和模仿人类智能行为与思维的技术。在数字航道建设中，AI技术具有广泛的应用。首先，AI 技术可以通过分析和挖掘大量的用户数据，为数字航道建设提供精准的用户画像和需求分析。其次，AI 技术在数字航道中能够实现智能化的内容生成和推荐，提高内容的质量与效率。再次，通过 AI技术的支持，数字平台能够根据用户的历史行为和偏好，实时推荐最符合用户需求的内容，提升用户体验和参与度。最后，AI 技术还可以应用于数字航道中的客户服务和运营管理。通过 AI 技术，数字平台可以实现智能客服，24 h 不间断为用户提供高效、准确且个性化的服务。2.3 5G+AI 的融合应用5G+AI 的融合应用是促进航道设施网与航运服务网、信息网、能源网融合发展的重要依托和推动航道高质量发展的重要引擎，它能够为数字航道的发展提供创新性的解决方案，在数字航道建设中可以实现许多具体的应用，主要应用场景分为航道信息化、船舶信息化、航运服务信息化 3 大类。在航道信息化应用中，可使许多传感器和监控设备互相连接并与中央控制系统通信，从而实现对航道运行状态的实时监测和控制，用于航道巡检养护、应急监控等工作，实现航道数据向数据资产、生产要素的转变，构建以数据驱动为导向的航道发展新模式。在船舶信息化应用中，可对船舶、货物以及设备进行智能监管和管理，提供自动化的流程和精确的数据分析，实现船舶科学配载、智能导航、安全航行。在航运服务信息化应用中，可实现实时的物流监控和管理，提高货运、物流效率，减少成本，还能提供更精准、更智能、更优质的航道信息服务。3 平陆运河数字化的实现3.1 数字航道的技术架构数字航道的技术架构包括硬件与终端、基础通信网络、云与移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）层、管理平台以及主要应用层等 5 个层次。硬件与终端层主要实现统一感知接入和边缘智能处理；基础通信网络层主要构建“空天地”协同一体化泛在通信网；云与 MEC 层针对多连接、大流量、可靠性要求高的应用场景提供强大的通信、计算与存储能 力；管理平台层主要基于一体化云平台实现数据、能力的开放共享；应用层是面向应用场景的各类应用的终端，且包含应用软件的整体解决方案。3.2 平陆运河的数字化建设在平陆运河数字化建设领域，融合应用 5G 和 AI两大前沿技术，以实现创新性的解决方案。重点构建“1+1+1”的体系架构，即 1 套平陆运河项目全生命周期管控体系，1 套船岸协同的航道管理及航运服务体系，1套可靠的基础支撑体系。基于全方位、全覆盖、全周期、全行业发展的理念，满足新型基础设施建设背景下航道规划、设计、施工、测试、维护、运行调度以及航运服务等方面的智能化建设需求5。3.2.1 平陆运河项目全生命周期管控体系平陆运河工程全生命周期管控体系包括设计规划、工程施工、检验维护以及运行调度全过程的智能化改进，注重建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的传承和多业务系统的协同，充分发挥全流程的数字化优势，打造通道、船闸融动的智能运营系统，提高水路航行的安全性和效率。3.2.2 船岸协同的航道管理及航运服务体系船岸协同的航道管理与航运服务体系包括充分利用海上现场感知、电子航道地图等资源，与沿海航道运营调度系统对接，围绕船舶航行和货物运输提供更全面且高质量的信息发布、船闸便捷通行、水上航行以及智能驾驶等服务。其中，港口航运服务又可以根据数字航道技术架构，在硬件与终端、基础通信网络、云与 MEC 层、管理平台、主要应用层等 5 个层面进行相应的部署和设计。在硬件与终端层，在平陆运河沿线及关键点建 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期 137 Telecom Power TechnologySep.10,2023,Vol.40 No.17 陆肖丞：5G+AI 赋能平陆运河 建设的思考设航闸感知网、立体传输网、数据中心、船闸指挥中心、交通卡口摄像机、锚地与水上服务区监控摄像机、自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）基站、5G 基站、北斗地基增强基站、气象仪、能见度仪以及流速流向仪等智能设施。通过硬件与终端的部署，实现统一感知接入和边缘智能 处理。在基础通信网络、云与MEC层，以5G专网为抓手，将用户端口管理下沉到航道沿线的边缘机房，数据交互无需经过运营商大网，直接传输到客户的内网服务器/数据中心，保障数据不出管控区，实现业务安全隔离。港区端到端交互时延减少，并提供一定的服务质量（Quality of Service，QoS）保障。同时，对于大带宽、时延敏感的计算工作，依托边缘 MEC 执行，提升总体效率。航道 5G 专网架构如图 1 所示。在管理平台层，以统一的平陆运河管理平台为入口，面向航道数字化、网络化、智能化需求，构建内网门户系统、动态监测系统、维护管理决策系统、维护管理系统等模块，提供全线维护尺度、水位、助航设施、通视距离等主要通航条件要素的及时高效服务，为分析诊断、决策优化搭建专业的管理平台，构建平陆运河“智慧大脑”。管理 平台交换机/防火墙UPFMEPIEF5G 专网5G 基站交换机航道管理内网5G 应用5G 应用能力组件 PaaSIaaSMEC 硬件核心网云平台图 1 航道 5G 专网架构在应用层，利用 5G+AI 技术赋能数字航道的航道管理、船舶管理、航运服务 3 大应用场景，建成智慧引领、富有活力、协同开放的平陆运河航道智能管理运维体系。平陆运河的数字化重点应用如图 2所示。航道信息化电子航道内河航道监测航道巡检养护航道应急监控船舶信息化 船舶导航 船舶远程维保 船岸一体化 船舶智能管理 航运服务信息化 电子提单 智能租船订舱 集装箱信息追踪 公共信息服务 图 2 平陆运河数字化的重点应用3.2.3 基础支撑体系可靠的基础支撑体系的关键在于建设集约化的基础支撑设施，如全省统一的电子航道图平台、数据平台、云控平台，打造可靠高效的通信设施、供电设施、网络安全设施，为智慧航道系统运行提供有力保障。4 结 论基于平陆运河建设的大背景，通过研究 5G+AI在数字航道建设中的应用，明确其在提升数字航道效率和安全性方面的潜力。结合 5G 的高速、高带宽、低延迟等通信能力以及 AI 的智能化数据处理和决策支持，构建数字航道建设的应用框架，并提出相应的解决方案。研究结果表明，5G+AI 的融合应用可以实现航行路线的优化规划、船舶运行状态的监测和管理、危险预警与应对等功能，有效提升了数字航道的安全性和效率。参考文献：1 侯名芬.高质量推进西部陆海新通道骨干工程：平陆运河建设研究 J.市场论坛，2022（9）：8-12.2 李 明.数字航道技术在内河航道管理中的应用 J.工程建设与设计，2021（9）：96-99.3 龙绍飛.高标准高质量推进平陆运河建设 J.当代广西，2022（18）：20.4 何 平.数字航道技术在内河航道管理中的应用分析 J.工程技术研究，2019，4（5）：17-19.5 宁 武.平陆运河建设理念与方案探讨 J.水利水运工程学报，2023（2）：162-168.