5G与人工智能在航道建设智慧监管上的应用

王淮 苏州市航道管理处

1.指导思想

交通运输部于2016年12月发布了《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，苏州市航道管理处以此为指导思想，结合京杭运河绿色现代航运示范区航道提升工程，落实京杭运河绿色现代航运发展实施方案，主导开发建设了航道钢板桩智能云监管平台，努力打造绿色航运“品质工程”，促进水运高质量发展。

2.钢板桩施工工艺应用说明

2018年，在省港航事业中心及市航道管理处的指导帮助下，苏州市航道管理处钢板桩施工QC小组通过探索、试验、总结，形成了一套较为完善的静压钢板桩施工工艺，即采用SW-100型静压植桩机施工及采用镭射仪过程放样纠偏，有效地提高钢板桩护岸施工的效率和质量。2019年7月和11月，静压钢板桩施工QC小组：提高钢板桩护岸轴线位置工艺，分别被省交通企业协会、全国交通运输行业命名为优秀质量管理小组，同年，省港航中心把钢板桩列为2019年度全省交通行业推广项目（航道类），使得该工艺能够更好地为航道事业服务。

3.钢板桩智慧监管方案

2020年，我处在钢板桩工艺日趋完善的前提下，进一步提出钢板桩智慧监管方案的设想。钢板桩是航道建设和整治的关键设施，钢板桩质量以及对其的监管与航道能长时间正常运转密切相关。因为钢板桩施工在地下或水中，施工完成后其规格和工艺就很难测量和检验了，所以长期以来对钢板桩的监管都是通过施工前人工测量，施工中人工抽查的方式来进行的。因为施工现场是流动作业，人工监管存在一定的缺陷，不能完全杜绝钢板桩混用、错用的可能，存在个别施工地点有不符合规格要求的钢板桩被植入了航道护岸，影响了工程质量。今年已开工建设的京杭运河绿色现代航运示范区项目，钢板桩护岸是该项目的主要结构形式，今年计划将建成。本工程共设1个标段，工程主要内容为苏南运河苏州白洋湾作业区至石湖景区段老护岸加固工程【桩号：20K+305～20K+919（左岸）、17 K+299～17 K+830（右岸）、19K+706～19K+726（右岸）、19 K+902～20 K+464（右岸）、20 K+495～20 K+987（右岸）、25 K+731～26 K+033（右岸）】、寒山寺段疏浚工程（桩号：19K+902～20 K+987）、苏南运河苏州市区段浒关镇段【桩号：10K+351～10K+415（右岸）】、绿化工程等以及相关临时工程的施工和工程保修工程的施工。

钢板桩工程量包括冷弯8m桩长钢板桩112根（600mm＊200mm＊8mm，U型）、冷弯9 m 桩长钢板桩1558根（600mm＊200mm＊10mm，U型）、热轧12 桩长钢板桩2812 根（600mm＊210mm＊18mm，U型）。为此，我部设想在绿色现代航运中先行先试，用航道钢板桩智慧云监管平台从多个角度、多个技术途径上对钢板桩进行监管，具体实现方案如图1和2所示：

在具体方案实施的过程中，流程如下：

（1）提前建立钢板桩信息数据库，规划每一根钢板桩的编号（唯一码），数据库中提前录入钢板桩的基本信息，在钢板桩生产、运输、检验的每一个节点都可以通过“智慧钢板桩”小程序扫描钢板桩上的二维码信息，追溯其规格信息，项目管理者还可以编辑更新信息内容。

图1 系统框图

图2 采用多种技术融合实现多重监管

（2）钢板桩施工是流动的，为确保用于拍摄施工现场监管画面的4K超高清网络摄像机能以钢板桩为中心，网络摄像机安装在起吊钢板桩的吊车驾驶舱前方；该摄像机自动采集记录每一个钢板桩施工时的关键图像信息（从钢板桩起吊到吊至静压桩机上方），序列图像通过5G移动网络实时上传到远程机房的云计算服务器上，云计算服务器上的算法程序对这些上传的图像进行算法处理，实现视觉监测和视觉测量。

（3）钢板桩施工现场，每一根钢板桩在起吊之前都需要工人配合去栓挂钩，做安全保障措施，栓挂钩工人操作完成后，使用手机上的“智慧钢板桩”小程序扫一下钢板桩上的二维码，小程序即自动记录现场定位信息（支持北斗和GPS）、授时信息、钢板桩唯一码，然后形成这根钢板桩施工的位置信息戳和时间信息戳，提交到部署在腾讯云上的“钢板桩智慧云监管平台”上,形成施工监管的关键证据信息，同时这个信息也会被云计算服务器上的算法程序实时获取到，算法程序可将视觉监测结果、视觉测量结果对应到该编码的钢板桩上。

（4）云计算服务器上的算法程序将上述信息与按项目要求预先设置的具体规格要求进行比对，提交云监管平台，一致时只记录数据，不一致时由云监管平台以短信和小程序信息的方式通知项目管理及监管人员。

（5）因为施工现场部署有5G高速网络，摄像机采用的是联网功能强大的4K超高清网络摄像机，监管中心可随时随地通过手机或电脑远程调取监控画面，查看施工现场实时画面信息，并进行远程喊话、对讲。

（6）“钢板桩智慧云监管平台”可按时间和地点输出报表（施工时间、施工地段、钢板桩数量、钢板桩编号、钢板桩长度），供监管部门调阅。

（7）钢板桩施工完成后，监管部门验收钢板桩施工情况时还可以通过“智慧钢板桩”小程序扫码的方式实现对钢板桩信息的再次编辑和补充，后期维护时还可以继续新增和更新信息，实现了对每一根钢板桩的全生命周期管理和信息追溯。

4.应用效果

对2020-05-25日施工数据进行了检查，当日实际施工21根12米长的钢板桩，工人实际扫码提交了16根桩的施工信息，视觉检测系统提交了13根桩的视觉测量结果，视觉测量结果从1141厘米到1242厘米不等（误差在5%以内，均被识别为12米桩），视觉测量实际效果满足最初的设计要求。

5.结论

综上所述，“航道钢板桩智慧云监管平台”方案是一次5G通信技术和人工智能技术在交通信息化工程中的有益尝试，也是在钢板桩工艺上取得突破后，对钢板桩施工监管进一步探索。在省市交通主管部门的大力推动下静压工艺大规模应用服务于苏州段大运河文化带，钢板桩施工也将迎来更高、更大、更广阔的展示舞台。