5G與人工智能在航道建設(shè)智慧監(jiān)管上的應(yīng)用

王淮 蘇州市航道管理處

1.指導(dǎo)思想

交通運(yùn)輸部于2016年12月發(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，蘇州市航道管理處以此為指導(dǎo)思想，結(jié)合京杭運(yùn)河綠色現(xiàn)代航運(yùn)示范區(qū)航道提升工程，落實(shí)京杭運(yùn)河綠色現(xiàn)代航運(yùn)發(fā)展實(shí)施方案，主導(dǎo)開發(fā)建設(shè)了航道鋼板樁智能云監(jiān)管平臺(tái)，努力打造綠色航運(yùn)“品質(zhì)工程”，促進(jìn)水運(yùn)高質(zhì)量發(fā)展。

2.鋼板樁施工工藝應(yīng)用說明

2018年，在省港航事業(yè)中心及市航道管理處的指導(dǎo)幫助下，蘇州市航道管理處鋼板樁施工QC小組通過探索、試驗(yàn)、總結(jié)，形成了一套較為完善的靜壓鋼板樁施工工藝，即采用SW-100型靜壓植樁機(jī)施工及采用鐳射儀過程放樣糾偏，有效地提高鋼板樁護(hù)岸施工的效率和質(zhì)量。2019年7月和11月，靜壓鋼板樁施工QC小組：提高鋼板樁護(hù)岸軸線位置工藝，分別被省交通企業(yè)協(xié)會(huì)、全國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)命名為優(yōu)秀質(zhì)量管理小組，同年，省港航中心把鋼板樁列為2019年度全省交通行業(yè)推廣項(xiàng)目（航道類），使得該工藝能夠更好地為航道事業(yè)服務(wù)。

3.鋼板樁智慧監(jiān)管方案

2020年，我處在鋼板樁工藝日趨完善的前提下，進(jìn)一步提出鋼板樁智慧監(jiān)管方案的設(shè)想。鋼板樁是航道建設(shè)和整治的關(guān)鍵設(shè)施，鋼板樁質(zhì)量以及對(duì)其的監(jiān)管與航道能長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)密切相關(guān)。因?yàn)殇摪鍢妒┕ぴ诘叵禄蛩校┕ね瓿珊笃湟?guī)格和工藝就很難測(cè)量和檢驗(yàn)了，所以長(zhǎng)期以來對(duì)鋼板樁的監(jiān)管都是通過施工前人工測(cè)量，施工中人工抽查的方式來進(jìn)行的。因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)是流動(dòng)作業(yè)，人工監(jiān)管存在一定的缺陷，不能完全杜絕鋼板樁混用、錯(cuò)用的可能，存在個(gè)別施工地點(diǎn)有不符合規(guī)格要求的鋼板樁被植入了航道護(hù)岸，影響了工程質(zhì)量。今年已開工建設(shè)的京杭運(yùn)河綠色現(xiàn)代航運(yùn)示范區(qū)項(xiàng)目，鋼板樁護(hù)岸是該項(xiàng)目的主要結(jié)構(gòu)形式，今年計(jì)劃將建成。本工程共設(shè)1個(gè)標(biāo)段，工程主要內(nèi)容為蘇南運(yùn)河蘇州白洋灣作業(yè)區(qū)至石湖景區(qū)段老護(hù)岸加固工程【樁號(hào)：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（樁號(hào)：19K+902～20 K+987）、蘇南運(yùn)河蘇州市區(qū)段滸關(guān)鎮(zhèn)段【樁號(hào)：10K+351～10K+415（右岸）】、綠化工程等以及相關(guān)臨時(shí)工程的施工和工程保修工程的施工。

鋼板樁工程量包括冷彎8m樁長(zhǎng)鋼板樁112根（600mm＊200mm＊8mm，U型）、冷彎9 m 樁長(zhǎng)鋼板樁1558根（600mm＊200mm＊10mm，U型）、熱軋12 樁長(zhǎng)鋼板樁2812 根（600mm＊210mm＊18mm，U型）。為此，我部設(shè)想在綠色現(xiàn)代航運(yùn)中先行先試，用航道鋼板樁智慧云監(jiān)管平臺(tái)從多個(gè)角度、多個(gè)技術(shù)途徑上對(duì)鋼板樁進(jìn)行監(jiān)管，具體實(shí)現(xiàn)方案如圖1和2所示：

在具體方案實(shí)施的過程中，流程如下：

（1）提前建立鋼板樁信息數(shù)據(jù)庫，規(guī)劃每一根鋼板樁的編號(hào)（唯一碼），數(shù)據(jù)庫中提前錄入鋼板樁的基本信息，在鋼板樁生產(chǎn)、運(yùn)輸、檢驗(yàn)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過“智慧鋼板樁”小程序掃描鋼板樁上的二維碼信息，追溯其規(guī)格信息，項(xiàng)目管理者還可以編輯更新信息內(nèi)容。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2 采用多種技術(shù)融合實(shí)現(xiàn)多重監(jiān)管

（2）鋼板樁施工是流動(dòng)的，為確保用于拍攝施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管畫面的4K超高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)能以鋼板樁為中心，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)安裝在起吊鋼板樁的吊車駕駛艙前方；該攝像機(jī)自動(dòng)采集記錄每一個(gè)鋼板樁施工時(shí)的關(guān)鍵圖像信息（從鋼板樁起吊到吊至靜壓樁機(jī)上方），序列圖像通過5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳到遠(yuǎn)程機(jī)房的云計(jì)算服務(wù)器上，云計(jì)算服務(wù)器上的算法程序?qū)@些上傳的圖像進(jìn)行算法處理，實(shí)現(xiàn)視覺監(jiān)測(cè)和視覺測(cè)量。

（3）鋼板樁施工現(xiàn)場(chǎng)，每一根鋼板樁在起吊之前都需要工人配合去栓掛鉤，做安全保障措施，栓掛鉤工人操作完成后，使用手機(jī)上的“智慧鋼板樁”小程序掃一下鋼板樁上的二維碼，小程序即自動(dòng)記錄現(xiàn)場(chǎng)定位信息（支持北斗和GPS）、授時(shí)信息、鋼板樁唯一碼，然后形成這根鋼板樁施工的位置信息戳和時(shí)間信息戳，提交到部署在騰訊云上的“鋼板樁智慧云監(jiān)管平臺(tái)”上,形成施工監(jiān)管的關(guān)鍵證據(jù)信息，同時(shí)這個(gè)信息也會(huì)被云計(jì)算服務(wù)器上的算法程序?qū)崟r(shí)獲取到，算法程序可將視覺監(jiān)測(cè)結(jié)果、視覺測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)到該編碼的鋼板樁上。

（4）云計(jì)算服務(wù)器上的算法程序?qū)⑸鲜鲂畔⑴c按項(xiàng)目要求預(yù)先設(shè)置的具體規(guī)格要求進(jìn)行比對(duì)，提交云監(jiān)管平臺(tái)，一致時(shí)只記錄數(shù)據(jù)，不一致時(shí)由云監(jiān)管平臺(tái)以短信和小程序信息的方式通知項(xiàng)目管理及監(jiān)管人員。

（5）因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)部署有5G高速網(wǎng)絡(luò)，攝像機(jī)采用的是聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)大的4K超高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，監(jiān)管中心可隨時(shí)隨地通過手機(jī)或電腦遠(yuǎn)程調(diào)取監(jiān)控畫面，查看施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程喊話、對(duì)講。

（6）“鋼板樁智慧云監(jiān)管平臺(tái)”可按時(shí)間和地點(diǎn)輸出報(bào)表（施工時(shí)間、施工地段、鋼板樁數(shù)量、鋼板樁編號(hào)、鋼板樁長(zhǎng)度），供監(jiān)管部門調(diào)閱。

（7）鋼板樁施工完成后，監(jiān)管部門驗(yàn)收鋼板樁施工情況時(shí)還可以通過“智慧鋼板樁”小程序掃碼的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板樁信息的再次編輯和補(bǔ)充，后期維護(hù)時(shí)還可以繼續(xù)新增和更新信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)每一根鋼板樁的全生命周期管理和信息追溯。

4.應(yīng)用效果

對(duì)2020-05-25日施工數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查，當(dāng)日實(shí)際施工21根12米長(zhǎng)的鋼板樁，工人實(shí)際掃碼提交了16根樁的施工信息，視覺檢測(cè)系統(tǒng)提交了13根樁的視覺測(cè)量結(jié)果，視覺測(cè)量結(jié)果從1141厘米到1242厘米不等（誤差在5%以內(nèi)，均被識(shí)別為12米樁），視覺測(cè)量實(shí)際效果滿足最初的設(shè)計(jì)要求。

5.結(jié)論

綜上所述，“航道鋼板樁智慧云監(jiān)管平臺(tái)”方案是一次5G通信技術(shù)和人工智能技術(shù)在交通信息化工程中的有益嘗試，也是在鋼板樁工藝上取得突破后，對(duì)鋼板樁施工監(jiān)管進(jìn)一步探索。在省市交通主管部門的大力推動(dòng)下靜壓工藝大規(guī)模應(yīng)用服務(wù)于蘇州段大運(yùn)河文化帶，鋼板樁施工也將迎來更高、更大、更廣闊的展示舞臺(tái)。