數字孿生技術助力港航行業數字轉型.pdf

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1、王田田、潘越上海城市地理信息系統發展有限公司目錄01項 目 背 景02關 鍵 技 術03項 目 概 述04建 設 內 容05應 用 成 效P A R T0 1項目背景項目背景項目背景-交通行業數字化轉型為深入貫徹落實中共中央關于加快數字化發展，建設網絡中國、數字中國、交通強國的戰略部署，踐行“人民城市人民建，人民城市為人民”發展理念，落實上海市委、市政府關于全面推進上海城市數字化轉型的意見的工作要求，支撐建成能級更高、功能更強、品質更優的綜合交通體系，上海市交通委發布上海市首個行業數字化轉型實施意見。意見指出“以數字感知、智慧底座”為核心，構建數字交通底座，打造交通行業數字孿生系統，建設高品質

2、智慧航道、智慧港口，發展人-車-路-環境高度協同的智慧道路，推廣公交、軌道、停車等智慧場（站），通過交通領域新基建，帶動產業應用，經濟發展。項目背景-交通行業數字化轉型上海市交通行業積極推進數字化轉型，立足夯實數字底座，促進基礎設施融合發展、監管模式重塑迭代，圍繞“觀、管、防”，形成交通治理新模式。交通行業數字孿生就是不斷探索和實踐的重要成果，第一步就是實現虛實映射，進而按照虛實分析、虛實優控、虛實共生等目標逐步推進。為進一步推動交通行業高質量發展、高效能治理，為廣大市民創造高品質生活將持續拓展數字孿生應用的深度和廣度，全面融入城市運行“一網統管”體系，至2025年底實現建成全路域多業態融合的

3、城市重大交通基礎設施群數字孿生目標。項目背景-港航行業發展現狀利用最新的信息化技術提升水上監管水平勢在必行利用最新的信息化技術提升水上監管水平勢在必行!航道感知能力差、監管方式比較落后船舶航行潛在事故風險多、危害大港航行業監管力量分散，未實現跨部門閉環管理P A R T0 2關鍵技術關鍵技術關鍵技術-基于人工智能對違規行為進行智能識別船舶名稱遮擋船舶名稱遮擋貨物未覆蓋貨物未覆蓋船舶名稱識別船舶名稱識別未穿救生衣未穿救生衣船舶貨物超載船舶貨物超載國旗未懸掛國旗未懸掛關鍵技術-利用數字孿生技術實現船舶多源信息融合GPSGPSAISAISRFIDRFID視頻抓拍視頻抓拍激光掃測激光掃測數 據比對數

4、據比對&數據 融合數據 融合多 源監測 信息融 合多 源監測 信息融 合航 行軌跡 的預測航 行軌跡 的預測多 源監測 信息融 合多 源監測 信息融 合航道高精度模型數據航道高精度模型數據航道預測概率分布表航道預測概率分布表監測設施空間數據監測設施空間數據修 正后的 航道預 測概率 分布表修 正后的 航道預 測概率 分布表船 舶身份 信息表船 舶身份 信息表關鍵技術-利用數字孿生技術實現船舶多源信息融合關鍵技術-基于多源水深數據構建航道數字水深模型多密度數據融合后的高分辨網格插值建模低分辨率網格次低分辨率網格高分辨率網格多分辨率模型融合高分辨率的空值依次用低分辨率的值填充圖：疊加融合多分辨率網

5、格流程一般使用數字高程模型（DEM）來表達地形，但是航道水深所用的深度基準面，與陸地高程所采用的高程基準面不同，且隨時間等因素的不同而變化。因此本次項目采用數字水深模型來構建航道水深模型。數字水深模型構建航道水深數字水深模型構建航道水深數字水深模型是一種反映水深變化的數字化模型，也是用深度表達水底地形特征的一種三維數字模型。計算公式：計算公式：DDM=(M,DDM=(M,=E(P,)IP;(xuy;D;)ES)=E(P,)IP;(xuy;D;)ES)保留高密度數據的細節減少稀疏數據區域差值偽影的產生保留高密度數據的細節減少稀疏數據區域差值偽影的產生P A R T0 3項目概述項目概述項目概述系

6、統架構圖N個智能應用場景智慧航道、智慧港口、智慧水運、智慧海事、安全監管、行業監管一套業務系統港航綜合管理與服務系統一張地圖基于數字孿生技術的港航一張圖兩個中臺數據中臺、業務中臺兩個底座系統底座、數據底座數字孿生港航系統建設目標：“可觀”：一圖觀港航搭建數字孿生底座，結合港航行業物聯感知數據、業務運行等數據，在虛擬世界實現對港航運行態勢進行實時仿真、全程在線、精準監測。航道設施10公里航道及周邊60多個碼頭、岸線業務運營作業|運營|管理物聯感知水位|氣象|環境航道視頻1000多路視頻船舶軌跡上海區域每天5千艘船舶AIS軌跡掌握港航運行動態港航基礎設施作業生產活動物聯感知數據全息二三維地圖真實物

7、理世界船流，物流掌握港航運行邏輯宏觀/中觀/微觀水上水下一體化/水域陸域一體化/動態靜態一體化時空動態一張底圖，港航運行一屏觀建設目標：“可管”：全流程閉環管理利用數字孿生、人工智能、大數據技術主動發現案件，通過技術與管理上的融合，實現資源聚合、力量融合，為跨部門、跨系統的全流程閉環管理增效賦能。水上客運監管航道疏浚監管非現場執法船舶運行監控港口運營監管建設目標：“可防”：防患于未然圍繞港航行業安全生產的痛點、風險點，構建風險預警模型庫，實現對風險預警研判、快速響應。橋梁碰撞預警超等級靠泊預警碼頭淹沒預警航道回淤風險預警P A R T0 4建設內容建設內容建設內容0102040305航道疏?？?/p>

8、速、精準地發現航道淤積區域，保障航道的暢通有序。水上客運堅持條塊聯動，突出問題導向，推動水上客運安全、高效運行。運營監管滿足對港口運營動態宏觀、微觀不同應用場景的管理需求。交通安全輔助管理人員對航道運營情況及運行態勢進行實時監控?？诒O控對過往船舶動態信息進行實時感知、違規行為智能分析。建設內容：港航數字孿生底座通過對航道水上水下、周邊設施進行高精度建模，搭建港航數字孿生底座，融合港航物聯感知數據、業務運行等數據，支持港航行業監管水上水下一體化水域路域一體化動態靜態一體化港航數字孿生底座：水上水下一體化展示港航數字孿生底座：水域陸域一體化展示港航數字孿生底座：動態靜態一體化展示建設內容：水上客

9、運浦江游覽 對游覽客流態勢進行動態監測 對船舶實時信息進行動態感知 對船舶航行行為進行動態分析 對船舶航行線路進行動態模擬模擬駕駛01航行預警水上客運-浦江游覽建設內容：水上客運對江輪渡 對輪渡客流態勢進行動態監測 對船舶實時信息進行動態感知 對船舶航行行為進行動態分析 對輪渡航線準點率進行智能評估準點率檢測02航行預警水上客運-輪渡監控航道疏浚-水下地形水下地形通過多波束激光掃測技術對黃浦江航道水下地形進行掃測，構建航道水上水下一體化的三維高精度模型。水下地形沉浸查看航道水下地形起伏情況淤積預警快速、精準地發現航道淤積區域工程監控實時掌握航道疏浚工程運行情況航道疏浚-水下地形航道疏浚-淤積預

10、警水下地形沉浸查看航道水下地形起伏情況淤積預警快速、精準地發現航道淤積區域工程監控實時掌握航道疏浚工程運行情況淤積預警通過自動比對黃浦江航道水深模型與航道維護水深數據，對產生回淤風險的區域進行智能預警。航道疏浚-工程監控工程監控獲取疏浚船舶實時位置，還原疏浚工程挖泥船、運泥船運行情況，并對船舶行為進行監控。水下地形沉浸查看航道水下地形起伏情況淤積預警快速、精準地發現航道淤積區域工程監控實時掌握航道疏浚工程運行情況航道疏浚-航道疏浚監控交通安全-航道環境對黃浦江區域內的船舶身份進行智能識別。在虛擬世界中，可以根據船舶類型、船舶大小、船舶位置以及船舶行駛速度等信息對船舶實時狀態進行1:1的真實還原

11、。交通安全船舶航行1：1還原實時船舶航行位置與情況航道監控真實還原航道實際通航環境交通安全-船舶航行交通安全-航道環境在數字孿生系統中展示黃浦江核心區域的掉頭區、錨地、警戒區、水上綠色綜合服務區、航標等航道設施，對相關航道運行態勢進行真實還原。交通安全船舶監控1：1還原實時船舶航行位置與情況航道監控真實還原航道實際通航環境交通安全-航道監控運營監管-港口態勢監控港口態勢監控查看黃浦江港口企業當天貨物裝卸信息，以便管理人員可以查看企業實時動態情況，了解當前碼頭運營或作業態勢。行為動態分析對經營企業違規動態的智能分析,對涉嫌存在超等級靠泊行為的船舶進行預警研判，為行業監管和行政執法提供措施和線索。

12、運營監管-碼頭淹沒預警運營監管-超等級靠泊預警卡口監控01建設亮點卡口監控對卡口周邊的橋梁、航道、感知設施、設備進行三維建模，構建船舶地理實體，融合船舶現場多源感知信息，對過往的船舶進行1：1還原，提高系統對過往船舶的名稱識別率。02船舶身份識別集成多種感知設備，對過往船舶動態信息進行實時感知、自動抓拍、船舶識別。非現場執法對經過卡口船舶的違法行為進行智能識別，有力提升了水上執法工作效率和現場監管精細化管理水平?？诒O控：非現場執法船舶航行監測船舶身份識別違規行為識別證據信息生產違規案件推送一鍵立案違規船舶行政處罰卡口監控：非現場執法P A R T0 5應用成效應用成效應用成效1通過建設航道的

13、物聯感知設備，融合港航行業多源感知信息，打造覆蓋全域的航道感知網絡，提高港航動態感知能力數據賦能提高港航動態信息感知能力2重新梳理行業監管流程，以完善處理機制、增強管理能力、提升服務水平導向，通過對現場監管流程的一系列“流程細化再造”，形成港航行業監管閉環管理。服務賦能優化港航行業監管流程3圍繞行業痛點堵點構建風險預警模型庫，在實戰中不斷完善模型，提高預警模型的精準。以船舶污染物排放預警為例，目前預警準確率達到97%以上。技術賦能搭建港航行業風險預警模型4整合多個水上管理部門管理職能，打通行業管理全部環節。是踐行城市數字化轉型的“行業治理模式創新、治理方式重塑、治理體系重構”要求。示范賦能打造港航行業治理新模式超越時代前沿，越過未來創新