0 引言

疏浚工程是航道整治、港口建设、水利治理等项目的重要施工环节，疏浚土方（底泥）运输与处置管理一直是工程监管的难点。传统监管方式主要依靠人工巡查、台账记录等手段，存在监管盲区多、信息滞后、取证困难等问题，难以有效防止违规抛泥、偷运乱倒等行为，既造成经济损失，又带来环境污染风险。

吴淞江工程是国家重大水利工程，其中吴淞江工程（上海段）西起苏沪省界，经蕰藻浜、罗蕰河、新川沙河，东出黄浦江和长江，新开疏拓航道约69公里，涉及上海市青浦、嘉定、宝山三区，总体工期约 10年，工程疏浚方量大，总计约3000万方；参与单位多，包括数十个标段不同的施工单位、监理单位等；管理对象多，涵盖数百艘施工船舶，涉及消纳、海抛等多个处置点。傅海燕在研究中指出，吴淞江工程（上海段）已构建智慧水利平台，其中智慧监管平台依照"智能感知、全面管控、文明施工"的原则，助力工程管理的规范化、标准化及信息化^[1]，但如何实现对疏浚土方运输处置全过程的精准监管，仍成为该工程管理的核心挑战之一。

近年来，物联网、大数据、人工智能等技术的发展，为疏浚土方智慧监管提供了新的技术路径。张宝剑研究表明，智能化技术的迅猛发展破解了传统疏浚方式效率低下、成本高昂、环保风险大等难题，其中传感器、无人机、大数据分析及人工智能算法在内河航道疏浚中得到广泛应用，成为行业未来发展方向^[2]。具体而言，船舶 AIS/北斗定位技术可实现船舶实时位置采集，GIS 空间分析算法可进行轨迹异常检测与电子围栏判断，视频监控与 AI 图像识别技术可捕捉船舶作业行为并智能识别违规动作。然而，单一技术往往存在局限性：定位数据无法反映船舶舱体状态，视频监控受限于覆盖范围，AI 识别需要边缘计算支持。

本文结合吴淞江工程（上海段）的工程实际和监管需求，设计了基于多技术融合的疏浚土方智慧监管方案，重点阐述技术架构设计、核心功能实现、多源数据融合方法及工程应用效果，以期为类似水利水运工程的土方管理提供技术参考。

1 监管需求与方案设计思路

1.1 监管需求分析

（1）疏浚土流向可追溯

实现土方从"产生—运输—处置"的全链条溯源管理。需明确每船土方的来源标段、装载时间、运输船舶、处置点位（吹泥场或抛泥区）及最终去向，确保土方流向清晰可查，防止违规倾倒，实现闭环追踪。

（2）运输过程可监控

对土方运输船舶的航行轨迹、作业状态进行实时监控，识别并预警违规行为。包括：偏离预定航线、非指定区域抛泥、未开启定位设备等。郑文怡等学者研究发现，北斗定位技术可将船舶定位精度提升至亚米级，结合GIS空间分析技术，可实现电子围栏预警、挖运吹工单自动填报等功能，为运输过程监控提供了技术支撑^[3]。

（3）工程管理可闭环

实现对工程进度、安全、质量的精细化管控。进度方面，掌握各标段疏浚完成量、运输量等的动态数据；安全方面，监控船舶作业安全、人员合规操作、风险预警处置；质量方面，确保疏浚底泥分类处置、环保要求落实到位。

1.2 方案设计思路

基于上述需求，本智慧监管方案遵循以下设计思路：

（1）多源感知：通过 AIS/北斗设备采集船舶位置数据，通过摄像头采集视频图像数据，形成互补的感知体系；

（2）边缘智能：在船舶端部署 AI 边缘计算盒子，实现抛泥行为的本地实时识别，降低云端处理压力；

（3）云端融合：在云端对定位数据与视频数据、定位数据与围栏数据进行时空融合分析，实现"轨迹 + 状态"的一体化展示；

（4）智能闭环：基于 GIS 空间分析算法自动生成智能工单，通过分级处置机制实现问题闭环管理。

（5）分级监管：构建项目部监管平台与建设单位监管平台，满足不同层级管理需求。

2 多技术融合架构设计

2.1 技术架构

智慧监管平台采用"端 - 边 - 云"三层技术架构，主要内容如下：

端侧感知层：部署于船舶和施工现场的感知设备，包括AIS/北斗定位终端用于采集船舶位置、航向、航速、时间戳等数据，定位精度≤5 米；船载摄像头安装于运输船，采集装载、运输、抛泥等环节的视频图像；岸边摄像头安装于施工区域岸边，监控装载作业过程；

边侧计算层：部署于船舶端的边缘计算设备，包括AI边缘计算盒子用于运行抛泥行为识别模型，实时分析视频流，捕捉开体船舶的抛泥动作并抓拍关键帧；

云侧应用层：部署于云端服务器的业务系统，包括数据处理中心接收并存储定位数据、视频数据、AI 识别结果；GIS 引擎提供地图可视化、空间分析、电子围栏计算等服务；业务应用系统：实现船舶监管、预警管理、工单管理、报表统计、小程序等功能。

技术架构图

2.2 多源数据融合方法

本方案的核心创新在于定位数据与视频数据的时空融合，具体方法如下：

（1）时间同步：所有端侧设备采用 NTP 协议进行时间同步，确保定位数据与视频数据的时间戳一致，时间偏差≤1 秒；

（2）空间匹配：将视频抓拍点的时间与船舶轨迹点进行空间匹配，在 GIS 地图上实现轨迹与抓拍点的融合展示；

（3）状态关联：根据AI识别船舶舱体状态（空舱/满载/抛泥中）的时间与船舶轨迹点进行空间匹配，形成"位置 - 时间 - 状态"三种维度数据模型。

3 核心技术实现

3.1 船舶高精度定位与轨迹分析

（1）定位数据采集

采用船舶 AIS（Automatic Identification System，船舶自动识别系统）与北斗模块双定位数据源模式，确保在 AIS 信号覆盖不佳的内河仍能获得稳定定位数据，同时为了保证获取位置精度，可搭配CORS差分功能。数据采集频率为航行时 30 秒/次。黄龙、姬兴禹的研究表明，基于北斗的疏浚船舶智慧监管平台可实现远程目标位置、报警等信息的实时传送，为定位数据的稳定传输提供了实践验证^[4]；郑文怡等学者的研究也证实，北斗定位技术可有效解决内河船舶AIS定位频率低、精度差的问题^[3]。

（2）轨迹异常检测算法

将船舶实际轨迹与预设航线区域进行比对，当不在范围内时触发越界预警，实现路径偏离检测；当船舶超过设定时长（通常为30分钟）未上报位置数据，判定为离线状态，触发离线预警。马玉伟等学者在平陆运河项目中，通过北斗定位技术对土石方运输进行实时监控，基于轨迹分析实现了运输过程的精细化调控^[5]，为本算法的应用提供了参考。

3.2 视频监控与 AI 图像识别

（1）智能抓拍策略

为平衡存储成本确保可推广实行，采用基于船舶运动状态的智能抓拍策略：

表1.抓拍策略

（2）抛泥行为 AI 识别模型

收集海抛船开体抛泥过程的视频数据，涵盖不同光照、天气、角度等场景；采用 YOLO目标检测算法，识别船体开合状态、泥斗倾斜角度等关键特征；标注抛泥动作的关键帧，训练模型识别"准备抛泥→开体→抛泥中→关闭"的完整过程；将训练好的模型部署至船载 AI 边缘计算盒子，实现本地实时推理，识别延迟<500ms；当识别到抛泥动作时，AI 盒子抓拍关键帧并上报云端，包含时间、位置、置信度等信息。

（3）视频存储与回放

船上本地存储最近 7 天视频数据，云端存储关键抓拍图片，支持 Web 端和移动端视频回放，便于事后追溯。

视频监控

3.3 空间分析与智能工单技术

在 GIS 地图上划定各类电子围栏区域，包括疏浚施工区域、关键水域、消纳点、航线区域等。借助GIS技术与电子围栏区域的关系，实现自动化监管功能，自动判定船舶的挖运吹状态、自动记录靠离泊关键点，形成工单，提高工程管理信息化、智能化水平。郑文怡等学者的研究中，也将GIS空间分析技术与北斗定位结合，实现了挖运吹工单自动填报等功能^[3]，与本方案的技术实现思路契合；马玉伟等学者基于北斗轨迹的工单算法，也为智能工单的优化提供了参考^[5]。

3.4 分级监管与预警处置技术

构建"项目部监管平台 + 建设单位监管平台"两级监管体系，实现数据互通、职责分明。项目部平台负责本标段船舶调度、工单审核及违规处置，建设单位平台汇聚各标段数据进行统计分析与总体把控；项目部上行推送作业数据与预警事件，建设单位下发督办工单与协查指令，形成"发现→推送→处置→反馈→核销"的闭环管理流程。傅春锋、翁小龙在研究中构建的"监测—分析—预警—处置"闭环体系^[6]，为本方案预警处置机制的设计提供了重要借鉴。

分级预警处置机制

4 工程应用情况

智慧监管方案已在吴淞江工程（上海段）多个标段投入应用，包括新川沙河段泵闸枢纽工程、河道疏浚工程、苏申内港线（老白石路-油墩港）2标、苏州河西闸、苏申内港线（省界-老白石路）整治工程施工2标、3标等标段，接入监管的运输船舶共计 300多艘，覆盖所有疏浚作业区域，累计完成近300万方疏浚土的闭环监管。

通过智慧监管方案的应用显著提升了工程管理的效率与质量，通过“定位+视频+AI”多技术融合监管模式，实现了疏浚土运输全过程的可追溯、可管控，有效提升合规处置管理水平；同时，依托智能工单与预警分级处置机制，大幅缩短预警处理时间、提升预警消警率与工单闭环率，通过自动生成报表、减少现场巡查频次等方式提升管理效率、降低管理成本；借助电子围栏、离线预警等功能防范船舶异常行为，成功实现工程管理从“事后追溯”向“事中干预”的转变，全面保障工程安全、高效、规范推进。

5 结语

本文结合建设单位对于吴淞江工程（上海段）疏浚土方的监管需求，设计了基于多技术融合的智慧监管方案，并得到了较好的应用实践，主要结论如下：

（1）多技术融合是提升监管效能的关键：单一技术存在局限性，通过 AIS/北斗定位、GIS 空间分析、视频监控、AI 图像识别等技术的深度融合，形成了互补的监管能力，实现了对疏浚土方运输处置全过程的精准管控。

（2）"端 - 边 - 云"架构平衡了时效与成本：边缘计算实现本地实时识别，云端进行数据融合分析，既保证了预警的及时性，又降低了网络传输和云端处理压力。

（3）智能工单与分级处置机制提升了管理效率：通过自动化工单流转和超时升级机制，明确了各级责任，确保问题及时闭环，预警处理效率大幅提升。

（4）工程应用效果显著：方案在吴淞江工程多个标段成功应用，疏浚土监管效率大大提升，为类似大型水利水运工程疏浚土方监管提供了可复制的技术路径。

参考文献：

[1] 傅海燕. 基于吴淞江工程的智慧水利平台的实践[C]. 2022（第十届）中国水利信息化技术论坛论文集.

[2] 张宝剑. 智能化技术在内河航道疏浚工程中的应用[J]. 中国水运，2026(03): 69-72.

[3] 郑文怡，章哲颜，陈云飞. 北斗定位在内河疏浚船舶管理中的研究与应用[J]. 水运工程, 2022(5): 163-169.

[4] 黄龙, 姬兴禹. 基于北斗的疏浚船舶智慧监管平台构建及应用[J]. 中国水运，2024(24): 36-38.

[5] 马玉伟，郭天润，王伸远. 北斗定位技术在平陆运河土石方运输管理中的应用[J]. 中国港湾建设，2025, 45(10): 92-95.

[6] 傅春锋，翁小龙. 基于多技术融合的建筑电气火灾智能化防控研究[J]. 山西建筑，2026, 52(08): 77-80+104.