淺談數字孿生在AIS基站管理中的應用

淺談數字孿生在AIS基站管理中的應用

摘要：數字孿生作為物理世界的數字化表示，它可以進行虛擬仿真和實時監

控。在長江航運領域，數字孿生的應用場景越來越多，開啟了降本增效、賦能提

速的新篇章，本文將淺談數字孿生在智能化AIS基站管理中的應用。

關鍵詞：數字孿生；基站管理；應用

當前，全球新一輪科技和產業變革加速推進，大數據、云計算、5G和人工智

能等顛覆性技術不斷涌現，正在加快新技術的產生，推進傳統技術的變革。

1．數字孿生概述

數字孿生，英文名Digital Twin，也可稱為數字影射，數字鏡像，是充分利

用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、

多概率的的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全

生命周期過程。簡單來說，數字孿生就是一種數字化技術，可以將現實世界中的

實體物體或系統建立起來的虛擬副本。在一個設備或系統的基礎上，創造一個數

字版的“克隆體”。

2．數字孿生的發展歷史

3．數字孿生關鍵技術

建模，包括機理建模方法和數據驅動建模方法。前者根據研究對象的機理特

性建立數學公式，并賦予參數，然后應用數值計算方法或解析方法進行計算，一

般適合于機理清楚的物理系統；后者是指采用統計學、機器學習方法建立模型，

適合于機理不明確或只存在關聯關系的研究對象。機理建模時由于存在不可避免

的假設和簡化，有時會帶來不容忽視的誤差，這種情況下，如果數據足夠，也適

合采用數據驅動建模方法。另外，采用數據驅動方法時，為了解決小樣本、樣本

不均衡、弱特征以及不可解釋性等問題，將機理建模方法和數據驅動方法相結合，

具有一定優勢。

感知，為了實時感知物理實體及其運行環境，需要傳感技術、監測技術的支

撐。例如，為了建立面向風電、光伏出力預測和故障診斷的數字孿生，需要獲得

電站周邊氣象數據以及設備溫度、聲音、振動等數據，為此，需要可獲取聲振信

號、溫度、濕度數據的傳感設備。

仿真，數字孿生模型驗證的關鍵方法。仿真和建模是一對伴生體，如果說建

模是對物理實體理解的模型化，那仿真就是驗證和確認這種理解的正確性和有效

性的工具。仿真是將具備確定性規律和完整機理的模型以軟件的方式來模擬物理

實體的一種技術。在建模正確且感知數據完整的前提下，仿真可以基本正確地反

映物理實體一定時段內的狀態。

空GIS數據為底板，構建出滿足業務應用的數字孿生“基礎操作系統”，為平臺

應用提供多源異構數據接入、處理融合、服務發布、分析計算等能力，滿足對基

礎地理信息數據、三維模型數據、物聯網感知數據全流程的管理，支撐上層智慧

應用。

4.1AIS基站運行狀態監控

通過 AIS 接收器或者網絡接口設備等方式從 AIS 基站中獲取運行狀態數據，

包括功率輸出、信號質量、位置信息、報告間隔等，并將其傳輸到數據處理系統

中。根據處理后的數據，可以實現 AIS 基站的運行狀態監控。可以設置閾值來

檢測不正常的狀態，并及時進行報警。例如，可以設置功率輸出閾值，如果功率

輸出超過了預設的閾值，就會觸發報警。還可以設置位置異常檢測，如果基站的

位置信息與預設的位置不符，也會觸發報警。在數字孿生平臺上顯示基站所在位

置，通過顏色渲染設備運行狀態，綠色表示運行狀態正常、運行狀態異常基站紅

色間歇性閃爍報警。點擊單個基站單體化模型，彈窗基站詳細信息，包含：基站

名稱、基站IP、通信類型、基站發射通道等模塊運行狀態、基站定位精度、發射

功率等。

4.2船舶航行狀態監控

通過數字孿生3D可視化技術，展示當前連接本基站船舶及相關信息，船舶

狀態信息包括：船名船號、船舶所在位置、船舶類型、船舶尺寸、船舶運行狀態

等，并可通過點擊船舶某段時間運行軌跡通過第一視角回看船舶行經路線以及船

進行實施監控，若基站覆蓋范圍遠小于歷史平均值，則進行播報預警，提示后臺

管理人員進行故障排查處理。

4.4AIS智能巡檢、維護

通過接入AIS周邊攝像頭數據，可在三維底圖上制定巡檢線路，點擊AIS巡

檢功能，可按次序依次調用每個攝像頭的數據，無需前往現場即可實現設備的自

動巡檢。另外可根據不同站點的巡檢頻率要求，制定多種巡檢模式，如常規巡檢

可依次對每個站點依次進行巡檢，重點巡檢則是對設定的固定站點進行精細化巡

檢。系統平臺還可實現對AIS基站機房動環監控，可顯示服務器的基本信息如：

服務器型號、CPU類型、網卡類型、CPU核數，同時還可監控服務器的實時資源

調用信息，如CPU資源分配情況、內存占用情況、CPU使用率和內存使用率等。

4.5模擬AIS基站選址規劃分析

通過數字孿生三維底圖可以量取樓宇間距及相鄰樓層高度差，在站點規劃范

圍內選符合安裝設備的樓棟，然后通過在三維場景中布設AIS基站模型，模擬信

號覆蓋范圍，確定站點位置是否能夠實現航段范圍內全覆蓋，為基站的選址規劃

提供直觀的決策依據。

5.結論

數字孿生可為物理世界創造一個包含所有數據的數字模型，使得能夠在不確

定性環境下，利用真實數據、分析模型等多元信息融合，增強對復雜系統、復雜

環境的認知，實現動態演化行為更準確地描述和預測，從而更好地指導決策和優

化。AIS基站作為長江航運高質量發展的基礎通信設施，為船舶航行、海事監管、

航道維護等提供穩定服務成了重要任務。可應用數字孿生技術構建AIS系統建、

管、維一體化，提供高質量AIS通信服務，從而為統一調度、管理決策提供支持，

推動長江航運高質量發展。

參考文獻：

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