从“凭经验”到“算数据”，AI让长江重庆段水道会思考、能预警

从纤夫号子到万吨货轮，长江上游中心重庆段的航运史始终与“险”字相伴。

如今，长江重庆段依然是实打实的“黄金水道”：它作为连接中国东、西部的枢纽“咽喉”，承载着日益增长的货运压力。

但同时，这里又是三峡水库回水变动区的核心河段，面临水位陡涨陡落、滩多弯急、漩涡暗流潜伏等复杂水文情况，传统“凭经验、靠肉眼”的航道养护管理方式越发困难。

实际上，从传统航道管养到数字航道运行，再到“智慧航道”建设，一代代航道人基于前沿科技的航道管养及服务模式探索，一直在这条流淌千年的河流中持续上演。

当我们走进长江重庆航道局（下简称“重庆局”）的航道运行指挥中心，与一线工程师深切交流后才能理解，AI的“慧眼”与“智脑”到底是如何打破航道管养长久的痛点。

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智慧航道进化中

雨水偏多，晴天猛烈，是今年重庆夏季的“初印象”。

如果在长江边仔细观察，我们偶尔会注意到岸边规则平整的斜坡上标有刻度线，这就是我们最常见的“斜坡式水尺”——老重庆人每年夏天可都会以此来判断江水水位，并不会陌生。

传统水尺

水尺通俗来讲，就是直接观读江河、湖泊、水库等水位的标尺。“传统的水尺有斜坡式水尺、直立式水尺和自动水位站，这些水尺不仅建设成本高，也极易被污浊物、漂浮物等遮挡掩盖。”长江重庆航道局测绘处副处长、高级工程师祝孟伟回忆，这种情况为航道职工现场人睛观读水位的年代增添了不少困难。

“当水位太低，无法开船到现场清洗水尺时，还需请专业高空作业人员冒险清洗，人力物力都是消耗。”位于长江重庆段朝天门水道右岸，有着百年历史的羊角滩水位站是“重庆水位”的观测点，社会、历史意义重大，他感慨道：“过去重庆局需要专门安排工作人员，一天三次观测该点水位信息，雷打不动、风雨无阻，汛期更是如此。”

航道数字化转型升级的目标之一就是解放劳动力，于是在2018年年底，重庆局开始在羊角滩水尺附近部署视频监控系统。最初，这个固定的“眼睛”只是一个通过视频能够实时清晰拍摄到水尺水位的高清摄像头，它只负责“看”，仍需工作人员通过视频判断读取水尺的水位。

而让“看见”变为“读懂”，就到了AI大显身手的领域。

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AI水尺精准“读”水

“一寸水深一寸金”，这是航运业的共识。祝孟伟告诉记者，航道的水深与航运条件息息相关，“船舶能不能走、该怎么走、能运多少货都要关注水深”。

和大模型一样，AI想要精准读取水位需要大量的数据训练，还要有正确的训练方式。

其实从终端看来，AI水尺不过是一个对着岸边的摄像头。不同的是，它的内部“大脑”装有先进的边缘云计算芯片和智能识别算法。

终端摄像头安装

最初工作人员需要为AI水尺提供参考基准

在最开始，它需要人工设置可靠的水位参照基准，可以是传统的实体水尺，也可以一个无水尺的固定物体，如桥墩、崖壁、岸坡等；再在上面提前标记好参考水位点，运用高程测量技术确定参考点水位，并在系统中初始化参考点水位，AI训练模型会将预设参考点与周边地貌相结合，并且精确地将图像分割成“水体”和“非水体”两个区域。

这条分割线，就是至关重要的“水沫线”。

AI水尺的虚拟标尺以及水位线自动划分

运行后，参考点位即可清除，AI大脑会将水位与地物地貌结合在一起，相当于系统内构建了一把稳定的虚拟标尺。在后台，我们能清晰地看到那条虚拟的绿色尺度带——它可不会因为被遮挡、覆盖而失误。

至于精准度，祝孟伟给出一个形象的比喻，他说AI水尺就像一个严苛的学者，在一米的尺度内可进行多次等分，以至于能智能识别出小数点后三位的实时水位。

“AI+边缘计算”的另一优势，在于能避免海量视频的回传：前端AI智能判断处理水位数据，将筛选后的数据传至后端。更重要的是，这么一套AI水尺建设成本不足传统水尺的五分之一。

后台可实时监测

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视频AI流速监测“算”水

会做数学题的AI借助高清摄像头，同样可以演算出江面水流流速。

随着船舶大型化，行驶在我国内河水域的船舶“尺寸”也越来越大，载货量自然一路增加，江水的表面流速对船舶航行安全影响越发重要。

“当一艘载重成百上千吨的船要走上水（即逆水而行）的时候，流速的影响会被放大。”祝孟伟解释道，船舶走上水就像汽车在陆地上爬坡，如果船舶动力不足，再加上以吨为单位的载货量，一旦开不上去，就会导致掉滩。另外，船舶的惯性极大，刹车制动也比汽车时间更长，掉滩后一旦有后方来船很容易发生碰撞。

现实案例不断提醒着江河表面流速的重要性，而视频AI恰好能够无接触地算出长江水流的表面流速。

视频AI测流的计算原理简单，却为航运贡献良多

祝孟伟指着正在监测两江交汇流速变化的视频画面为记者解释，AI流速监测算法又叫“光流算法”，摄像头会持续监测水面旋涡、气泡或漂浮物等水面纹理的移动轨迹；在这个两米见方的区域内，AI能划分出上千个小区域，像数格子一样追踪它们每秒移动多少距离，计算出小区域内的流速，并智能筛选出所有满足条件的区域，取平均值得到划定区域的平均流速。

AI只需要做这么一道简单又繁杂的数学题，就能算出该区域的表面流速。有了这一数据，就能为过往船舶提供流速参考服务，使其提前准备在上水时是否需要牵引助拖，保障其航行安全。

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AI“极昼”视频昼夜“盯”航

在江边我们时常会看到江面上有多个以某种特定频率发出红、绿、黄等光的装置，它们就是在航运中非常重要的设备“航标灯”。航标灯多是光伏发电。

白天靠号型（日间悬挂在船上规定的易见处，用以表示船舶动态和作业状态，具有特定形状和颜色的几何体），晚上就要靠灯光为航行船舶标示航道方向、边界以及障碍物位置。不仅能指引船舶航行，还能用作“交通指挥”信号，在控制河段指挥船舶通行，降低事故风险。

尽管经过数字化改造，这些航标灯都可以远程操控和监测，但工作人员仍需要了解航道现场情况。而很多远离城市的偏僻河段晚上根本没有光源，“纯靠自然光监测，一般的主流视频监控设备都是一片漆黑，或者噪点很多，根本看不清”。

为了改变这种情况，重庆局研制了一套升级版“AI极昼视频”。

重庆大兴场河段普通监测摄像（左）与AI极昼摄像（右）的对比

“极昼”顾名思义，就是要在黑夜、雨天等复杂环境场景下，依然能清晰捕捉江面动态，实现“黑夜如白昼”的监测效果。

祝孟伟介绍，这一技术并不是因为前端升级成了激光雷达等高端感知设备，而是在算力和软件上下功夫，通过AI图像增强等算法，在有限的感光条件下，形成24小时高质量监控画面，让航道现场在夜晚也能呈现极昼的效果，实时清晰、彩色地监测航道现场的情况。

站在盛夏的朝天门码头，能看到日均超百艘船舶穿梭如织，而这只是长江上游“黄金水道”繁忙的缩影。如今，在我们看不到的地方，AI正在构建航道监测的“智能神经系统”，守护长江航道的畅通安全，服务长江航运。昔日险滩，也终会渐化通途。