浅谈数字孪生在AIS基站管理中的应用

浅谈数字孪生在AIS基站管理中的应用

摘要：数字孪生作为物理世界的数字化表示，它可以进行虚拟仿真和实时监

控。在长江航运领域，数字孪生的应用场景越来越多，开启了降本增效、赋能提

速的新篇章，本文将浅谈数字孪生在智能化AIS基站管理中的应用。

关键词：数字孪生；基站管理；应用

当前，全球新一轮科技和产业变革加速推进，大数据、云计算、5G和人工智

能等颠覆性技术不断涌现，正在加快新技术的产生，推进传统技术的变革。

1．数字孪生概述

数字孪生，英文名Digital Twin，也可称为数字影射，数字镜像，是充分利

用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、

多概率的的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全

生命周期过程。简单来说，数字孪生就是一种数字化技术，可以将现实世界中的

实体物体或系统建立起来的虚拟副本。在一个设备或系统的基础上，创造一个数

字版的“克隆体”。

2．数字孪生的发展历史

3．数字孪生关键技术

建模，包括机理建模方法和数据驱动建模方法。前者根据研究对象的机理特

性建立数学公式，并赋予参数，然后应用数值计算方法或解析方法进行计算，一

般适合于机理清楚的物理系统；后者是指采用统计学、机器学习方法建立模型，

适合于机理不明确或只存在关联关系的研究对象。机理建模时由于存在不可避免

的假设和简化，有时会带来不容忽视的误差，这种情况下，如果数据足够，也适

合采用数据驱动建模方法。另外，采用数据驱动方法时，为了解决小样本、样本

不均衡、弱特征以及不可解释性等问题，将机理建模方法和数据驱动方法相结合，

具有一定优势。

感知，为了实时感知物理实体及其运行环境，需要传感技术、监测技术的支

撑。例如，为了建立面向风电、光伏出力预测和故障诊断的数字孪生，需要获得

电站周边气象数据以及设备温度、声音、振动等数据，为此，需要可获取声振信

号、温度、湿度数据的传感设备。

仿真，数字孪生模型验证的关键方法。仿真和建模是一对伴生体，如果说建

模是对物理实体理解的模型化，那仿真就是验证和确认这种理解的正确性和有效

性的工具。仿真是将具备确定性规律和完整机理的模型以软件的方式来模拟物理

实体的一种技术。在建模正确且感知数据完整的前提下，仿真可以基本正确地反

映物理实体一定时段内的状态。

空GIS数据为底板，构建出满足业务应用的数字孪生“基础操作系统”，为平台

应用提供多源异构数据接入、处理融合、服务发布、分析计算等能力，满足对基

础地理信息数据、三维模型数据、物联网感知数据全流程的管理，支撑上层智慧

应用。

4.1AIS基站运行状态监控

通过 AIS 接收器或者网络接口设备等方式从 AIS 基站中获取运行状态数据，

包括功率输出、信号质量、位置信息、报告间隔等，并将其传输到数据处理系统

中。根据处理后的数据，可以实现 AIS 基站的运行状态监控。可以设置阈值来

检测不正常的状态，并及时进行报警。例如，可以设置功率输出阈值，如果功率

输出超过了预设的阈值，就会触发报警。还可以设置位置异常检测，如果基站的

位置信息与预设的位置不符，也会触发报警。在数字孪生平台上显示基站所在位

置，通过颜色渲染设备运行状态，绿色表示运行状态正常、运行状态异常基站红

色间歇性闪烁报警。点击单个基站单体化模型，弹窗基站详细信息，包含：基站

名称、基站IP、通信类型、基站发射通道等模块运行状态、基站定位精度、发射

功率等。

4.2船舶航行状态监控

通过数字孪生3D可视化技术，展示当前连接本基站船舶及相关信息，船舶

状态信息包括：船名船号、船舶所在位置、船舶类型、船舶尺寸、船舶运行状态

等，并可通过点击船舶某段时间运行轨迹通过第一视角回看船舶行经路线以及船

进行实施监控，若基站覆盖范围远小于历史平均值，则进行播报预警，提示后台

管理人员进行故障排查处理。

4.4AIS智能巡检、维护

通过接入AIS周边摄像头数据，可在三维底图上制定巡检线路，点击AIS巡

检功能，可按次序依次调用每个摄像头的数据，无需前往现场即可实现设备的自

动巡检。另外可根据不同站点的巡检频率要求，制定多种巡检模式，如常规巡检

可依次对每个站点依次进行巡检，重点巡检则是对设定的固定站点进行精细化巡

检。系统平台还可实现对AIS基站机房动环监控，可显示服务器的基本信息如：

服务器型号、CPU类型、网卡类型、CPU核数，同时还可监控服务器的实时资源

调用信息，如CPU资源分配情况、内存占用情况、CPU使用率和内存使用率等。

4.5模拟AIS基站选址规划分析

通过数字孪生三维底图可以量取楼宇间距及相邻楼层高度差，在站点规划范

围内选符合安装设备的楼栋，然后通过在三维场景中布设AIS基站模型，模拟信

号覆盖范围，确定站点位置是否能够实现航段范围内全覆盖，为基站的选址规划

提供直观的决策依据。

5.结论

数字孪生可为物理世界创造一个包含所有数据的数字模型，使得能够在不确

定性环境下，利用真实数据、分析模型等多元信息融合，增强对复杂系统、复杂

环境的认知，实现动态演化行为更准确地描述和预测，从而更好地指导决策和优

化。AIS基站作为长江航运高质量发展的基础通信设施，为船舶航行、海事监管、

航道维护等提供稳定服务成了重要任务。可应用数字孪生技术构建AIS系统建、

管、维一体化，提供高质量AIS通信服务，从而为统一调度、管理决策提供支持，

推动长江航运高质量发展。

参考文献：

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