5G在環保信息化中的應用分析

李培君 單吉祥

摘要：為了改善環境問題，政府積極推動環保信息化的工作，同時隨著5G技術的成熟和普及，環保信息化將會得到進一步的發展。首先對環保信息化的功能、5G的特點進行介紹，再對智慧環保中5G網絡的關鍵技術進行分析，然后重點分析了5G網絡在智慧環保中的應用及優勢，最后進行總結。

關鍵詞：5G;環保;信息化;物聯網;網絡

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）32-0135-02

1概述

隨著經濟的高速發展，環境問題日趨明顯。為了提高人民的生活質量，黨的十九大把環境污染防治列為我國三大攻堅戰之一，要求必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，統籌山水林田湖草系統治理，實行最嚴格的生態環境保護制度。同時生態環境部機構改革、環保體制改革以及環保“費改稅”等措施都意味著政府對于環保治理的決心和魄力。而智慧環保有利于提高環境治理效率，及時準確地將有效信息提供給環保部門，相關部門根據分析結果采取措施。但我國的環保信息化工作仍在發展過程中，目前存在數據共享程度低、信息公開力度不夠、數據口徑不一致、信息技術標準不統一等問題，因此應完善環保信息化建設工作，保障環境治理效率。而5G的出現，能夠大大提升數據的安全性與傳輸速率，從而推動智慧環保的進一步發展。

2智慧環保

智慧環保是指為了達到改善環境質量、提高生活品質的目的，利用物聯網、大數據等信息技術對環境質量數據等管理要素進行全面的感知、采集、傳輸并進行存儲、分析處理、深度挖掘和數據共享，最終實現智能決策、信息共享、業務協同。

智慧環保建設方案嘲包括感知層、網絡層、數據層、應用層、服務層、完善的技術與標準體系和運行保障體系，用戶包括省環保廳、市環保局、區縣環保局、企業和公眾。

智慧環保是物聯網技術與環境信息化相結合的概念，其特征可以歸結為4個方面：

感：利用傳感器等設備對大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、濕地、野生生物、自然遺跡、人文遺跡、自然保護區、風景名勝區、城市和鄉村等環境信息進行監測、捕獲和傳遞，對指標信息進行全方位、透徹地感知;

傳：利用環保專網、運營商網絡，結合4G/5G、衛星通信等技術，將監測數據上傳至個人電子設備、組織和政府信息系統，同時進行信息交互和共享;

析：以云計算、大數據等技術手段將海量環保指標數據進行整合分析，實現存儲、數據挖掘和模型分析，有助于管理部門進行決策;

視：將數據分析結果進行大屏展示，更加清晰明了。

3 5G特點

移動通信技術經歷了2G、3G、4G的發展過程，5G將不同于2G、3G、4G，不再由某項業務能力或者某個典型技術特征所定義。5GPa是在4G的基礎上，對于移動通信提出更高的要求，它不僅在速度、時延、功耗等多個方面有了全新的提升，也能促進互聯網的發展，幫助我們進入智能互聯網時代。5G有六大特點：高速率、泛在網、低功耗、低時延、萬物互聯和重構安全。

如今，5G已成為我國網絡建設的重要方向。政府要求繼續推動5G技術研發和產業化，促進系統、芯片、終端等產業鏈進一步成熟。組織開展5G國內標準研制工作，加快5G網絡建設進程，著力打造5G精品網絡。可以相信，在產業鏈各方的努力下，5G移動網絡會越來越成熟，5G的智能靈活、高效開放、網絡架構變革，推動承載網架構進步并具備網絡切片、靈活組網和調度、協同管控以及高精度同步等功能，可以滿足自動控制、智能安防、智慧家居、實時遠程信息處理、遠程醫療、智能測量、無人駕駛和智慧環保等新興行業差異化業務承載需求，實現萬物互聯。

4 5G網絡的關鍵技術

網絡架構技術。網絡架構技術用于保證網絡的低時延、高可靠的性能。其中網絡切片技術是網絡架構技術中的一種，網絡切片呵以理解為支持特定使用場景或商業模式的通信服務要求的一組邏輯網絡功能的集合，是基于物理基礎設施對服務的實現，這些邏輯網絡功能可以看作是由EPC下的網絡功能分解而來的一系列子功能。通過網絡切片技術在一個獨立的物理網絡上切分出多個邏輯網絡，從而避免了為每一個服務建設一個專用的物理網絡，這是非常節省成本的，同時能夠滿足移動寬帶、大規模物聯網（智慧城市、智慧環保、車聯網、遠程醫療、無人駕駛等領域）等的需求。

無線空口技術。無線空口技術用于增強移動寬帶，大規模天線技術是無線空口技術中的一種。大規模天線技術D印是基于多用戶波束成形（將無線信號只按特定方向傳播的技術）的原理，在基站端布置幾百根天線，對幾十個目標接收機調制各自的波束，通過空間信號隔離（sDMA），在同一頻率資源上同時傳輸幾十條信號。這種對空間資源的充分挖掘，可以有效利用寶貴而稀缺的頻帶資源，并且幾十倍地提升網絡容量。

5 5G在智慧環保中的應用

5G在環保物聯網系統中的應用主要在于感知層，網絡層和應用層三層架構，如圖2所示。

感知層，主要包括各類水質、氣候、廢氣監測的檢測設備。當前環保的管理最主要的問題是沒有充分獲得監管數據，很多監測工作依賴人工即事后處理。此時安裝基于5G的物聯網智能終端，包括水質傳感器、水位計、流量計、雨量計、結構安全傳感器、空氣質量傳感器等，可以滿足環境全面檢測的需求。終端設備具體功耗低、安裝部署方便、維護成本低的特點。

網絡層，主要包括布設現場的5G基站設備，5G能夠實現傳感器設備的數據收集，并上傳至云端。

應用層即服務器應用，有了感知層5G網絡上傳的數據，進行分析和挖掘，提供結構安全監測、水文雨情分析、土壤分析、水質分析、氣象警報預報等。

6 5G網絡在智慧環保中優勢

1）實現全方位監測。在智慧環保環境監測方面，5G和物聯網、大數據等技術結合，可以實現環境與平臺、平臺與人之間的實時信息交互，將污染源的數據、成因、位置、圖片傳輸到系統中，發出警報，避免出現污染事件發生但沒有及時發現的事故的出現，多個城市之間可以實現聯防聯控、共享數據、共同決策。例如可以通過無人機搭載5G終端CPE和360～+4K攝像頭持續航拍，無人船不間斷走航監測實時回傳數據，將拍攝的環境狀況及水質數據通過5G網絡實時回傳至平臺及終端，達到VR實景感知和實時觀測處理的目的，依托5G大速率、低時延的優勢，借助VR無人機全天候、全地形的靈活性以及無人船的超長期巡航監測等特點，實時全景、全數據回傳，建立“天地一體化”生態監測系統。

2）數據傳輸準確。目前智慧環保中傳感器、測量儀等儀器是利用WIFI、NB-IoT、LoRa、4G等方式連入網絡的，當連接的傳感器等儀器數量過多產生大量的數據時，極有可能導致網絡擁堵、延時、環保數據信息數據處理不及時和信息不準確等數據波動問題，甚至會產生污染問題沒有及時發現和處理的惡劣影響。為了解決此問題，在感知數據信息用于智能終端設備之中時，可以利用5G網絡向用戶設備直接傳輸數據信息，在優化用戶操作的基礎上實現對信息的實時判讀，可以保證數據及時傳輸和準確性。

3）數據分析精確。在5G時代，環境大數據也將發生重大變化。大數據分析可以建立更多更復雜的計算模型，環保數據分析更加精確。

4）智能處理。5G的出現可以使智能環保機器人自動處理污染源變為現實。當監測器發現污染源時，可以利用5G將地點傳送給機器人，讓環保機器人自動前往污染地進行處理，甚至可以抓獲破壞環境的不法分子。

5）快捷經濟。智慧環保與5G相結合更加快捷經濟，智慧環保智能終端通過5G連接，5G將摒棄傳統的網絡布線式連接，實現智能終端的小型化和性能化;5G網絡基礎下的智慧環保構建和維護無需更復雜的施工過程，更加高效、簡化、快捷;同時，5G基站的建成能夠使智慧環保終端和手機快速連接，從而減少了網絡層的設備數量，減少成本，具有較高的經濟價值。

6）低碳節能。當5G普及后，人們會用5G替代有線上網，將數據中心遷移至云端，將來手機也有可能取代電腦，在同樣的應用規模下，5G基站的總能耗相比寬帶設備反而更加節能了。

7總結

智慧環保領域將借助中國信息化發展勢頭繼續前行，我們能看到智慧環保行業未來廣闊的發展前景，當然同時也存在挑戰。當前網絡技術大規模應用，智慧環保也將借助5G的高速率、低時延的優勢得到進一步的發展，實現真正意義上的智慧環保和信息共享，有效助力國家發展。