5G在智慧環保中的應用探索和研究

吳義波

（廣東省環境科學研究院 廣東廣州 510000）

引言

環保信息化建設工作可以協助環保部門及時獲取各類環保信息，通過這些基礎數據的分析及時進行管控，制定相應措施，提高環保工作的效率與能動性。不過，從當前實際工作來看，我國的環保信息化建設工作還處于起步發展階段，仍存在很多問題，主管部門要加大環保信息化建設力度，關注智慧環保工作的發展。5G 技術在智慧環保工作中的應用為智慧環保的發展奠定了基礎，也是環保工作深入開展的關鍵。基于此，以下對5G 在智慧環保中的應用問題進行探索。

1 智慧環保

智慧環保就是以改善生態環境、提升生活質量為目的，通過物聯網、大數據等技術對生態環境數據等進行感知、收集、傳送、儲存、分析、解決、挖掘與和數據共享，最后達到智能化決策、信息資源共享、業務協同。智慧環保體系主要包括感知層、網絡層、數據層、應用層、服務層、技術與運行保障體系等內容。服務對象主要是各級環保主管部門、企業與公眾。

上述中的感指的是通過傳感器等設備對空氣、水、土地資源、山林歷史人文遺址、保護區、旅游景區和農村等環境信息進行監測、捕捉和傳送，對指標信息開展多方位感知；傳指的是通過環境保護網絡系統、融合4G/5G 等把檢測到的環保數據傳遞到政府部門信息系統、機構部門以及個人電子設備等，開展信息互動和資源共享；析指的是通過云計算技術、大數據等方式把大量環境保護指標數據進行融合與分析，完成數據儲存、發掘與模型分析，為管理部門決策管理提供支持；視就是把數據分析結果通過屏幕進行展示，使其清晰明了。

2 5G 的特點與技術

2.1 5G的特點

5G 有別于2G、3G、4G 技術，已不是某種業務水平或某一典型技術特點所定義，具有高傳輸速率、泛在網、功耗小、低延遲、萬物互聯、重構安全性等特點。5G 是以4G 為基礎發展起來的[1]，除了在延遲、速度、功能損耗等層面的升級與提高，還有利于互聯網技術的發展，讓我們更快的進入到智能化網絡時代。隨著時代的發展，5G 已經成為我國互聯網建設的關鍵。政府部門非常重視5G 技術產品及相關產業的發展，加大在集成芯片、系統軟件、終端設備等產業上的支持，重視5G 在我國標準的研制工作，加大5G 互聯網建設，切實打造5G 精品互聯網。能夠看到，在產業鏈多方的參與下，5G 移動互聯網的發展會越來越好，5G 的智能化、高率開放、架構變革也會進一步促進承載網構架的發展[2]，充分發揮5G 技術在協同管控、高精度同步、靈活組網等方面的優勢，滿足智慧環保體系多元化業務協同發展要求，實現前端業務與后端數據的迅速、高效互聯互通。

2.2 5G技術

5G 技術主要包括網絡架構技術和無線空口技術。

網絡架構技術以確保互聯網的低延遲、高可靠性為主。網絡切片技術屬于網絡架構技術的一種。網絡切片簡單來說就是為適用特殊應用情景或運營模式的通信服務的一組邏輯網絡功能集合，是通過物理基礎設施來完成服務功能，這些邏輯網絡功能能夠看作是EPC 中的網絡功能下的系列子功能。借助網絡切片技術可以在獨立的物理網絡上形成多個邏輯網絡，防止為每個服務建設一個專用物理網絡，大大降低了成本。

無線空口技術用以提高移動寬帶，大規模天線技術也屬于無線空口技術的一種。大規模天線技術主要以多用戶波束形成原理為基礎[3]，在基建端設置上百根天線，讓多個目標同時接受調制波束。借助空間信號隔離還能夠達到一個頻率資源多種信號同時傳輸的目的。可以看出，無線空口技術的應用可以加大空間資源的挖掘，提升頻帶資源使用效率，幾十倍的提高網絡容量[4]。

3 5G在智慧環保中的應用

3.1 基于5G技術的智慧環保系統構建

5G 技術在智慧環保系統中的應用主要體現在感知層、網絡層與應用層三個層面，結構如圖1 所示。

圖1 基于5G技術的智慧環保系統結構

感知層包括廢棄、水質、氣候等監測監測設備。目前環境保護管理的關鍵難點是未能取得充足的監管數據，許多檢測工作依靠人力進行事后處理。在此基礎上建立以5G 技術為基礎的物聯網智能終端可以實現對環境中水質、流量、水位、雨量、空氣質量等的全面檢測。同時，基于5G 技術的終端設備功耗低、安裝便捷、維護保養成本低。網絡層具體包括現場5G 基站設備。通過5G 技術可以完成傳感器設備的信息收集、傳遞與云端存儲。應用層也稱為服務器應用，是以感知層5G 網絡信息為基礎，通過數據信息的深度挖掘與分析來實現氣象預警、水質分析、安全監測、土壤分析等功能。

3.2 5G技術在智慧環保中的實際運用

（1）推動環保物聯網終端智能化。物聯網終端做為組成生態環境保護監控管理體系的終端，是實現空氣、水、土壤、固體廢棄物、噪音等環境因素變化實時監測的基礎。伴隨著廣大群眾對生態環境要求的提升，環保檢測范疇也愈來愈廣，檢測任務更加繁瑣，人們對智能化環保監測方法與設備也提出了更高的要求。5G技術的發展授予智能化終端強大的聯接能力與計算能力，可以全方位推動智能傳感技術、人工智能可視化檢測終端、環境衛生智慧作業等智能化終端在智慧環保行業的運用，加強終端仿真模擬、任務執行等實際操作，全方位提高終端實行效率。

（2）加強環境保護數據的實時傳輸歸集。隨著環保監測范圍和檢測指標值的擴大與發展，物聯網技術終端在使用過程中也產生了海量的數據。在5G 產業化發展的帶動下，環保數據種類逐漸豐富，從單一數據轉變為全要素數據，數據結構從文本結構開始轉為圖片、視頻等多種結構。5G 技術的應用為數據的傳輸提供了高速、大容量、低延時的信息傳輸通道，讓環保物聯網終端和中心平臺進行更好的連接和溝通，提升終端數據處理效率，促進終端與終端、終端與平臺以及平臺和人的互聯互通。

（3）創新環保應用高效智能化。以海量生態環境數據為基礎的數據信息分析與應用是環保應用智能化的關鍵。5G 技術在生態環境數據價值挖掘與分析中起到基礎支撐的作用，借助數據分析模型與相關推演可形成數據收集、匯聚、分析、模型建立、反饋、共享與提升的閉環模式，把數據信息處理結構反饋給終端與平臺應用，為生態環保管理者提供決策、管理、治理的數據支持。

5G 技術通過創新促進智能化邊緣計算、借助5G 邊緣網關將人工智能程序拓展到邊緣，通過數據源頭的網絡邊緣側提升計算機應用能力的提升和融合，提高算法速度、達到近邊緣智能服務的目的。

4 5G 網絡在智慧環保中的優勢

4.1 實現全方位監測

智慧環保監測中，5G 技術與物聯網技術、大數據等的融合，能夠完成環境和平臺、平臺和人間的信息互動，把污染源數據、誘因、部位、圖片與視頻等傳送到系統中，發出報警，防止環境污染問題出現卻未及時處理事故的出現，實現多個城市之間的聯防聯控、資源共享、共同管理決策。比如可以借助無人機技術、5G、高清攝像頭等實現對環境的不間斷航拍；通過無人船加強對走航檢測數據的檢測，把所獲取的環境數據和水質數據通過5G技術傳輸給平臺與終端設備。同時，通過VR 技術可以進一步做到實景感知和實時觀測。借助5G 技術高速率、低延遲的優點，依靠VR、無人機全天、全地貌的協調能力和無人船的超長期巡航檢測等優勢，進行全數據回傳，創建一體化生態檢測體系。

4.2 數據傳輸精確

現階段智慧環保中傳感器、檢測儀等設備通過WIFI、4G 等方法連接到網絡中，若感應器等設備聯接的總數過多就會產生大量的數據，此時極有可能造成網絡擁擠、廷時、環保數據信息不準確、處理不及時等數據波動的情況，嚴重時還有可能會造成環境污染未被及時發現與處理的問題。要更好地處理上述問題，在感知數據信息用于智能化終端設備時，能夠使用5G 互聯網向客戶設備直接傳送數據信息，在提升客戶操作效率的同時完成對信息的實時判斷，能夠確保數據傳輸的精準性。

4.3 數據分析精準

5G 技術在智慧環保中的應用也給環境大數據帶來了巨大變化，通過大數據分析可以建立多樣的、復雜化模型，使數據分析更加精準。

4.4 智能處理

5G 技術在智慧環保中的應用為使用機器人自動處理污染源提供了可能。當系統檢測到污染源時，可以借助5G 技術把污染源的位置傳送給機器人，機器人接收到數據之后就可以自動進行污染源處理，提高智能化處理水平。

4.5 低碳環保

隨著5G 技術的應用和普及，越來越多的人將會以5G 來替代現有的有線上網，實現數據中心向云端的轉移，以手機來替代電腦，可以減少能源的消耗。另外，在其他條件不變，同等應用規模下，5G 基站的總能耗比傳統寬帶設備更低，更加低碳環保。

結語

隨著我國5G 等信息化新技術的發展，智慧環保領域的建設也取得新的成就，智慧環保行業未來發展前景廣闊，不過也存在風險和挑戰。智慧環保的建設要不斷融入新技術，結合環保業務的新形勢需要，提升環保部門治理能力和公眾對環境的滿意度。