故宮博物院的5G通信技術建設實踐

關鍵詞：故宮博物院；5G通信；數字化建設

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）03-0085-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0引言

故宮博物院作為中國文化遺產的重要代表之一，擁有豐富的文物資源，吸引著來自全球的游客和學者。然而，由于其建筑規模龐大，且收藏有珍貴的文物，使得管理和保護工作面臨著巨大的挑戰。傳統的通信技術已經不能滿足日益增長的數字化工作需求。隨著“數字文物”概念的提出，以及網絡技術特別是5G技術的發展，新的更具包容性和指導性的“數字故宮”理念應運而生[1]。5G通信技術為博物館提供了更快速、更可靠的通信網絡，支持實時監控、視頻會議、數字展覽、云直播等應用，為故宮博物院的管理和保護帶來了新的可能性。因此，引入先進的5G通信技術成為必然選擇。

1 5G通信技術建設的啟動

1.1 5G通信技術特點

5G通信技術的核心原理包括高頻率頻譜利用、毫米波傳輸、大規模MIMO技術、波束賦形、低延遲通信和網絡切片技術。首先，5G采用了更高的頻率范圍，如毫米波，以提供更大的帶寬和更快的數據傳輸速度。然而，毫米波的傳播距離較短且易受阻擋，因此需要使用更密集的基站部署。結合故宮博物院城墻厚、規模大、建筑密集的特點，計劃在室外與室內分別架設基站以保持信號強度。其次，大規模MIMO[2]（MIMO代表“多輸入多輸出”，是一種無線通信技術，通過同時使用多個天線來傳輸和接收數據。在MIMO 系統中，發送端和接收端都配備了多個天線，這些天線之間相互獨立，可以同時傳輸多個數據流。通過利用空間多樣性和信號處理技術，MIMO技術可以顯著提高信號傳輸速率、系統容量和數據可靠性） 技術，通過多個天線來增強信號質量和覆蓋范圍，這種技術可以提高網絡容量和效率，使得信號可以更精確地傳輸到特定的用戶設備。MIMO系統可以利用多個天線接收到的多個信號來抵消干擾，提高信號的抗干擾性能。另外，波束賦形技術可以調整信號的方向性，以增強傳輸效率和覆蓋范圍，從而進一步提高網絡性能。

1.2院內通信基站現狀

故宮博物院原有4G信號基站美化樹6個，然而受限于城墻厚度、高度等因素，這些基站的覆蓋范圍并不是特別理想。隨著各種高清短視頻、直播等平臺的興起，現有通信網絡已經無法滿足觀眾需求。

1.3 5G與故宮博物院

2018年12月，工信部向三大運營商發放5G頻率實驗許可。2019年3月15日故宮博物院與華為技術有限公司簽訂5G戰略合作協議，雙方共同推進國家5G先進應用示范項目，樹立全球5G業務標桿。2021 年5月17日，工信部副部長劉烈宏在世界電信和信息社會日大會的主旨演講中表示，“十四五”是我國5G 規模化應用的關鍵期。要加強規劃引領，系統化推進5G應用發展；夯實產業基礎，提升網絡供給能力，自此新進網5G終端將默認開啟5G獨立組網（SA） 功能；要豐富融合應用，拓展重點行業應用，提煉典型應用場景。故宮博物院為貫徹落實黨的十九大和習近平總書記系列重要講話精神，保護、傳承、利用民族文化遺產弘揚中國傳統文化，利用5G技術助力故宮高水平、高質量的數字化、信息化、智慧化建設。在2019年將5G技術引入院內，將原有通信設備進行升級，在游客游覽體驗得到提升的同時，助力故宮數字化發展。

1.4 故宮博物院信息化建設現狀

自1998年正式成立了資料信息中心起，故宮博物院就確立了“以信息化作為杠桿和支點，改造傳統的博物館，使故宮博物院盡快躋身世界一流博物館之列”的信息化發展目標[1]。二十多年來，故宮博物院的信息化建設迅速發展， 2019年7月，故宮博物院開發完成“數字文物庫”項目并首次在官網發布，一次性公布了5萬件文物藏品的高清圖片，將數據庫的“管理”功能向著為公眾提供文物基本信息和高清影像的檢索、瀏覽“服務”方向轉化。在同一年當中，“數字多寶閣”欄目在故宮官網上線。該欄目基于故宮院藏文物（立體文物） 的文物超高清三維影像鑒賞欄目，主要提供文物的超高清三維影像，包括“金銀錫器”“青銅器”“玉石器”“文房用品”“琺瑯”“竹木牙角匏”“璽印”“陶瓷”“雕塑”“玻璃器”“宮廷宗教”以及“漆器”在內的12 種文物類別下，總計128件院藏文物（立體文物） 的超高清三維影像在互聯網上向公眾開放展出。該欄目每月推出一件專題文物，通過深度解讀專題文物信息，為觀眾提供包含音頻、視頻、互動等多種形式在內的觀賞體驗。自此，故宮博物院向觀眾開啟了線上三維文物展示平臺。。

1.5 5G通信技術優勢

1）更高的數據傳輸速率。5G技術采用了更廣的頻譜和更高的頻率，使得數據傳輸速率大幅提升。相比4G，5G的理論峰值速率可以達到數十倍甚至百倍以上，這意味著可以更快地下載和上傳大容量數據，進而提升觀眾游覽體驗。

2）更低的傳輸時延。5G技術將網絡傳輸時延（延遲） 降至最低水平，可以實現毫秒級的傳輸時延。故宮博物院作為國際化博物館，國內外視頻會議、公眾直播等業務與日俱增，5G通信技術的建設可以提高應用的響應速度和實時性。

3）更大的連接密度。5G技術支持更多的設備同時接入網絡，具有更高的連接密度。這意味著在同一區域內可以連接更多的設備，如智慧園區、遺產檢測等，為數字化故宮提供更好的支持。

4） 更可靠的網絡連接。5G技術通過引入更高級的信號處理和糾錯技術，提高了網絡連接的穩定性和可靠性。在高速移動或復雜環境下，5G網絡能夠更好地保持穩定的連接，減少信號中斷和丟包現象，提升故宮院內辦公效率。

2 5G網絡建設

2.1故宮博物院網絡環境

1） 有線網絡方面。故宮信息網絡系統的建設是依據其特殊的地理位置、較為分散的辦公環境以及用戶的實際使用要求而設計的。截至2011年底，主干光纜已經基本覆蓋整個院區（包含辦公區域以及觀眾開放區域） 。2019年，故宮的骨干網絡達到50余千米（地上光纜和地下光纜） 以及100多處節點機房散布在故宮各個角落。中心機房主干光纜的35根；光纖接入的芯數多達1000 多芯。故宮博物院中心機房誕生于2000年，經過了將近二十年的發展，如今的數據中心使用面積已達到兩百平方米，五十多個機柜內存放著三百余臺服務器、交換機，承載著故宮博物院的各項業務，24小時不間斷地運轉著。

2） 安全方面。數據中心的基礎設施包含供配電、制冷、消防等多個系統，這些系統的正常運轉是保障數據中心平穩運行的首要條件。由于故宮博物院周圍并沒有高大的建筑物，為了將雷擊產生的巨大電流導入大地，避免對中心內部設備和人員產生傷害，數據中心從早期開始便有防雷接地裝置，其屋頂建有一條避雷帶，將雷電引入埋藏于地下的接地極中，數據中心設備靜電同樣會引入此地極。

2.2 游客開放區5G建設

考慮到院內已有室外信號發射器和基站美化樹（見圖1） ，為了減小施工復雜度，同時盡量避免在開放區、古建中間進行大型工程項目，故宮博物院最終采用在原有通信美化樹上進行設備升級，室內展廳加裝信號設備（室分） 的辦法來解決5G信號的搭建問題。在此期間，故宮博物院也對已覆蓋區域進行信號強度測試，從御花園到太和門廣場，自北向南完成中軸線、珍寶館、鐘表館、冰窖等地方的信號測試，戶外信號強度在-30db至-150db之間，滿足手機通信要求。在故宮博物院中線區域滿足基本要求后，先后又在東六宮、西六宮區域進行測試，在未來的5G改造中將著重加強故宮博物院兩側區域信號建設。除了設備搭建工作之外還要進行各個基站管理工作，故宮博物院每月安排運營商對院內通信基站進行安全巡檢，及時處理設備故障排除安全隱患。

2.3非開放區域5G建設及完善

故宮博物院內有上千名員工在辦公，由于故宮城墻高大、厚重的特點，導致很多辦公室內手機信號較弱，部分區域甚至沒有信號。因此，辦公室區域、房屋內采用了和室內展廳相同的5G室內分布方案，每間屋內吊頂均安裝了微型信號發射器，既實現了室內信號全覆蓋，又為未來故宮博物院建立數字化的文物保護和管理系統奠定了基礎。該系統將包括文物的實時監測、遠程文物修復、文物信息數據庫管理等功能，以更好地保護和管理博物館珍貴的文物資源。

截至2023年底，故宮博物院已協調運營商完成了院內6個區域通信美化樹的5G設備更新工作。根據原有網絡系統布局，利用分布在各個區域的分機房，故宮博物院自西向東、自北向南完成了辦公區及開放區室內外90余處5G基站設備的安裝工作，實現了院內70%區域的5G信號覆蓋。

2.4 5G通信設備維護

隨著5G項目的不斷推進，為保障所有通信設施能夠正常運行，相關的維護工作也必不可少。目前，共有聯通、移動、正通、電信4家運營商參與巡檢工作。工作人員每月來院進行維護工作，夏季高溫時則需每周一至三次對派出所基站、花房基站、南大庫基站、鑾儀衛基站、熱力基站、東消防隊基站進行常規檢修，以確保沒有消防安全隱患。

巡檢內容包括：RRU信號設備、交流轉直流電源模塊、制冷換氣設備、電源設備。運營商工作人員每年4-10月每月巡檢兩次，11月至次年3月每月巡檢一次。遇到柳絮高峰期、高溫天氣、沙塵暴等特殊天氣時，會提高巡檢頻率。

巡檢項目包括：基站設備、通風設備、電池設備以及對設備進行除塵。在巡檢過程中，對于不能現場維修的設備，會安排在最短期限內進行維修；涉及用電安全的設備，如需后續更換，則會予以關閉或拆除；如運營商后臺報警，無論白天還是夜間，都會隨時來院搶修。運營商巡檢人員來院對信號基站進行檢查和維護時，院內相關負責人須全程跟隨，第一時間了解信號基站的運行情況，排除安全隱患。如遇設備損壞問題，會及時上報，確保信號基站設備安全運行。為此，故宮博物院制定了相關的巡檢登記表、通風設備備案表、電池設備備案表等標準化表格，巡檢完成或更換設備后進行記錄。

電力巡檢方面，5-10月高溫及黃金周期間，每季度進行兩次巡檢。巡檢內容包括：供電、閘箱安全，基站線纜安全，杜絕基站斷電、損壞等安全問題。2022年，故宮博物院將基站UPS電池拆除，消除了電池鼓包起火的隱患。

3結束語

故宮博物院通過引入5G通信技術，實現了數字化、信息化、智慧化建設的重大突破。隨著5G信號建設的不斷推進，院內許多游客在游覽的同時，開始進行高清短視頻創作、直播等活動。5G技術結合故宮博物院微信小程序（圖2） ，為游客提供了更好的觀展體驗。游客可以通過手機快速查找各個古建筑、展覽、專館以及原狀陳列等基本信息，從而更深入地了解歷史文物背后的故事。智能化的實時導覽服務也解決了在開放區域因手機信號丟失而導致的迷路問題。2020年至2023年，故宮博物院利用5G 信號網絡，成功舉辦了“云賞花慢直播”“何以中國線上直播”等重大線上活動，并嘗試通過5G網絡實現倦勤宅多人互動體驗等項目，即使在疫情閉館期間，也能讓游客觀眾在線觀展。

“發現·養心殿——主題數字體驗展”等數字展覽先后在上海、深圳、福州等地展出，數字故宮也更好地走進了人們的視野。隨著數字技術的普及，人們越來越認可數字形態的內容和資源，并愿意為其付費。付費性質的純數字展覽也被人們所接受，甚至成為熱門的網紅打卡地。5G信號具有高速率、低時延和大連接的特點，今后將幫助故宮博物院的數字展覽更好地“走出故宮”。5G與云計算的聯動，可以實現智能化的安全監控系統，包括高清晰度的攝像頭監控、人臉識別技術、實時警報等，提升故宮博物院開放區域的管理水平。故宮博物院將加快建設以5G為重點的遺產地、旅游景區信息網絡體系，推進5G技術的復合型網絡基礎設施建設，完成基于5G通信網絡的博物館智慧化管理與運維體系架構的設計與搭建，積極研究5G+VR技術在文物保護修復中的應用[3]。未來，在5G 智慧故宮項目的推動下，更多物聯網監測設備[4]將被納入故宮世界文化遺產監測總平臺[5]，完善預警應急體系[6]，進一步提升故宮博物院文物管理和服務水平。此外，5G通信設備也將在故宮博物院北院區進行建設部署，助力打造具有行業示范意義的智慧園區，加快推動故宮博物院建設成為世界一流博物館。在數字展示、遠程參觀、安全監控、文物保護和游客體驗等方面，5G技術將帶來更多應用，推動國家文化事業和文化產業的繁榮發展。