5G在環(huán)保信息化中的應(yīng)用分析

李培君 單吉祥

摘要：為了改善環(huán)境問題，政府積極推動環(huán)保信息化的工作，同時隨著5G技術(shù)的成熟和普及，環(huán)保信息化將會得到進(jìn)一步的發(fā)展。首先對環(huán)保信息化的功能、5G的特點進(jìn)行介紹，再對智慧環(huán)保中5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，然后重點分析了5G網(wǎng)絡(luò)在智慧環(huán)保中的應(yīng)用及優(yōu)勢，最后進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：5G;環(huán)保;信息化;物聯(lián)網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）32-0135-02

1概述

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，環(huán)境問題日趨明顯。為了提高人民的生活質(zhì)量，黨的十九大把環(huán)境污染防治列為我國三大攻堅戰(zhàn)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(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，實行最嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護制度。同時生態(tài)環(huán)境部機構(gòu)改革、環(huán)保體制改革以及環(huán)保“費改稅”等措施都意味著政府對于環(huán)保治理的決心和魄力。而智慧環(huán)保有利于提高環(huán)境治理效率，及時準(zhǔn)確地將有效信息提供給環(huán)保部門，相關(guān)部門根據(jù)分析結(jié)果采取措施。但我國的環(huán)保信息化工作仍在發(fā)展過程中，目前存在數(shù)據(jù)共享程度低、信息公開力度不夠、數(shù)據(jù)口徑不一致、信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，因此應(yīng)完善環(huán)保信息化建設(shè)工作，保障環(huán)境治理效率。而5G的出現(xiàn)，能夠大大提升數(shù)據(jù)的安全性與傳輸速率，從而推動智慧環(huán)保的進(jìn)一步發(fā)展。

2智慧環(huán)保

智慧環(huán)保是指為了達(dá)到改善環(huán)境質(zhì)量、提高生活品質(zhì)的目的，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)對環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)等管理要素進(jìn)行全面的感知、采集、傳輸并進(jìn)行存儲、分析處理、深度挖掘和數(shù)據(jù)共享，最終實現(xiàn)智能決策、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同。

智慧環(huán)保建設(shè)方案嘲包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、服務(wù)層、完善的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)體系和運行保障體系，用戶包括省環(huán)保廳、市環(huán)保局、區(qū)縣環(huán)保局、企業(yè)和公眾。

智慧環(huán)保是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與環(huán)境信息化相結(jié)合的概念，其特征可以歸結(jié)為4個方面：

感：利用傳感器等設(shè)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(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測、捕獲和傳遞，對指標(biāo)信息進(jìn)行全方位、透徹地感知;

傳：利用環(huán)保專網(wǎng)、運營商網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合4G/5G、衛(wèi)星通信等技術(shù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至個人電子設(shè)備、組織和政府信息系統(tǒng)，同時進(jìn)行信息交互和共享;

析：以云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段將海量環(huán)保指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，實現(xiàn)存儲、數(shù)據(jù)挖掘和模型分析，有助于管理部門進(jìn)行決策;

視：將數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行大屏展示，更加清晰明了。

3 5G特點

移動通信技術(shù)經(jīng)歷了2G、3G、4G的發(fā)展過程，5G將不同于2G、3G、4G，不再由某項業(yè)務(wù)能力或者某個典型技術(shù)特征所定義。5GPa是在4G的基礎(chǔ)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(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，幫助我們進(jìn)入智能互聯(lián)網(wǎng)時代。5G有六大特點：高速率、泛在網(wǎng)、低功耗、低時延、萬物互聯(lián)和重構(gòu)安全。

如今，5G已成為我國網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要方向。政府要求繼續(xù)推動5G技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)系統(tǒng)、芯片、終端等產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步成熟。組織開展5G國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)研制工作，加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程，著力打造5G精品網(wǎng)絡(luò)。可以相信，在產(chǎn)業(yè)鏈各方的努力下，5G移動網(wǎng)絡(luò)會越來越成熟，5G的智能靈活、高效開放、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變革，推動承載網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)步并具備網(wǎng)絡(luò)切片、靈活組網(wǎng)和調(diào)度、協(xié)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(yuǎn)程信息處理、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能測量、無人駕駛和智慧環(huán)保等新興行業(yè)差異化業(yè)務(wù)承載需求，實現(xiàn)萬物互聯(lián)。

4 5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)用于保證網(wǎng)絡(luò)的低時延、高可靠的性能。其中網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)中的一種，網(wǎng)絡(luò)切片呵以理解為支持特定使用場景或商業(yè)模式的通信服務(wù)要求的一組邏輯網(wǎng)絡(luò)功能的集合，是基于物理基礎(chǔ)設(shè)施對服務(wù)的實現(xiàn)，這些邏輯網(wǎng)絡(luò)功能可以看作是由EPC下的網(wǎng)絡(luò)功能分解而來的一系列子功能。通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，從而避免了為每一個服務(wù)建設(shè)一個專用的物理網(wǎng)絡(luò)，這是非常節(jié)省成本的，同時能夠滿足移動寬帶、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（智慧城市、智慧環(huán)保、車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無人駕駛等領(lǐng)域）等的需求。

無線空口技術(shù)。無線空口技術(shù)用于增強移動寬帶，大規(guī)模天線技術(shù)是無線空口技術(shù)中的一種。大規(guī)模天線技術(shù)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(shù)）的原理，在基站端布置幾百根天線，對幾十個目標(biāo)接收機調(diào)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?guī)资兜靥嵘W(wǎng)絡(luò)容量。

5 5G在智慧環(huán)保中的應(yīng)用

5G在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用主要在于感知層，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層架構(gòu)，如圖2所示。

感知層，主要包括各類水質(zhì)、氣候、廢氣監(jiān)測的檢測設(shè)備。當(dāng)前環(huán)保的管理最主要的問題是沒有充分獲得監(jiān)管數(shù)據(jù)，很多監(jiān)測工作依賴人工即事后處理。此時安裝基于5G的物聯(lián)網(wǎng)智能終端，包括水質(zhì)傳感器、水位計、流量計、雨量計、結(jié)構(gòu)安全傳感器、空氣質(zhì)量傳感器等，可以滿足環(huán)境全面檢測的需求。終端設(shè)備具體功耗低、安裝部署方便、維護成本低的特點。

網(wǎng)絡(luò)層，主要包括布設(shè)現(xiàn)場的5G基站設(shè)備，5G能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)收集，并上傳至云端。

應(yīng)用層即服務(wù)器應(yīng)用，有了感知層5G網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和挖掘，提供結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測、水文雨情分析、土壤分析、水質(zhì)分析、氣象警報預(yù)報等。

6 5G網(wǎng)絡(luò)在智慧環(huán)保中優(yōu)勢

1）實現(xiàn)全方位監(jiān)測。在智慧環(huán)保環(huán)境監(jiān)測方面，5G和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)結(jié)合，可以實現(xiàn)環(huán)境與平臺、平臺與人之間的實時信息交互，將污染源的數(shù)據(jù)、成因、位置、圖片傳輸?shù)较到y(tǒng)中，發(fā)出警報，避免出現(xiàn)污染事件發(fā)生但沒有及時發(fā)現(xiàn)的事故的出現(xiàn)，多個城市之間可以實現(xiàn)聯(lián)防聯(lián)控、共享數(shù)據(jù)、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(xù)航拍，無人船不間斷走航監(jiān)測實時回傳數(shù)據(jù)，將拍攝的環(huán)境狀況及水質(zhì)數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)實時回傳至平臺及終端，達(dá)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(yōu)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(jiān)測等特點，實時全景、全數(shù)據(jù)回傳，建立“天地一體化”生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

2）數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確。目前智慧環(huán)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(wǎng)絡(luò)的，當(dāng)連接的傳感器等儀器數(shù)量過多產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)時，極有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁堵、延時、環(huán)保數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)處理不及時和信息不準(zhǔn)確等數(shù)據(jù)波動問題，甚至?xí)a(chǎn)生污染問題沒有及時發(fā)現(xiàn)和處理的惡劣影響。為了解決此問題，在感知數(shù)據(jù)信息用于智能終端設(shè)備之中時，可以利用5G網(wǎng)絡(luò)向用戶設(shè)備直接傳輸數(shù)據(jù)信息，在優(yōu)化用戶操作的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對信息的實時判讀，可以保證數(shù)據(jù)及時傳輸和準(zhǔn)確性。

3）數(shù)據(jù)分析精確。在5G時代，環(huán)境大數(shù)據(jù)也將發(fā)生重大變化。大數(shù)據(jù)分析可以建立更多更復(fù)雜的計算模型，環(huán)保數(shù)據(jù)分析更加精確。

4）智能處理。5G的出現(xiàn)可以使智能環(huán)保機器人自動處理污染源變?yōu)楝F(xiàn)實。當(dāng)監(jiān)測器發(fā)現(xiàn)污染源時，可以利用5G將地點傳送給機器人，讓環(huán)保機器人自動前往污染地進(jìn)行處理，甚至可以抓獲破壞環(huán)境的不法分子。

5）快捷經(jīng)濟。智慧環(huán)保與5G相結(jié)合更加快捷經(jīng)濟，智慧環(huán)保智能終端通過5G連接，5G將摒棄傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布線式連接，實現(xiàn)智能終端的小型化和性能化;5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)下的智慧環(huán)保構(gòu)建和維護無需更復(fù)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(huán)保終端和手機快速連接，從而減少了網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備數(shù)量，減少成本，具有較高的經(jīng)濟價值。

6）低碳節(jié)能。當(dāng)5G普及后，人們會用5G替代有線上網(wǎng)，將數(shù)據(jù)中心遷移至云端，將來手機也有可能取代電腦，在同樣的應(yīng)用規(guī)模下，5G基站的總能耗相比寬帶設(shè)備反而更加節(jié)能了。

7總結(jié)

智慧環(huán)保領(lǐng)域?qū)⒔柚袊畔⒒l(fā)展勢頭繼續(xù)前行，我們能看到智慧環(huán)保行業(yè)未來廣闊的發(fā)展前景，當(dāng)然同時也存在挑戰(zhàn)。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用，智慧環(huán)保也將借助5G的高速率、低時延的優(yōu)勢得到進(jìn)一步的發(fā)展，實現(xiàn)真正意義上的智慧環(huán)保和信息共享，有效助力國家發(fā)展。