簡析5G如何應用在智慧工業園區

中國信息通信研究院廣州分院|靳欣欣

隨著產業互聯網的發展和技術革命的不斷升級以及數據量的全面爆發，智慧園區對通信技術的升級要求越來越迫切，5G網絡在智慧園區具備良好的應用前景。

隨著產業發展和技術變革的不斷深入，智慧園區建設對于通信技術提出了更高和更多的要求，筆者將從5G本身的特性和產業發展、技術應用的需求出發，探究智慧工業園區通信升級的必然性，分析5G在智慧工業園區中的幾個典型應用場景。

新技術推動智慧園區建設

“智慧園區”的概念出現在“智慧城市”之后，是“智慧城市”的重要表現形態和縮影。隨著城市化發展的加速，部分城市尤其是經濟較為發達的大型城市，飽受“城市病”困擾。“智慧城市”一詞應運而生，包括美國、新加坡、丹麥、英國以及中國在內的眾多國家將智慧城市作為城市發展的長期國家戰略。中國將北京、上海、天津等90個城市納為首批智慧城市試點建設區域，要求加快智慧城市建設，提升城市智能化、精細化、科學化管理水平。在“智慧城市”概念之后，“智慧園區”也逐步進入公眾視野，國家頒布多項政策鼓勵建設智慧園區。

智慧園區既反應了智慧城市的主要體系模式和發展特征，又具備了不同于智慧城市的發展模式的獨特性。由于園區定位于集聚產業發展，因此與智慧城市不同的是，智慧園區的設計和建設更加注重對產業鏈上中下游聯動發展的推動，更加注重服務園區企業需求。

隨著移動通信技術的發展，人類進行信息交互的手段更加高效。但互聯網與實體經濟的融合還需要拓展更多的業務場景，創造更大的連接規模和更豐富的應用場景。4G技術不能滿足社會發展對移動通信技術的要求，亟需一種更能適應復雜場景、傳輸性能更佳的新一代通信技術來滿足產業發展和人們生產生活的需求，5G技術應運而生。

智慧園區的規劃設計和建設需要通過BIM（建筑信息模型技術）、物聯網、地理信息技術、云計算等技術實現，無人駕駛、物流追蹤、遠程管理、遠程醫療等移動和遠程管控等應用場景的需求不斷增長，需要5G網絡支持1～10Gbit/s的空口傳輸速率，網絡時延能夠從100ms（4G）降低到1ms（5G）。物聯網傳感技術的發展、電子設備的迅猛增多、智能辦公設備增加、工廠智能裝備發展等都要求網絡能夠支撐更大規模的連接。以自動駕駛為例，需要依托5G網絡實現車輛、信號燈、道路感應線圈、智能總控平臺間的無縫連接和互動，且時延在毫秒級。

5G在智慧工業園區應用的典型場景

從實際應用來看，全國各地建設的“智慧園區”很多，一定程度上實現了信息化和智能化。但由于技術和成本問題，目前的智慧園區只能實現簡單的系統集成，并沒有實現真正的“智慧”。

隨著產業互聯網的發展、技術革命的不斷升級以及數據量的全面爆發，5G網絡在智慧園區具有良好的應用前景。筆者總結出5G技術在智慧園區有以下幾種典型應用場景。

推動智慧工廠升級

智慧工廠是現代工廠信息化發展的新階段，是在數字化工廠的基礎上利用物聯網和設備監控等技術加強信息管理和服務能力，集合智能化系統和技術等，全面系統掌握供應鏈全流程，以實現生產的高可控性、高效性，減少人工干預，及時準確地進行數據采集、合理規劃/優化生產進度等，構建一個高效節能、綠色環保、環境舒適的工廠。在工業園區中，將5G應用于智能制造中，結合人工智能、物聯網等技術將在以下方面助力實現工廠的智慧升級。

一是助推柔性制造，實現個性化生產。柔性生產是指主要依靠高度柔性的以計算機數控機床為主的制造設備來實現多品種、小批量的生產，這種方式更加靈活，更能夠滿足產品多樣化、個性化生產需求，成為工業生產的重要趨勢。首先，在工廠中應用5G網絡減少機器之間線纜成本的同時，利用高可靠性網絡連續覆蓋，可以大大拓寬機器人的移動范圍，提升其靈活度，在不同場景之間進行不間斷工作及工作內容的平滑切換。其次，5G網絡可以滿足各種差異化的業務需求。大型工廠中不同生產場景對網絡特性和質量要求有所差異，精度要求高的工序關鍵在于控制網絡時延、保證傳輸準確和可靠，高清監控等還要求網絡具備大帶寬的特性。利用5G網絡端到端的切片技術，可以實現同一核心網不同的服務特性，按需靈活調整業務需求等級、類別等。最后，5G可助力構建連接工廠內外的信息生態系統，實現隨時隨地的信息共享，推動個性化生產。通過5G網絡消費者可跨地區參與到產品設計和生產過程中，實時查詢產品動態。

二是實現智能診斷和遠程維護，助力維護模式升級。5G的高帶寬、低延時、廣連接的特性可以使未來工廠的維護模式突破自身邊界。5G應用在設備的遠程識別、診斷、維護以及問題自動識別、修復等方面，可以大大提高工廠尤其是大型工廠/供應商的生產運行效率，降低成本。5G網絡使智能系統有能力對設備的狀況進行智能化地實時監測和問題診斷。工廠的每個物體都具備一個唯一的IP，工廠內外的相關人員也擁有了可識別的IP，智能化系統可根據設備狀態信息對設備進行智能診斷，“機器人端”收到信息后可進行自動維護，同時將信息實時傳輸到“人端”，維護人員根據設備的狀態和機器人發出的需求信息進行交互操作。另外，5G網絡能夠幫助實現遠程如臨現場的“真實維修”。5G網絡能夠實現VR和遠程感知設備的信息及時、大量傳遞，即使相隔幾萬里的不同專家也可以各自通過VR和遠程觸覺感知設備，第一時間“聚集”在故障現場，人在地球另一端也能把自己的動作無誤差地傳遞給工廠機器人，控制工廠中不同機器人進行下一步修復動作。

三是賦能工業機器人，提升生產智能化水平。5G賦予工廠系統更大的數據存儲能力、更快的數據處理能力，5G與大數據、云計算等技術結合能夠構建更加智能化的工業互聯網架構，實現數據的智能處理和信息分發，這將大大縮短各個環節的處理時間，降低成本。另外，隨著人工智能技術的不斷發展，未來智慧工廠中的智能機器人將能夠代替人的工作，進行更加高級的生產協調/決策。

提升安防智慧水平

一直以來，由于視頻信號數據量大、實時性要求高等問題，4G在安防領域的應用受限于帶寬資源有限、干擾多等因素，5G技術的出現為智能安防提供了解決方案。以“智慧門禁+無人機+智能巡檢機器人”的智能安防方案為例，通過5G網絡，結合人工智能、紅外識別等技術，可實現無人機和機器人24小時自動巡檢，對來客進行自動識別，自動檢測煙霧、有毒氣體等異常情況，并實時監測空氣質量等。同時5G網絡賦予了智能安防系統優越的傳輸和響應能力，使得不同的業務分支之間可以實現交互響應。以無人機和巡檢機器人的交互響應為例，當無人機發現地面的異常時，可“通知”巡檢機器人到現場進行異常復檢/確認，巡檢機器人進行響應并將確認結果發回無人機，從而決定“繼續警報”或者“消除警報”。

助力“智慧交通”發展

“借力”無人機可實現全范圍智能巡邏。傳統的交通巡邏需要人力，遇到交通事故時，只能人力駕車到達，而在交通事故出現后，尤其容易出現路段堵塞等情況，通過5G+無人機則可以實現24小時全路段巡邏，可實時跟進交通事故現場的情況，遠程協調指揮事故現場。未來，交通部門甚至可以借助VR技術實現“面對面”的事故處理。

“借力”人工智能，助力“智慧停車”。當前，以人工智能為基礎的人臉識別廣泛應用在跨境通關、站臺安檢等交通出行領域，這種一對一識別相對比較簡單，而車牌識別屬于一對多識別，信息采集系統需要經過長時間的深度學習才能實現快速識別、精準識別。相比于4G來說，5G的網絡速率將達到4G的100倍，而時延則是4G的1/10，可即時實現云接入，同時，5G海量連接的優勢將為智慧停車場景帶來全新體驗。應用5G網絡，結合物聯網技術，可實現智能汽車的車-車、車-地、車-人信息交互，停車位精準定位與智能導航等場景。

社會和產業發展要求通信升級，其關鍵性能的提升可通過5G技術實現。數據量爆發式增長對網絡傳輸能力也提出更高要求，以5G為代表的新技術在智慧園區有著良好的應用前景，智慧園區的變革之路已開始。