5G技術在生態環境保護工作中的應用探討

勒偉青

摘要：當前生態環境管理信息化面臨系列挑戰，制約了生態環境保護工作的開展，必須加快信息技術的應用。本文探討了以5G技術為主的新信息技術在生態環境保護業務領域的應用，提出了進一步深度應用的技術關鍵點，為構建智慧高效的生態環境管理信息化體系提供思路。

關鍵詞：5G技術;生態環境保護;信息化

推動信息技術與生態環境保護業務深度融合，使信息化成為生態環境保護工作的“四梁八柱”，是生態環境保護工作的重要內容，是打好污染防治攻堅戰、構建現代環境治理體系、建設美麗中國的支撐保障[1]。要落實《中共中央 國務院關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》提出的構建智慧高效的生態環境管理信息化體系，還需加快推進5G、物聯網、大數據、云計算等新信息技術在生態環境保護領域的建設與應用，以信息化、數字化、智能化助力實現智慧高效。

1 生態環境管理信息化面臨的挑戰

面對“十四五”期間更加繁重的生態環境統一監管任務，生態環境管理信息化也面臨系列挑戰，主要表現在以下幾個方面：

（1）基礎數據不全、自動獲取程度低。如地下水、農村環境、農業面源、生物多樣性等方面數據缺乏，大氣、地表水自動監測網還在不斷完善，污染源自動監控規模偏小，對土壤、生態、輻射、固廢危廢、揮發性有機物（VOCS）等要素的監測仍以人工為主，數據實時性不強。

（2）全過程監管不足、技術手段較單一。環境監管是一個系統工程，僅依賴單一來源數據難以做出實時準確的判斷。如污染源在線自動監控以監測末端污染物排放濃度為主，缺少對用水、用電、用料和污染物產生、收集、治理和排放全過程的監管信息，數據的真實性和有效性不足。

（3）數據來源分散、關聯應用程度不高。數據來源于在線監測、自動監測、手工填報、污染源普查、排污許可、環統以及互聯網等多種渠道，缺少多源融合校驗，數據的整合關聯應用也不夠，如污染源與環境質量綜合關聯分析不足、在線監控數據尚未有效應用于排污權交易等。

（4）事前監管和預警預報能力偏弱。由于數據的采集、整合、關聯、共享及實時傳輸能力不足，當前政府部門更側重于對環境污染的被動監測和事中事后監管，事前監管和預警預報能力亟待提升。

以上種種，都制約了生態環境保護工作的開展，必須進一步加大新信息技術在生態環境保護工作中的應用力度，而5G技術將在其中發揮重要作用。

2 5G技術特性與應用特征

2.1 5G的技術特性

5G是第五代移動通信技術的英文簡稱，其技術特性可概括為高帶寬、低時延、廣連接和高安全。5G的峰值速率達10-20Gbps、用戶體驗速率為1Gbps，可滿足高清視頻、VR（虛擬現實）、AR（增強現實）等大流量的傳輸需求;空中接口時延低至1ms，僅4G的十分之一，傳輸可靠性達99.99%;連接能力達每平方公里100萬個終端，且從基礎架構上保證數據安全，促進了萬物互聯。

2.2 5G的應用特征

國際標準化組織“3GPP”為5G定義了三類具體應用場景[2]：增強移動寬帶、超高可靠低時延通信和海量機器類通信。增強移動寬帶主要面向移動互聯網數據爆炸式增長，能在流量熱點區域依然提供高速、穩定的傳輸;超高可靠低時延通信主要面向智能無人駕駛、遠程精確控制等應用場景，能為用戶真正帶來身臨其境、沉浸式的體驗;海量機器類通信主要面向智慧城市、環境監測等以傳感和數據采集為目標的應用場景，具有小數據包、低功耗、海量連接的特點。

可以看出，5G技術的應用與發展，將物聯網、人工智能、大數據、云計算、VR等新信息技術有力地聚集融合在一起，推動全行業數字化轉型，為傳統行業發展注入了新動能、帶來了新機遇。

3 5G技術在生態環境保護工作中的應用

3.1 在環境監測中的應用

5G技術能提升監測終端的工作效能和數據實時性，使監測網絡更加“耳聰目明”。更加豐富監測手段，高清視頻、無人機高光譜成像等一批大數據流量手段將廣泛運用，推動單一數據監測向綜合監測轉變，實現“一處布點、多要素采集”;進一步織密監測網絡，一方面可加密點位實現高密度采集，一方面可更多配置無人機、無人船、走航車等移動式終端，利用5G網絡實時傳輸視頻和數據，彌補點位覆蓋面不足。目前，雄安新區在國內首次搭建了基于5G技術“天地一體化”環境監測體系[3]。基層監測能力也將得到加強，省、市技術專家可通過遠程操控、視頻會商等方式，對區縣開展應急和執法監測進行精準幫扶指導。

3.2 在污染源監控中的應用

5G與物聯網、人工智能等技術結合，可促進“非現場、不接觸”監管新模式的發展。對固定源的排放、工況數據進行全過程、高密度采集后，用人工智能對數據進行深度學習，訓練出更加科學、智能的預測預警模型，然后將實時預測數據反饋給終端，有利于第一時間組織反控;對機動車、非道路移動機械、高風險移動放射源等移動源，通過車載終端實時監控其位置、排放和載物信息等，實現“能定位、能預警、能追溯”;對工地揚塵、秸稈焚燒等面源，可在周邊安裝全景視頻監控，或用無人機按預設路線進行巡視，通過5G與邊緣計算相結合，自動識別和鎖定污染現場，及時向監控中心告警并發送相關視頻和圖片，比人工監控更精準高效。

3.3 在環境執法中的應用

環境執法貴在精準，5G技術則為提高執法精準度提供了新路徑。“非現場、不接觸”的監控新模式將部分執法環節從線下轉到線上，線下更突出精準，減少了對企業正常生產的干擾;針對基層執法能力不足，可為執法人員配置便攜式的智能化移動執法終端，后臺則通過對監測、監控、督察、信訪等數據進行關聯分析為執法人員提供實時支持，提高單兵現場精準執法能力;進入危險、有害區域取證，或遇設有水下暗管等人眼難以識別的情形時，可用無人機（船）等搭載執法智能機器人、“5G+VR”全景攝像機進行巡查，采樣數據和圖像、視頻實時回傳指揮中心，實現線上線下協同執法。

3.4 在環境應急中的應用

近年來5G技術在各領域頻發的應急事件中大展身手，在環境應急的預警、溯源和處置等環節中也將發揮重要作用。在化工園區、尾礦庫和采選、冶煉等重點企業的內外敏感區域布設高密度預警站，在制高點或用無人機對有毒有害污染物進行光譜特征偵測巡測，形成感知精準、反應迅速的預警體系;突發水環境事件時，利用廢水在熒光光譜中表現出的“水質指紋”[4]，傳回大數據中心同污染源水質指紋數據庫進行比對，精確快速溯源排污行業或企業;利用衛星遙感和無人機航拍的高密度數據，在異地快速構建事故發生地的三維仿真模型[5]，結合污染擴散模型和應急監測數據、現場視頻等，可視化展現事故現場及周邊情況，環境應急專家線上同步進行分析，共同為應急處置提供全面、直觀、科學的決策支持。

4 5G技術在生態環境領域深度應用的關鍵點

4.1 研發新一代生態環境監測監控終端

著眼開展生態環境綜合性監測需求，研發滿足多要素同步監測、形式多樣、信息密度高的新一代監測監控終端。除采集和發送數據外，終端還應具備基于5G的邊緣分布式計算能力，如在本地進行污染物特征分析、圖像視頻檢測識別等，實現去中心化計算，提高數據運算與傳輸效率，提升監測監控的時效性。

4.2 搭建高速泛在的生態環境基礎網

著眼海量生態環境數據高速穩定傳輸的需求，依托環保專網、電子政務外網、互聯網和移動通信網、衛星通信等基礎設施資源，搭建高速、泛在的生態環境基礎網。一方面要加強監測監控終端到基站的通信能力，將4G、5G及“NB-IoT”（其于蜂窩的窄帶物聯網）等多種異構網絡融合，使數據傳輸更加穩定和實時;一方面要升級核心骨干網和核心承載網，暢通基站到生態環境大數據中心、環境監控與應急中心的高速通道。

4.3 訓練基于人工智能的大數據能力

5G技術解決了大數據背景下的數據傳輸速率問題，但還需要智慧的“大腦”才能確保數據流向正確的地方。在生態環境大數據中心的基礎上，開發基于人工智能的深度學習模型，對歷史沉淀的和實時采集的海量數據進行訓練學習，建立健全數據間的關聯關系，形成全天候、智能化的數據分析、目標識別和預測預警能力，服務科學管理決策。

5 結論與展望

5G通信技術是數字時代的高速公路，為各行各業數據高效流通、共享與應用提供了基礎，在生態環境保護工作中的應用前景十分廣闊。雖然現在5G技術還存在諸多缺陷，距離全面普及還有差距，但隨著技術的發展與完善，其同生態環境保護具體業務的結合點還將不斷增多。同時，5G技術將物聯網、人工智能、大數據、云計算等新信息技術有力地聚集融合在一起，必將推動生態環境保護業務流程發生變革、促進數字化轉型，這為提高生態環境管理信息化能力和水平提供了新的技術手段與契機。（作者單位：湖南省生態環境事務中心）

參考文獻：

[1]章少民.中國生態環境信息化：30年歷程回顧與展望[J].環境保護，2021，49（2）：37-44.

[2]許偲.5G通信技術及應用場景研究[J].信息通信，2020（03）：261-262.

[3]徐愛蘭，耿建生.基于5G與AI的生態環境監測網絡平臺探討[J].環境監測管理與技術，2021，33（3）：5-8.

[4]梁鴻，王文霞，蔣冰艷，等.水污染預警溯源技術應用案例研究[J].環境影響評價，2021，43（2）：56-60.

劉銳，姚新.環境應急信息化理論與實踐[M].北京：科學出版社，2012：67.

[5]劉銳，姚新.環境應急信息化理論與實踐[M].北京：科學出版社，2012：67.