智慧城市中的5G技術全景應用研究

高綺蔚，姜永飛

（陜西通信規劃設計研究院有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

5G技術的普及應用使得社會方方面面發生了巨大的變革，不僅為人們的交流、采購甚至學習等日常生活行為提供了更多的便利，更是推動了社會生產模式以及管理體制的創新發展。此外，5G技術在智慧城市建設和運行管理等領域也發揮著難以忽視的重要作用，而深入研究5G技術在智慧城市中的全景應用，對智慧城市潛能與效能的激發有著重要意義。

1 智慧城市與5G技術概述

1.1 智慧城市概述

智慧城市是現如今城市建設和發展的新理念、新方向，其目標不僅僅是為了更好地滿足城市民眾對高品質生活環境的需求，更是為了構建城市良好經濟環境、優化城市服務體系以及完善城市運營和管理機制，其主要涉及生活、經濟、交通、政務等諸多領域（如圖1所示），而互聯網技術、大數據技術、人工智能技術以及5G技術等現代科技，則是智慧城市建設和運行不可或缺的技術與數據處理平臺[1]。

圖1 智慧城市總體目標示意圖

1.2 5G技術概述

5G技術是指第五代移動通信技術，是以4G系統為基礎發展完善而來的現代科技，其特點與優勢主要體現在以下幾個方面。

（1）具有更高的數據傳輸速率。這是5G技術最為關鍵的特征之一，在該方面與原有的4G技術相比有了很大的提升，能夠為廣大網絡用戶提供更好的使用體驗。

（2）網絡延遲更低。主要是因為5G技術在諸多領域都有了較為顯著的突破和優化，使得5G網絡在連接速率以及連接可靠性等方面有了大幅度的提升，能夠更好地保證網絡數據的高效、穩定、快速傳輸。

（3）網絡普遍性更好。主要是指5G網絡建設會最大限度地追求網絡全覆蓋率，其目的是為了更好地滿足各類復雜場景中不同業務和服務的處理需求。

2 智慧城市中的5G技術

2.1 物聯網、大數據以及云計算技術

物聯網技術是智慧城市實現“智慧”網絡搭建的核心技術之一，但也使得智慧城市在運行過程中會產生大量文字、視頻等不同類型的數據，同時，數據量也會隨著城市的運行而急劇增長，不僅對數據存儲空間有著極高的要求，這些數據信息當中還蘊藏著巨大的價值，此時就需要借助云計算以及大數據技術等現代科技手段對相關數據信息進行處理，進而深入挖掘和真正發揮智慧城市數據信息應有的作用和價值，5G技術在這一過程中主要是提供數據傳輸速率更快且延遲更低的網絡渠道，這也是智慧城市能夠高效、妥善處理龐大數據信息的保障[2]。

2.2 精準定位技術

精準定位技術在智慧城市物流倉儲以及港口等領域發揮著舉足輕重的作用，也是5G技術極為重要的功能之一，雖然目前5G技術中的精準定位技術還存在或多或少的不完善之處，但隨著5G技術研發進程的深入以及技術的不斷成熟，其必然會達到定位精準性更高以及覆蓋范圍更廣等預期目標。

2.3 人工智能技術

人工智能技術是智慧城市建設和運行過程中極為核心的技術之一，主要是由神經網絡等關鍵技術構成，也是現階段信息技術領域較為重要的研究內容，而5G技術與人工智能技術的有機結合，不僅可以大幅度提升智慧城市數據信息處理工作質量和效率，對于智慧城市的正常、穩定運行以及城市管理水平的提升也有著重要意義。

3 智慧城市中5G技術應用面臨的挑戰

3.1 5G網絡建設成本較高

5G網絡與4G網絡都需要借助基站這一設施實現數字信號的傳輸，雖然5G網絡在數據傳輸速率以及網絡響應效率等方面有著巨大的優勢，但每個5G基站的覆蓋半徑卻比4G基站小很多，這就使得相同的網絡覆蓋范圍所需的5G基站數量要遠多于4G基站，因此，想要實現5G網絡的全國覆蓋所需花費的基站建設費用也是一筆天文數字，導致5G網絡建設成本成為制約智慧城市建設和發展的重要因素之一[3]。

3.2 投資回報率不盡人意

與5G建設所需花費的巨額資金相比較，該項目現階段的投資回報率很難達到預期目標。一方面，現如今應用范圍較廣的“5G云課堂”以及“5G診療”等5G技術應用案例，雖然對5G技術的應用價值進行了一定程度的展示，但這些項目帶來的投資回報率卻很低；另一方面，與5G技術有著緊密關聯的電商行業對5G建設的關注和支持力度較弱，無形中制約了5G商業模式的構建與進一步發展，這也是影響智慧城市建設的原由之一。

3.3 通信技術方面的影響因素

隨著智慧城市建設進程的不斷深入以及5G技術的普及應用，會有越來越多的移動設備接入城市物聯網平臺，這就不得不考慮以下幾方面問題：現有的通信技術是否能夠很好地承載如此多的移動網絡用戶；在海量移動設備接入的情況下會不會對用戶的使用體驗帶來不良影響；城市物聯網用戶的數據信息安全是否能夠得到有效保障。以上這些技術問題也是制約和影響智慧城市建設發展進程的重要因素[4]。

4 智慧城市中5G技術應用場景

4.1 智慧基建

圍繞智慧城市整體規劃和功能完善各項基礎設施是智慧城市建設的初始與核心工作內容。智慧基建工程主要由以下幾部分構成。

（1）5G網絡建設。由于我國目前仍然是以4G網絡為主，5G技術尚未達到全國普及應用的程度，智慧城市基建工作應將城市5G網絡全覆蓋作為起始點，其具體工作內容主要是5G基站的建設以及搭建網絡。

（2）物聯網設施建設。物聯網在智慧城市正常運行以及城市管理等領域發揮著難以替代的作用，也是智慧城市基建工程的核心組成部分，其實現原理主要是借助傳感器和接口等裝置以及技術手段，將城市各類設施和系統接入網絡，并對城市范圍內各種真實數據信息進行提取、上傳、處理和存儲[5]。

（3）大數據中心以及云計算平臺建設。大數據中心和云計算平臺可以視為智慧城市的大腦，其作用不僅僅是對智慧城市海量數據信息進行匯總、整理、分類和存儲，更是為了對智慧城市數據信息進行及時、高效的分析和深度挖掘，以便能夠為智慧城市的正常、穩定運行以及城市管理工作提供可靠的技術和信息支持。

4.2 智慧交通

交通系統是城市的核心組成部分之一，對于城市正常運行、居民生活質量乃至城市經濟的發展都有著至關重要的影響。目前，隨著人們經濟水平的不斷提升，城市私家車數量有了大幅度的增長，對城市交通系統的安全性和通暢性帶來了或多或少的影響，現有的城市交通監控系統雖然能夠對違反交通規則的車輛進行有效抓拍，但受網絡數據傳輸速率以及網絡延遲等因素的影響，難以對城市中龐大的人流和車流數據信息進行實時、有效的分析與處理。而依托5G技術的智慧交通在應對諸多城市交通問題時往往能夠取得更加顯著的成效，其實現原理是根據城市交通網絡實際情況合理規劃交通節點，并在交通節點處設置相應的交通狀況監控和傳感設備，然后借助城市5G網絡、云計算技術等科技手段，將各個交通節點監控和傳感設備捕捉到的路段人流及車流信息進行實時上傳和高效分析，最后將分析結果反饋給相應的智能管理中心，進而對相應的城市交通線路進行管控。比如，對紅綠燈時間進行科學調整等，既可以有效降低城市交通擁堵等事件的出現概率，還可以減少交通意外事故的發生。此外，智慧交通還涉及5G技術在智能導航以及無人駕駛等領域的應用，隨著這些現代技術發展與成熟，不僅可以進一步加快智慧交通的建設進程，還可以使城市居民的日常出行更加便捷、安全。

4.3 智慧醫療

城市醫療一直以來都是民眾極為關心和重視的領域之一，受各方面因素的影響，城市大多數居民飽受醫療成本較高、看病難以及健康資訊渠道較少等問題的困擾，而各級別醫療機構同樣面臨著諸多困境，由于很多大型醫院更容易受到民眾的認可與信賴，使得各地區時常出現大型醫院人滿為患、部分社區醫院門可羅雀的現象，這不僅會對我國醫療行業的健康發展產生或大或小的制約和影響，也不利于社會的穩定與可持續發展。而依托5G技術實現的智慧醫療體系在解決城市居民眾多醫療難題方面有著更為顯著的效果，城市智慧醫療涉及以下幾個領域。

（1）對醫院患者身體狀況實施監控。主要是利用醫療物聯網設施以及5G技術，對患者的各項生命體征等身體狀況數據信息進行實施監控、獲取、上傳和分析，以便能夠更加及時、準確地掌握患者的身體恢復情況或病情發展情況，從而為患者疾病的治療以及身體的恢復提供更加有力的保障。

（2）臨床決策系統。臨床決策系統主要依靠5G技術以及人工智能技術得以開發和實現，其作用是在問診以及治療方案制定等環節，為醫生提供更加詳實、全面的患者病史等信息資料，不僅可以使醫生更加快速、準確地判斷患者的病情，還可以為患者治療方案的制定與優化提供幫助。

（3）家庭健康系統。隨著城鎮居民經濟水平和生活質量的提升，人們對綠色、健康生活環境有了更多的追求，而依靠5G技術開發的家庭健康系統能夠與當地合作醫療機構進行數據交互，不僅可以為殘疾等特殊人群提供身體健康狀況監測等服務，還可以為用戶提供更加便捷的健康資訊渠道。

4.4 智慧電網

電網系統是現代城市不可或缺的重要系統之一，而借助5G技術實現的智慧電網主要是對城市電網系統及其運行模式進行改進和完善。一方面，通過智慧電網系統可以對城市各個區域的實際用電數據信息進行收集和分析，然后根據分析結果對城市供電方案進行調整與優化，進而最大限度地避免部分區域電壓不足或電力供應不穩定等問題的發生，并降低城市電網系統的資源損耗。另一方面，可以借助神經網絡等現代科技手段，對智慧電網運行過程中可能存在的隱患進行預測、監管和妥善處理，不僅有助于提升城市電網系統的運行穩定性和安全性，而且還可以有效規避因電網系統運行故障而引發的經濟損失[6]。

4.5 智慧家居

為了更好滿足城市居民的多元化生活需求，家居產品的智能化程度在不斷提升，這也是現如今家居產品的主要發展方向。比如，對室內環境溫度和濕度進行自動監控和調節的空調，以及根據光照強度自動開合的窗簾等，這些智能家居顯著提升了城市居民的生活品質。5G技術可以為家居全面智慧化的實現提供必要的技術支持。一方面，5G技術的應用可以大幅度提升各類家居產品的智能程度和功能性，以便更好地滿足不同用戶群體對智能家居的使用需求。另一方面，智能家居還可以借助5G技術與網絡進行連接，不僅可以讓用戶隨時隨地了解和掌控家居運行狀況，還可以幫助用戶制定更加智能化、自動化的家居調節方案。

5 結束語

總而言之，智慧城市是未來一段時間內我國城市的主要發展方向，其目的是為城市經濟發展以及人們日常生活提供更好的環境和條件，也是為了解決目前城市遺留的部分問題，而5G技術則是關系到智慧城市建設和運行的核心技術之一，在智慧城市諸多領域也有著深層次的應用。雖然我國現階段智慧城市建設還處于起步階段，5G技術也面對著這樣那樣的問題與挑戰，但隨著我國科技水平的不斷提升以及國家政策方面的大力支持，必然會推動5G技術的完善進程以及智慧城市的發展。■