基于5G 時代廣域融合物聯(lián)網的智慧城市建設

吳鑒平

（中通服建設有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

建設智慧城市的重點在于有效融合大數據、物聯(lián)網技術和信息技術，在滿足城市信息化、智能化發(fā)展基礎上為人民提供便利、智能的生活環(huán)境，提升人民的生活質量。5G 時代發(fā)展背景下廣域融合物聯(lián)網技術受到社會的廣泛關注，該技術有助于推動城市智能化治理水平提升，完善城市發(fā)展建設。因此研究此項課題具有十分重要的意義。

1 智慧城市建設總框架

1.1 場景層

在智慧城市建設中主要是將計算機、現代信息技術有效連接，城市管理可借助大數據與云計算等實現科學化的管理與分析，確保管理制度更加優(yōu)化合理。近年來，智慧城市的出現為城市發(fā)展帶來新的機遇，進一步提升城市的數字化建設水平。移動通信技術廣域融入物聯(lián)網場景對實現不同區(qū)域的通信有著積極的促進意義。根據用戶的不同可將其分為不同的結構層，將其統(tǒng)稱為用戶領域。分為決策用戶、企業(yè)用戶和公眾用戶3 種。決策用戶一般指城市管理者，包括政府和城市規(guī)劃部門等。獲得智慧城市服務的企業(yè)統(tǒng)一稱為企業(yè)用戶，而對智慧化城市服務有相關需求的用戶則稱為公眾用戶。在運營控制領域中，在保證網絡實體、法律一致性的同時，還應確保內容的合規(guī)性。對于資源交換區(qū)來說，其建設重點在于保障智慧城市實現廣域融合物聯(lián)網系統(tǒng)的有效銜接。5G 時代加速了城市發(fā)展速度，為建設智慧城市提供了新的機遇和保障。運用移動通信技術和城市發(fā)展相融合，為城市居民生活質量、生活水平的提升提供支持和幫助。使其能夠享受更多智慧化服務。智慧城市發(fā)展歷程如表1 所示。

表1 智慧城市發(fā)展歷程

1.2 數據層

數據層主要包括了智慧城市的所有數據信息，智慧城市的總體架構分為數據分析、數據清理以及數據交換共享層。智能數據層包括計算、存儲等功能，可實現政府與工業(yè)所需要的數據信息與服務。在數字化清理方面，當出現錯誤詞匯或者有同義相近詞匯時，可在第一時間予以識別，并做出有效判斷。在此過程中主要是根據名稱的相似性進行全面判別。通常情況下，具有相似性的區(qū)域存在于大型數據程序中。網絡外部用戶代表是政府和企業(yè)單位，除此之外，還包括普通民眾。

1.3 硬件層

在智慧城市廣域融合物聯(lián)網技術中，5G 技術擁有較為廣泛的應用。兩者的結合更具時代特性，是互聯(lián)網飛速發(fā)展的重要體現，對城市建設與可持續(xù)發(fā)展具有重要的影響。利用5G 技術，網絡系統(tǒng)在實現數據采集后，可立即將其上傳至云端，展開全面分析與處理。在智慧城市硬件層的建設上，5G 技術具有良好的應用性。而對于硬件層來說是智慧城市建設中必不可少的環(huán)節(jié)之一，對照明系統(tǒng)的智能化、智慧化管理有著積極的意義，通過分析行人出行情況和車輛運行集中時間段進行燈光的自動化調整，達到城市智慧化管理的目的。以廣東省某市為例，該市在智慧城市建設中采用了智能路燈（圖1），實現了路燈的精準控制。在應用過程中，該系統(tǒng)利用5G 網絡和其他層次智能管理系統(tǒng)，根據交通流量設定具體開關時間，采取自動化、無人干預式的場景切換，提高智能應用效果。該市的交通高峰時段為晚上的21：00—22：00，因此在該時段內照明燈的照明度不僅不會發(fā)生改變，而且會保持最大亮度。交通平穩(wěn)期為22：00—2：00，對照明需求較少，此時的照明亮度自動轉為65%～70%。由于交通自由時段的車流量較小，因此，照明燈的亮度會根據情況調到30%以下，路面僅需有光線即可，達到節(jié)能環(huán)保的目的，與此同時，該市利用集中控制的方式對照明燈展開統(tǒng)一化管理。安裝相應的智能集成網區(qū)分智能燈管，在滿足可視化管理的同時，對照明燈展開分區(qū)、分組管理。對于可視化管理來說，主要是根據智能終端的特性，加強照明燈的有效控制，隨時了解和掌握照明燈的具體工作情況，為后續(xù)的維護與管理提供支持。在分區(qū)控制方面一般以安裝智能控制裝置為主，實現不同區(qū)域與路段的靈活控制。分場景控制則能夠實現不同街區(qū)的照明燈控制，以場景自由切換的形式進行單燈、雙燈合理控制，達到供電要求。

圖1 智能路燈

2 5G 時代廣域融合物聯(lián)網在智慧城市建設中的應用

2.1 應用場景

網絡切片作為5G 技術中重要技術之一，以切片技術的形式進行虛擬化處理，形成多個端到端的網絡，網絡功能的差異性可滿足不同的服務要求。核心網絡的優(yōu)勢在于以切片技術實現隔離，卻被業(yè)務順利開展。在技術上確保網絡切片得以實現。在網絡切片的基礎上，運營商可將業(yè)務擴展到物聯(lián)網行業(yè)，達到萬物互聯(lián)互通的效果。利用5G 切片技術在端到端邏輯專用網有著顯著的優(yōu)勢，采取靈活搭配的方式，得到物理資源與網元功能的配合。除此之外，5G 技術中的多接入邊緣計算可實現核心網業(yè)務和內容的融合，并通過逐步靠近終端用戶網絡邊緣，最大程度減少延時性和網絡負荷，顯著提升數據的可靠性與有效性。在確保數據安全的基礎上達到城市感知層數據的動態(tài)交互、實時交互。利用5G 技術中的多接入邊緣計算技術可在醫(yī)療、交通、城市建設等方面具有良好的應用，并為其提供技術支持，有效降低技術成本和維護成本[1]。

2.2 智慧交通

智慧城市建設中對交通建設要求較高，利用不同類型的傳感器實現數據的全方位采集，5G 技術擁有低時延、大連接的特點，能夠提高信息的交互效率。智慧交通建設如圖2 所示，在實現城市交通的智能化管理、實現車和車、車和人的動態(tài)數據信息交互過程中，助力交通參與者依據危險預警、安全提示等數據變化做出合理判斷，并制定科學的線路。確保交通系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行，為交通參與者提高智能化交通體驗。自動駕駛離不開5G 技術中的低時延性，只需借助傳感器即可隨時感知不同方位的駕駛環(huán)境，將傳感器信息上傳至云端后，駕駛指令也將在第一件傳輸到汽車終端，為駕駛員提供信息支持。自動駕駛汽車無須安裝數據處理設備即可獲得實時的路況信息，并根據路況信息合理選擇路線，確保駕駛的安全性，具有良好的應用前景[2]。

圖2 智慧交通建設

2.3 智慧醫(yī)療

5G 技術的應用可為智慧醫(yī)療系統(tǒng)建設提供支持，利用海量的數據資源庫實現醫(yī)療數據的實時共享、遠程診療，甚至可以實現遠程手術的功能。以遠程手術的方式能夠有效解決醫(yī)療資源分布不均以及看病難、看病貴的問題，提高整體醫(yī)療質量和水平。以廣東省某市為例，該市智慧醫(yī)療建設采用了移動查房功能，以某科室3 間住院病房作為實驗對象。對患者數據信息采集準確率、患者問題處理時間以及數據交互時間進行觀察，得出智慧醫(yī)療移動查房數據如表2 所示。

表2 智慧醫(yī)療移動查房數據

2.4 智慧電網

作為城市公共基礎設施建設的重要組成部分，城市的可持續(xù)發(fā)展離不得電網的可靠、安全運行。智慧城市中5G 技術的應用可實現電網智慧化建設（圖3）和管理，對于5G 技術來說，將其和物聯(lián)網技術有機融合在一起，通過構建通信、計算和決策相融合，并形成統(tǒng)一化的智慧電網系統(tǒng)，有助于提高城市用電的可靠性。一方面，借助物聯(lián)網技術對不同頻率地區(qū)的數據予以科學化采集，在獲得相應數據信息后統(tǒng)一發(fā)送至電網系統(tǒng)中，依據城市區(qū)域用電量以及用電頻率展開電網的智能化、智慧化建設，保證電源穩(wěn)定、持續(xù)供應。另一方面，采取5G 技術進一步優(yōu)化電網作業(yè)方法，幫助各領域、各行業(yè)依據業(yè)務需求建設符合自身實際情況的行業(yè)專網，以線上業(yè)務不斷提高電力配置效率。除此之外，在智能電網安裝方面，5G 技術的應用可降低停機意外事故的可能性，不斷優(yōu)化電網性能，保障城市居民的生活質量[3]。

圖3 智慧電網建設

2.5 智慧家居

智慧城市建設包括智慧家居，5G 技術應用場景下可幫助人們以遠程操作的方式控制手機終端。采集的信息經過處理后在5G 網絡傳感器的支持下通過智能家居技術系統(tǒng)處理，為用戶提供方便、智能的家居服務，便利人們生活。例如，在智慧照明系統(tǒng)中運用物聯(lián)網感知層以及5G 技術可逐步優(yōu)化照明系統(tǒng)達到節(jié)約電能的目的。智慧安防系統(tǒng)則是通過高清視頻監(jiān)控的方式對面部進行識別，當出現異常情況時即可遠程防盜、遠程報警[4]。圖4 為智慧家居服務。

圖4 智慧家居服務

2.6 智慧教育

VR、AR 技術的發(fā)展讓智慧教育建設（圖5）過程中可將數據上傳至云端，為學生營造身臨其境的學習環(huán)境，突破時間和空間的限制，實現優(yōu)質教育資源的共享。5G 技術和物聯(lián)網技術的融合，在打造智慧校園方面也有著良好的表現，運用大數據、云計算等現代化信息技術隨時掌握學生的學習、生活動態(tài)，教師利用數據信息系統(tǒng)分析學生的學習情況，進一步了解學生的行為動向以及興趣愛好等特點，從而方便學校管理。在5G 網絡的幫助下，教師將順利開展信息化教學，融合網絡資源、平臺教學模式，逐步提高教學質量的同時，為社會培養(yǎng)高質量、高水平的專業(yè)人才[5]。

圖5 智慧教育建設

3 結語

總而言之，基于5G 背景在智慧城市建設中廣域融合物聯(lián)網技術具有重要的促進意義，是加快城市發(fā)展建設的重要因素和手段。現代化的智慧城市建設由交通、醫(yī)療以及家居等方面構成，為確保5G 技術與物聯(lián)網技術可有效、充分地在智慧城市建設中發(fā)揮重要作用，應從城市發(fā)展需求、發(fā)展目標等角度出發(fā)，明確智慧城市建設的總體框架和內容，并以此為基礎實現智慧城市的數字化、智能化管理。在節(jié)約能源、資源的同時有效降低城市發(fā)展建設投入成本，為經濟社會的可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎。