淺談5G在水環(huán)境監(jiān)控中的應用

馬東平 王后明

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司蚌埠市分公司 蚌埠 233000 蚌埠市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站 蚌埠 233000）

1 引言

“綠水青山就是金山銀山?！痹谌祟惿鐣陌l(fā)展歷程中，水資源保護的重要性正逐步被關注。從生態(tài)平衡、經(jīng)濟建設到居民的生活和健康，水資源涉及到生產(chǎn)、生活的方方面面。面對當前嚴峻的水環(huán)境問題，加強水資源保護和水環(huán)境治理已成為全球的共識。本文基于5G網(wǎng)絡環(huán)境在水資源保護和水環(huán)境治理中的應用進行探討。

2 5G技術概況

第五代移動通信技術（英語：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，簡稱5G）是最新一代蜂窩移動通信技術，是4G（LTE-A、WiMax）技術的延伸。

第五代移動通信技術的性能目標是高速率、低延遲、省能源、節(jié)成本、大容量和多連接。5G的高速率、低延時、大容量可以實現(xiàn)環(huán)境現(xiàn)場的實時監(jiān)控，實現(xiàn)控制中心與遠程設備基本同步，也可以通過遠程控制對設備進行檢修和維護，使遠程協(xié)同、分布式設計的時延性忽略不計。借助5G技術，使得通過無線網(wǎng)絡操作的控制應用成為可能。系統(tǒng)通過5G網(wǎng)絡，對系統(tǒng)的每個傳感器進行連續(xù)測量，同時測量數(shù)據(jù)傳輸給云端，進行實時控制執(zhí)行。

5G時代的到來使很多東西發(fā)生改變，正式商用之后，不僅可以擺脫以往無線網(wǎng)絡技術較為混亂的應用狀態(tài)，對于推動智能社會的建設以及工業(yè)化城市向智慧城市深化轉(zhuǎn)型也具有更積極的意義。在環(huán)境領域可以通過智能監(jiān)控大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，形成涵蓋多領域的水陸空一體智能環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡和服務平臺，實現(xiàn)信息共享、上下協(xié)同；建立環(huán)境污染物排放智能預測模型和規(guī)劃預警方案；實現(xiàn)對各種環(huán)境事件的智能防控。

3 當前的水環(huán)境監(jiān)控現(xiàn)狀

監(jiān)測手段落后單一，實時性差；監(jiān)測部署低效，監(jiān)測的數(shù)據(jù)指標不夠全面；水情信息采集點較少，信息采集間隔長；無法較為準確地反映出水環(huán)境的動態(tài)變化情況。

一些水源地地處偏僻，水質(zhì)采樣困難，監(jiān)控管理難度大、成本高。由于以往水情分析模型單一，缺乏多參數(shù)的綜合分析評估手段，采集數(shù)據(jù)也無法充分發(fā)揮作用。治水采用的設備管理分散，數(shù)據(jù)分散存儲，導致運維成本極高。

在治水的過程中很多水源與多個利益群體交織在一起，經(jīng)濟利益關系復雜并且權責不清；配套監(jiān)管系統(tǒng)各自為政，從監(jiān)測、預警到治理無法聯(lián)動形成治水的合力，從而影響水資源保護。

4 5G在水環(huán)境監(jiān)控中的應用

以淮河為例，針對水資源保護和水環(huán)境治理，可以通過監(jiān)控大數(shù)據(jù)平臺體系將各種水質(zhì)參數(shù)通過5G網(wǎng)絡上報到淮河水利委員會水質(zhì)監(jiān)測云平臺，使全流域水質(zhì)情況一目了然。

環(huán)境監(jiān)測通常地域分布廣，交通途徑困難，人工采樣和執(zhí)法取證難度大。借助5G網(wǎng)絡，可以針對不同需求在不同的地理位置設置不同類型監(jiān)測點，通過固定監(jiān)測點的傳感器采集定點水質(zhì)和水位信息；通過巡檢船或無人船使用多功能水質(zhì)檢測儀游動采集淮河動態(tài)水質(zhì)和水位信息；使用無人機吊裝輕載水質(zhì)檢測設備補充采集交通不便水域信息；通過不同類型傳感器可以采集到常規(guī)溫度、pH值、濁度、電導率、溶解氧、氨氮、有機含碳量、化學需氧量等多種水質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)。

借助5G網(wǎng)絡，可以在任意需要的位置設置視頻采集點。固定供電場所安裝固定攝像頭，定點采集預定區(qū)域圖像視頻；實施操控無人機或者無人機船的現(xiàn)場動作，進行視頻采集；可以進一步通過AI算法學習，優(yōu)化無人巡檢路徑和自動駕駛能力，最大程度降低監(jiān)管成本。

利用5G網(wǎng)絡，可以實時直播現(xiàn)場實景，為立體化執(zhí)法提供堅實的物質(zhì)基礎。在4G網(wǎng)絡環(huán)境下，一般只能提供1～2路高清4K監(jiān)控源，基于5G網(wǎng)絡場景，則可以提供4路以上高清視頻源或者VR全景視頻，使監(jiān)控中心的實境或者VR全景直播成為可能，讓監(jiān)管者無需到達現(xiàn)場就能身臨其境了解現(xiàn)場狀況。系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)引擎，打造數(shù)據(jù)存儲和分析能力，提供污染物圖像識別、水質(zhì)污染源分析、水質(zhì)參數(shù)預測等分析工具。系統(tǒng)后臺可以定義規(guī)則引擎，實時監(jiān)控采集數(shù)據(jù)，如果參數(shù)值超過閾值，后臺將生成告警信息并按照業(yè)務規(guī)劃處理告警，產(chǎn)生工單或者觸發(fā)通知，推動視頻采集或者人工執(zhí)行。

圖1 網(wǎng)絡組網(wǎng)方案圖

高清和多維度的圖片可為AI識別水體異物和污染源提供堅實的物質(zhì)基礎，從傳統(tǒng)的80%以上的準確率提升到95%以上的準確率，為原因分析和監(jiān)控手段提供更多的支持和幫助。在基于5G回傳的海量環(huán)保參數(shù)和高清視頻圖片基礎上，利用AI技術進一步加工和使用。通過分析歷史數(shù)據(jù)采用建模技術，通過AI算法機器學習，生成污染、水體、水量變化趨勢分析圖，進行預測和預防，變被動為主動，建成智能防控體系。

5G重點設備包括：5G BBU、5G AAU、5G CPE等，覆蓋距離是需要根據(jù)具體的環(huán)境才能精確計算，大致的覆蓋距離：在5G 64TR 3.5G 100M帶寬的SA網(wǎng)絡中，邊緣速率為2M，不考慮穿損的情況下，覆蓋距離約5.6km；在5G 64TR 3.5G 100M帶寬的NSA網(wǎng)絡中，邊緣速率為2M，不考慮穿損的情況下，覆蓋距離約4.9km；在5G 64TR 3.5G 100M帶寬的SA網(wǎng)絡中，邊緣速率為5M，不考慮穿損的情況下，覆蓋距離約4.3km；在5G 64TR 3.5G 100M帶寬的NSA網(wǎng)絡中，邊緣速率為5M，不考慮穿損的情況下，覆蓋距離約3.8km?？梢詫Ω采w范圍內(nèi)的河道進行監(jiān)控和調(diào)度，實現(xiàn)有效管控。網(wǎng)絡組網(wǎng)方案見圖1。

5 結(jié)語

移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為社會性基礎設施，正在形成“云、網(wǎng)、端”的立體形態(tài)，將構(gòu)建包含一切人、物、場景、設施，不僅人與人互聯(lián)，而且物與物相聯(lián)，萬物互聯(lián)的智能世界。構(gòu)建萬物互聯(lián)智能世界的一項關鍵性數(shù)字技術，就是新一代移動通信技術5G技術。5G技術運用于水資源保護和水環(huán)境治理中是未來發(fā)展的必然趨勢，可以預期5G技術將為保護綠水青山做出重要貢獻■