5G時代通信大數(shù)據(jù)在應(yīng)急管理中的應(yīng)用研究

趙宇 潘青亮 王景麗

【摘要】? ? 隨著5G、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，通信業(yè)積攢的海量數(shù)據(jù)，將得到更深層次的分析和挖掘，能夠為現(xiàn)代應(yīng)急管理提供更多技術(shù)支撐和應(yīng)用。本文通過梳理應(yīng)急管理工作的實際需求，分析運營商通信數(shù)據(jù)的潛在價值，研究在人員聚集、人流密度大等公共場所中，針對熱點區(qū)域、隱患監(jiān)測、人流趨勢、人員篩查、應(yīng)急疏導(dǎo)等業(yè)務(wù)需求的應(yīng)急應(yīng)用，并對后續(xù)的技術(shù)發(fā)展和研究方向給出建議和思路。

【關(guān)鍵詞】? ? 通信大數(shù)據(jù)? ? 5G? ? 應(yīng)急通信

引言：

我國自然災(zāi)害和安全事故等突發(fā)事件，發(fā)生頻次多、影響大，應(yīng)急管理體系建設(shè)目前還處于持續(xù)深化、不斷完善的階段，面臨著社會發(fā)展、人員流動帶來的安全風(fēng)險壓力。隨著新技術(shù)的發(fā)展， 針對重點場所、交通要道等人流密度較大的區(qū)域，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對5G通信基礎(chǔ)設(shè)施承載的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，能夠為應(yīng)急管理工作提供哪些專業(yè)支撐，是一個值得研究的方向。

一、研究背景

1.1大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展

“大數(shù)據(jù)”具有體量巨大、來源多樣、種類復(fù)雜、動態(tài)多變等特性，是無法在一定時間內(nèi)使用傳統(tǒng)方法和工具完成分析與挖掘的數(shù)據(jù)集合，需要一種新處理模式才能具有更強決策力、洞察力和流程優(yōu)化能力的海量高增長率的信息資產(chǎn)[1]。大數(shù)據(jù)技術(shù)是區(qū)別于傳統(tǒng)方法、對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理的技術(shù)，能夠提升數(shù)據(jù)存儲和處理的水平。

1.2 5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

憑借在3G、4G時代的規(guī)模優(yōu)勢和技術(shù)積累，我國科技企業(yè)已經(jīng)開始引領(lǐng)5G通信行業(yè)的發(fā)展。

2020 年4月20日，國家發(fā)展改革委首次明確“新基建”范圍，針對5G的通信建設(shè)，已明確被納入新型信息基礎(chǔ)設(shè)施行列[2]。

5G帶來了大寬帶、低延時高可靠、低功耗大連接的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有助于海量的機器通信實現(xiàn)“萬物連接”，與4G相比，5G峰值速率提高30倍，連接密度提高10倍，能效和流量密度提高100倍[3]。5G基站覆蓋密度提升，憑借強大的承載能力，能夠提供海量圖像、視頻、數(shù)據(jù)等待挖掘信息。

5G作為通信基礎(chǔ)設(shè)施，一方面能夠為應(yīng)急管理部門提供強大的基礎(chǔ)通信保障，另一方面通過對通信大數(shù)據(jù)分析，能夠有針對性的為各類應(yīng)急場景提供專業(yè)數(shù)據(jù)支撐。

1.3現(xiàn)代應(yīng)急管理需求

突發(fā)事件具有突然性、緊迫性、不確定性、破壞性等特征，常規(guī)的管理模式難以有效應(yīng)對，需要不斷探索應(yīng)急管理的新技術(shù)和新能力，推進(jìn)先進(jìn)信息化技術(shù)與應(yīng)急管理業(yè)務(wù)的深度融合，解決應(yīng)急管理業(yè)務(wù)的痛點難點。

當(dāng)前應(yīng)急管理工作，由于應(yīng)急信息資源數(shù)據(jù)的規(guī)模較小，應(yīng)急信息利用率較低，信息數(shù)據(jù)的共享方式、共享范圍和融合深度都還處于探索階段，針對應(yīng)急數(shù)據(jù)的利用程度、挖掘度有待加強。

為解決應(yīng)急管理的迫切需求，可以依托電信運營商基礎(chǔ)設(shè)施，探索通信大數(shù)據(jù)在應(yīng)急管理過程中的應(yīng)用。利用通信大數(shù)據(jù)，能夠分析基站負(fù)荷、移動終端通信等信息，結(jié)合地理信息系統(tǒng)、城市樓宇BIM模型等，在合理時間內(nèi)實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的擷取、存儲、提煉和處理，從中挖掘出有價值的應(yīng)急預(yù)警、人流趨勢、應(yīng)急疏導(dǎo)等信息。

二、5G通信數(shù)據(jù)感知

每個手機終端都有唯一的國際移動設(shè)備識別碼（IMEI），結(jié)合實名制注冊的SIM卡信息，能夠輔助分析大規(guī)模用戶流動軌跡，為應(yīng)急管理提供針對性強、時效性好、有效期長的專業(yè)化信息服務(wù)[3]。

通信數(shù)據(jù)的感知，主要通過整合現(xiàn)網(wǎng)基站部署位置、地理信息系統(tǒng)、移動用戶在網(wǎng)數(shù)據(jù)等信息，構(gòu)建跨域的數(shù)據(jù)匯聚平臺，同時綜合采集IT支撐系統(tǒng)、業(yè)務(wù)平臺、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、移動終端等各網(wǎng)元數(shù)據(jù)，梳理靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)、注冊數(shù)據(jù)、部署數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)，匹配實時行為數(shù)據(jù)、移動數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等，形成體系化的分析模型和研判機制。

通過通信大數(shù)據(jù)分析現(xiàn)網(wǎng)終端的地理位置和時間軌跡等信息，無論從獲取的方便性、實時性和精準(zhǔn)度方面，都較其他行業(yè)手段具有獨特優(yōu)勢。

1.移動通信網(wǎng)數(shù)據(jù)采集。移動終端在網(wǎng)絡(luò)駐留或業(yè)務(wù)使用時會周期性產(chǎn)生測量報告并上報基站，包含業(yè)務(wù)保持過程中的小區(qū)ID、上下行信號強度等信息，這些信息描述了終端所處的無線環(huán)境，構(gòu)成感知定位的基礎(chǔ)。

2.信令數(shù)據(jù)解析處理。對從包含無線在內(nèi)的各個通信網(wǎng)絡(luò)接口采集的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理，建立映射關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，打時間戳，剔除異常數(shù)據(jù)，得到符合條件的數(shù)據(jù)分析樣本。

3.基于移動通信網(wǎng)數(shù)據(jù)的定位。主要包括小區(qū)定位、三角定位、指紋定位。小區(qū)定位利用終端所在小區(qū)ID進(jìn)行粗略定位，定位精度受到小區(qū)半徑、基站類型等因素影響，定位精度可達(dá)幾百米;三角定位，利用主服小區(qū)和多個鄰區(qū)形成的多邊形，基于距離或角度測量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法，進(jìn)行加權(quán)偏移，計算中心點;指紋定位，利用終端在當(dāng)前位置觀測到的信號特征構(gòu)造特征向量，結(jié)合訓(xùn)練生成的指紋庫樣本數(shù)據(jù)集，通過特定的匹配規(guī)則測算終端所處位置。

5G基站、室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍小，定位精度大幅提升，5G使用網(wǎng)絡(luò)切片提供差異化的服務(wù)，具備更豐富的用戶信息，能夠?qū)崿F(xiàn)更精細(xì)的區(qū)域人員分布、熱點分析、人流預(yù)測等需求。

三、通信大數(shù)據(jù)賦能應(yīng)急管理工作

應(yīng)急管理工作，重點強調(diào)事前監(jiān)測預(yù)警、防范部署，事發(fā)應(yīng)急處置、現(xiàn)場救援，事后災(zāi)后重建和災(zāi)害評估。近年來國家一系列綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃要求，重心逐步從“災(zāi)后恢復(fù)重建”向“災(zāi)前預(yù)防預(yù)警”轉(zhuǎn)變，預(yù)防預(yù)警成為首要解決的核心問題[4]。

通信大數(shù)據(jù)的應(yīng)急應(yīng)用，是基于移動通信網(wǎng)核心網(wǎng)數(shù)據(jù)，梳理用戶信息、位置信息、通信信息等現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，綜合分析大規(guī)模人群的聚集密度、流動性、時空分布特性等關(guān)鍵指標(biāo)，同時結(jié)合應(yīng)急管理工作對人群流動及聚集的典型場景需求，進(jìn)行分析統(tǒng)計、風(fēng)險預(yù)測、提前布防、及時預(yù)警、合理疏導(dǎo)，提升應(yīng)急管理疏導(dǎo)通工作的效率和功效。

3.1監(jiān)測分析

1.監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，繪制人流量時間變化趨勢畫像，應(yīng)對突變事件。通過對基站運行狀態(tài)的分析，梳理基站負(fù)荷及附著用戶數(shù)隨時間變化趨勢，繪制人流變化隨時間的周期變化精準(zhǔn)畫像。一方面可繪制任意時刻后續(xù)人流趨勢圖，另一方面可對異常人流密度變化進(jìn)行提前預(yù)判和預(yù)警。

2.大數(shù)據(jù)綜合分析，支撐重?；顒討?yīng)急預(yù)案。通過對區(qū)域軌跡隨時間變化分析，可以提供人群出行遷移畫像，提供出行人次、出行目的地、乘坐交通工具等綜合分析結(jié)果，為重點節(jié)日、重要賽事的策劃、警力部署、交通疏導(dǎo)等提供數(shù)據(jù)支撐。

3.大數(shù)據(jù)定向分析，助力精準(zhǔn)應(yīng)急處置。通信大數(shù)據(jù)能實時動態(tài)地了解重點區(qū)域流動人口的來源（省份/地區(qū)/人員類別等）及目前分布情況，可以實時動態(tài)掌握重?，F(xiàn)場附近人員的聚集情況，重點標(biāo)注潛在的聚集風(fēng)險。

3.2趨勢研判

1.人流聚集風(fēng)險分析研判。通信大數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)實時分析某一區(qū)域（旅游景點、重點區(qū)域）內(nèi)的基站負(fù)載變化情況，快速定位人群熱點范圍，結(jié)合基站位置，及終端移動情況，實時繪制人群流動方向和趨勢，估算未來數(shù)分鐘/小時內(nèi)規(guī)模人群可能出現(xiàn)的位置（體育館、商場、車站等）。

2.網(wǎng)絡(luò)故障影響分析研判。通信大數(shù)據(jù)可根據(jù)負(fù)載情況，估算網(wǎng)絡(luò)故障時，潛在的影響區(qū)域、范圍、人員數(shù)量、單位數(shù)量、直接損失等。

3.3預(yù)警分析

通過基站附著用戶量分析，綜合考慮手機用戶與實際人數(shù)之間的比例關(guān)系，建立統(tǒng)計估算模型，分析區(qū)域內(nèi)的總?cè)藬?shù)量，助力預(yù)警分析。

1.內(nèi)部預(yù)警及調(diào)整。計算區(qū)域人數(shù)和人員密度，根據(jù)熱點區(qū)域的人流量歷史分析，確定人流量的平均量和同比值，配置預(yù)警及應(yīng)對策略，長期發(fā)現(xiàn)滿負(fù)荷運行時，對內(nèi)自動產(chǎn)生相應(yīng)告警信息，促使網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和負(fù)載均衡。

2.外部預(yù)警及應(yīng)對。計算區(qū)域壓力系數(shù)，即人群密度的變化率，預(yù)測區(qū)域人群聚集趨勢，助力區(qū)域應(yīng)急管理工作，完善組織能力、疏散能力和應(yīng)對能力，提升預(yù)警和處置效率。

3.4通信保障應(yīng)急疏導(dǎo)

3.4.1應(yīng)急疏導(dǎo)

針對大型突發(fā)事件、重要賽事安保活動等，存在短時間內(nèi)人員流量激增、高密度人員聚集、惡性擁擠踩踏事件等隱患。通過通信大數(shù)據(jù)的行程分析，借助現(xiàn)場基站定位、WIFI定位、室分定位技術(shù)等，結(jié)合GIS地圖及場館分布數(shù)據(jù)，預(yù)測不同區(qū)域不同時段的人流趨勢，智能分析疏導(dǎo)路線，提前部署應(yīng)急人員和疏導(dǎo)標(biāo)志，針對特定區(qū)域人群，可結(jié)合精準(zhǔn)靶向預(yù)警發(fā)布技術(shù)，定向推送擁堵信息、疏散路線等資訊，安全、有序的疏導(dǎo)人群疏散。

3.4.2機動保障

5G獨有的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，靈活配置，能夠按需機動提供網(wǎng)絡(luò)能力，為應(yīng)急管理用戶，提供有保障的通信服務(wù)。

應(yīng)急事件處置過程中，5G能為應(yīng)急用戶提供專用切片，提升QoS優(yōu)先級調(diào)度、預(yù)留無線RB資源保障高規(guī)格4K/8K傳輸質(zhì)量、劃分邏輯獨立的UPF等，提供有保障的帶寬和時延服務(wù)[5]。

3.5區(qū)域人員篩查搜救

針對區(qū)域性的災(zāi)害，如城市樓宇火災(zāi)場景，通信大數(shù)據(jù)能夠分析災(zāi)害發(fā)生前特定時間內(nèi)途經(jīng)該場所的人員信息，對比事故發(fā)生后，相應(yīng)的終端的位置、在線活躍情況，分析出可能受困的人員，通過注冊信息比對，初步篩查出災(zāi)害現(xiàn)場的受困人員數(shù)量、基本信息、大致位置、家庭聯(lián)系人等基本信息，為應(yīng)急救援工作提供參考和指導(dǎo)。

針對當(dāng)下疫情的防治任務(wù)，可以輔助完成特定人員的流調(diào)工作，完成近期軌跡、到訪場所、接觸人員等信息的篩查，初步估算潛在受影響的地域范圍、人員數(shù)量等信息。

四、前景展望

基于5G的通信大數(shù)據(jù)分析，為應(yīng)急管理提供無限的想象空間，還需進(jìn)一步挖掘。5G目前還處于導(dǎo)入期，大量數(shù)據(jù)仍依托存量基站，未來通信大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，將是集4G、5G網(wǎng)絡(luò)的綜合性應(yīng)用，如何發(fā)展還需在以下方面進(jìn)一步探索研究：

1.垂直挖掘。5G不同于2G/3G/4G，一方面提供海量的超高清視頻圖片，助力可視化分析;另一方面差異化的業(yè)務(wù)切片，攜帶更多用戶屬性，為應(yīng)急管理提供更加精細(xì)的人流分析和救援支撐，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和深度方面有進(jìn)一步挖掘的潛力。

2.橫向拓展。一方面5G與WIFI6、室內(nèi)分布技術(shù)等新應(yīng)用的結(jié)合使用，能夠提供更加準(zhǔn)確的定位;另一方面，考慮天通系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)等潛在融合對象，能夠進(jìn)一步豐富通信大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)規(guī)模和范圍，提升區(qū)域綜合應(yīng)急分析能力。

3.綜合監(jiān)管。通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)涉及到公眾的基本信息、瀏覽痕跡、行程軌跡等方面的數(shù)據(jù)安全和個人隱私問題，需要進(jìn)一步規(guī)范新技術(shù)應(yīng)用尺度、操作過程、以及數(shù)據(jù)邊界等事項。

五、結(jié)束語

隨著應(yīng)急管理的體系化發(fā)展，越來越多的新技術(shù)、新理念能夠被應(yīng)用在應(yīng)急管理工作中，5G作為未來社會的新型基礎(chǔ)設(shè)施，必然能夠為應(yīng)急管理提供專業(yè)化、智能化、精細(xì)化的技術(shù)支撐。本文從5G通信大數(shù)據(jù)應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合當(dāng)下應(yīng)急場景需求，分析數(shù)據(jù)的特性和挖掘潛力，研究在人員聚集、熱點分析、隱患監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急現(xiàn)場篩查、應(yīng)急疏導(dǎo)等方面的應(yīng)用前景，并對未來發(fā)展提出建議。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]王佳，金誠，謝美德.在通信領(lǐng)域中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用分析[J].通訊世界， 2016（04）：29-30.

[2]彭凌，許文浩，蘇耀墀，鄭睿，張志.“新基建”與智慧應(yīng)急[J].中國應(yīng)急管理科學(xué)，2020（09）：39-47.

[3]尤肖虎，潘志文，高西奇，曹淑敏，鄔賀銓.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國科學(xué)：信息科學(xué)，2014，44（05）：551-563.

[4]國務(wù)院辦公廳印發(fā)《國家綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃（2016-2020年）》[J].上海城市規(guī)劃， 2017（01）：150.

[5]中國移動，華為公司.網(wǎng)絡(luò)切片分級白皮書.2020-03：12-16.