5G技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中的應(yīng)用探討

勒偉青

摘要：當(dāng)前生態(tài)環(huán)境管理信息化面臨系列挑戰(zhàn)，制約了生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的開(kāi)展，必須加快信息技術(shù)的應(yīng)用。本文探討了以5G技術(shù)為主的新信息技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用，提出了進(jìn)一步深度應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，為構(gòu)建智慧高效的生態(tài)環(huán)境管理信息化體系提供思路。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);生態(tài)環(huán)境保護(hù);信息化

推動(dòng)信息技術(shù)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)業(yè)務(wù)深度融合，使信息化成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的“四梁八柱”，是生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的重要內(nèi)容，是打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)、構(gòu)建現(xiàn)代環(huán)境治理體系、建設(shè)美麗中國(guó)的支撐保障[1]。要落實(shí)《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見(jiàn)》提出的構(gòu)建智慧高效的生態(tài)環(huán)境管理信息化體系，還需加快推進(jìn)5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新信息技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的建設(shè)與應(yīng)用，以信息化、數(shù)字化、智能化助力實(shí)現(xiàn)智慧高效。

1 生態(tài)環(huán)境管理信息化面臨的挑戰(zhàn)

面對(duì)“十四五”期間更加繁重的生態(tài)環(huán)境統(tǒng)一監(jiān)管任務(wù)，生態(tài)環(huán)境管理信息化也面臨系列挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全、自動(dòng)獲取程度低。如地下水、農(nóng)村環(huán)境、農(nóng)業(yè)面源、生物多樣性等方面數(shù)據(jù)缺乏，大氣、地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)還在不斷完善，污染源自動(dòng)監(jiān)控規(guī)模偏小，對(duì)土壤、生態(tài)、輻射、固廢危廢、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCS）等要素的監(jiān)測(cè)仍以人工為主，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性不強(qiáng)。

（2）全過(guò)程監(jiān)管不足、技術(shù)手段較單一。環(huán)境監(jiān)管是一個(gè)系統(tǒng)工程，僅依賴單一來(lái)源數(shù)據(jù)難以做出實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的判斷。如污染源在線自動(dòng)監(jiān)控以監(jiān)測(cè)末端污染物排放濃度為主，缺少對(duì)用水、用電、用料和污染物產(chǎn)生、收集、治理和排放全過(guò)程的監(jiān)管信息，數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性不足。

（3）數(shù)據(jù)來(lái)源分散、關(guān)聯(lián)應(yīng)用程度不高。數(shù)據(jù)來(lái)源于在線監(jiān)測(cè)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、手工填報(bào)、污染源普查、排污許可、環(huán)統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)等多種渠道，缺少多源融合校驗(yàn)，數(shù)據(jù)的整合關(guān)聯(lián)應(yīng)用也不夠，如污染源與環(huán)境質(zhì)量綜合關(guān)聯(lián)分析不足、在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)尚未有效應(yīng)用于排污權(quán)交易等。

（4）事前監(jiān)管和預(yù)警預(yù)報(bào)能力偏弱。由于數(shù)據(jù)的采集、整合、關(guān)聯(lián)、共享及實(shí)時(shí)傳輸能力不足，當(dāng)前政府部門更側(cè)重于對(duì)環(huán)境污染的被動(dòng)監(jiān)測(cè)和事中事后監(jiān)管，事前監(jiān)管和預(yù)警預(yù)報(bào)能力亟待提升。

以上種種，都制約了生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的開(kāi)展，必須進(jìn)一步加大新信息技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中的應(yīng)用力度，而5G技術(shù)將在其中發(fā)揮重要作用。

2 5G技術(shù)特性與應(yīng)用特征

2.1 5G的技術(shù)特性

5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的英文簡(jiǎn)稱，其技術(shù)特性可概括為高帶寬、低時(shí)延、廣連接和高安全。5G的峰值速率達(dá)10-20Gbps、用戶體驗(yàn)速率為1Gbps，可滿足高清視頻、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）等大流量的傳輸需求;空中接口時(shí)延低至1ms，僅4G的十分之一，傳輸可靠性達(dá)99.99%;連接能力達(dá)每平方公里100萬(wàn)個(gè)終端，且從基礎(chǔ)架構(gòu)上保證數(shù)據(jù)安全，促進(jìn)了萬(wàn)物互聯(lián)。

2.2 5G的應(yīng)用特征

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織“3GPP”為5G定義了三類具體應(yīng)用場(chǎng)景[2]：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、超高可靠低時(shí)延通信和海量機(jī)器類通信。增強(qiáng)移動(dòng)寬帶主要面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)爆炸式增長(zhǎng)，能在流量熱點(diǎn)區(qū)域依然提供高速、穩(wěn)定的傳輸;超高可靠低時(shí)延通信主要面向智能無(wú)人駕駛、遠(yuǎn)程精確控制等應(yīng)用場(chǎng)景，能為用戶真正帶來(lái)身臨其境、沉浸式的體驗(yàn);海量機(jī)器類通信主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接的特點(diǎn)。

可以看出，5G技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、VR等新信息技術(shù)有力地聚集融合在一起，推動(dòng)全行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為傳統(tǒng)行業(yè)發(fā)展注入了新動(dòng)能、帶來(lái)了新機(jī)遇。

3 5G技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中的應(yīng)用

3.1 在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

5G技術(shù)能提升監(jiān)測(cè)終端的工作效能和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，使監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)更加“耳聰目明”。更加豐富監(jiān)測(cè)手段，高清視頻、無(wú)人機(jī)高光譜成像等一批大數(shù)據(jù)流量手段將廣泛運(yùn)用，推動(dòng)單一數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)向綜合監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)“一處布點(diǎn)、多要素采集”;進(jìn)一步織密監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，一方面可加密點(diǎn)位實(shí)現(xiàn)高密度采集，一方面可更多配置無(wú)人機(jī)、無(wú)人船、走航車等移動(dòng)式終端，利用5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸視頻和數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)點(diǎn)位覆蓋面不足。目前，雄安新區(qū)在國(guó)內(nèi)首次搭建了基于5G技術(shù)“天地一體化”環(huán)境監(jiān)測(cè)體系[3]。基層監(jiān)測(cè)能力也將得到加強(qiáng)，省、市技術(shù)專家可通過(guò)遠(yuǎn)程操控、視頻會(huì)商等方式，對(duì)區(qū)縣開(kāi)展應(yīng)急和執(zhí)法監(jiān)測(cè)進(jìn)行精準(zhǔn)幫扶指導(dǎo)。

3.2 在污染源監(jiān)控中的應(yīng)用

5G與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)結(jié)合，可促進(jìn)“非現(xiàn)場(chǎng)、不接觸”監(jiān)管新模式的發(fā)展。對(duì)固定源的排放、工況數(shù)據(jù)進(jìn)行全過(guò)程、高密度采集后，用人工智能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，訓(xùn)練出更加科學(xué)、智能的預(yù)測(cè)預(yù)警模型，然后將實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)反饋給終端，有利于第一時(shí)間組織反控;對(duì)機(jī)動(dòng)車、非道路移動(dòng)機(jī)械、高風(fēng)險(xiǎn)移動(dòng)放射源等移動(dòng)源，通過(guò)車載終端實(shí)時(shí)監(jiān)控其位置、排放和載物信息等，實(shí)現(xiàn)“能定位、能預(yù)警、能追溯”;對(duì)工地?fù)P塵、秸稈焚燒等面源，可在周邊安裝全景視頻監(jiān)控，或用無(wú)人機(jī)按預(yù)設(shè)路線進(jìn)行巡視，通過(guò)5G與邊緣計(jì)算相結(jié)合，自動(dòng)識(shí)別和鎖定污染現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)向監(jiān)控中心告警并發(fā)送相關(guān)視頻和圖片，比人工監(jiān)控更精準(zhǔn)高效。

3.3 在環(huán)境執(zhí)法中的應(yīng)用

環(huán)境執(zhí)法貴在精準(zhǔn)，5G技術(shù)則為提高執(zhí)法精準(zhǔn)度提供了新路徑?！胺乾F(xiàn)場(chǎng)、不接觸”的監(jiān)控新模式將部分執(zhí)法環(huán)節(jié)從線下轉(zhuǎn)到線上，線下更突出精準(zhǔn)，減少了對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)的干擾;針對(duì)基層執(zhí)法能力不足，可為執(zhí)法人員配置便攜式的智能化移動(dòng)執(zhí)法終端，后臺(tái)則通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、督察、信訪等數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析為執(zhí)法人員提供實(shí)時(shí)支持，提高單兵現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)執(zhí)法能力;進(jìn)入危險(xiǎn)、有害區(qū)域取證，或遇設(shè)有水下暗管等人眼難以識(shí)別的情形時(shí)，可用無(wú)人機(jī)（船）等搭載執(zhí)法智能機(jī)器人、“5G+VR”全景攝像機(jī)進(jìn)行巡查，采樣數(shù)據(jù)和圖像、視頻實(shí)時(shí)回傳指揮中心，實(shí)現(xiàn)線上線下協(xié)同執(zhí)法。

3.4 在環(huán)境應(yīng)急中的應(yīng)用

近年來(lái)5G技術(shù)在各領(lǐng)域頻發(fā)的應(yīng)急事件中大展身手，在環(huán)境應(yīng)急的預(yù)警、溯源和處置等環(huán)節(jié)中也將發(fā)揮重要作用。在化工園區(qū)、尾礦庫(kù)和采選、冶煉等重點(diǎn)企業(yè)的內(nèi)外敏感區(qū)域布設(shè)高密度預(yù)警站，在制高點(diǎn)或用無(wú)人機(jī)對(duì)有毒有害污染物進(jìn)行光譜特征偵測(cè)巡測(cè)，形成感知精準(zhǔn)、反應(yīng)迅速的預(yù)警體系;突發(fā)水環(huán)境事件時(shí)，利用廢水在熒光光譜中表現(xiàn)出的“水質(zhì)指紋”[4]，傳回大數(shù)據(jù)中心同污染源水質(zhì)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，精確快速溯源排污行業(yè)或企業(yè);利用衛(wèi)星遙感和無(wú)人機(jī)航拍的高密度數(shù)據(jù)，在異地快速構(gòu)建事故發(fā)生地的三維仿真模型[5]，結(jié)合污染擴(kuò)散模型和應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)視頻等，可視化展現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)及周邊情況，環(huán)境應(yīng)急專家線上同步進(jìn)行分析，共同為應(yīng)急處置提供全面、直觀、科學(xué)的決策支持。

4 5G技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域深度應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)

4.1 研發(fā)新一代生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控終端

著眼開(kāi)展生態(tài)環(huán)境綜合性監(jiān)測(cè)需求，研發(fā)滿足多要素同步監(jiān)測(cè)、形式多樣、信息密度高的新一代監(jiān)測(cè)監(jiān)控終端。除采集和發(fā)送數(shù)據(jù)外，終端還應(yīng)具備基于5G的邊緣分布式計(jì)算能力，如在本地進(jìn)行污染物特征分析、圖像視頻檢測(cè)識(shí)別等，實(shí)現(xiàn)去中心化計(jì)算，提高數(shù)據(jù)運(yùn)算與傳輸效率，提升監(jiān)測(cè)監(jiān)控的時(shí)效性。

4.2 搭建高速泛在的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)網(wǎng)

著眼海量生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)高速穩(wěn)定傳輸?shù)男枨螅劳协h(huán)保專網(wǎng)、電子政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信等基礎(chǔ)設(shè)施資源，搭建高速、泛在的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)網(wǎng)。一方面要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)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(lián)網(wǎng)）等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，使數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定和實(shí)時(shí);一方面要升級(jí)核心骨干網(wǎng)和核心承載網(wǎng)，暢通基站到生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)中心、環(huán)境監(jiān)控與應(yīng)急中心的高速通道。

4.3 訓(xùn)練基于人工智能的大數(shù)據(jù)能力

5G技術(shù)解決了大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)傳輸速率問(wèn)題，但還需要智慧的“大腦”才能確保數(shù)據(jù)流向正確的地方。在生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)基于人工智能的深度學(xué)習(xí)模型，對(duì)歷史沉淀的和實(shí)時(shí)采集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，建立健全數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成全天候、智能化的數(shù)據(jù)分析、目標(biāo)識(shí)別和預(yù)測(cè)預(yù)警能力，服務(wù)科學(xué)管理決策。

5 結(jié)論與展望

5G通信技術(shù)是數(shù)字時(shí)代的高速公路，為各行各業(yè)數(shù)據(jù)高效流通、共享與應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中的應(yīng)用前景十分廣闊。雖然現(xiàn)在5G技術(shù)還存在諸多缺陷，距離全面普及還有差距，但隨著技術(shù)的發(fā)展與完善，其同生態(tài)環(huán)境保護(hù)具體業(yè)務(wù)的結(jié)合點(diǎn)還將不斷增多。同時(shí)，5G技術(shù)將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新信息技術(shù)有力地聚集融合在一起，必將推動(dòng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)業(yè)務(wù)流程發(fā)生變革、促進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這為提高生態(tài)環(huán)境管理信息化能力和水平提供了新的技術(shù)手段與契機(jī)。（作者單位：湖南省生態(tài)環(huán)境事務(wù)中心）

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