基于5G 時代廣域融合物聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)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(zhì)量。5G 時代發(fā)展背景下廣域融合物聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)代信息技術有效連接，城市管理可借助大數(shù)據(jù)與云計算等實現(xiàn)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(xiàn)為城市發(fā)展帶來新的機遇，進一步提升城市的數(shù)字化建設水平。移動通信技術廣域融入物聯(lián)網(wǎng)場景對實現(xiàn)不同區(qū)域的通信有著積極的促進意義。根據(jù)用戶的不同可將其分為不同的結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡實體、法律一致性的同時，還應確保內(nèi)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(xiàn)廣域融合物聯(lián)網(wǎng)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(zhì)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(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要包括了智慧城市的所有數(shù)據(jù)信息，智慧城市的總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)清理以及數(shù)據(jù)交換共享層。智能數(shù)據(jù)層包括計算、存儲等功能，可實現(xiàn)政府與工業(yè)所需要的數(shù)據(jù)信息與服務。在數(shù)字化清理方面，當出現(xiàn)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(jù)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(shù)據(jù)程序中。網(wǎng)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(wǎng)技術中，5G 技術擁有較為廣泛的應用。兩者的結(jié)合更具時代特性，是互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的重要體現(xiàn)，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(wǎng)絡系統(tǒng)在實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(diào)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(xiàn)了路燈的精準控制。在應用過程中，該系統(tǒng)利用5G 網(wǎng)絡和其他層次智能管理系統(tǒng)，根據(jù)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(nèi)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(zhuǎn)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(jù)情況調(diào)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(wǎng)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(jù)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(xiàn)不同區(qū)域與路段的靈活控制。分場景控制則能夠?qū)崿F(xiàn)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(wǎng)在智慧城市建設中的應用

2.1 應用場景

網(wǎng)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(wǎng)絡，網(wǎng)絡功能的差異性可滿足不同的服務要求。核心網(wǎng)絡的優(yōu)勢在于以切片技術實現(xiàn)隔離，卻被業(yè)務順利開展。在技術上確保網(wǎng)絡切片得以實現(xiàn)。在網(wǎng)絡切片的基礎上，運營商可將業(yè)務擴展到物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)核心網(wǎng)業(yè)務和內(nèi)容的融合，并通過逐步靠近終端用戶網(wǎng)絡邊緣，最大程度減少延時性和網(wǎng)絡負荷，顯著提升數(shù)據(jù)的可靠性與有效性。在確保數(shù)據(jù)安全的基礎上達到城市感知層數(shù)據(jù)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(xiàn)數(shù)據(jù)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(xiàn)城市交通的智能化管理、實現(xiàn)車和車、車和人的動態(tài)數(shù)據(jù)信息交互過程中，助力交通參與者依據(jù)危險預警、安全提示等數(shù)據(jù)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?shù)狡嚱K端，為駕駛員提供信息支持。自動駕駛汽車無須安裝數(shù)據(jù)處理設備即可獲得實時的路況信息，并根據(jù)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(shù)據(jù)資源庫實現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)的實時共享、遠程診療，甚至可以實現(xiàn)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(zhì)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(shù)據(jù)信息采集準確率、患者問題處理時間以及數(shù)據(jù)交互時間進行觀察，得出智慧醫(yī)療移動查房數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 智慧醫(yī)療移動查房數(shù)據(jù)

2.4 智慧電網(wǎng)

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(wǎng)的可靠、安全運行。智慧城市中5G 技術的應用可實現(xiàn)電網(wǎng)智慧化建設（圖3）和管理，對于5G 技術來說，將其和物聯(lián)網(wǎng)技術有機融合在一起，通過構(gòu)建通信、計算和決策相融合，并形成統(tǒng)一化的智慧電網(wǎng)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(wǎng)技術對不同頻率地區(qū)的數(shù)據(jù)予以科學化采集，在獲得相應數(shù)據(jù)信息后統(tǒng)一發(fā)送至電網(wǎng)系統(tǒng)中，依據(jù)城市區(qū)域用電量以及用電頻率展開電網(wǎng)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(wǎng)作業(yè)方法，幫助各領域、各行業(yè)依據(jù)業(yè)務需求建設符合自身實際情況的行業(yè)專網(wǎng)，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(wǎng)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(wǎng)性能，保障城市居民的生活質(zhì)量[3]。

圖3 智慧電網(wǎng)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(jīng)過處理后在5G 網(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源的共享。5G 技術和物聯(lián)網(wǎng)技術的融合，在打造智慧校園方面也有著良好的表現(xiàn)，運用大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡的幫助下，教師將順利開展信息化教學，融合網(wǎng)絡資源、平臺教學模式，逐步提高教學質(zhì)量的同時，為社會培養(yǎng)高質(zhì)量、高水平的專業(yè)人才[5]。

圖5 智慧教育建設

3 結(jié)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(wǎng)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(xiàn)代化的智慧城市建設由交通、醫(yī)療以及家居等方面構(gòu)成，為確保5G 技術與物聯(lián)網(wǎng)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(nèi)容，并以此為基礎實現(xiàn)智慧城市的數(shù)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(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎。