论文部分内容阅读
摘要：为了改善环境问题，政府积极推动环保信息化的工作，同时随着5G技术的成熟和普及，环保信息化将会得到进一步的发展。首先对环保信息化的功能、5G的特点进行介绍，再对智慧环保中5G网络的关键技术进行分析，然后重点分析了5G网络在智慧环保中的应用及优势，最后进行总结。
关键词：5G;环保;信息化;物联网;网络
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）32-0135-02
1概述
随着经济的高速发展，环境问题日趋明显。为了提高人民的生活质量，党的十九大把环境污染防治列为我国三大攻坚战之一，要求必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，统筹山水林田湖草系统治理，实行最严格的生态环境保护制度。同时生态环境部机构改革、环保体制改革以及环保“费改税”等措施都意味着政府对于环保治理的决心和魄力。而智慧环保有利于提高环境治理效率，及时准确地将有效信息提供给环保部门，相关部门根据分析结果采取措施。但我国的环保信息化工作仍在发展过程中，目前存在数据共享程度低、信息公开力度不够、数据口径不一致、信息技术标准不统一等问题，因此应完善环保信息化建设工作，保障环境治理效率。而5G的出现，能够大大提升数据的安全性与传输速率，从而推动智慧环保的进一步发展。
2智慧环保
智慧环保是指为了达到改善环境质量、提高生活品质的目的，利用物联网、大数据等信息技术对环境质量数据等管理要素进行全面的感知、采集、传输并进行存储、分析处理、深度挖掘和数据共享，最终实现智能决策、信息共享、业务协同。
智慧环保建设方案嘲包括感知层、网络层、数据层、应用层、服务层、完善的技术与标准体系和运行保障体系，用户包括省环保厅、市环保局、区县环保局、企业和公众。
智慧环保是物联网技术与环境信息化相结合的概念，其特征可以归结为4个方面：
感：利用传感器等设备对大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、湿地、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等环境信息进行监测、捕获和传递，对指标信息进行全方位、透彻地感知;
传：利用环保专网、运营商网络，结合4G/5G、卫星通信等技术，将监测数据上传至个人电子设备、组织和政府信息系统，同时进行信息交互和共享;
析：以云计算、大数据等技术手段将海量环保指标数据进行整合分析，实现存储、数据挖掘和模型分析，有助于管理部门进行决策;
视：将数据分析结果进行大屏展示，更加清晰明了。
3 5G特点
移动通信技术经历了2G、3G、4G的发展过程，5G将不同于2G、3G、4G，不再由某项业务能力或者某个典型技术特征所定义。5GPa是在4G的基础上，对于移动通信提出更高的要求，它不仅在速度、时延、功耗等多个方面有了全新的提升，也能促进互联网的发展，帮助我们进入智能互联网时代。5G有六大特点：高速率、泛在网、低功耗、低时延、万物互联和重构安全。
如今，5G已成为我国网络建设的重要方向。政府要求继续推动5G技术研发和产业化，促进系统、芯片、终端等产业链进一步成熟。组织开展5G国内标准研制工作，加快5G网络建设进程，着力打造5G精品网络。可以相信，在产业链各方的努力下，5G移动网络会越来越成熟，5G的智能灵活、高效开放、网络架构变革，推动承载网架构进步并具备网络切片、灵活组网和调度、协同管控以及高精度同步等功能，可以满足自动控制、智能安防、智慧家居、实时远程信息处理、远程医疗、智能测量、无人驾驶和智慧环保等新兴行业差异化业务承载需求，实现万物互联。
4 5G网络的关键技术
网络架构技术。网络架构技术用于保证网络的低时延、高可靠的性能。其中网络切片技术是网络架构技术中的一种，网络切片呵以理解为支持特定使用场景或商业模式的通信服务要求的一组逻辑网络功能的集合，是基于物理基础设施对服务的实现，这些逻辑网络功能可以看作是由EPC下的网络功能分解而来的一系列子功能。通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络，从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络，这是非常节省成本的，同时能够满足移动宽带、大规模物联网（智慧城市、智慧环保、车联网、远程医疗、无人驾驶等领域）等的需求。
无线空口技术。无线空口技术用于增强移动宽带，大规模天线技术是无线空口技术中的一种。大规模天线技术D印是基于多用户波束成形（将无线信号只按特定方向传播的技术）的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离（sDMA），在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且几十倍地提升网络容量。
5 5G在智慧环保中的应用
5G在环保物联网系统中的应用主要在于感知层，网络层和应用层三层架构，如图2所示。
感知层，主要包括各类水质、气候、废气监测的检测设备。当前环保的管理最主要的问题是没有充分获得监管数据，很多监测工作依赖人工即事后处理。此时安装基于5G的物联网智能终端，包括水质传感器、水位计、流量计、雨量计、结构安全传感器、空气质量传感器等，可以满足环境全面检测的需求。终端设备具体功耗低、安装部署方便、维护成本低的特点。
网络层，主要包括布设现场的5G基站设备，5G能够实现传感器设备的数据收集，并上传至云端。
应用层即服务器应用，有了感知层5G网络上传的数据，进行分析和挖掘，提供结构安全监测、水文雨情分析、土壤分析、水质分析、气象警报预報等。
6 5G网络在智慧环保中优势
1）实现全方位监测。在智慧环保环境监测方面，5G和物联网、大数据等技术结合，可以实现环境与平台、平台与人之间的实时信息交互，将污染源的数据、成因、位置、图片传输到系统中，发出警报，避免出现污染事件发生但没有及时发现的事故的出现，多个城市之间可以实现联防联控、共享数据、共同决策。例如可以通过无人机搭载5G终端CPE和360～ 4K摄像头持续航拍，无人船不间断走航监测实时回传数据，将拍摄的环境状况及水质数据通过5G网络实时回传至平台及终端，达到VR实景感知和实时观测处理的目的，依托5G大速率、低时延的优势，借助VR无人机全天候、全地形的灵活性以及无人船的超长期巡航监测等特点，实时全景、全数据回传，建立“天地一体化”生态监测系统。
2）数据传输准确。目前智慧环保中传感器、测量仪等仪器是利用WIFI、NB-IoT、LoRa、4G等方式连入网络的，当连接的传感器等仪器数量过多产生大量的数据时，极有可能导致网络拥堵、延时、环保数据信息数据处理不及时和信息不准确等数据波动问题，甚至会产生污染问题没有及时发现和处理的恶劣影响。为了解决此问题，在感知数据信息用于智能终端设备之中时，可以利用5G网络向用户设备直接传输数据信息，在优化用户操作的基础上实现对信息的实时判读，可以保证数据及时传输和准确性。
3）数据分析精确。在5G时代，环境大数据也将发生重大变化。大数据分析可以建立更多更复杂的计算模型，环保数据分析更加精确。
4）智能处理。5G的出现可以使智能环保机器人自动处理污染源变为现实。当监测器发现污染源时，可以利用5G将地点传送给机器人，让环保机器人自动前往污染地进行处理，甚至可以抓获破坏环境的不法分子。
5）快捷经济。智慧环保与5G相结合更加快捷经济，智慧环保智能终端通过5G连接，5G将摒弃传统的网络布线式连接，实现智能终端的小型化和性能化;5G网络基础下的智慧环保构建和维护无需更复杂的施工过程，更加高效、简化、快捷;同时，5G基站的建成能够使智慧环保终端和手机快速连接，从而减少了网络层的设备数量，减少成本，具有较高的经济价值。
6）低碳节能。当5G普及后，人们会用5G替代有线上网，将数据中心迁移至云端，将来手机也有可能取代电脑，在同样的应用规模下，5G基站的总能耗相比宽带设备反而更加节能了。
7总结
智慧环保领域将借助中国信息化发展势头继续前行，我们能看到智慧环保行业未来广阔的发展前景，当然同时也存在挑战。当前网络技术大规模应用，智慧环保也将借助5G的高速率、低时延的优势得到进一步的发展，实现真正意义上的智慧环保和信息共享，有效助力国家发展。
关键词：5G;环保;信息化;物联网;网络
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）32-0135-02
1概述
随着经济的高速发展，环境问题日趋明显。为了提高人民的生活质量，党的十九大把环境污染防治列为我国三大攻坚战之一，要求必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，统筹山水林田湖草系统治理，实行最严格的生态环境保护制度。同时生态环境部机构改革、环保体制改革以及环保“费改税”等措施都意味着政府对于环保治理的决心和魄力。而智慧环保有利于提高环境治理效率，及时准确地将有效信息提供给环保部门，相关部门根据分析结果采取措施。但我国的环保信息化工作仍在发展过程中，目前存在数据共享程度低、信息公开力度不够、数据口径不一致、信息技术标准不统一等问题，因此应完善环保信息化建设工作，保障环境治理效率。而5G的出现，能够大大提升数据的安全性与传输速率，从而推动智慧环保的进一步发展。
2智慧环保
智慧环保是指为了达到改善环境质量、提高生活品质的目的，利用物联网、大数据等信息技术对环境质量数据等管理要素进行全面的感知、采集、传输并进行存储、分析处理、深度挖掘和数据共享，最终实现智能决策、信息共享、业务协同。
智慧环保建设方案嘲包括感知层、网络层、数据层、应用层、服务层、完善的技术与标准体系和运行保障体系，用户包括省环保厅、市环保局、区县环保局、企业和公众。
智慧环保是物联网技术与环境信息化相结合的概念，其特征可以归结为4个方面：
感：利用传感器等设备对大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、湿地、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等环境信息进行监测、捕获和传递，对指标信息进行全方位、透彻地感知;
传：利用环保专网、运营商网络，结合4G/5G、卫星通信等技术，将监测数据上传至个人电子设备、组织和政府信息系统，同时进行信息交互和共享;
析：以云计算、大数据等技术手段将海量环保指标数据进行整合分析，实现存储、数据挖掘和模型分析，有助于管理部门进行决策;
视：将数据分析结果进行大屏展示，更加清晰明了。
3 5G特点
移动通信技术经历了2G、3G、4G的发展过程，5G将不同于2G、3G、4G，不再由某项业务能力或者某个典型技术特征所定义。5GPa是在4G的基础上，对于移动通信提出更高的要求，它不仅在速度、时延、功耗等多个方面有了全新的提升，也能促进互联网的发展，帮助我们进入智能互联网时代。5G有六大特点：高速率、泛在网、低功耗、低时延、万物互联和重构安全。
如今，5G已成为我国网络建设的重要方向。政府要求继续推动5G技术研发和产业化，促进系统、芯片、终端等产业链进一步成熟。组织开展5G国内标准研制工作，加快5G网络建设进程，着力打造5G精品网络。可以相信，在产业链各方的努力下，5G移动网络会越来越成熟，5G的智能灵活、高效开放、网络架构变革，推动承载网架构进步并具备网络切片、灵活组网和调度、协同管控以及高精度同步等功能，可以满足自动控制、智能安防、智慧家居、实时远程信息处理、远程医疗、智能测量、无人驾驶和智慧环保等新兴行业差异化业务承载需求，实现万物互联。
4 5G网络的关键技术
网络架构技术。网络架构技术用于保证网络的低时延、高可靠的性能。其中网络切片技术是网络架构技术中的一种，网络切片呵以理解为支持特定使用场景或商业模式的通信服务要求的一组逻辑网络功能的集合，是基于物理基础设施对服务的实现，这些逻辑网络功能可以看作是由EPC下的网络功能分解而来的一系列子功能。通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络，从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络，这是非常节省成本的，同时能够满足移动宽带、大规模物联网（智慧城市、智慧环保、车联网、远程医疗、无人驾驶等领域）等的需求。
无线空口技术。无线空口技术用于增强移动宽带，大规模天线技术是无线空口技术中的一种。大规模天线技术D印是基于多用户波束成形（将无线信号只按特定方向传播的技术）的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离（sDMA），在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且几十倍地提升网络容量。
5 5G在智慧环保中的应用
5G在环保物联网系统中的应用主要在于感知层，网络层和应用层三层架构，如图2所示。
感知层，主要包括各类水质、气候、废气监测的检测设备。当前环保的管理最主要的问题是没有充分获得监管数据，很多监测工作依赖人工即事后处理。此时安装基于5G的物联网智能终端，包括水质传感器、水位计、流量计、雨量计、结构安全传感器、空气质量传感器等，可以满足环境全面检测的需求。终端设备具体功耗低、安装部署方便、维护成本低的特点。
网络层，主要包括布设现场的5G基站设备，5G能够实现传感器设备的数据收集，并上传至云端。
应用层即服务器应用，有了感知层5G网络上传的数据，进行分析和挖掘，提供结构安全监测、水文雨情分析、土壤分析、水质分析、气象警报预報等。
6 5G网络在智慧环保中优势
1）实现全方位监测。在智慧环保环境监测方面，5G和物联网、大数据等技术结合，可以实现环境与平台、平台与人之间的实时信息交互，将污染源的数据、成因、位置、图片传输到系统中，发出警报，避免出现污染事件发生但没有及时发现的事故的出现，多个城市之间可以实现联防联控、共享数据、共同决策。例如可以通过无人机搭载5G终端CPE和360～ 4K摄像头持续航拍，无人船不间断走航监测实时回传数据，将拍摄的环境状况及水质数据通过5G网络实时回传至平台及终端，达到VR实景感知和实时观测处理的目的，依托5G大速率、低时延的优势，借助VR无人机全天候、全地形的灵活性以及无人船的超长期巡航监测等特点，实时全景、全数据回传，建立“天地一体化”生态监测系统。
2）数据传输准确。目前智慧环保中传感器、测量仪等仪器是利用WIFI、NB-IoT、LoRa、4G等方式连入网络的，当连接的传感器等仪器数量过多产生大量的数据时，极有可能导致网络拥堵、延时、环保数据信息数据处理不及时和信息不准确等数据波动问题，甚至会产生污染问题没有及时发现和处理的恶劣影响。为了解决此问题，在感知数据信息用于智能终端设备之中时，可以利用5G网络向用户设备直接传输数据信息，在优化用户操作的基础上实现对信息的实时判读，可以保证数据及时传输和准确性。
3）数据分析精确。在5G时代，环境大数据也将发生重大变化。大数据分析可以建立更多更复杂的计算模型，环保数据分析更加精确。
4）智能处理。5G的出现可以使智能环保机器人自动处理污染源变为现实。当监测器发现污染源时，可以利用5G将地点传送给机器人，让环保机器人自动前往污染地进行处理，甚至可以抓获破坏环境的不法分子。
5）快捷经济。智慧环保与5G相结合更加快捷经济，智慧环保智能终端通过5G连接，5G将摒弃传统的网络布线式连接，实现智能终端的小型化和性能化;5G网络基础下的智慧环保构建和维护无需更复杂的施工过程，更加高效、简化、快捷;同时，5G基站的建成能够使智慧环保终端和手机快速连接，从而减少了网络层的设备数量，减少成本，具有较高的经济价值。
6）低碳节能。当5G普及后，人们会用5G替代有线上网，将数据中心迁移至云端，将来手机也有可能取代电脑，在同样的应用规模下，5G基站的总能耗相比宽带设备反而更加节能了。
7总结
智慧环保领域将借助中国信息化发展势头继续前行，我们能看到智慧环保行业未来广阔的发展前景，当然同时也存在挑战。当前网络技术大规模应用，智慧环保也将借助5G的高速率、低时延的优势得到进一步的发展，实现真正意义上的智慧环保和信息共享，有效助力国家发展。