5G技术在生态环境保护工作中的应用探讨

勒伟青

摘要：当前生态环境管理信息化面临系列挑战，制约了生态环境保护工作的开展，必须加快信息技术的应用。本文探讨了以5G技术为主的新信息技术在生态环境保护业务领域的应用，提出了进一步深度应用的技术关键点，为构建智慧高效的生态环境管理信息化体系提供思路。

关键词：5G技术;生态环境保护;信息化

推动信息技术与生态环境保护业务深度融合，使信息化成为生态环境保护工作的“四梁八柱”，是生态环境保护工作的重要内容，是打好污染防治攻坚战、构建现代环境治理体系、建设美丽中国的支撑保障[1]。要落实《中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》提出的构建智慧高效的生态环境管理信息化体系，还需加快推进5G、物联网、大数据、云计算等新信息技术在生态环境保护领域的建设与应用，以信息化、数字化、智能化助力实现智慧高效。

1 生态环境管理信息化面临的挑战

面对“十四五”期间更加繁重的生态环境统一监管任务，生态环境管理信息化也面临系列挑战，主要表现在以下几个方面：

（1）基础数据不全、自动获取程度低。如地下水、农村环境、农业面源、生物多样性等方面数据缺乏，大气、地表水自动监测网还在不断完善，污染源自动监控规模偏小，对土壤、生态、辐射、固废危废、挥发性有机物（VOCS）等要素的监测仍以人工为主，数据实时性不强。

（2）全过程监管不足、技术手段较单一。环境监管是一个系统工程，仅依赖单一来源数据难以做出实时准确的判断。如污染源在线自动监控以监测末端污染物排放浓度为主，缺少对用水、用电、用料和污染物产生、收集、治理和排放全过程的监管信息，数据的真实性和有效性不足。

（3）数据来源分散、关联应用程度不高。数据来源于在线监测、自动监测、手工填报、污染源普查、排污许可、环统以及互联网等多种渠道，缺少多源融合校验，数据的整合关联应用也不够，如污染源与环境质量综合关联分析不足、在线监控数据尚未有效应用于排污权交易等。

（4）事前监管和预警预报能力偏弱。由于数据的采集、整合、关联、共享及实时传输能力不足，当前政府部門更侧重于对环境污染的被动监测和事中事后监管，事前监管和预警预报能力亟待提升。

以上种种，都制约了生态环境保护工作的开展，必须进一步加大新信息技术在生态环境保护工作中的应用力度，而5G技术将在其中发挥重要作用。

2 5G技术特性与应用特征

2.1 5G的技术特性

5G是第五代移动通信技术的英文简称，其技术特性可概括为高带宽、低时延、广连接和高安全。5G的峰值速率达10-20Gbps、用户体验速率为1Gbps，可满足高清视频、VR（虚拟现实）、AR（增强现实）等大流量的传输需求;空中接口时延低至1ms，仅4G的十分之一，传输可靠性达99.99%;连接能力达每平方公里100万个终端，且从基础架构上保证数据安全，促进了万物互联。

2.2 5G的应用特征

国际标准化组织“3GPP”为5G定义了三类具体应用场景[2]：增强移动宽带、超高可靠低时延通信和海量机器类通信。增强移动宽带主要面向移动互联网数据爆炸式增长，能在流量热点区域依然提供高速、稳定的传输;超高可靠低时延通信主要面向智能无人驾驶、远程精确控制等应用场景，能为用户真正带来身临其境、沉浸式的体验;海量机器类通信主要面向智慧城市、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接的特点。

可以看出，5G技术的应用与发展，将物联网、人工智能、大数据、云计算、VR等新信息技术有力地聚集融合在一起，推动全行业数字化转型，为传统行业发展注入了新动能、带来了新机遇。

3 5G技术在生态环境保护工作中的应用

3.1 在环境监测中的应用

5G技术能提升监测终端的工作效能和数据实时性，使监测网络更加“耳聪目明”。更加丰富监测手段，高清视频、无人机高光谱成像等一批大数据流量手段将广泛运用，推动单一数据监测向综合监测转变，实现“一处布点、多要素采集”;进一步织密监测网络，一方面可加密点位实现高密度采集，一方面可更多配置无人机、无人船、走航车等移动式终端，利用5G网络实时传输视频和数据，弥补点位覆盖面不足。目前，雄安新区在国内首次搭建了基于5G技术“天地一体化”环境监测体系[3]。基层监测能力也将得到加强，省、市技术专家可通过远程操控、视频会商等方式，对区县开展应急和执法监测进行精准帮扶指导。

3.2 在污染源监控中的应用

5G与物联网、人工智能等技术结合，可促进“非现场、不接触”监管新模式的发展。对固定源的排放、工况数据进行全过程、高密度采集后，用人工智能对数据进行深度学习，训练出更加科学、智能的预测预警模型，然后将实时预测数据反馈给终端，有利于第一时间组织反控;对机动车、非道路移动机械、高风险移动放射源等移动源，通过车载终端实时监控其位置、排放和载物信息等，实现“能定位、能预警、能追溯”;对工地扬尘、秸秆焚烧等面源，可在周边安装全景视频监控，或用无人机按预设路线进行巡视，通过5G与边缘计算相结合，自动识别和锁定污染现场，及时向监控中心告警并发送相关视频和图片，比人工监控更精准高效。

3.3 在环境执法中的应用

环境执法贵在精准，5G技术则为提高执法精准度提供了新路径。“非现场、不接触”的监控新模式将部分执法环节从线下转到线上，线下更突出精准，减少了对企业正常生产的干扰;针对基层执法能力不足，可为执法人员配置便携式的智能化移动执法终端，后台则通过对监测、监控、督察、信访等数据进行关联分析为执法人员提供实时支持，提高单兵现场精准执法能力;进入危险、有害区域取证，或遇设有水下暗管等人眼难以识别的情形时，可用无人机（船）等搭载执法智能机器人、“5G+VR”全景摄像机进行巡查，采样数据和图像、视频实时回传指挥中心，实现线上线下协同执法。

3.4 在环境应急中的应用

近年来5G技术在各领域频发的应急事件中大展身手，在环境应急的预警、溯源和处置等环节中也将发挥重要作用。在化工园区、尾矿库和采选、冶炼等重点企业的内外敏感区域布设高密度预警站，在制高点或用无人机对有毒有害污染物进行光谱特征侦测巡测，形成感知精准、反应迅速的预警体系;突发水环境事件时，利用废水在荧光光谱中表现出的“水质指纹”[4]，传回大数据中心同污染源水质指纹数据库进行比对，精确快速溯源排污行业或企业;利用卫星遥感和无人机航拍的高密度数据，在异地快速构建事故发生地的三维仿真模型[5]，结合污染扩散模型和应急监测数据、现场视频等，可视化展现事故现场及周边情况，环境应急专家线上同步进行分析，共同为应急处置提供全面、直观、科学的决策支持。

4 5G技术在生态环境领域深度应用的关键点

4.1 研发新一代生态环境监测监控终端

着眼开展生态环境综合性监测需求，研发满足多要素同步监测、形式多样、信息密度高的新一代监测监控终端。除采集和发送数据外，终端还应具备基于5G的边缘分布式计算能力，如在本地进行污染物特征分析、图像视频检测识别等，实现去中心化计算，提高数据运算与传输效率，提升监测监控的时效性。

4.2 搭建高速泛在的生态环境基礎网

着眼海量生态环境数据高速稳定传输的需求，依托环保专网、电子政务外网、互联网和移动通信网、卫星通信等基础设施资源，搭建高速、泛在的生态环境基础网。一方面要加强监测监控终端到基站的通信能力，将4G、5G及“NB-IoT”（其于蜂窝的窄带物联网）等多种异构网络融合，使数据传输更加稳定和实时;一方面要升级核心骨干网和核心承载网，畅通基站到生态环境大数据中心、环境监控与应急中心的高速通道。

4.3 训练基于人工智能的大数据能力

5G技术解决了大数据背景下的数据传输速率问题，但还需要智慧的“大脑”才能确保数据流向正确的地方。在生态环境大数据中心的基础上，开发基于人工智能的深度学习模型，对历史沉淀的和实时采集的海量数据进行训练学习，建立健全数据间的关联关系，形成全天候、智能化的数据分析、目标识别和预测预警能力，服务科学管理决策。

5 结论与展望

5G通信技术是数字时代的高速公路，为各行各业数据高效流通、共享与应用提供了基础，在生态环境保护工作中的应用前景十分广阔。虽然现在5G技术还存在诸多缺陷，距离全面普及还有差距，但随着技术的发展与完善，其同生态环境保护具体业务的结合点还将不断增多。同时，5G技术将物联网、人工智能、大数据、云计算等新信息技术有力地聚集融合在一起，必将推动生态环境保护业务流程发生变革、促进数字化转型，这为提高生态环境管理信息化能力和水平提供了新的技术手段与契机。（作者单位：湖南省生态环境事务中心）

参考文献：

[1]章少民.中国生态环境信息化：30年历程回顾与展望[J].环境保护，2021，49（2）：37-44.

[2]许偲.5G通信技术及应用场景研究[J].信息通信，2020（03）：261-262.

[3]徐爱兰，耿建生.基于5G与AI的生态环境监测网络平台探讨[J].环境监测管理与技术，2021，33（3）：5-8.

[4]梁鸿，王文霞，蒋冰艳，等.水污染预警溯源技术应用案例研究[J].环境影响评价，2021，43（2）：56-60.

刘锐，姚新.环境应急信息化理论与实践[M].北京：科学出版社，2012：67.

[5]刘锐，姚新.环境应急信息化理论与实践[M].北京：科学出版社，2012：67.