智慧城市中的5G技术全景应用研究

高绮蔚，姜永飞

（陕西通信规划设计研究院有限公司，陕西 西安 710065）

0 引言

5G技术的普及应用使得社会方方面面发生了巨大的变革，不仅为人们的交流、采购甚至学习等日常生活行为提供了更多的便利，更是推动了社会生产模式以及管理体制的创新发展。此外，5G技术在智慧城市建设和运行管理等领域也发挥着难以忽视的重要作用，而深入研究5G技术在智慧城市中的全景应用，对智慧城市潜能与效能的激发有着重要意义。

1 智慧城市与5G技术概述

1.1 智慧城市概述

智慧城市是现如今城市建设和发展的新理念、新方向，其目标不仅仅是为了更好地满足城市民众对高品质生活环境的需求，更是为了构建城市良好经济环境、优化城市服务体系以及完善城市运营和管理机制，其主要涉及生活、经济、交通、政务等诸多领域（如图1所示），而互联网技术、大数据技术、人工智能技术以及5G技术等现代科技，则是智慧城市建设和运行不可或缺的技术与数据处理平台[1]。

图1 智慧城市总体目标示意图

1.2 5G技术概述

5G技术是指第五代移动通信技术，是以4G系统为基础发展完善而来的现代科技，其特点与优势主要体现在以下几个方面。

（1）具有更高的数据传输速率。这是5G技术最为关键的特征之一，在该方面与原有的4G技术相比有了很大的提升，能够为广大网络用户提供更好的使用体验。

（2）网络延迟更低。主要是因为5G技术在诸多领域都有了较为显著的突破和优化，使得5G网络在连接速率以及连接可靠性等方面有了大幅度的提升，能够更好地保证网络数据的高效、稳定、快速传输。

（3）网络普遍性更好。主要是指5G网络建设会最大限度地追求网络全覆盖率，其目的是为了更好地满足各类复杂场景中不同业务和服务的处理需求。

2 智慧城市中的5G技术

2.1 物联网、大数据以及云计算技术

物联网技术是智慧城市实现“智慧”网络搭建的核心技术之一，但也使得智慧城市在运行过程中会产生大量文字、视频等不同类型的数据，同时，数据量也会随着城市的运行而急剧增长，不仅对数据存储空间有着极高的要求，这些数据信息当中还蕴藏着巨大的价值，此时就需要借助云计算以及大数据技术等现代科技手段对相关数据信息进行处理，进而深入挖掘和真正发挥智慧城市数据信息应有的作用和价值，5G技术在这一过程中主要是提供数据传输速率更快且延迟更低的网络渠道，这也是智慧城市能够高效、妥善处理庞大数据信息的保障[2]。

2.2 精准定位技术

精准定位技术在智慧城市物流仓储以及港口等领域发挥着举足轻重的作用，也是5G技术极为重要的功能之一，虽然目前5G技术中的精准定位技术还存在或多或少的不完善之处，但随着5G技术研发进程的深入以及技术的不断成熟，其必然会达到定位精准性更高以及覆盖范围更广等预期目标。

2.3 人工智能技术

人工智能技术是智慧城市建设和运行过程中极为核心的技术之一，主要是由神经网络等关键技术构成，也是现阶段信息技术领域较为重要的研究内容，而5G技术与人工智能技术的有机结合，不仅可以大幅度提升智慧城市数据信息处理工作质量和效率，对于智慧城市的正常、稳定运行以及城市管理水平的提升也有着重要意义。

3 智慧城市中5G技术应用面临的挑战

3.1 5G网络建设成本较高

5G网络与4G网络都需要借助基站这一设施实现数字信号的传输，虽然5G网络在数据传输速率以及网络响应效率等方面有着巨大的优势，但每个5G基站的覆盖半径却比4G基站小很多，这就使得相同的网络覆盖范围所需的5G基站数量要远多于4G基站，因此，想要实现5G网络的全国覆盖所需花费的基站建设费用也是一笔天文数字，导致5G网络建设成本成为制约智慧城市建设和发展的重要因素之一[3]。

3.2 投资回报率不尽人意

与5G建设所需花费的巨额资金相比较，该项目现阶段的投资回报率很难达到预期目标。一方面，现如今应用范围较广的“5G云课堂”以及“5G诊疗”等5G技术应用案例，虽然对5G技术的应用价值进行了一定程度的展示，但这些项目带来的投资回报率却很低；另一方面，与5G技术有着紧密关联的电商行业对5G建设的关注和支持力度较弱，无形中制约了5G商业模式的构建与进一步发展，这也是影响智慧城市建设的原由之一。

3.3 通信技术方面的影响因素

随着智慧城市建设进程的不断深入以及5G技术的普及应用，会有越来越多的移动设备接入城市物联网平台，这就不得不考虑以下几方面问题：现有的通信技术是否能够很好地承载如此多的移动网络用户；在海量移动设备接入的情况下会不会对用户的使用体验带来不良影响；城市物联网用户的数据信息安全是否能够得到有效保障。以上这些技术问题也是制约和影响智慧城市建设发展进程的重要因素[4]。

4 智慧城市中5G技术应用场景

4.1 智慧基建

围绕智慧城市整体规划和功能完善各项基础设施是智慧城市建设的初始与核心工作内容。智慧基建工程主要由以下几部分构成。

（1）5G网络建设。由于我国目前仍然是以4G网络为主，5G技术尚未达到全国普及应用的程度，智慧城市基建工作应将城市5G网络全覆盖作为起始点，其具体工作内容主要是5G基站的建设以及搭建网络。

（2）物联网设施建设。物联网在智慧城市正常运行以及城市管理等领域发挥着难以替代的作用，也是智慧城市基建工程的核心组成部分，其实现原理主要是借助传感器和接口等装置以及技术手段，将城市各类设施和系统接入网络，并对城市范围内各种真实数据信息进行提取、上传、处理和存储[5]。

（3）大数据中心以及云计算平台建设。大数据中心和云计算平台可以视为智慧城市的大脑，其作用不仅仅是对智慧城市海量数据信息进行汇总、整理、分类和存储，更是为了对智慧城市数据信息进行及时、高效的分析和深度挖掘，以便能够为智慧城市的正常、稳定运行以及城市管理工作提供可靠的技术和信息支持。

4.2 智慧交通

交通系统是城市的核心组成部分之一，对于城市正常运行、居民生活质量乃至城市经济的发展都有着至关重要的影响。目前，随着人们经济水平的不断提升，城市私家车数量有了大幅度的增长，对城市交通系统的安全性和通畅性带来了或多或少的影响，现有的城市交通监控系统虽然能够对违反交通规则的车辆进行有效抓拍，但受网络数据传输速率以及网络延迟等因素的影响，难以对城市中庞大的人流和车流数据信息进行实时、有效的分析与处理。而依托5G技术的智慧交通在应对诸多城市交通问题时往往能够取得更加显著的成效，其实现原理是根据城市交通网络实际情况合理规划交通节点，并在交通节点处设置相应的交通状况监控和传感设备，然后借助城市5G网络、云计算技术等科技手段，将各个交通节点监控和传感设备捕捉到的路段人流及车流信息进行实时上传和高效分析，最后将分析结果反馈给相应的智能管理中心，进而对相应的城市交通线路进行管控。比如，对红绿灯时间进行科学调整等，既可以有效降低城市交通拥堵等事件的出现概率，还可以减少交通意外事故的发生。此外，智慧交通还涉及5G技术在智能导航以及无人驾驶等领域的应用，随着这些现代技术发展与成熟，不仅可以进一步加快智慧交通的建设进程，还可以使城市居民的日常出行更加便捷、安全。

4.3 智慧医疗

城市医疗一直以来都是民众极为关心和重视的领域之一，受各方面因素的影响，城市大多数居民饱受医疗成本较高、看病难以及健康资讯渠道较少等问题的困扰，而各级别医疗机构同样面临着诸多困境，由于很多大型医院更容易受到民众的认可与信赖，使得各地区时常出现大型医院人满为患、部分社区医院门可罗雀的现象，这不仅会对我国医疗行业的健康发展产生或大或小的制约和影响，也不利于社会的稳定与可持续发展。而依托5G技术实现的智慧医疗体系在解决城市居民众多医疗难题方面有着更为显著的效果，城市智慧医疗涉及以下几个领域。

（1）对医院患者身体状况实施监控。主要是利用医疗物联网设施以及5G技术，对患者的各项生命体征等身体状况数据信息进行实施监控、获取、上传和分析，以便能够更加及时、准确地掌握患者的身体恢复情况或病情发展情况，从而为患者疾病的治疗以及身体的恢复提供更加有力的保障。

（2）临床决策系统。临床决策系统主要依靠5G技术以及人工智能技术得以开发和实现，其作用是在问诊以及治疗方案制定等环节，为医生提供更加详实、全面的患者病史等信息资料，不仅可以使医生更加快速、准确地判断患者的病情，还可以为患者治疗方案的制定与优化提供帮助。

（3）家庭健康系统。随着城镇居民经济水平和生活质量的提升，人们对绿色、健康生活环境有了更多的追求，而依靠5G技术开发的家庭健康系统能够与当地合作医疗机构进行数据交互，不仅可以为残疾等特殊人群提供身体健康状况监测等服务，还可以为用户提供更加便捷的健康资讯渠道。

4.4 智慧电网

电网系统是现代城市不可或缺的重要系统之一，而借助5G技术实现的智慧电网主要是对城市电网系统及其运行模式进行改进和完善。一方面，通过智慧电网系统可以对城市各个区域的实际用电数据信息进行收集和分析，然后根据分析结果对城市供电方案进行调整与优化，进而最大限度地避免部分区域电压不足或电力供应不稳定等问题的发生，并降低城市电网系统的资源损耗。另一方面，可以借助神经网络等现代科技手段，对智慧电网运行过程中可能存在的隐患进行预测、监管和妥善处理，不仅有助于提升城市电网系统的运行稳定性和安全性，而且还可以有效规避因电网系统运行故障而引发的经济损失[6]。

4.5 智慧家居

为了更好满足城市居民的多元化生活需求，家居产品的智能化程度在不断提升，这也是现如今家居产品的主要发展方向。比如，对室内环境温度和湿度进行自动监控和调节的空调，以及根据光照强度自动开合的窗帘等，这些智能家居显著提升了城市居民的生活品质。5G技术可以为家居全面智慧化的实现提供必要的技术支持。一方面，5G技术的应用可以大幅度提升各类家居产品的智能程度和功能性，以便更好地满足不同用户群体对智能家居的使用需求。另一方面，智能家居还可以借助5G技术与网络进行连接，不仅可以让用户随时随地了解和掌控家居运行状况，还可以帮助用户制定更加智能化、自动化的家居调节方案。

5 结束语

总而言之，智慧城市是未来一段时间内我国城市的主要发展方向，其目的是为城市经济发展以及人们日常生活提供更好的环境和条件，也是为了解决目前城市遗留的部分问题，而5G技术则是关系到智慧城市建设和运行的核心技术之一，在智慧城市诸多领域也有着深层次的应用。虽然我国现阶段智慧城市建设还处于起步阶段，5G技术也面对着这样那样的问题与挑战，但随着我国科技水平的不断提升以及国家政策方面的大力支持，必然会推动5G技术的完善进程以及智慧城市的发展。■