5G时代智慧城市概念模型的研究与思考

孙 亮，郭中梅，单 斐，梁 芳（中国联通智能城市研究院，北京 100048）

0 前言

5G商用牌照已发放，中国已经正式进入5G时代。5G与3G、4G的最大区别就是将人与人的连接拓展到万物互联，5G将成为赋能各行业数字化转型的关键基础设施。5G具有大带宽、低时延、高可靠性、海量连接的特点，不仅对个人生活产生深远的影响，同时给社会发展带来变革，驱动产生新的应用场景及新的业务形态，正在创造“万物互联”的新时代。在以5G为代表的新一代信息技术的支撑之下，智慧城市建设也将加速度。

1 5G时代智慧城市的趋势和特点

1.1 快速增长的数据成为城市重要的基础资源

5G的核心本质是人和人、人和物、物和物之间的泛在连接，是万物互联的基石。无处不在的连接使得智能终端和传感器加速应用渗透，人、机、物逐步交互融合，物理世界的大量信息通过数字化进入数字世界，这些快速增长的数据也已成为与土地并列的城市重要基础资源。通过分析、挖掘物联网数据、互联网数据、政务数据、空间数据等来源广、类型多、时效强的大量数据，形成指导城市决策的关键信息。借助数据资源，人工智能、数据智能、机器智能等智能技术也将呈现出更大的发挥空间和想象力，使得真正意义上的智能世界成为可能。

1.2 智能基础设施助力提升城市感知能力

城市各类基础设施正面临着物联化、智能化的重大变革，以适应5G时代新技术体系下的数据采集、传输和分析的需要。当前，智能充电桩、智慧路灯、智慧抄表等智慧化的基础设施在城市中的应用场景越来越多，城市通过科技手段提升硬件基础设施，改善了城市感知环境变化的能力。5G边缘计算的出现使得末端基础设施具有了及时的计算处理功能，无需上传至中心即可就地解决，不仅处理效率快速提升，也大大节约了中心计算资源与上下行传输资源。可主动感知与边缘处理的智能基础设施构成了城市感知灵敏、互联互通、实时共享的城市神经末梢系统，打造城市战略性基础资源，与软件应用相辅相成，共同助力提升城市感知能力。

1.3 5G与新一代信息技术融合为智慧城市发展带来新机遇

5G作为底层技术，也是智慧城市发展的新引擎。任何新技术都不是独立存在的，5G高带宽、低时延和大连接的三大能力，融合ABCEI，即人工智能、大数据、云计算、边缘计算、物联网等核心技术，充分发挥技术引领作用，凝聚合力推动智慧城市发展进入全新阶段。5G结合物联网技术将深入推动城市实现万物互联，极大丰富了智慧城市的数据来源，借助AI与大数据技术，将深度学习注入到人与人、人与物、物与物连接应用中，真正实现万物智联。通过5G与边缘计算、云计算的结合，搭建多元计算设施，可形成功能层次分明、高效集约的云服务布局，实现城市应用的集约建设、快速部署与敏捷响应。

1.4 创新应用场景持续出现

当今数字经济发展日新月异，我国5G商用已正式拉开帷幕，有力推动VR/AR、AI、边缘计算等多种前沿技术真正实现落地，孕育了一大批服务于城市多领域的全新应用，全面赋能垂直行业，在交通出行、智慧能源、文化娱乐、智慧医疗、工业生产等领域产生颠覆性的效果，重构行业业态，日益丰富智慧城市应用场景。5G网络下，出行、公共安全等多个角度将实现智慧化管理和运行，推动新区的可持续发展；5G的应用将打破空间的局限，在医疗、教育、文娱及智慧家居等多方面优化新区人民的生活；5G也将改善传统工业的生产条件，提高生产的远程操作和可控性，推动产业转型升级。然而基于5G的创新应用还远不止当前已想象的，就如在4G出现时，我们并不能想象到移动支付将对我们的生活产生如此巨大的影响。

2 5G时代智慧城市概念模型

图1示出的是5G时代智慧城市概念模型。

图1 5G时代智慧城市概念模型

2.1 内涵

5G时代智慧城市概念模型从智慧城市应用建设的角度出发，从“行业领域”“通用能力”“城市空间”和“数字空间”4个维度给出了5G智慧城市发展的一种抽象描述。5G时代的智慧城市，可以看成是以城市空间划分为单位，基于5G与各种新一代信息技术加速突破融合形成的通用能力，赋能在城市善政、兴业、惠民的各行业领域，在不同空间形态形成全新的应用场景发展模式。它以新一代信息技术为支撑，以数字化的方式建立起与实体空间对应的数字镜像空间，可与实体空间精准映射、智能交互、虚实融合实现数字孪生。通过各要素间的相互联系与作用，共同助力城市整体发展。

2.2 基本特征

系统性：智慧城市是一个复杂的巨系统，基于5G实现的智慧城市是由通用能力、行业领域等若干个相互作用、相互依存的部分组成的有机整体，各部分无法孤立地存在，其本质上也是一个需要全局部署、整体性思考的系统。

复杂性：智慧城市涉及面广，并非是技术与行业领域简单地相加。每一种通用能力运用在不同的行业领域后，会产生全新的场景，而这些场景在不同的城市空间中，又具有符合相应空间需求的特点。另一方面，通过数据可以把真实世界虚拟成数字世界，而这一过程要综合考虑到城市本身各环节的关联关系，建模过程极为复杂。

动态性：首先，社会在不断地发展进步，信息技术也随之从未停止过迭代更新，因此基于信息技术的通用能力不断被优化，相应的场景应用将朝着更加智能化的方向前进。其次，城市各项活动无时无刻不在产生大量的数据，这些数据在空间和时间维度上多数为非静态的，数字世界也不断实时动态感知。

2.3 主要内容

2.3.1 行业领域

行业领域维度参考了传统意义上的智慧城市应用领域划分，整体上考虑了善政、兴业、惠民三大方向，具体地，善政从与政府强相关的活动角度出发，包含了政务服务、党建、交通治理、城市安防等领域；兴业以城市产业转型发展为重点，包含了物流、旅游、农业、工业互联网等；而惠民着重关注与城市居民的生活息息相关的医疗、教育、养老等领域。

2.3.2 通用能力

5G与人工智能、云计算、边缘计算、传感技术、视觉技术等基础技术相互结合，可构建或优化大量通用能力，即云AR/VR、联网无人机、智能移动监控等，通用能力再与垂直行业领域结合，基于这些能力，赋能城市政务、产业、民生三大方面的具体场景，助力营造智慧城市美好的城市环境、创新的产业发展、便捷的服务体验和高端的生活品质，全面升级智慧城市建设。如5G与云计算、AR/VR技术相结合，形成云AR/VR的通用能力，能够大大推进在云端进行渲染的效率，并通过可靠的高速网络实时返回给终端，可以广泛地应用于城市安防、家庭娱乐等具体的场景中，提升业务的获取性和产品的体验性。

2.3.3 城市空间

按照城市空间的不同表现形态，将城市空间上的楼宇、街区、社区、园区、小镇等作为智慧城市建设的微单元，城市微单元能够最大限度地推动5G、人工智能、物联网、三维可视化等前沿信息技术的高度集成应用，且在各个单元层面，数据的汇聚和统一管理相比于城市体量较易实现，是5G时代构筑智慧城市的落脚点。

2.3.4 数字空间

在智慧城市的建设与发展过程中，无时无刻不在产生着数据，这些数据在城市的数字空间描绘着物理空间的一举一动，达到智慧城市整体运行的数字映射实时呈现，形成了与实体世界相对应的数字世界。数字空间充分利用城市的基础数据、行为数据等，实现物理实体的镜像，并通过各种智能化的模型反向为实体世界提供干预和决策依据，全方位地构建了智慧城市的智能管控体系。

3 5G时代智慧城市概念模型的应用

3.1 以通用能力为支撑，全力打造发展基石

5G与众多基础技术的相互融合发展，打造智慧城市建设通用能力，将产生万物智能连接的全新生态。大力推进5G引领的新一代信息基础设施升级，进一步推动5G与新技术深度融合，打造一个计算无处不在、网络包容万物、连接随手可及、宽带永无止境的“新智能环境”，为智慧城市建设奠定基础。5G+物联网深入推动城市万物互联，多样化、规模化部署的智能终端不断涌现，如电脑、智能手机、智能摄像头、智能机器人、智能电表、智能井盖等全面渗透到城市生产、生活、生态各方面，完成城市数据的实时采集与快速传递；5G+人工智能全面赋能城市智能升级，5G将为AI提供更好的网络基础，AI也将使城市真正实现“万物智联”，在此基础上融合边缘云计算，大大缩短终端数据处理与回传时间，为智慧城市各领域的智能应用提供便利，如AI辅助智能头盔、AI使能的视频监控等通用模块在安防和巡检等领域发挥重要作用。强大的网络能力可以支撑更多样业务的存在，5G网络联合新一代信息技术形成的基础生产力正在使能各行业数字化，借助各类技术融合的强大合力，达到1+1＞2的效果，夯实了城市智能化基础。

3.2 以微单元为切入点，统筹引领智慧示范

智慧城市落地形态表现出从城市整体建设向空间单元建设，即楼宇、社区、园区等空间单元的发展趋势。智慧楼宇、社区、园区是智慧城市建设的探索，是智慧城市理念的延伸和拓展，也是建设新型智慧城市的落脚点。当前国内以园区、社区、商圈、楼宇为代表的微单元智慧化建设如火如荼，具有较大的市场前景。以城市微单元为建设的切入点，将场景下沉，从系统的角度进行规划思考，以顶层设计为指引，统筹规划，分布实施，打造智慧城市微单元，在小范围区域内实现各项技术的集成应用和数据的融合汇聚，将为智慧城市的建设积累经验、提供范本。同时，为规范城市微单元的规划建设、运行维护、服务管理和安全保障等工作，在建设时需建立完善的标准体系，为支撑城市微单元实现技术集成应用和数据融合统一提供重要保障。

3.3 以数字孪生为引擎，同步建设虚实空间

数字城市与现实城市的精准映射、虚实融合将成为智慧城市建设的重要方向。三维建模、数据融合、场景协同是数字孪生的重要特征。以多源数据为驱动，数字空间与物理空间同步与建设，实现城市空间全要素数字化、全过程可视化，将为城市精细化管理奠定良好的基础。智能运营管理中心（IOC）紧跟智慧城市建设向数字孪生城市演进及5G时代万物智联的趋势，以三维建模为基础，融合智慧城市的多样化数据，对城市各物理空间基础运行体征进行实时监控，以数字空间镜像再现物理空间，对城市或不同城市单元的人、物、环境、事件进行统一管理，最终达到城市或城市微单元虚实互补的可视、可管、可控的协同体系。因此在未来智慧城市建设中，以IOC为基础的数字空间的建设和运营将成为践行“数字孪生”理念至关重要的落脚点。

4 结束语

5G时代终端设备指数级增长、海量数据不断产生、技术合力构筑全新生态体系、应用场景丰富多样，智慧城市的建设将迎来全新的机遇与挑战。基于应用角度，为深入理解智慧城市建设的逻辑与框架，本文从从行业领域、通用能力、城市空间和数字空间4个维度提出了5G时代智慧城市的概念模型，从概念认识上来看，智慧城市的建设是一项复杂的系统工程，各维度相互作用，共同构成了虚实共现的5G智慧城市。围绕新时期智慧城市的趋势和特点，从概念模型的不同维度出发，在通用能力打造，微单元建设切入和数字孪生同步建设等方面实现概念模型的应用，以期推动未来智慧城市的全面发展。