5G新基建推动智慧城市行业发展建设。5G与物联网和人工智能等相关技术的融合，推动着城市经济、政治、社会三个主要方面向智慧化和数字化方向发展。本报告以生态、产业、治理、民生四个方向为出发点，选择了 5G 在智慧城市八大应用场景的创新应用案例加以分析，探讨 5G 背景下智慧城市创新生态面临的挑战与解决之道。

　　一、5G 助力智慧城市发展

　　在整个经济社会发展中，战略性新兴产业起着重要的作用，目前，已成为全球关注的热点。智慧城市的建设将有助于推动物联网、云计算等一系列战略性新兴产业的发展，对生态、民生、产业等领域的发展也有明显的推动作用，也可以促进我国内需的增加、产业结构的变化、经济发展方式的转变[1]。

　　上世纪末期，全球新型城镇化程度和水平迅猛提升，国家对城市的规划和管理工作变得更加困难，因此，不同的国家和地区相继开始对智慧城市的建设做出新的规划。从2014年起，一些发达国家和地方政府已经纷纷开始致力于建设新型智慧城市，自2017年以来，智慧城市的建设和发展已经进入了新的时期，各个国家开始不断探索和拓展建设智慧城市的新领域[2]。2012年，政府出台了首个关于智慧城市建设的政策。2014年，关于智慧城市建设的一些规划和指导意见相继颁布。从2016年开始，随着我国“十三五”规划的发布，各地区明确了未来城市建设发展的工作重点是建设智慧城市，同时也出台了相应的鼓励措施，明确了我国智慧城市建设发展的方向与目标。目前，在“十四五”规划中明确提出了“发展数字经济，推进数字产业化和产业数字化，推动数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群”的目标，以智慧城市建设为基础，打造“数据”为核心的数字化产业体系。未来，在基于“十四五”规划的政策背景下，我国智慧城市必将走上蓬勃发展之路[3]。

　　2. 5G 新基建撬动智慧城市建设

　　随着物联网终端设备在基础设施中的大量应用，速率低、连接数密度小、时延长等缺陷，使得传统4G网络难以支撑未来智慧城市发展建设的需求。发展5G网络成为提升城市发展能级、创新产业发展、实现万物互联的共同选择。5G技术与国家发展、经济增长、产业突破休戚相关，5G通信标准不仅仅是一项技术标准，而且对我国的产业发展具有重要的战略意义。2G时代室如悬磬、3G时代初露头角、4G时代迎头赶上，5G时代，我国的目标已经从陪跑者变成领跑者，这将极大地推动我国通信行业和国民经济的发展[4]。

　　2014年，国家 IMT-2020（5G）推进组发布了首个5G概念白皮书。相比于 4G 网络，5G网络将会满足1000倍及以上的容量需求、3倍及以上的频谱效率、10倍空口时延的提升（表 1）[5，6]。3GPP 组织定义了 5G 网络下三个主要的应用场景，包括增强型移动宽带（eMBB）、海量物联网应用（mMTC）和低时延高可靠通信（uRLLC）[6]。2019年3月，3GPP 组织完成了 R15 标准的制定，部分通信厂商、运营商随即开始投入5G网络建设。2020年7月，R16标准已经冻结，在整个标准的制定过程中，我国主导参与了共21个项目，占整个标准的 40%，高居世界榜首。根据工信部日前对政协会议提案的答复显示，5G等重点领域建设有望被纳入“十四五”规划中[7]。自5G正式商用以来，我国5G建设取得了快速发展。截止目前，我国已部署5G基站近70万个，5G终端数量突破1.8亿[8]。随着5G网络如火如荼地建设，以及与物联网、人工智能等新型信息技术的联合发展，将打破原有桎梏，形成新的智能城市体系。5G 移动网络与物联网、大数据的融合发展，推动了城市智慧化的发展[9]。5G低时延、高速率、广连接的特性，将全面推动智慧城市创新和发展。

　　表 1 5G 全方面超过 4G

　　二、5G 赋能智慧城市各领域

　　随着新型信息技术的发展，智慧城市中的应用场景逐渐趋于多样化，涵盖了政务、民生等各个方面。5G网络的部署可以充分满足各应用场景对于移动网络低时延、高速率、海量连接的要求，为城市建设和治理提供了基础的保障。本文选取了生态、产业、治理和民生的四个领域（表 2），具体分析5G如何赋能智慧城市。

　　表 2 5G 智慧城市落地场景

　　1. 智慧生态：5G 协同建设高效、和谐、健康的人类宜居环境

　　发展智慧城市离不开智慧生态环境的建设。结合新型信息技术，建立健康、和谐、幸福的人类宜居城市是智慧生态建设的愿景（图 1）。

　　图 1 智慧环保应用

　　环保问题是我国一项重要且艰巨的问题。据统计，我国有约1/3的城市河段水质是劣品，无法进行饮用和灌溉；全国各地的城市居民日常生活垃圾总体年产量约为1.4亿吨，其中只有10%能够达到对垃圾进行无害化处理的要求；我国目前约有1/4的荒漠化土地[10]。5G+ 智能环保系统可为大量的环境监测和管理设施人员提供信息数据接入和信息传输的支撑，结合互联网、大数据、云计算等技术，定位污染源、分析污染源的污染原因、拍摄污染源的污染影像与视频，实现了环境、平台和个人之间的实时信息交互。此外，5G + 的智慧环保还能够针对多个城市和地区发生的环保问题提供信息共享服务，起到联防联控的作用。在绍兴，当地政府与中国移动推出了省级“无废城市”信息化平台，针对固体废物的特点，该平台结合了5G+AI等技术，大幅度提升了固体废物产生、运输、处理等各个环节的监管效能。自该项目开始实施以来，合理回收医用废物事件至少提升了15%，违规运输固体废物事件至少下降了20%。

　　2. 智慧产业：5G 助力产业现代化

　　智慧产业通常是指集信息、数字、智能于一体的产业，与传统产业不同的是，智慧型产业将物联网、大数据、云计算等新型信息技术有效地联合起来运用于各个行业和领域。伴随着我国智慧城市体系建设的迅猛推进，智慧产业必将成为城市建设的发动机。5G与智慧产业融合之后，可以构建开放共赢的5G产业，本文特别选取了电网、港口、交通等重点行业的5G应用进行案例分析。

　　（1）智能电网

　　5G+ 智能电网能从管理、监控、可靠性等方面有效提升电网典型业务，实现电网安全、可靠、经济、高效运行。2019年在南沙，我国建设了全国最大的 5G 智能电网产业创新示范区，该示范区由南方电网协同中国移动联合打造，据悉，该示范区已经实现变电站巡检机器人、配电自动化等14个场景业务。大幅度提升了电网状态实时感知和保护控制能力，通过5G+的配电系统进行自动化应用，强化了输电线路的安全可靠性，压缩了因故障引起的送电时间（从最低小时级减少至 3 分钟以内），下降了 90% 以上，明显提高了配电网的输出和供电质量。此外，该示范区利用 5G 低时延、超可靠的特性，保证了馈线电压合格率可达 99.99% 以上[11]。

　　（2）智慧港口

　　智慧港口作为5G落地产业的重点推进领域之一，可以显著降低物流成本、提高物流运输效率。结合5G三大应用场景的特点，福建厦门港、宁波舟山港等港口与中国移动联合推进智慧港口实践，已经实现了远程控制、智能运输等多个典型场景的应用。2020年11月，我国在厦门远海码头实施了第一个5G智慧港口项目，该项目实现了集装箱物流各节点的全流程可追溯功能。远海码头的闸口通过时间比之前缩短了将近 1/4（从原来的90秒缩短到26秒），全流程的物流效率也提高了20%。据计算，拖车企业每年平均可以有效节约14862吨标煤使用，二氧化碳等污染气体的排放量可以至少减少 32232 吨[12]。2020年5月，宁波舟山港与中国移动等公司达成战略合作协议，联手打造“5G轮胎式龙门吊远控”等五大核心技术和智慧型应用场景。目前，在舟山港已经开始使用全新的远控轮胎式龙门吊集群，据统计，该技术在实际运行时间内可以减少超过 50% 的设备人力费用和超过20%的设备改造费用。此外，在舟山港地区，宁波移动还搭建了5G+北斗基准站，基于5G网络下的高精度定位等技术，预计可以有效提升不低于40%的港口工作效率、节省至少50%的劳务成本[13]。

　　（3）智慧交通

　　智慧交通是在传统交通方式的基础上，结合物联网、云计算等新型信息技术，提供城市交通实况的信息服务。5G+车联网是智慧交通中的一个典型应用，在5G网络下，车联网技术将更加的灵活。日前，在苏州，第一个5G无人公交项目已经启动，整条线路全程超过4公里，是国内最大的5G无人公交项目，此外，当地政府协同中国移动联合开发苏州5G车联网项目，支持设备的连接数据量密度远远大于百万数千万级，并发数据量不低于千万级，终端用户规模达到20万以上，应用场景达150个[14]。

　　3. 社会治理：5G 助力社会治理能力现代化

　　社会治理加速并推动智慧城市建设和发展。2017年，党的十九大报告提出需要加强社会智能化治理水平，“打造共建共治共享的社会治理格局”。在5G网络发展的背景下，智慧安防、智慧社区、智慧警务是社会治理智能化的具体落地领域。

　　（1）智慧安防

　　智慧安防是实现社会治理智能化的重要手段。5G高带宽助力超高清视频稳定传输，5G低时延保障远程实时操纵无人机或机器人，5G广连接构建多元智慧城市安防监控系统。借助5G新基建、5G 安防巡检机器人，不仅实现覆盖 800-1000 米长的路段区域，并可持续工作 7-8 小时，还解决4G只能满足720P低分辨率问题；5G增强现实（AR）移动警务，利用5G的高带宽、低时延特性不足2秒便实现AI识别，实现执法信息联动；5G无人机安防，无人机可传输4K以上超高清视频图像，实现360°无死角巡查[2]。

　　（2）智慧社区

　　智慧社区是5G垂直行业的重要领域之一，然而当前我国智慧社区面临着区域发展不平衡、建设运营模式不清晰、智慧应用少且集成化程度低、数据管理能力缺乏、建设标准不统一等问题与挑战，在国家政策的推动下，各省市积极出台并实施因地制宜的智慧社区建设方案和指导标准。进入5G商用时期，网络运营商已成为智慧社区标准化发展的重要推动者。以中国移动为例，其以 5G 基础网络建设为出发点，基于5G、物联网、人工智能和大数据技术积极参与全国的智慧社区建设中，提出五横三纵的整体架构，横向包括基础设施层、网络传输层、平台层、应用层和展示层，纵向包括系统安全体系、系统运维体系、系统运营体系，并打造了 OneZone 智慧社区平台[15]。该平台聚焦社区安防、防疫、治理、物业、生活服务五大类智慧应用场景，整合了老旧小区智能化改造、5G新型社区、智慧公租房等三大标准化产品，集成社区基础设施、全场景全业务、社区综合治理三大核心能力，形成“1 个基础平台 +5 大类应用 +3大标准化产品”的产品体系[15]。在 5G 新型社区中，面向地产、物业，提供 5G VR 巡更、5G 服务机器人、智慧访客、智慧能源、智慧环境、智慧停车等场景化服务，建设基于 5G+AIoT 多维度设备感知体系的新型社区，实现社区智慧化管理。

　　（3）智慧警务

　　通过5G网络应用，智慧警务可以提升公安应急处理能力受限、运行模式老旧、人工巡逻效率低等问题，打造100% 在线治安巡防、360°立体覆盖、多部门协同与快速响应、可视化指挥调度、秒级搜索的全天候、全维度防控体系。2019年8月正值世警会，四川移动在四川成都双流体育中心大会场馆内，开通并实现 100% 5G 信号覆盖，部署了 5G 巡逻机器人、天网系统等构建的全方位防控体系。通过智能头盔的5G网络和AR人脸识别技术可以实时获取被查人身份特征，5G微型消防无人机自身携带灭火剂可以完成高层消防、空中侦察[16]。

　　4. 民生改善：5G 促进民生信息化发展

　　民生关乎社会长治久安，其中教育和医疗领域较为突出，“5G+ 智慧医疗”正逐步推行公正、便利、全面的医疗改革，“5G+智慧教育”正大力推进数字、个性、普及的教育改革。

　　（1）智慧医疗

　　“5G+ 智慧医疗”应用场景的逐步展开，将有助于我国加速推进“公平、可及、普惠”的医疗改革，借助 5G 技术实现远程医疗、户外急救、健康管理、疫情防控等。智慧医疗利用“5G+物联网”帮助医生远程诊疗，不仅改善我国跨省异地就医问题，也为突发状态下应急远程医疗支援提供了基础。例如，2019年3月，中国人民解放军总医院联合中国移动与华为公司，借助5G网络和手术机器人实现了专家在海南、患者在北京的远程人体开颅手术（帕金森病“脑起搏器”植入手术）。依赖5G网络的高带宽、低时延来保障手术安全与可靠，实现世界首例5G远程操控人体开颅手术[17]。我国在2020年抗击新冠疫情的过程中，“5G+ 智慧医疗”助力火神山、雷神山医院 5G 网络建设，首创国内 5G 轻量化、实时化远程会诊系统。中国移动“5G 远程医疗小推车”通过安装具有远程视频和桌面共享功能的云视讯客户端，实现一线医务人员与北京301医院的医疗数据共享，完成跨省问诊与治疗[18]。

　　（2）智慧教育

　　我国在校生群体位列全球之首，但长期面临教育资源供给不均的挑战，5G的发展为教育供需平衡提供了可能。“5G+ 智慧教育”大力推行数字、个性、普及的教育改革，基于5G技术、AR/VR 技术和4K/8K能力平台，实现远程互动教学、虚拟现实教育、校园智能管理，促进我国教育资源共享，是实现智慧校园万物智联的支撑和技术手段。例如 ， 教育部在2019年4月宣布在北京、运城、上海等地设立8个创建区，在苏州、青岛设立2个培育区组成“国家智慧教育示范区”，逐步开展“示范区 +5G 新基建”试点工作，将智慧教育向个性化教育模式转变。在2020年新冠疫情的影响下，全国在线教学普及率从20%上升至100%，“5G+ 智慧教育”不仅应对疫情等突发事件保障教学活动正常开展，实现“家校一体”，还能利用技术赋能教育环境和系统，创新教学模式和学习体验。5G 智慧教育在教学、教研、教管和校园治理中落地（表 3），面向全国范围构建智能化、个性化、全面化新型教育模式[19]。

　　表 3 5G 智慧教育落地场景

　　三、智慧城市建设的主要挑战及解决之道

　　1. 挑战

　　智慧城市的建设要求将新型信息技术进一步融入到智慧城市建设和发展的过程中，然而智慧应用领域众多，存在的困难和挑战主要有：一是缺乏顶层设计引领，未从自身需求出发寻求解决之道，缺少因地制宜、因城施策的规划方案，与城市特色相背离，导致城市建设失去焦点、存在铺张浪费现象。二是地方政府开展 5G 智慧城市实践缺少实际案例参考和后续应用生态的支撑，导致智慧城市无法落地。三是 5G 新型智慧城市应对网络安全风险能力薄弱，政府与企业经济合作方式模糊，导致无法有效整合社会各方力量。四是各地智慧城市建设评估标准不一致，不同行业缺乏信息协同和有效管理。

　　2. 解决之道

　　从2012年到2020年上半年，国家相关管理部门与全国各省市行政机关分别累计发布了21项和32项与智慧城市建设相关的政策性文件。2020年下半年，十九届五中全会审议推进城市数字化转型，开展以人为本的城镇化建设，明确新型智慧城市建设发展目标。地方政府作为各地区智慧城市的总规划师，需要制定符合自身城市发展和特色的建设方案，明确各阶段建设的内容、方向和评价标准，完善标准体系，协调各方利益，清除智慧城市建设障碍。网络运营商作为5G网络新时代智慧城市的关键力量，应联合各方力量聚焦政务、医疗、教育、旅游、制造等热点领域打造丰富场景案例与服务生态，为地方政府开展智慧城市规划提供支撑。

　　（2）示范应用推动 5G 场景落地与创新

　　采用与行业特点相适应的发展模式，利用示范效应实现智慧城市试点和推广。创建5G应用示范区，首先在长三角、京津冀、粤港澳等5G应用基础、经济基础深厚的地区，开展5G应用示范区试点，进而推广到全国。此外，构建“城市智慧微单元”，城市微单元间开展差异化建设，根据需求和现状、主要和次要、重点和难点逐步建设5G智慧城市。

　　（3）加强 5G 网络安全建设，保障智慧城市安全运行。

　　完善 5G 智慧城市的安全保障体系以加强 5G 网络安全，总体规划并打造智慧城市智能运行中心（IOC）。IOC 不仅针对智慧城市应用落地进行运营管理，也承担智慧城市安全运行中心（SOC）的 5G 网络安全责任。

　　（4）放开智慧城市运作模式创新

　　根据各地实际情况和智慧城市不同应用场景 ， 创新设计多种的投资运作模式。项目公司被政府授予智慧城市基础设施项目特许经营权，自主完成工程的投资、融资和建设，期满后交付回政府指定单位。一方面政府无需大量投资，另一方面促进城市建设发展同时实现企业盈利[2]。

　　（5）制定规范、统一行业标准

　　5G时代下的智慧城市建设，融合城市数据，面向工业、交通、医疗、教育、环境、农业、经济等领域，应由政府牵头，网络运营商和行业组织者联合制定规范、统一的智慧城市行业标准，更好地相互协作以实现价值最大化。

　　四、结语

　　伴随着5G网络的构建，为智慧城市夯实网络基础。5G 不断助力智慧城市更加成熟，为建设“创新、协调、绿色、开放、共享”的新型智慧城市加挡提速，朝着“5G 改变社会”的目标而前进。