关于5G的应用场景设想

场景一： 5G+超高清视频

超高清视频是继视频数字化、高清化之后的新一轮重大技术革新， 将带动视频采集、制作、传输、呈现、应用等产业链各环节发生深刻 变革。高清视频被认为是 5G 时代应用最早的核心场景之一，加快发展超高清视频产业，对满足人民日益增长的美好生活需要、驱动以视 频为核心的行业智能化转型、促进我国信息产业和文化产业整体实力 提升等具有重大意义。

随着技术发展，超高清视频已不局限于监视、录像、回放等传统 功能，开始向字符识别、人脸识别、行为分析、物体识别等智能化方 向发展，对视频流的清晰度以及流畅度提出了更高的要求，而 5G 网络的承载力成为解决这些需求的有效手段。在工业环境下，高清视频 的主要应用在于智慧园区的安防、人员管理等场景，通过 5G 高速率 的特性，将采集的监测视频/图像实时回传，实现视频、图片、语音、 数据的双向实时传输，同时结合 5G MEC 统一监控平台，实现人员违规、厂区的环境风险监控的实时分析和报警，大大提高作业安全规范 性。

超高清技术是高清技术的延伸，代表了近年来音视频产业发展的 主要方向。与高清技术（1920×1080，约 200万个像素）相比，4K（3840×2160，约 830 万个像素）超高清像素数为高清的 4倍，理论清晰度为高清的 2倍；8K（7680×4320，约 3300 万个像素点）超高清分辨率为高清的 16倍，理论清晰度为高清的 4倍。超高清视频提升了分辨率、亮度、色彩、帧率、色深、声道、采样率等指标，这些技 术指标的提高虽然可以给观众带来极为清晰、逼真和沉浸感的画面， 但是也使音视频数据量成倍增长。按照目前超高清视频产业主流标准， 4K/8K 视频对网络速率要求至少为 12-40Mbps，甚至可达 48-160Mbps。

场景二： 5G+AR

增强现实（AR）是人工智能和人机交互的交叉的学科，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D 模型 的技术，也是一种把真实世界和虚拟世界信息有机集成的技术。AR 把原本在现实世界一定时空范围内很难体验到的实体信息（主要包括 视觉和听觉信息）通过计算机模拟仿真后叠加，将虚拟的信息应用到 真实世界并被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

目前 AR的应用已融入到了工业制造的交互、营销、设计、采购、 生产、物流和服务等各个环节，典型的应用包括 AR远程协助、AR 在线检测、AR 样品展示等。利用基于 5G 的 AR 远程协助，后台专家可以通过语音视频通讯、AR 实时标注进行远程协作，实现了现场 人员和远程专家的“零距离”沟通，大大提高了工业生产、设备维修、 专业培训等价值链的效率。

场景三：5G+VR

虚拟现实（VR），是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟 现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象， 并通过三维模型表现出来。

目前 VR 的在工业互联网中主要应用在虚拟装配、虚拟培训、虚拟展厅等场景：VR 虚拟装配是工业设计必不可少的审核环节，可以 在设计接口、部件外观大小等方面最大化优化产品实际装配时的能效； VR 虚拟培训相较于传统的课堂更能全面、及时反馈，相比于教科书 里面难懂的文字和需要考验学生想象力的平面图，虚拟现实的场景表 达更直观，并传递更多的信息；VR 虚拟展厅将展厅及展示产品 3D 化，带给观展者足不出户就能身临现场的体验。

基于 5G 的 Cloud VR，结合眼球跟踪渲染技术、GPU 定点渲染、 LED 高 PPD 屏幕技术，VR 终端可以完全实现无线化和轻量化；由于云端内容与无线 VR 直连，不能被本地复制，进一步保护了内容版权； 用户互动数据传输到云端并进行计算，再反馈回本地终端，大大降低VR 的成本。

场景四：5G+无人机

无人机作为高新科技发展的产物，目前在我们周边的应用已经越来越广泛。从应用领域来说，无人机可分为消费级无人机和工业级无 人机，相对于已经较为成熟的消费级无人机，工业级无人机的应用还 处在不断探索的阶段。目前，工业级无人机被广泛的应用在智慧物流、 智慧园区、设备巡检等领域。

以智慧园区安防为例，安保人员需要按照固定的岗位和流动的岗 位分别安排并进行厂区安全巡视，内容包括人员、财产、治安、消防 安全。为了确保厂区每一个角落都能得到合理的监控，需要大量的摄 像头设备进行固定视角的管控，对于摄像头的盲区，需要安排安保人 员定期巡检。这种传统方式往往存在固定视角监控不到位、安保人员 人工费用成本高以及昼夜交替等原因带来的管理问题。

通过 5G 无人机平台，可以实现厂区范围内规范化、常态化的空中安保巡视和设备点检。利用 5G 的高速率、高可靠低时延无线网络， 可以将搭载在无人机上的摄像头视频（可见光高清、红外等）实时传 送到厂区综合控制中心。通过对视频图像进行基于人工智能的物体识 别、模式识别分析，判断所巡检的地点是否存在安保异常或火警异常 并实现智能提示，最大限度降低安保人员日常劳动强度。

从设备巡检的角度来说，工业领域有大量的设备工作在位置较高 或条件较为恶劣的环境下，传统的人员巡检不仅浪费时间，还带来人身安全隐患。传统的基于 4G 的无人机时延大，画面不清晰，而采用 5G的无人机设备巡检有两个优势：一是 5G 的上行速率可达 200Mbps，可以支持 4K、 8K甚至全景的视频回传；二是 5G 毫秒级的低时延高可靠特性可以有效地保障无人机的精确控制和精准定位。

场景五：5G+云端机器人

2017 年发布的《人工智能时代的机器人 3.0 新生态》白皮书把机器人的发展历程划分为三个时代，分别称之为机器人 1.0、机器人 2.0、 机器人 3.0。在机器人 2.0 的基础上，机器人 3.0 实现从感知到认知、推理、决策的智能化进阶。2019 年 6 月，《机器人 4.0 白皮书》发布，机器人 4.0 时代是在机器人 3.0 时代加上自适应能力，对三维环境语义的理解，在知道它是什么的基础上，把看到的信息变成知识，让存 储就变得更加合理，而且可搜索、可查询、可关联、可推理。

近几年来人工成本不断提高，不但使得工业企业的利润持续降低， 而且大量的人工操作不利于产品质量控制和企业管理。机器人成为了 解决人工成本的优秀替代方式，很多制造业工厂都开始加快机器人应 用的步伐，尤其是一些操作工序复杂或精密度较高的工作。传统的工 业机器人存在不足，比如工作范围受限、工作内容有限、设备成本高 等问题。随着人工智能、云计算等技术的不断成熟，云化机器人将逐 渐成为主流。云化机器人将控制“大脑”放在云端，根据本地机器人的 不同工作内容和工作地点针对性控制，真正实现机器人的自主服务和自主判断。同时由于“大脑”放在了云端，“大脑”可以将所有机器人检索的信息进行整合，完善自身的学习能力和自优化能力。随着云端学 习能力的提升和数据共享5g应用场景，本地机器人本身不需要存储资料信息，也 不需要具备超强的计算能力，这样一来机器人的开发成本和时间也会 大大缩减。

实现云端机器人大规模密集部署和应用拓展，对 5G 网络提出了 两个需求，即：满足通信调度及业务数据实时交互需求和集成其它视 觉应用的通信需求。云端机器人系统包括室内及室外应用场景，可满 足工业高可用指标 99.999%，通信时延 10~100ms。目前单个机器人 安装 10~20 个摄像头（实现视觉导航、视觉检查等多种功能），移动 速度提升到 2~3m/s，因而网络上行带宽需求小于 1Gbps（随着低时延 的视频压缩和解压技术成熟，可以在机器人端实现视频压缩预处理，节省上行带宽），时延 10~100ms。

通信调度及语音、视觉、遥操作协同 等业务数据实时交互，机器人本体完 成终端传感器预处理（网络需求按移 动速度、预处理方案不同而不同）

场景六：5G+远程控制

远程控制一直是工业生产中保障人员安全、提升生产效能、实现 多生产单元协助的必要手段。由于远程控制会直接关系生产环节的产 品质量和生产效率，目前工业上大多数远程控制还是基于有线网络。 虽然有线网络稳定，但也限制了生产的灵活性，同时也在一定程度上限制了生产过程的控制范围。 为了达到远程控制的效果，受控者需要在远程感知的基础之上通过通信网络向控制者发送状态信息。控制者根据收到的状态信息进行 分析判断并做出决策，再通过通信网络向受控者发送相应的动作指令。 受控者根据收到的动作指令执行相应的动作，完成远程控制的处理流 程。为了保证控制效果，通信网络时延和可靠性就更加重要。

在工业生产中某些环境场合确实不适宜人工作业，比如高温、高空、环境指标差等场合。甚至有的工作人工无法完成，比如工厂内大 件货物或港口集装箱的装卸，都需要远程控制机械来实现。要实现远 程控制，不仅需要足够高清晰度视频提供视觉支持，还需要实时稳定 的网络保证操控的灵敏度和可靠性。这些对现有工业网络和 4G 技术 来说是一个挑战。考虑远程控制的需求，5G网络的优势一方面在于高速率可以满足高清视频回传的要求，另一方面也可以在保证可靠性 的前提下满足远程控制对于时延的要求。

场景七：5G+机器视觉

机器视觉是人工智能的一个重要分支，在工业上的应用极为广泛， 可以有效提高生产的柔性和自动化水平。适用于一些人工作业的危险 工作环境或者人工难以满足要求的场合。目前机器视觉的应用主要包含五大类，包括图像识别、图像检测、 视觉定位、物体测量、物体分拣等。

为了保证判别结果的准确性和应用的正常运作，整套系统的信号 传输是一个关键的因素。通过 5G网络，机器视觉系统实现以移代固， 将视觉系统单元配置为无线传输来替代传统有线连接方式；图像采集 自由分布于多个工位且共享图像处理单元，共同实现高速，低成本自 动化检测生产线。同时通过 5G+MEC 搭建的“5G 虚拟专用网”将生产 过程数据的传输范围控制在企业工厂内，满足生产数据安全性要求， 确保了网络安全和生产安全。

基于 5G 虚拟专网和万物互联部署，机器视觉系统可以实现实时远程监测功能。依托 5G 高速率、大连接特性，不用进车间即可通过 移动终端和便携终端监视制造企业生产过程执行管理系统（MES）， 获取视觉检测系统的运行状态，如正常运行时间，有效运行时间，故障原因等。

场景八：5G+云化 AGV

自动导引运输车（AGV），指装备有电磁或光学等自动导引装置， 能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输 车。AGV 不需驾驶员，以可充电之蓄电池为其动力来源，一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为。AGV 的活动区域无需铺设轨道、 支座架等固定装置，因而在自动化物流系统中能充分地体现其自动性 和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。在制造业，多台 AGV 组成柔性生产搬运系统，运行路线可以随着生产工艺流程的调整而及 时调整，大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。对于港口、码头和 机场等密集搬运场所，AGV 被赋予了更为强大的并行化、自动化、 智能化等特性。在一些特殊环境要求的场景，如医药、食品、化工， 甚至危险场所和特种行业，AGV 除了基本的搬运工作外，还自带多 种传感器，可以执行检查、探测、自动识别等工作。

所谓云化 AGV，是把 AGV 上位机运行的定位、导航、图像识别 及环境感知等需要复杂计算能力需求的模块上移到 5G 的边缘服务器，以满足 AGV 日益增长的计算需求，而运动控制/紧急避障等实时性要 求更高的模块仍然保留在 AGV 本体以满足安全性等要求。这相当于 在云端为 AGV 增加了一个大脑，除 AGV 原有的复杂计算以外，各种各样的 AI 能力扩展成为可能。

实现云化 AGV 大规模密集部署、大范围无缝切换以及应用拓展， 对 5G 网络提出了相关需求：即满足通信调度及业务数据实时交互需 求，以及集成其它视觉应用的通信需求。云化 AGV 系统包括室内及 室外应用场景，室外覆盖范围约 2km；满足工业高可用指标 99.999%， 通信时延小于 100ms。目前的双目视觉 AGV，网络需求为上行带宽 144Mbps（如果 AGV 端视觉预处理，上行带宽要求不高），时延30~40ms。未来 AGV 安装 6~10 多摄像头（视觉导航、视觉检查等多种功能），移动速度提升到 2~3m/s，网络上行带宽需求小于 1Gbps（随 着低时延的视频压缩和解压技术成熟，可以在 AGV 端实现视频压缩 预处理，节省上行带宽），时延约为 20ms。

（编辑：威海站长网）

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