5G﹢工業互聯網：強力助推工業信息化革命
http://www.moduwu.com 2020-07-03 15:39 來源：人民郵電報
今年，中央經濟工作會議把推動制造業高質量發展列為七項重大工作任務之首，明確提出要加大制造業技術改造和設備更新，加快5G商用步伐，加快人工智能、工業互聯網、物聯網等新型基礎設施建設。當前，5G﹢工業互聯網正在走進越來越多的企業，機器視覺、無人車輛、遠程控制等尖端5G應用在解放生產力的同時，也讓傳統制造業迎來了新一輪的轉型升級。憑借低時延、高頻多天線、網絡切片和邊緣計算等技術優勢，5G是驅動工業互聯網蓬勃發展的關鍵，工業互聯網無疑將成為5G商用的主戰場。
5G﹢無人機新技術催生廣闊的應用空間
無人機作為一種新型科技產品，正在越來越廣泛地應用于我們的生活中，從最開始的飛行表演到航拍、物流，再到現在的直播、巡檢、防汛抗災等領域。這使其對移動通信網絡的需求越來越旺盛。
中國信通院2018年發布的《5G無人機應用白皮書》指出：“目前4G網絡已經能夠支持無人機部分場景的通信需求，但同樣具有很多挑戰，4G網絡在帶寬、時延、干擾協同上都存在一定的優化空間。”5G正是針對帶寬、時延等痛點，與無人機碰撞出新的火花。
5G具有的大帶寬、低時延、廣連接等特點可以很大程度上解決無人機現在的困境。當5G網絡能夠真正實現商用，無人機便構成一個7×24小時的全時無人機網絡，進而構成一個天、地、空實時聯動的世界。
在降低信號干擾方面，5G可采用鋪設大規模天線、較窄波束對準服務用戶，從而降低不同區域的設備間的干擾；還可以通過不同帶寬的分頻接入，使得地面和空中采用不同的網絡，進一步減少干擾。
在時延方面，無人機的控制與指揮需要低時延，同時高清視頻的回傳更需要降低時延。而5G的新空口可以根據不同的業務時延需求進行調度，投入前置導頻、迷你時隙、靈活幀結構、上行免調度設計實現低時延傳輸。
可以說，5G的到來給無人機帶來了廣闊的應用前景。在VR直播和高清直播方面，5G網絡可實現上行單用戶體驗速率達100Mbps以上且空口時延10ms，因此VR直播與高清視頻直播將會更加流暢。無人機通過掛載在無人機機體上的360度全景相機進行視頻拍攝，全景相機可以通過接入5G網絡的CPE將4K全景視頻通過上行鏈路傳輸到流媒體服務器中，可以大幅提升用戶的觀看體驗。
在能源電力巡檢方面，截至今年5月，大疆行業應用無人機在中國電力巡線里程上已累計服務超過40萬公里；在應急救援方面，僅2018年，救援人員直接使用大疆無人機在全球范圍內拯救了超過200人的生命；在新聞報道方面，國內外媒體爭相購入無人機進行航拍。
在治安巡檢方面，今年3月，廣東塘頭派出所與中國電信合作，啟動全國首個“5G﹢無人機科技警務”示范應用。搭載5G技術的警用無人機可在自動巡檢監控中，實現4K畫質的圖像傳輸，便于警務人員識別犯罪嫌疑人特征；無人機可在制高點觀測整個事件，對目標進行全程跟蹤及拍攝；根據不同案件和事件，無人機可在不同角度、不同距離和不同光線條件下作業，準確傳遞現場信息。
近期，南方洪澇災害嚴重，有了5G網絡加持的無人機在這次防汛救災中發揮了重要作用。在洪水災害中，無人機具有快速、精準、全天候的優勢，可以把災害現場的高清圖片、視頻傳回指揮中心。如果有人員被困，無人機可通過搭載的裝備開展搜索、定位，加上具備夜視功能的設備，可實現全天候救援，還可以向被困人員進行物資精準投放。此外，水務部門使用潛望鏡、機器人查看管道破損淤積情況，進行汛前管網清掏，確保管網暢通，防止汛期發生城市內澇。
總體而言，5G大大促進了無人機的廣泛應用，隨著5G技術的進一步成熟，相信這個市場會迎來更好的發展前景。
5G﹢機器視覺打開機械設備的“心靈之窗”
視覺是人類的第一感官，指導人類的動作和行為。同理，機器視覺則是AI技術加持下數字化機械設備的第一感官。
顧名思義，在5G、AI等新一代信息通信技術的加持下，機器視覺技術為機器賦予了“眼睛”和“大腦”，使得機器實現自動化運轉，實時獲取圖像，感知目標，在品質檢測、機器人精確定位等工業制造領域具有較高的應用價值。提高生產的靈活性和自動化程度，是機器視覺系統發揮自身特性的重要手段。對于存在危險的工作環境或人眼視覺難以滿足要求的使用場景，用機器作業替代人工作業，高精度的機器視覺不僅能大大增強檢測的準確性，還可以提高生產的安全性。同時，對于大批量、重復性的工業生產流程，5G﹢機器視覺檢測可以讓生產效率和自動化程度得到質的提升。
以水泥行業為例，高濃度粉塵環境、高溫燒制工序會對工人的身體健康造成威脅。紅獅集團的水泥生產線在中國電信5G網絡的基礎上，實現了機器視覺分析和設備狀態數據采集兩個應用，前端部署4K高清攝像頭，通過5G網絡實時回傳到MEC平臺進行投料口堵塞的實時分析。設備實時傳輸水泥投料口的機器視覺分析畫面，通過5G網絡實現設備的靈活部署、多路4K高清視頻流抓取，MEC邊緣計算結合SupOS平臺AI視覺分析應用，實現數據的本地分流和處理，確保了數據的低時延和高可靠，是5G﹢ MEC技術在工業領域的一項成功實踐。據統計，5G﹢機器視覺和數據采集系統可使紅獅集團的水泥生產效率提升30%，設備運轉率提升18%，單位產品成本下降10%~20%。
目前，5G﹢機器視覺應用也在吉利汽車研究院和海爾冰箱互聯工廠成功落地。依托這項技術，吉利汽車生產線上車框焊點情況，可清晰地顯示在電腦屏幕上，并以紅、綠、白不同顏色區分，綠色表示焊點合格，紅色意味著可能存在問題。工程師可根據焊點顯示的顏色進行快速檢測，繼而進行相應處理。采用5G作為網絡基礎的MEC系統與匯萃視覺的云化機器視覺系統，在海爾冰箱互聯工廠里完成對接，成功實現了生產環境下門縫檢測、OCR識別等應用場景的驗證。機器視覺依靠5G的高速率特性，滿足海量數據采集的要求，可在短時間內把多相機、多工廠的數據匯聚到邊緣云側，完成深度學習和自優化，提高產品檢測的準確度，有力保證產品的質量。
機器視覺是人機交互的關鍵技術之一，5G和AI技術的誕生，讓形形色色的智能設備依托機器視覺，實現了機器與物體、機器與機器間的自動交互，這正是5G﹢機器視覺的意義所在。高精度、高效率、智能化的5G﹢機器視覺設備，不僅在工業生產領域得到應用，也服務了社會大眾的日常生活。疫情防控期間，無人巡檢車依靠攝像頭識別行人是否佩戴口罩、車站智能測溫系統精確識別人員體溫等，都是5G﹢機器視覺的典型應用場景。5G賦能千行百業，重新定義了智慧工業、智慧生活等社會領域，隨著AI技術的成熟，運用機器視覺技術的智慧應用將給人們的生產生活帶來更多驚喜。
5G﹢遠程控制讓“無人化”夢想照進現實
在全球第七大港口山東青島港的各大碼頭，現場操作人員坐在辦公室里，像“打電玩”一樣遠程操控著集裝箱，“一鉤準，無聲響，輕拿輕放，平穩流暢”是如今青島港的真實寫照；在湖南華菱湘鋼五米寬厚板廠舒適的空調房內，工程師可通過遠程天車控制磁盤，將廢鋼區內的廢鋼吸起，運送到指定區域，進行廢鋼煤爐重造；在浙江正泰低壓電器數字化車間，一眼望去，已看不到工人伏案工作的流水線，取而代之的是忙碌靈活的機械手臂、焊光閃爍的焊接機器人、上下翻轉的自動包裝機臺……這些以前在科幻小說中才有的“黑科技”場景，正因為5G與工業互聯網的融合成為現實。
基于5G網絡高速率、大帶寬、低時延、高可靠的特性，遠程控制成為通信企業在探索5G﹢工業互聯網創新應用場景的一大方向。與此同時，通信企業積極與工廠、電力、礦山、鋼鐵、港口等傳統行業展開合作，將5G技術應用于生產、監測等環節，階段性應用成果顯著。
中國聯通協同振華重工在山東青島港完成了首個5G智慧碼頭解決方案驗證，實現5G混合承載30多路高清攝像機上行業務和可編程邏輯控制器（PLC）的控制數據，將遠程操控、高清視頻輔助控制以及復雜環境監控用于傳統碼頭的無線化改造和無人化改造。
中國移動和華為公司合作，在湖南華菱湘鋼五米寬厚板廠內共同打造5G智慧工廠，建設移動5G智能網絡工程、天車遠程無人駕駛系統和生產設備數據工具系統。全國鋼鐵行業5G實景應用首度落子有聲。
中國電信聯合浙江正泰集團打造了浙江省首個5G﹢MEC邊緣計算智能車間，通過5G網絡集中控制和調度，配備了AGV（自動導引設備）控制端軟件的智能小車沿著規定的導引路徑行駛、清點零部件和駕駛操縱，從而實現倉庫無人化運作。
而在疫情之下的企業復工復產方面，5G﹢工業互聯網的遠程控制應用在助力無人化/少人化作業、“工廠不停產，員工不碰面”等方面優勢凸顯。5G遠程控制助力礦山、鋼鐵等行業實現無人天車、無人化采掘、工程機械遠程操控等應用場景，把工人從惡劣的生產環境中解放出來，同時降低疫情期間安全生產風險。如在內蒙古和河南等地已經開展了智慧礦山應用測試，使得礦區運行效率提升了15%，同時成本和安全風險都得到了大大緩解。
后疫情時期，傳統產業的生產方式正深刻改變著，生產作業“免接觸”、生產要素遠程調度以及生產服務快速上云等將成為新的發展方向。時代是最大的賦能者，5G已經在工業生產領域展示了強大的技術實力和廣泛的應用空間。相信未來，越來越多的5G﹢工業互聯網新業態新模式會加速實現規模化、產業化新發展。
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