3GPP的通感用例和需求分析-4

今天繼續(xù)來(lái)看環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的通感用例。氣候變化導(dǎo)致的極端天氣的增加，需要我們?cè)鰪?qiáng)對(duì)天氣實(shí)時(shí)狀況的了解，例如不期而遇的水災(zāi)所造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，在城市中越來(lái)越常見(jiàn)。還有旅游景區(qū)的實(shí)時(shí)人流和車流的監(jiān)測(cè)等。

在第一篇3GPP的通感用例和需求分析-1中，我們提到了通感和感通，雖然是同樣的兩個(gè)字不同的順序，卻存在著很大的差別。感通是在雷達(dá)感知功能的基礎(chǔ)上加入通信，可以以微小成本取得立竿見(jiàn)影的局部效果；但通感的優(yōu)勢(shì)則是利用了廣泛部署的5G網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)廣域的環(huán)境監(jiān)測(cè)是有明顯優(yōu)勢(shì)的。

01、降雨監(jiān)測(cè)用例

降雨監(jiān)測(cè)對(duì)于多種應(yīng)用領(lǐng)域都具有重要意義：水利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)、天氣預(yù)報(bào)、氣候建模等。目前，最廣泛使用的測(cè)量方法是使用位于特定位置的雨量計(jì)，這對(duì)于進(jìn)行廣域降雨量監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)成本高昂。如果通過(guò)基站監(jiān)測(cè)降雨量（毫米/小時(shí)），可以獲得更廣域的測(cè)量數(shù)據(jù)。

無(wú)線信號(hào)在大氣中傳播時(shí)，由于氧氣和水蒸氣會(huì)吸收信號(hào)輻射強(qiáng)度，所以造成大氣衰減。如果是雨天，雨水造成的額外衰減進(jìn)一步增加了傳播路徑損耗。雨衰取決于雨水的大小和分布，因此通過(guò)量化和建?；拘盘?hào)測(cè)量，我們就能夠知道降雨量。

那么跟之前我們提及的使用5G無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通感的應(yīng)用不同，這里使用的是在基站與基站或核心網(wǎng)之間進(jìn)行無(wú)線回傳鏈路傳輸中使用的微波通信鏈路進(jìn)行環(huán)境科學(xué)研究的新方法。下圖出自我國(guó)中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所的研究報(bào)告：

通過(guò)工作頻率為71GHz和81GHz的E頻段毫米波微波通信獲得降雨強(qiáng)度信息，可實(shí)現(xiàn)每分鐘采集一次觀測(cè)數(shù)據(jù)，分辨率是0.1dB。該方法不僅可以作為獨(dú)立的觀測(cè)手段，也可以與雨量計(jì)、天氣雷達(dá)等常規(guī)設(shè)備結(jié)合使用，已經(jīng)被越來(lái)越多的氣象機(jī)構(gòu)所采用。以下是雨量計(jì)和雷達(dá)、衛(wèi)星對(duì)雨量監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)和局限性。

應(yīng)用舉例：一位農(nóng)民管理著一個(gè)種植各種作物的大農(nóng)場(chǎng)，需要監(jiān)測(cè)農(nóng)場(chǎng)的降雨量，以便合理安排灌溉、排水和施肥。當(dāng)降雨量較少時(shí)，他選擇合理的灌溉方案來(lái)改善農(nóng)田的水分狀況。當(dāng)降雨量較大時(shí)，他需要改善排水系統(tǒng)并施肥，以避免作物損失。所以他可以訂閱降雨量監(jiān)測(cè)的高級(jí)服務(wù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)每小時(shí)獲取基于NR的3GPP感知數(shù)據(jù)。

5G系統(tǒng)處理3GPP感知數(shù)據(jù)以獲得感知結(jié)果，并通過(guò)核心網(wǎng)將基于NR的感知結(jié)果提供給天氣應(yīng)用。應(yīng)用服務(wù)器基于上述感知結(jié)果，獲取與位置信息關(guān)聯(lián)的降雨信息，用戶即可通過(guò)手機(jī)上的天氣應(yīng)用程序獲取及時(shí)的降雨信息。KPI如下：

場(chǎng)景：戶外降雨監(jiān)測(cè)置信度：95%降雨量估算精度：1毫米/小時(shí)定位估計(jì)精度：不適用速度估計(jì)精度：不適用距離感知分辨率：不適用?速度感知分辨率：不適用最大感知服務(wù)延遲：1分鐘刷新率：10分鐘漏檢率：≤5%誤報(bào)率：≤5%

02、洪水感知用例

近年來(lái)，由于氣候變化，小范圍內(nèi)短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量降雨。這導(dǎo)致即使在過(guò)去從未發(fā)生過(guò)洪水的地區(qū)，尤其是城區(qū)，也會(huì)出現(xiàn)洪水泛濫的情況。當(dāng)?shù)缆芳磳⒈缓樗蜎](méi)時(shí)，人們可能會(huì)在不知情的情況下進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。一旦洪水真的發(fā)生，可能會(huì)造成人員傷亡。在預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生洪水的地方，人們會(huì)使用攝像頭和其他傳感器進(jìn)行洪水監(jiān)測(cè)。然而，由于最近的氣候變化，識(shí)別預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生洪水的地點(diǎn)可能很困難。使用無(wú)線信號(hào)可以有效地識(shí)別發(fā)生洪水的地點(diǎn)。

以往，水位計(jì)只是零散地部署在河流沿岸。未安裝這些水位計(jì)的地方的水位是根據(jù)在安裝這些水位計(jì)的地方觀察到的一定距離的水位來(lái)估算的。每個(gè)地方發(fā)生洪水的可能性的詳細(xì)程度尚不清楚。

所以，如果基站部署在道路周圍，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可以利用基站無(wú)線信號(hào)對(duì)城市道路路面進(jìn)行感知。感知結(jié)果信息（包括道路是否發(fā)生洪水）將通知給城市道路管理員。在暴雨天氣下，管理員可以請(qǐng)求移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商增加道路狀況的監(jiān)測(cè)頻率。一旦收到洪水預(yù)警，管理員會(huì)建議相關(guān)地區(qū)居民撤離。管理員會(huì)通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布建議。

KPI如下：

場(chǎng)景：城市中的洪水感知置信度：95%定位估計(jì)精度：≤10米（水平）；≤0.2米（垂直）速度估計(jì)精度：不適用距離感知分辨率：不適用?速度感知分辨率：不適用最大感知服務(wù)延遲：≤1分鐘刷新率：<1分鐘漏檢率：≤0.1%誤報(bào)率：≤3%

03、旅游景區(qū)交通流量感知用例

旅游景區(qū)的交通流管理應(yīng)充分考慮區(qū)域內(nèi)的空間承載力、設(shè)施承載力、生態(tài)承載力以及其他可能誘發(fā)災(zāi)害的因素。景區(qū)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、交通分流、預(yù)警上報(bào)等方式管控交通流量。旅游景區(qū)的流量管控包括客流管理和車流管理兩個(gè)方面。

對(duì)于面積較大的旅游景點(diǎn)，在難以部署攝像頭等傳感器設(shè)備的情況下，利用基站獲取交通感知數(shù)據(jù)源將更加便捷。旅游景區(qū)的基站可以提供5G通信服務(wù)，并能夠以更細(xì)顆粒度的區(qū)域?yàn)閱挝?，感知覆蓋范圍內(nèi)的乘客和車輛。

例如，某旅游景區(qū)管理部門(mén)訂購(gòu)了運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)感知服務(wù)，可以通過(guò)旅游區(qū)內(nèi)的基站持續(xù)感知車流量和人群密度。當(dāng)景區(qū)開(kāi)放時(shí)，景區(qū)管理人員將操作景區(qū)交通監(jiān)控系統(tǒng)，啟動(dòng)實(shí)時(shí)交通管制。景區(qū)交通管理系統(tǒng)會(huì)向運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求，開(kāi)始感知景區(qū)內(nèi)的人車情況。景區(qū)出入口處的基站可以感應(yīng)進(jìn)出景區(qū)的人和車輛，景區(qū)內(nèi)的基站可以感應(yīng)特定區(qū)域（如人行道、停車場(chǎng)）的人和車輛。運(yùn)營(yíng)商將景區(qū)基站的交通感知信息上報(bào)至交通監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)感知信息，交通管理系統(tǒng)可以分析交通狀況并判斷該區(qū)域內(nèi)的交通是否擁擠。若擁堵情況超過(guò)閾值，管理系統(tǒng)會(huì)通知景區(qū)管理人員詳情，并觸發(fā)限流，避免景區(qū)交通超載。

KPI如下：

場(chǎng)景：旅游景區(qū)的交通管理置信度：95%定位估計(jì)精度：≤2米（水平）；不適用（垂直）速度估計(jì)精度：1m/s（水平）；不適用（垂直）距離感知分辨率：1m?速度感知分辨率：1m/s最大感知服務(wù)延遲：≤5000ms刷新率：≤0.2s漏檢率：≤5%誤報(bào)率：≤5%

（未完待續(xù)）

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