聊聊中国花了几千亿建5G到底有什么用

文/深圳宁南山

来源:宁南山(ID:ningnanshan2017)

本篇聊一下 5G 的问题,中国的 5G 牌照是在 2019 年 6 月 6 日颁发的,目前中国已经是全球 5G 网络规模最大、用户数最多的国家。

根据三大运营商 5 月份发布的 4 月运营数据报告:

中国电信移动用户数累计 3.5782 亿户,5G 套餐用户数累计 1.1777 亿户;

中国移动移动用户总数达到 9.41759 亿户,其中 5G 套餐客户数累计达到 2.05299 亿户;

中国联通移动用户累计达 3.09 亿户,其中 5G 套餐用户累计达到 9856.5 万户;

也就是说,到 2021 年 4 月底,三家算下来 5G 用户渗透率已经达到 26% 了。这个建设速度,目前来说是领先欧美的。欧美的 5G 网络建设进度和规模目前明显落后于我国。

但是关于 5G 网络,国内一直有着质疑的声音,最大的质疑就是目前我们日常生活中似乎没有什么非 5G 不可的应用。

我们日常刷短视频、玩游戏、在线看电影,4G 和 WI-FI 也已经足够快了,下载东西的速度显然是提升了,但是绝大多数情况下,并没有下载 1G 以上级别数据的需求。即使说“先有路,再有车”,也要考虑投资节奏和投资规模的问题,否则闲置的网络资源会造成资金上的浪费。

▲图/新华社发
▲图/新华社发

与此同时,大家的确没有感受到日常生活中 5G 有带来多大的改变,爆款应用的出现似乎也还有点远,那么问题来了。

我国为什么要抢先在全球大力推动 5G 网络建设呢?

原因很简单,网络技术越是先进,涉及的点越多,则应用落地的复杂性越高,相应也需要更长的时间。

简单地说,更先进的网络则会对应更先进更复杂的应用,这就像普通的铁路轨道对应普速列车,高铁轨道对应的 350 公里乃至 400 公里高速列车一样,而很显然高速列车在技术的先进性和复杂性上,都比绿皮火车先进复杂的多,而落地也要难得多。最简单的,全球 100 多个国家都有普通铁路,但是有高铁的国家却非常少。

因此在 5G 网络上产生的应用,一定比 4G/3G/2G 时代先进的多,也复杂得多,因此应用的落地涉及的面也会更广,所需要的时间也更长。

就以游戏为例子,AR/VR 之类沉浸式的游戏,5G 的低时延可以帮助降低人的眩晕感,同时大带宽使得体验更真实,但是这种比之前更高级的游戏形式在技术上也更为复杂,要达到让人激动人心的体验,必然需要时间,需要游戏产业界包括硬件厂家也一起努力。因此 5G 网络建得越早,则开始这些工作的时间越早,则越可能在和其他国家竞争中取得抢先的位置。

5G 网络由于有了万物互联的特性,其应用可以分为两大赛道:一是面向个人消费者的 to C 业务,另一个是面向产业领域的 to B 业务。

在前者我们的日常感受,的确还不太明显,但是在后者面向千行百业的 to B 业务中,5G 已经在中国有相当多的应用了。

千行百业不只是制造业,但就以制造业为例,中国是全球最大的制造业国家,我们 2020 年的制造业产值等于美国+日本+德国之和,在制造业企业部署 5G,将会帮助企业提升效率,降低成本。这个听起来有点抽象,不就是部署网络吗?怎么能提升效率降低成本呢?本文后面会用实际的案例介绍。

由于中国的制造业规模全球最大,相应的 5G 部署给企业带来的收益也是全世界最高,因此对于我国而言,我们抢在欧美之前,率先建成大规模的 5G 网络有着更为重要的意义。当然对于美国而言,他们不只是看到了 5G 对于产业发展的重要性,而且还强调了 5G 通信技术对于军事作战和情报的重要性。

▲图/新华社发
▲图/新华社发

2020 年 12 月,美国国防部发布了 5G Strategy Implementation Plan(5G 战略实施计划),就提到了 5G 在军事领域的应用,国内网站有翻译版本,可以看一看。https://www.secrss.com/articles/20135

其中明确提到:“5G 网络将使更多智能设备接入互联网,从而加速已经在制造业、运输业、医疗保健和政府部门展开的数字化转型。”

该报告给了 5G 一个很高的评价:“5G 是一项关键的战略技术,那些掌握了先进通信技术、广泛连接的国家将拥有长期经济和军事优势。”

我们也可以从工信部近年发布的一系列政策看出国家在 5G 领域的导向,2020 年 12 月 22 日,工信部发布《工业互联网创新发展行动计划(2021-2023 年)》,里面明确提出:“推进工业互联网网络互联互通工程,推动 IT 与 OT 网络深度融合,在 10 个重点行业打造 30 个 5G 全连接工厂。”“再建设 5 个国家级工业互联网产业示范基地,打造 10 个“5G+ 工业互联网”融合应用先导区。”这个看起来又很抽象了。

什么是工业互联网?

举个例子,目前制造业先进工厂的规模越来越大,一个车间往往有几十台上百台设备,而一个工厂的设备数量更大,如果让这些设备协同起来工作,则可以大大提升生产效率,比如说设备工作需要进料,而 AGV 机器人可以送料,如果互联互通多机协同,则可以精准的预测设备物料消耗时间,进行路径规划及时送达。

再比如质量检测,现场的人眼检测形式替代为高清摄像头检测形式,再使用 AI 人工智能技术进行质量检测,准确率可以比人眼大大提高。一个工厂,所有的设备最终都要走向智能化,会产生大量的数据进行汇总处理,以上都是需要大量的数据流动的,而 5G 无疑是最理想的选择。

2021 年 4 月 30 日,工信部发布《5G 应用“扬帆”行动计划(2021-2023 年)》征求意见稿,里面提出,大力推动 5G 全面协同发展,深入推进 5G 赋能千行百业,促进形成“需求牵引供给,供给创造需求” 的高水平发展模式。    

里面设置的 2023 年 5G 发展目标,除了要求“5G 个人用户普及率超过 40%,用户数超过 5.6 亿”之外,还明确提出到 2023 年,“垂直行业领域,大型工业企业的 5G 应用渗透率超过 35%,电力、采矿等领域 5G 应用实现规模化复制推广,5G+ 车联网试点范围进一步扩大,提升农业水利等传统行业数字化转型升级。社会民生领域,打造一批 5G+ 智慧教育、5G+ 智慧医疗的样板项目,利用 5G 智慧城市等管理水平。每个重点行业打造 100 个以上的 5G 示范应用标杆。”

要实现这个目标,不只是网络本身需要是 5G 网络,千行百业使用的设备也要支持 5G,这就跟我们 4G 时代有了很大的不同,我们在 4G 时代所说的 4G 设备,一般就是智能手机。

工信部在“5G 扬帆计划”中很细致地列出了赋能 5G 应用的重点行业,包括三大领域:

第一个领域是新型信息消费,包括 5G+ 信息消费,5G+ 融合媒体。前者要求发展基于 5G 技术的智能家电、智能照明、智能安防监控、智能音箱、新型穿戴设备、服务机器人等,云 AR/VR 头显、4K 摄像机、全景 VR 相机等。后者则要求背包、超高清摄像机、转播车等都要支持 5G 技术。

第二个领域是行业融合应用深化,这个听起来感觉有点学术化,其中包括:

5G+ 工业互联网:推进 5G 模组与 AR/VR、远程操控设备、机器视觉、AGV 等工业终端融合;

5G+ 车联网:简单地说电动汽车也要能支持 5G;

5G+ 智慧物流:无人车快递运输、智能分拣设备、无人仓储设备、智能佩戴、智能识别全部要支持 5G;

5G+ 智慧港口:推广 5G 在无人巡检、远程塔吊、自动导引运输、集卡自动驾驶、智能理货等场景的应用。没错,你在港口看到的塔吊,还有卡车也要支持 5G 传输和通信;

5G+ 智能采矿:加快可适应采矿环境具有防爆等要求的 5G 通信设备研制和认证,推进井上井下 5G 网络系统、推进井下重点岗位机器人作业、 露天矿区实现智能连续作业和无人化运输;

5G+ 智慧电力:搭建融合 5G 的电力通信管理支撑系统和边缘计算平台。开展基于 5G 的工业控制与监测网络升级改造,实现发电环节生产的可视化、配电环节控制的智能化、输变电环节监控的无人化、用电环节采集的实时化;

5G+ 智能油气:开展适应油田油井复杂环境的 5G 特种终端设备的研发。实施 5G 在油田油井、管线、加油站等环节高清视频监控、管道泄露监测、机器人智能巡检、危化品运输监控等业务场景的深度应用;

5G+ 智慧农业:重点推进面向广覆盖低成本场景的 5G 技术和应用。加快智能农机、农业机器人在无人农业作业试验等农业生产环节中的 5G 应用创新,发展 5G 在农产品冷链物流、电商直播等领域应用;

5G+ 智慧水利。推进 5G 技术与水利行业的深度融合, 提高水利要素感知水平。

注意,以上的行业融合应用,非常多都提到了“无人化”,例如无人农业作业、港口无人巡检、矿区无人运输、输变电环节监控无人化、无人车快递运输,其实这些的背后都涉及到对相关硬件的智能化和 5G 改造。

▲2020 年 2 月 25 日,在四川省崇州市崇庆街道红桥村,植保无人机进行农药喷洒作业。图/新华社发
▲2020 年 2 月 25 日,在四川省崇州市崇庆街道红桥村,植保无人机进行农药喷洒作业。图/新华社发

就跟目前智能手机市场 5G 手机逐渐成为标配一样,面向千行百业的设备,从拖拉机到塔吊,从矿区卡车到无人机,从无人车快递到工业互联网的机器视觉设备,支持 5G 也将逐渐成为标配,各行业的企业越是抢先进入这个市场,则对在标准和技术规范制定中掌握更大话语权更有利。

第三个领域是社会民生服务普惠行动。包括:

5G+ 智慧教育:加快 5G 教学终端设备及 AR/VR 教学数字内容的研发,结合 AR/VR、全息投影等技术实现场景化交互教学,打造沉浸式课堂。

5G+ 智慧医疗:开展 5G 医用机器人、5G 急救车、智能医疗设备等产品的研发。打造面向院内医疗和远程医疗的 5G 网络。

5G+ 文化旅游:开发适配 5G 网络的 AR/VR 沉浸式内容、4K/8K 视频等应用。打造 AR/VR 业务支撑平台和云化内容聚合分发平台。推动景区、博物馆等发展线上数字化体验产品,打造沉浸式旅游体验新场景。

5G+ 智慧城市:加大超高清视频监控、巡逻机器人、智慧警用终端、智慧应急终端等产品在城市安防、应急管理方面的应用,建设实时精准的安全防控体系。加快智慧表计等产品在市政管理、环境监测等领域部署,提高城市感知能力。加快推广基于 5G 技术的智慧政务服务。

以上也很清楚,不管是政府、学校、医院,还是景区、博物馆,数字化都将向 5G 领域转型,再次强调,工信部列出的以上 15 个重点行业,不只是说类似中国移动为首的三大运营商,以及以华为为首的国内网络通信设备厂家需要设计和部署针对行业应用的 5G 网络和控制算法,也要求各行各业的设备要 5G 化和智能化,否则无法接入 5G 网络。

比如说要搞远程手术,那医疗机器人就必须要支持 5G,同样的如果要搞远程驾驶,那也需要矿山的矿车支持 5G,不然怎么用 5G 特有的低时延来支持远程操作呢?所以不管是油田、矿山,还是电力、港口、电视转播、家电、机器人等等,所有的设备都需要经过改造支持 5G。

这里面涉及到一些寒冷,炎热,高湿度,粉尘环境,这就要求设备的 5G 模块要能够在恶劣环境下持续工作,这比我们日常使用的手机都处于较为舒适的环境有所不同。以上还是有点抽象。

5G+ 工业互联网可以解决哪些问题?

1:由于电器的个性化生产制造的需求是发展趋势,这使得产线不可能长期大量生产单一型号,而是需要频繁调整产线,而设备一动,则有线网络部署也要随之改动,我们都知道美的产线大量使用自家的库卡机器人,但该机器人和 PLC 通信都是基于有线网络部署,每年光是重新部署网络的费用就高达 600 万人民币。而使用 5G 则解决了这个问题。

2:在使用 WI-FI 的过程中,面临 WI-FI 稳定性不够这个天然性问题,AGV 运输车 WI-FI 干扰严重,仓库 WI-FI 漫游闪断,而且不同的 AGV 车辆使用同一个 WI-FI,则面临无法定位的问题,没有办法实现就近向最近的车辆分发任务。

产线的扫码枪使用 WI-FI,由于 WI-FI 传输距离短,经常面临被干扰和扫码失败的问题。而 5G 的稳定性,定位精度,传输距离都优于 WI-FI。

3:质量检查依赖人工,速度慢,准确率依赖于工人素质,而且每个质检点需要一台电脑。例如产线生产的微波炉面板冲压件有机器视觉质检要求,需对冲压件的外观进行检查,人工周期抽检只能每半小时一次、而且不良返修率高(日均返修 300- 500 个冲压件,成本 2 万人民币)、报废率高(抽检期间发现的冲压问题往往是批量出问题报废)、工控机贵(本地 AI 计算机贵,一个质检点的工控计算机需要 1.5 万人民币)。

而改成了 5 个高清相机进行质检的形式,数据上传到云端处理,通过人工智能判断是否合格,而显然对这种大带宽的高清图片传输,带宽是 4G 的 10 倍以上的 5G 更有优势,而且本地一个质检点一个的 AI 计算机也省掉了。用美的副总裁的话来说,经过 5G+ 工业互联网 +AI 改造后,企业综合可运维效率提升 17%,成本降低 10%。

5G 是如何让人有着更体面的工作?

以煤矿为例子,全国首座 5G 智慧煤矿是 2020 年山西阳煤集团和中国移动、华为联合建立的,我们来看一下,为什么 5G 让煤矿变得智慧了呢?

对煤矿工人和工程师们来说,煤矿井下作业非常艰苦,没有空调,同时还有地下水,工人需要在高湿高热的环境下工作,从井下上来之后整个衣服和人都是黑的,同时井下作业还具备危险性。

在井下部署了 5G 网络,第一期总共放了 14 个 5G 基站,每个基站可以回传 20 路高清视频,实现了井下所有作业面的远程实时监控;同时实现了井下采煤机的无人化,人是坐在地面的操作室里面进行远程操控的,操作员不需要下井去操控采煤机,彻底摆脱了高温高湿的恶劣的工作环境,工作条件得到了极大的改善,也大大提升了人员安全性。

现在年轻人越来越不愿意做危险和艰苦的工作,对于企业来讲,工作条件和安全性的改善也有利于人员招聘。

同时通过传感器实现了对关键量例如一些有害气体像是瓦斯含量的巡检和监控,再通过 5G 网络回传可以减少巡检人员的数量,降低有害气体对人体的伤害,也可以减少下井的次数。

通过 5G 网络改造的煤矿从成本,安全性到工作条件都得到了极大的改善。也可以大大地减少人员的数量,降低人力成本,为煤矿从业人员获得更体面的工作和更高收入创造了条件。

当然有朋友会问了,不就是 5G 网络回传吗?那我用光纤可不可以,4G 可不可以,用 WI-FI 可不可以?

是这样的,首先光纤我们就可以排除了,井下到处是地下水,并且温度极高的环境,光纤很容易损坏,同时井下作业面到地面的距离动辄几百米甚至更长,同时光纤还要连接所有的设备,整个下来光纤距离很长,成本会非常惊人。并且随着煤的采掘,井下作业面还是不断移动的,同时井下设备往往是不断扭动的,用光纤可能会面临损坏的问题,光纤有线方案显然不如无线方案。

而 4G 的带宽和速率都不如 5G,煤矿现场除了传感器还需要使用大量的高清视频回传,一路高清视频就需要几兆到十几兆的带宽,这就对上行带宽有很高的要求,上行带宽更大可以达到 100Mbps 的 5G 一定是更适合的。

而 WI-FI 稳定性很差,信号容易受干扰,覆盖距离也短,接入设备一多速度就很慢,你在自己家里面,即使基站距离你家有几百米,也一般还是有 4G 或者 5G 网络信号的,但是用 WI-FI 的话,即使只是在隔壁房间距离十几米,隔着墙信号也会衰减严重。

在井下随着采煤机的不断前进,作业面是在不断变化的,WI-FI 的覆盖距离短意味着需要不断下井去部署新的 WI-FI 设备,这显然是不现实的,而使用 5G 部署十几个到几十个基站就可以搞定。

另外更为重要的是,5G 具备 4G 和 WI-FI 都不具备的低时延特性,在远程操控无人采煤机的过程中如果时延过大,将使得远程操控无法进行,或者操作体验感非常差,低时延是远程无人操作的刚需。

像是这种高温高湿的恶劣工作环境绝不仅仅是这种井下煤矿,对于露天的煤矿,还有各种露天的金属矿场,尤其是在北方地区的矿场,冬天的时候温度可以低到零下十几度甚至几十度,同时到处是粉尘,现场工作条件非常艰苦,也无法吃上热腾腾的饭菜,通过 5G 技术实现现场的无人化,远程操控采矿机械和矿卡,可以大大改善工作条件,提高现场人员的安全性,同时也提升了人员效率。

我们再看第三个例子,5G 和港口有什么关系?这是华为的轮值 CEO 胡厚崑在央视《对话》栏目中讲的例子。

▲2019 年 11 月 28 日,青岛港全自动化码头(二期)现场,自动导引车在等候装运集装箱。图/新华社发
▲2019 年 11 月 28 日,青岛港全自动化码头(二期)现场,自动导引车在等候装运集装箱。图/新华社发

我经常在抖音上面看到有各行各业的人在晒自己的工作状态,其中就有港口的龙门吊司机,他们需要爬到很高的塔吊上去,然后每天弯腰看着下面的集装箱工作,时间长了腰就容易出问题,所以一般四十岁之后他们就得转到其他岗位,这不仅是职业病,在塔吊上面上厕所都是一个难题。胡厚崑去港口的时候,港口领导告诉他有很多 40 岁的保安,因为长期从事塔吊工作,腰都不太好,港口只能让其从事轻松点的工作。

除了塔吊司机本身工作不易之外,还有一个塔吊的利用效率问题,一个港口是有大量的塔吊的,一个塔吊就需要一个司机,即使这个塔吊现在是空闲的,他也没有办法下来然后爬到另外一个塔吊上面工作。而对于港口来说,比拼的就是货物吞吐的速度,可以说时间就是金钱,效率就是生命。

浙江舟山港进行了 5G 智慧港口的建设,通过 5G 网络改造之后,龙门吊也成为可以远程操控的机械了,操控员通过高清摄像头,坐在操控室里面进行远程操控,不仅是工作条件改善,而且对于港口来说,整个运行效率大大提升,因为每个操控员他只需要远程操控抓和卸两个动作,其他动作都可以由机器完成,而且操控员不仅仅可以操控一个龙门吊。

▲宁波舟山港(沈颖俊/摄)
▲宁波舟山港(沈颖俊/摄)

同时港口现场的集装箱卡车,在龙门吊装上和卸下货物之后,可以通过路径规划加上远程 5G 监控,实现无人化高效率运行,整个港口的运行效率大大提升,而且成本还得到了降低。

为什么港口也需要 5G?除了低时延用于远程操控之外,现场同时工作的集装箱卡车就有几十台,要实现自动化驾驶,需要路端感知、车路协同、车车协同、实时视频等,需要并发上传大量的数据,而 5G 的大带宽则是最为合适的方案。

最后我们还可以看下钢铁行业,其实目前中国的钢铁厂已经高度自动化了,但是在进一步提升效率和降低成本方面也遇到了瓶颈,另外钢铁厂也面临着招人难的问题,高温高危的环境难以吸引年轻人进入工厂工作。

华菱湘钢是湖南省最大的单体国有企业,2020 年他们对车间进行了以下的 5G 智能化改造:

第一个是智慧天车。天车集装卸、搬运、运输功能于一身,是钢铁生产最主要的设备之一。天车经常运行在厂房内的高空,过去需靠人工在天车操作室里操作,不但效率低,且工作环境恶劣、危险。

车间对天车进行了无人化改造,操作人员通过天车上安装的 3D 扫描仪、测距仪、编解码器和多个高清摄像头,进行远程操控,跟港口使用的无人塔吊一样,大大改善了工作条件,也提高了工作效率。

第二个是工业数据采集。钢铁厂需要在工厂各关键设备布放多种类型的传感器,实时监控震动、温度、湿度、气液体流量等关键信息。

由于上行数据量大,并且不同的传感器采用不同的工业协议,网络传输方式和架构也不一致,很难对采集的数据进行统一的管理。为此,采用 5G 方案,硬件接口类型丰富的 5G 边缘计算网关接入不同类型传感器,再使用 5G 信号统一回传,解决了大量数据并发通信上传和统一处理的问题。

第三个是 5G+AI 视觉。钢材表面质量检测是钢铁厂的必备工作,例如汽车面板的的表面缺陷不能大于 2 处,家电钢板更要求表面“0”缺陷。不管是传统的人工检测手段,还是稍微先进点的对比法,都是将待检测产品与预定缺陷类型库进行比较,检测精度和检测效率均较低。而使用 5G 高清摄像头 +AI 视觉质检,可以实现微米级的目标检测,获得的信息量是全面且可追溯的,从而大幅提升产品质检的效率和准确率。

再比如在钢厂的生产环节中,需要把钢板水平旋转,进行多次轧制以确保达到要求的厚度,之前是采用人工 24 小时值守的形式,时间到了人工来旋转,人员容易误操作,工作强度也大,而采用 5G+AI 机器视觉后,该环节可以实现自动化。

在 2021 年这个时间点来看,中国 5G 的 to B 应用已经逐渐走过从0-1 的阶段,逐渐在各行各业建立起了一些标杆,正在走向从1-N 的阶段。我们理解的通信网络,将给消费者、劳动者和千行百业带来巨大的改变。

由于各行各业上 5G 都需要学习成本,同时也是构建企业竞争力的手段,因此需要抓住这波从1-N 的浪潮,以避免企业在未来竞争中的落后。从工信部的 5G 扬帆计划也可以看出来,到 2023 年,“要在垂直行业领域,大型工业企业的 5G 应用渗透率超过 35%,每个重点行业打造 100 个以上的 5G 示范应用标杆。”

由于我国政府强大的执行力,在时间表上几乎总是能够按时完成,这意味着在未来的两年多,5G 将以惊人的速度在全国各个行业渗透,从1-N 这个阶段,由于要强调可复制性,因此各个行业势必需要建立起自己的硬件和软件技术规范和标准,这也是各个企业在自己行业强化话语权和优势的一个机遇。

非常重要的事情是,由于我国在 5G 网络建设方面领先欧美国家,再加上我国庞大的产业规模,因此目前我们在行业的 5G 应用方面也已经在逐渐呈现领先的态势,未来如果我们顺利完成1-N 的规模复制,不仅对我国各产业带来巨大的增量,而且在各行各业还可以走出国门,在国外 5G 网络逐渐部署后,把中国的成熟行业应用经验、标准和规范输出到全球各国。

请注意,在这里并不是说 5G 无所不能,比如说我们熟知的芯片行业,没有半导体生产设备、材料、工艺的突破,怎么可能打破封锁呢,而是说 5G 作为新基建(新的信息基础设施)的一种,其万物互联这个特性会波及到几乎所有的行业,给各行各业带来增量收益。

一件事情,只有做了才有可能领先。实际上除了在确定性的 to B 行业应用之外,在未来两年只要有一款面向个人消费者的 to C 5G 应用爆红,其蕴藏的巨大市场机遇,将会导致各家互联网公司迅速大量跟进,那么 5G 网络将会在一夜之间在消费者层面成为必需品。实际上从以往微信、抖音等现象级应用的爆发来看,一旦起势这个时间是非常快的。

以上是我对 5G 的一些思考和想法。

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