故宫博物院的5G通信技术建设实践

关键词：故宫博物院；5G通信；数字化建设

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）03-0085-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0引言

故宫博物院作为中国文化遗产的重要代表之一，拥有丰富的文物资源，吸引着来自全球的游客和学者。然而，由于其建筑规模庞大，且收藏有珍贵的文物，使得管理和保护工作面临着巨大的挑战。传统的通信技术已经不能满足日益增长的数字化工作需求。随着“数字文物”概念的提出，以及网络技术特别是5G技术的发展，新的更具包容性和指导性的“数字故宫”理念应运而生[1]。5G通信技术为博物馆提供了更快速、更可靠的通信网络，支持实时监控、视频会议、数字展览、云直播等应用，为故宫博物院的管理和保护带来了新的可能性。因此，引入先进的5G通信技术成为必然选择。

1 5G通信技术建设的启动

1.1 5G通信技术特点

5G通信技术的核心原理包括高频率频谱利用、毫米波传输、大规模MIMO技术、波束赋形、低延迟通信和网络切片技术。首先，5G采用了更高的频率范围，如毫米波，以提供更大的带宽和更快的数据传输速度。然而，毫米波的传播距离较短且易受阻挡，因此需要使用更密集的基站部署。结合故宫博物院城墙厚、规模大、建筑密集的特点，计划在室外与室内分别架设基站以保持信号强度。其次，大规模MIMO[2]（MIMO代表“多输入多输出”，是一种无线通信技术，通过同时使用多个天线来传输和接收数据。在MIMO 系统中，发送端和接收端都配备了多个天线，这些天线之间相互独立，可以同时传输多个数据流。通过利用空间多样性和信号处理技术，MIMO技术可以显著提高信号传输速率、系统容量和数据可靠性） 技术，通过多个天线来增强信号质量和覆盖范围，这种技术可以提高网络容量和效率，使得信号可以更精确地传输到特定的用户设备。MIMO系统可以利用多个天线接收到的多个信号来抵消干扰，提高信号的抗干扰性能。另外，波束赋形技术可以调整信号的方向性，以增强传输效率和覆盖范围，从而进一步提高网络性能。

1.2院内通信基站现状

故宫博物院原有4G信号基站美化树6个，然而受限于城墙厚度、高度等因素，这些基站的覆盖范围并不是特别理想。随着各种高清短视频、直播等平台的兴起，现有通信网络已经无法满足观众需求。

1.3 5G与故宫博物院

2018年12月，工信部向三大运营商发放5G频率实验许可。2019年3月15日故宫博物院与华为技术有限公司签订5G战略合作协议，双方共同推进国家5G先进应用示范项目，树立全球5G业务标杆。2021 年5月17日，工信部副部长刘烈宏在世界电信和信息社会日大会的主旨演讲中表示，“十四五”是我国5G 规模化应用的关键期。要加强规划引领，系统化推进5G应用发展；夯实产业基础，提升网络供给能力，自此新进网5G终端将默认开启5G独立组网（SA） 功能；要丰富融合应用，拓展重点行业应用，提炼典型应用场景。故宫博物院为贯彻落实党的十九大和习近平总书记系列重要讲话精神，保护、传承、利用民族文化遗产弘扬中国传统文化，利用5G技术助力故宫高水平、高质量的数字化、信息化、智慧化建设。在2019年将5G技术引入院内，将原有通信设备进行升级，在游客游览体验得到提升的同时，助力故宫数字化发展。

1.4 故宫博物院信息化建设现状

自1998年正式成立了资料信息中心起，故宫博物院就确立了“以信息化作为杠杆和支点，改造传统的博物馆，使故宫博物院尽快跻身世界一流博物馆之列”的信息化发展目标[1]。二十多年来，故宫博物院的信息化建设迅速发展， 2019年7月，故宫博物院开发完成“数字文物库”项目并首次在官网发布，一次性公布了5万件文物藏品的高清图片，将数据库的“管理”功能向着为公众提供文物基本信息和高清影像的检索、浏览“服务”方向转化。在同一年当中，“数字多宝阁”栏目在故宫官网上线。该栏目基于故宫院藏文物（立体文物） 的文物超高清三维影像鉴赏栏目，主要提供文物的超高清三维影像，包括“金银锡器”“青铜器”“玉石器”“文房用品”“珐琅”“竹木牙角匏”“玺印”“陶瓷”“雕塑”“玻璃器”“宫廷宗教”以及“漆器”在内的12 种文物类别下，总计128件院藏文物（立体文物） 的超高清三维影像在互联网上向公众开放展出。该栏目每月推出一件专题文物，通过深度解读专题文物信息，为观众提供包含音频、视频、互动等多种形式在内的观赏体验。自此，故宫博物院向观众开启了线上三维文物展示平台。。

1.5 5G通信技术优势

1）更高的数据传输速率。5G技术采用了更广的频谱和更高的频率，使得数据传输速率大幅提升。相比4G，5G的理论峰值速率可以达到数十倍甚至百倍以上，这意味着可以更快地下载和上传大容量数据，进而提升观众游览体验。

2）更低的传输时延。5G技术将网络传输时延（延迟） 降至最低水平，可以实现毫秒级的传输时延。故宫博物院作为国际化博物馆，国内外视频会议、公众直播等业务与日俱增，5G通信技术的建设可以提高应用的响应速度和实时性。

3）更大的连接密度。5G技术支持更多的设备同时接入网络，具有更高的连接密度。这意味着在同一区域内可以连接更多的设备，如智慧园区、遗产检测等，为数字化故宫提供更好的支持。

4） 更可靠的网络连接。5G技术通过引入更高级的信号处理和纠错技术，提高了网络连接的稳定性和可靠性。在高速移动或复杂环境下，5G网络能够更好地保持稳定的连接，减少信号中断和丢包现象，提升故宫院内办公效率。

2 5G网络建设

2.1故宫博物院网络环境

1） 有线网络方面。故宫信息网络系统的建设是依据其特殊的地理位置、较为分散的办公环境以及用户的实际使用要求而设计的。截至2011年底，主干光缆已经基本覆盖整个院区（包含办公区域以及观众开放区域） 。2019年，故宫的骨干网络达到50余千米（地上光缆和地下光缆） 以及100多处节点机房散布在故宫各个角落。中心机房主干光缆的35根；光纤接入的芯数多达1000 多芯。故宫博物院中心机房诞生于2000年，经过了将近二十年的发展，如今的数据中心使用面积已达到两百平方米，五十多个机柜内存放着三百余台服务器、交换机，承载着故宫博物院的各项业务，24小时不间断地运转着。

2） 安全方面。数据中心的基础设施包含供配电、制冷、消防等多个系统，这些系统的正常运转是保障数据中心平稳运行的首要条件。由于故宫博物院周围并没有高大的建筑物，为了将雷击产生的巨大电流导入大地，避免对中心内部设备和人员产生伤害，数据中心从早期开始便有防雷接地装置，其屋顶建有一条避雷带，将雷电引入埋藏于地下的接地极中，数据中心设备静电同样会引入此地极。

2.2 游客开放区5G建设

考虑到院内已有室外信号发射器和基站美化树（见图1） ，为了减小施工复杂度，同时尽量避免在开放区、古建中间进行大型工程项目，故宫博物院最终采用在原有通信美化树上进行设备升级，室内展厅加装信号设备（室分） 的办法来解决5G信号的搭建问题。在此期间，故宫博物院也对已覆盖区域进行信号强度测试，从御花园到太和门广场，自北向南完成中轴线、珍宝馆、钟表馆、冰窖等地方的信号测试，户外信号强度在-30db至-150db之间，满足手机通信要求。在故宫博物院中线区域满足基本要求后，先后又在东六宫、西六宫区域进行测试，在未来的5G改造中将着重加强故宫博物院两侧区域信号建设。除了设备搭建工作之外还要进行各个基站管理工作，故宫博物院每月安排运营商对院内通信基站进行安全巡检，及时处理设备故障排除安全隐患。

2.3非开放区域5G建设及完善

故宫博物院内有上千名员工在办公，由于故宫城墙高大、厚重的特点，导致很多办公室内手机信号较弱，部分区域甚至没有信号。因此，办公室区域、房屋内采用了和室内展厅相同的5G室内分布方案，每间屋内吊顶均安装了微型信号发射器，既实现了室内信号全覆盖，又为未来故宫博物院建立数字化的文物保护和管理系统奠定了基础。该系统将包括文物的实时监测、远程文物修复、文物信息数据库管理等功能，以更好地保护和管理博物馆珍贵的文物资源。

截至2023年底，故宫博物院已协调运营商完成了院内6个区域通信美化树的5G设备更新工作。根据原有网络系统布局，利用分布在各个区域的分机房，故宫博物院自西向东、自北向南完成了办公区及开放区室内外90余处5G基站设备的安装工作，实现了院内70%区域的5G信号覆盖。

2.4 5G通信设备维护

随着5G项目的不断推进，为保障所有通信设施能够正常运行，相关的维护工作也必不可少。目前，共有联通、移动、正通、电信4家运营商参与巡检工作。工作人员每月来院进行维护工作，夏季高温时则需每周一至三次对派出所基站、花房基站、南大库基站、銮仪卫基站、热力基站、东消防队基站进行常规检修，以确保没有消防安全隐患。

巡检内容包括：RRU信号设备、交流转直流电源模块、制冷换气设备、电源设备。运营商工作人员每年4-10月每月巡检两次，11月至次年3月每月巡检一次。遇到柳絮高峰期、高温天气、沙尘暴等特殊天气时，会提高巡检频率。

巡检项目包括：基站设备、通风设备、电池设备以及对设备进行除尘。在巡检过程中，对于不能现场维修的设备，会安排在最短期限内进行维修；涉及用电安全的设备，如需后续更换，则会予以关闭或拆除；如运营商后台报警，无论白天还是夜间，都会随时来院抢修。运营商巡检人员来院对信号基站进行检查和维护时，院内相关负责人须全程跟随，第一时间了解信号基站的运行情况，排除安全隐患。如遇设备损坏问题，会及时上报，确保信号基站设备安全运行。为此，故宫博物院制定了相关的巡检登记表、通风设备备案表、电池设备备案表等标准化表格，巡检完成或更换设备后进行记录。

电力巡检方面，5-10月高温及黄金周期间，每季度进行两次巡检。巡检内容包括：供电、闸箱安全，基站线缆安全，杜绝基站断电、损坏等安全问题。2022年，故宫博物院将基站UPS电池拆除，消除了电池鼓包起火的隐患。

3结束语

故宫博物院通过引入5G通信技术，实现了数字化、信息化、智慧化建设的重大突破。随着5G信号建设的不断推进，院内许多游客在游览的同时，开始进行高清短视频创作、直播等活动。5G技术结合故宫博物院微信小程序（图2） ，为游客提供了更好的观展体验。游客可以通过手机快速查找各个古建筑、展览、专馆以及原状陈列等基本信息，从而更深入地了解历史文物背后的故事。智能化的实时导览服务也解决了在开放区域因手机信号丢失而导致的迷路问题。2020年至2023年，故宫博物院利用5G 信号网络，成功举办了“云赏花慢直播”“何以中国线上直播”等重大线上活动，并尝试通过5G网络实现倦勤宅多人互动体验等项目，即使在疫情闭馆期间，也能让游客观众在线观展。

“发现·养心殿——主题数字体验展”等数字展览先后在上海、深圳、福州等地展出，数字故宫也更好地走进了人们的视野。随着数字技术的普及，人们越来越认可数字形态的内容和资源，并愿意为其付费。付费性质的纯数字展览也被人们所接受，甚至成为热门的网红打卡地。5G信号具有高速率、低时延和大连接的特点，今后将帮助故宫博物院的数字展览更好地“走出故宫”。5G与云计算的联动，可以实现智能化的安全监控系统，包括高清晰度的摄像头监控、人脸识别技术、实时警报等，提升故宫博物院开放区域的管理水平。故宫博物院将加快建设以5G为重点的遗产地、旅游景区信息网络体系，推进5G技术的复合型网络基础设施建设，完成基于5G通信网络的博物馆智慧化管理与运维体系架构的设计与搭建，积极研究5G+VR技术在文物保护修复中的应用[3]。未来，在5G 智慧故宫项目的推动下，更多物联网监测设备[4]将被纳入故宫世界文化遗产监测总平台[5]，完善预警应急体系[6]，进一步提升故宫博物院文物管理和服务水平。此外，5G通信设备也将在故宫博物院北院区进行建设部署，助力打造具有行业示范意义的智慧园区，加快推动故宫博物院建设成为世界一流博物馆。在数字展示、远程参观、安全监控、文物保护和游客体验等方面，5G技术将带来更多应用，推动国家文化事业和文化产业的繁荣发展。