5G专网在智慧矿山的应用

5G专网在智慧矿山的应用

谭几方

四川省川煤科技有限公司

摘要：随着我国社会的不断发展及进步，我国科学技术不停的更新迭代，发展势头良好，促进了我国提前进入了智慧时代，在我国诸多领域都应用目前最为先进的5G技术。5G专网具备大带宽、海量连接、低时延、高可靠性、高安全性等能力，在网络覆盖性、技术演进、业务质量、移动业务的连接性、综合成本等方面具有综合性优势。当前矿山行业面临信息化、智能化、数字化转型升级挑战，文章梳理智慧矿山的各场景业务需求，采用5G专网的应用，实现建设智慧矿山的目的。

关键词：5G专网；智慧矿山；应用

引言

随着5G、物联网、互联网、大数据、云计算、边缘计算等技术的发展和逐步成熟，智慧矿山的建设开始进入快车道。

1 5G+技术在智慧化矿山建设中价值分析

第一，优化升级矿山信息化、现代化巡检。充分结合实际状况，利用5G将巡检机器人、无人机做好充分连接，可动态化将巡检数据、视频等做好分析和升级，将其动态化传输至监控指挥中心，其通过自身高速率、大容量等优势促使巡检工作实施更具安全性、稳定性，从本质层面减少巡检工作开展耗损人工，保证巡检工作实施的成效，确保矿山安全性及可靠性。第二，简化矿山井下作业操作。以人工模式为核心导向，积极选用采矿机械化手段开展各类工作时，井下作业人员生命安全难以确保，可最大限度应用5G+技术实现远程无人化操作，减少各类安全隐患，人们处于室内通过互联网平台便可完成远程操作，确保井下开采操作安全的同时，减少人员岗位配置，降低井下开采成本支出。第三，增强矿山数据的采集。矿山智慧化转型最为重要的是数据采集，充分借助矿用物联网，联合使用5G网络，动态化掌握井下信息采集，从源头层面减少传输施工、维护工作难度，有助于保证整个井下作业开展更具可靠性、安全性，减少作业压力和难度，显著提升作业开展的效率和质量。

2 5G专网在智慧矿山的应用

2.1 5G+高清视频

5G+无人机巡检：通过搭载在无人机上的雷达＋激光扫描，将数据回传，基于三维点云数据，据此制定巡检路线，上报隐患信息。5G+综采工作面视频回传：通过5G+智能AI高清摄像仪方案，帮助客户实现远程操控，实时看清周边的环境变化，进行启动、高度/速度调整、紧急停止等操作，从而提高安全生产和工作效率。5G+电铲、挖机、钻机视频回传：采用定制化的2∶3时隙配比+分布式MIMO，实现速率可达1.2Gbit/s，满足综采面4K视频的大上行高带宽需求。借助5G专网支持99.999%可靠性，保障了连续性生产作业。5G+皮带运输机机器人巡检：客户现有皮带运输系统运行中易出现多种问题，例如异物识别、皮带跑偏、皮带撕裂、煤量堆积等，限制了连续生产能力。人工智能+高清视频+5G工业专网的场景化方案，可以帮助客户智能巡检皮带、皮带煤量识别、皮带异物识别等，有效降低皮带能耗，保障连续生产。5G+矿区安防监控：通过5G网络大带宽、灵活组网能力，部署矿区安防监控网，包含环境检测、周界智能检测、机器人自动巡检等模块，实现全方位安全防护，保障安全生产。

2.2频谱采用

采用广电5G 700MHz网络部署实现智慧矿山应用，700MHz网络由于低频特性，是全球公认的黄金5G频段，采用全球最宽的频谱许可30MHz带宽。700MHz基于低频特性，绕射和穿透能力更强，在矿区山体遮挡严重的空旷区域，覆盖距离相比其他运营商的5G频段可提升60%以上，建站投资降低50%以上，在5G智慧矿山的网络覆盖能力较强。700MHz网络为FDD网络，上下行频谱资源对称，上行资源相比现有的TDD频段更为丰富和充足，在上行体验尤其上行边缘速率体验等方面优势明显，在无人矿卡的控制力视频回传方面带来更大的带宽资源。700MHz网络由于FDD制式，上下行对称，在任何时隙都可以快速完成RTT数据的上下行环回，端到端时延相比其他运营商的5G网络可缩短60%以上，更好地支撑远程控制类应用。

2.3 5G+远程控制

矿产井下开采作为工作的重点，选取合理的方法和工具，实现智慧矿山开采远程化控制，逐步实现井下开采智能化、绿色化，持续性构建较佳的开采环境，保证开采工作实施可靠。远程控制系统主要是由多个控制方构成，如控制方、通信网络等，其中控制方可以受控方通过网络上传输图像等相关信息下达指令，受控方接受相关指令，进行相应的操作，通信技术的优劣性决定整个信息传输成效。相较于原有4G网络，5G网络最具凸显的特征是超低时延、超大宽带技术等优势，可从本质层面保证各类高清视频业务有序传输，是实现远程控制的核心内容。基于5G技术远程控制技术应用逐步走向成熟，智慧智慧矿山建设中，我国逐步开展5G+远程控制系统的应用，现场实际操作人员动态化关注显示屏，掌握整个井下实际采矿的环境状况，同时合理化控制操作台控制挖掘机工作，保证实际操作控制延时处于10mm，工作操作偏差处于10cm。

2.4独立专网

从无线基站到核心网用户面、控制面，端到端为煤矿用户单独建设，提供物理独享的5G专用网络。从技术角度看，5G独立专网方案是最适合煤矿需求的：5G系统和公网完全隔离，数据不出矿区，确保数据的安全性和私密性；网络的配置管理、用户开户、网络监测、网络能力调用等网络运营运维能力可完全交给用户，符合煤矿行业的传统习惯，提高工作效率；有效保证低时延特性，满足煤矿车辆自动驾驶，设备远程控制、协同作业等需求；核心网为自有专网，对移动语音调度等行业应用支持度高，能完成各种调度功能，同时可接入普通老式电话业务（Plain Old Telephone Service，POTS）的用户，实现有线、无线的融合调度。但独立专网方案受系统成熟度、建设成本及产业链完整度等因素的影响，目前暂不是煤矿的主选方案。

2.5固定岗位无人值守

主运系统实现无人值守:主运输胶带机采用自动控制、移动终端监测、钢丝绳芯无损检测、智能除铁、智能调速、集中润滑、钢丝绳牵引智能巡检机器人技术，具有远程监控、高效巡查、快速点检、故障精准定位等功能，实现了主运系统一键逆煤流启动、顺煤流停车和无人值守。车辆智能调度及安全辅助驾驶:建成集管理、调度、指挥、监控、通信等为一体的车辆智能调度指挥系统，实现对辅助车辆运行状态和实时位置进行监测，合理调度车辆运营任务。在井下巷道关键区域部署辅助运输应急导引与信息发布系统，综合分析矿井运输巷道占用情况和运输任务配置状态，做出行车路径智能规划与信息发布，合理优化车辆运行路线。应用井下安全辅助驾驶技术，借助激光雷达、视频识别、智能传感等手段，实现驾驶员疲劳监测预警、车辆智能避障、智能限速等功能，规范员工驾驶行为，从技术上杜绝超速驾驶，有效管控井下辅助运输安全。

结语

5G网络在煤矿的推广应用有效解决了煤矿智能化的通信传输问题，在高清视频、远程控制、频谱、无人值守等多个方面，融合多种信息技术，将煤矿生产安全相关的多个子系统的装备和工艺有机结合起来，构成相互联系的智能化矿山生产管控系统，为全面提高煤矿智能化水平提供技术保障。

参考文献

[1]王小东,王存政,王冲等.浅谈5G技术在智慧矿山建设中的应用前景[J].内蒙古煤炭经济,2020(12):2.

[2]申雪,卜小平,余文科.基于5G技术的"智慧矿山"建设研究[J].中国电子科学研究院学报,2020,15(7):5.

[3]周子涵.浅谈5G技术在智慧矿山建设中的应用前景[J].科学技术创新,2020(14):2.