5G技術(shù)賦能陽(yáng)煤煤礦智能化

在500多米深的井下機(jī)電硐室，一個(gè)小小的巡檢機(jī)器人正沿著軌道自主行走。它雖然個(gè)頭不大，本領(lǐng)卻不小，不僅能進(jìn)行360度視頻監(jiān)測(cè)、音頻采集、紅外熱成像，還能精準(zhǔn)記錄設(shè)備故障發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)以及類型。從遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)到遠(yuǎn)程監(jiān)控，井下機(jī)電硐室的作業(yè)方式被徹底顛覆，新元公司真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守、無(wú)人巡檢。

陽(yáng)煤集團(tuán)新元公司總調(diào)度室

5G技術(shù)為什么要下井?

從通信行業(yè)來(lái)看，5G技術(shù)正式投入商用以來(lái)，譬如云游戲、云AR/VR、個(gè)人視頻直播等業(yè)務(wù)風(fēng)生水起，讓消費(fèi)者耳目一新。但是，在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，消費(fèi)端的業(yè)務(wù)提升僅僅是4G技術(shù)服務(wù)的自然演進(jìn)。5G技術(shù)的巨大價(jià)值要得到充分發(fā)揮，關(guān)鍵在于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

從煤炭行業(yè)來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)有煤礦5300多處，分布區(qū)域廣泛，開(kāi)采地質(zhì)條件復(fù)雜多變，煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。

工作人員調(diào)試井下機(jī)電硐室巡檢機(jī)器人

中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)劉峰表示，大容量快速通信一直是智慧礦山發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。5G技術(shù)具有超高速率、超低時(shí)延、超大連接的特點(diǎn)，能夠?yàn)槊旱V物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)提供有效解決方案。

5G技術(shù)下井克服了哪些困難?

2019年9月5日，陽(yáng)煤集團(tuán)、中國(guó)移動(dòng)、華為公司成立5G通信煤炭產(chǎn)業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新聯(lián)盟;2019年9月21日至10月1日，各方多次深入研討后，確定新元公司為5G技術(shù)礦井試點(diǎn)。

在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)原副校長(zhǎng)、教授孫繼平看來(lái)，5G技術(shù)下井，首先要解決防爆問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，創(chuàng)新聯(lián)盟對(duì)5G基站進(jìn)行了特殊防爆改造，成功研發(fā)出首款礦用5G基站。

技術(shù)人員講解5G基站設(shè)備

“另外，井下環(huán)境狹小，要求我們把基站做得盡量小型化，功能要盡量強(qiáng)大。”華為公司全球5G市場(chǎng)部部長(zhǎng)趙志鵬介紹。

在精準(zhǔn)授時(shí)上，地面上的5G基站由衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)的同步授時(shí)。如果時(shí)間不能同步，設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸就會(huì)產(chǎn)生誤差。

“井下500多米顯然無(wú)法接收衛(wèi)星信號(hào)。為此，我們專門研發(fā)了井下5G基站網(wǎng)絡(luò)同步授時(shí)技術(shù)，精度為100納秒以下，也就是億分之一秒。”中國(guó)移動(dòng)山西分公司能源行業(yè)5G技術(shù)總監(jiān)呂樂(lè)說(shuō)。

5G技術(shù)應(yīng)用在生活中，更多的是下行需求。對(duì)于礦井而言，則是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳量大、指令下傳量小。為此，創(chuàng)新聯(lián)盟將傳統(tǒng)大下載的上/下行2:8時(shí)隙比研發(fā)調(diào)整為大上傳3:1時(shí)隙比，單個(gè)基站上行峰值速率達(dá)到1100Mbps(兆比特每秒)以上，下行峰值速率達(dá)到300Mbps以上，滿足了工業(yè)上傳下控需求。

此外，創(chuàng)新聯(lián)盟研發(fā)了大功率分體式礦用5G BOOK基站和礦用大增益天饋，確保只要通過(guò)兩個(gè)5G基站，就可以為煤礦一個(gè)最復(fù)雜的綜采工作面提供完整、全面、有效的5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

5G技術(shù)下井現(xiàn)在能做什么?

“現(xiàn)在我正在小列車集控室，進(jìn)風(fēng)巷工作面正常。”5月27日，新元公司跟班隊(duì)長(zhǎng)郗書博在地下534米，“搭乘”5G網(wǎng)絡(luò)與井上總調(diào)度室進(jìn)行視頻通話。

5G網(wǎng)絡(luò)因其顯著的性能優(yōu)勢(shì)，革新著傳統(tǒng)井下作業(yè)模式。

井上看清井下——和4G網(wǎng)絡(luò)小于20Mbps的上行帶寬相比，新元公司5G專網(wǎng)具有超千兆上行帶寬，使單站擁有同時(shí)傳送50路以上4K高清畫面的能力，結(jié)合視頻智能AI分析技術(shù)，讓技術(shù)人員“身臨其境”。

井上控制井下——相較于4G網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)大于50ms的時(shí)延，5G網(wǎng)絡(luò)小于20ms的低時(shí)延、快切換和抗干擾、高可靠的能力，使遠(yuǎn)程控制成為現(xiàn)實(shí)。

末端設(shè)備輕松“剪辮子”——借助5G網(wǎng)絡(luò)，職工可以輕松“剪”掉井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)末端的設(shè)備通信線纜，同時(shí)方便移動(dòng)設(shè)備。

井下萬(wàn)物互聯(lián)、多網(wǎng)歸一、統(tǒng)一運(yùn)算——5G網(wǎng)絡(luò)海量連接和大帶寬的特性，使井下每個(gè)系統(tǒng)一張網(wǎng)、信息互相隔離的情況成為過(guò)去。

陽(yáng)煤集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)翟紅介紹，近年來(lái)，新元公司井下系統(tǒng)已減少操作人員321人。

5G技術(shù)未來(lái)還需要做什么?

6月9日，陽(yáng)煤集團(tuán)與中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)簽署了5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能化礦山建設(shè)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)框架協(xié)議，借助陽(yáng)煤集團(tuán)示范項(xiàng)目的原創(chuàng)和先發(fā)優(yōu)勢(shì)，共同研究制定煤礦5G總體網(wǎng)絡(luò)框架、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)及相關(guān)技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，深入推進(jìn)各鏈條的“剪、看、控”能力，同樣是工作重點(diǎn)。

中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院副總經(jīng)理陳豫蓉告訴記者，下一步，要提升5G網(wǎng)絡(luò)能力，開(kāi)發(fā)通用5G網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)模組，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備“即插即用”;通過(guò)不斷升級(jí)VR高清視頻、熱成像、激光掃描、智能AI識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)暗環(huán)境畫面可見(jiàn)。

5G技術(shù)下井將推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的巨大變革。但5G技術(shù)工業(yè)應(yīng)用研發(fā)投入大，涉及領(lǐng)域廣，需要政府、行業(yè)、企業(yè)通力合作，成立更廣泛的技術(shù)應(yīng)用聯(lián)盟，互有重點(diǎn)，互通有無(wú)，互相借鑒，擴(kuò)大5G+智能煤礦產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

“5G技術(shù)倒逼我們轉(zhuǎn)變思路，推動(dòng)基于5G技術(shù)的設(shè)計(jì)理念變革，加強(qiáng)基于5G傳輸技術(shù)的煤礦設(shè)備及其智能控制系統(tǒng)的研發(fā)。”翟紅說(shuō)。