5G技術(shù)賦能陽(yáng)煤煤礦智能化 煤炭人訊：“此時(shí)此刻，我所在的位置是距離地面534 米、陽(yáng)煤集團(tuán)新元公司的井下采煤作業(yè)區(qū)。這里開通了世界首個(gè)煤礦井下 5G 網(wǎng)絡(luò)，也是世界上距離地表最深的 5G網(wǎng)絡(luò)。本次由新華通訊社為您帶來(lái)的井下直播，在世界直播史上是第一次……” 6 月 12 日，在山西陽(yáng)煤集團(tuán)新元公司井下 534 米處，跟隨新華社記者的直播鏡頭，全球觀眾通過(guò) 5G技術(shù)，與煤礦井下生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)了一次“零距離”接觸。 5G 能“上”珠峰，也能“下”深井。對(duì)于煤炭行業(yè)來(lái)說(shuō)，5G 技術(shù)下井，其作用不僅僅是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通話和高清視頻直播，真正意義在于和實(shí)體行業(yè)深度融合，促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)變革。 為什么要推動(dòng)5G 技術(shù)下井 ？ 原有的井下數(shù)字通信技術(shù)支撐力不足；5G技術(shù)廣連接、大帶寬、低時(shí)延的特性，契合煤礦智能化發(fā)展需求 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。 基于5G技術(shù)，巡檢機(jī)器人通過(guò) 4K 高清視頻畫面“看到”的所有場(chǎng)景、“感知”到的所有數(shù)據(jù)都能精準(zhǔn)迅速地回傳至地面總調(diào)度室，便于井上對(duì)硐室環(huán)境、設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；同樣是基于 5G技術(shù)，職工在地面就可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的動(dòng)作。 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。 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)人視頻直播等各種沉浸式實(shí)時(shí)視頻業(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)。 “5G 技術(shù)具有超大容量、高可靠性的超低時(shí)延以及千億級(jí)的海量物聯(lián)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其核心是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。而礦山是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上的一個(gè)重要市場(chǎng)。”清華大學(xué)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院副院長(zhǎng)劉大成說(shuō)。 從煤炭行業(yè)來(lái)看，2019 年，煤炭占我國(guó)基礎(chǔ)能源生產(chǎn)量的 69.3%、消費(fèi)量的 57.7%，是我國(guó)能源的基石。 據(jù)了解，我國(guó)現(xiàn)有煤礦 5300 多處，分布區(qū)域廣泛，開采地質(zhì)條件復(fù)雜多變，煤與瓦斯突出、沖擊地壓、水、火等多種災(zāi)害并存。推動(dòng)能源革命，建設(shè)安全、高效、綠色的智慧礦山勢(shì)在必行。今年 2 月，八部委聯(lián)合印發(fā)了 《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》。 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。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。煤礦 5G 技術(shù)的突破與應(yīng)用，將有力推動(dòng)我國(guó)智慧礦山建設(shè)。 “原有的井下數(shù)字通信技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤礦智能化支撐力不足。”中國(guó)工程院院士王國(guó)法認(rèn)為，“恰恰是 5G 技術(shù)廣連接、大帶寬、低時(shí)延的三大特性，契合了煤礦智能化發(fā)展的需求。” “5G 技術(shù)在煤礦是剛需，是安全生產(chǎn)的堅(jiān)強(qiáng)保障。”陽(yáng)煤集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)翟紅說(shuō)，“根據(jù)煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜多變、支護(hù)強(qiáng)度大、信號(hào)衰減快等特殊條件，在井下推廣無(wú)線通信意義重大。5G 技術(shù)把有線、無(wú)線徹底打通，讓大家不再因?yàn)橥ǖ绬?wèn)題而被‘卡脖子’。它不僅具有大家現(xiàn)在所了解的語(yǔ)言通信、信息下載等功能，而且實(shí)現(xiàn)了工業(yè)監(jiān)測(cè)監(jiān)控的安全可靠，更是井下安全生產(chǎn)的有力支撐。” 5G 技術(shù)下井克服了哪些困難 ？ 井下環(huán)境復(fù)雜，除了要優(yōu)化防護(hù)性能，還要讓基站更小型化，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)授時(shí)、超千兆上行、數(shù)據(jù)安全等 在新元公司落成的 5G 煤礦網(wǎng)絡(luò)，由陽(yáng)煤集團(tuán)與中國(guó)移動(dòng)、華為公司聯(lián)手打造。 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)。 5G 技術(shù)與煤礦的結(jié)合應(yīng)用在業(yè)內(nèi)尚屬空白，加之井下環(huán)境復(fù)雜，所有工作都是一邊摸索一邊研究。 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，首先要解決的是防爆問(wèn)題，否則引發(fā)瓦斯爆炸的話，好事變壞事。 針對(duì)設(shè)備安全問(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。、 “過(guò)去，我們開發(fā)的 5G基站主要在地表應(yīng)用。雖然我們之前加強(qiáng)了防水、防塵、防鹽等防護(hù)工作，但井下的環(huán)境更復(fù)雜。除了要滿足防爆要求之外，還要通過(guò)結(jié)構(gòu)化改造，進(jìn)一步提升設(shè)備其他方面的防護(hù)等級(jí)。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。 更多創(chuàng)新點(diǎn)讓一個(gè)個(gè)問(wèn)題迎刃而解，確保5G技術(shù)順利下井。 精準(zhǔn)授時(shí)。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，如同生活中兩個(gè)人握手，一個(gè)人已經(jīng)伸出了手，另一個(gè)人的手卻還靜靜袖著 — —對(duì)于工業(yè)而言，失之毫厘，則謬以千里。 “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，保證了網(wǎng)絡(luò)的高可靠性、高可控性、超高安全性。”中國(guó)移動(dòng)山西分公司能源行業(yè) 5G技術(shù)總監(jiān)呂樂說(shuō)。 超千兆上行。“5G 技術(shù)在生活中應(yīng)用時(shí)，普通消費(fèi)者需要更多的是下載，但對(duì)于礦井來(lái)說(shuō)，則是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳量大、指令下傳量小。”趙志鵬說(shuō)。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)上傳下控的典型應(yīng)用需求。 數(shù)據(jù)安全。“我們部署全國(guó)首個(gè)‘獨(dú)立組網(wǎng)+邊緣計(jì)算’架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了主數(shù)據(jù)處理不出礦，確保了數(shù)據(jù)安全，降低了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。”呂樂介紹。經(jīng)實(shí) 際 測(cè) 量 ，傳 輸 時(shí) 延 小 于 20ms（毫秒）。 根據(jù)井下巷道起伏變化的特性，為保證 5G 網(wǎng)絡(luò)性能，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)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）校長(zhǎng)葛世榮認(rèn)為，在500 多米深的井下，5G 網(wǎng)絡(luò)依舊能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并且成功解決了基站設(shè)備安全、網(wǎng)絡(luò)授時(shí)、上行數(shù)據(jù)傳輸、礦山信息安全等難題，這為礦山 5G技術(shù)應(yīng)用闖出了一條新路。 5G 技術(shù)下井現(xiàn)在能做什么 ？ 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)，使人“身臨其境”；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)；減少通信線纜鋪設(shè)、維護(hù)、排障工作量等 “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。井上，總調(diào)度室電子顯示屏實(shí)時(shí)顯示著井下瓦斯?jié)舛取貪穸群透咔宀擅簣?chǎng)景。旁邊，技術(shù)人員進(jìn)行著遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。 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 — —近年來(lái)，井下很多控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)，但受限于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，視頻清晰度如同“霧里看花”。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 — —實(shí)時(shí)控制生產(chǎn)過(guò)程一直是煤礦智能化開采“卡脖子”的難題。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” — —在井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)的末端，傳統(tǒng)處理方式是敷設(shè)大量復(fù)雜的通信線纜。借助5G網(wǎng)絡(luò)，職工可以輕松“剪”掉設(shè)備通信線纜，同時(shí)方便移動(dòng)設(shè)備，大大減少了通信線纜鋪設(shè)、維護(hù)、排障工作量。 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。同時(shí)，借助邊緣計(jì)算能力，數(shù)據(jù)的融合統(tǒng)一、統(tǒng)一運(yùn)算成為現(xiàn)實(shí)。 新元公司副總經(jīng)理王海鋼介紹：“目前，我們?cè)谛略局饕瞥鰴C(jī)電硐室無(wú)人巡檢、掘進(jìn)面無(wú)人操作、綜采面無(wú)人操作三項(xiàng) 5G 技術(shù)應(yīng)用，幫助煤礦實(shí)現(xiàn)礦井無(wú)人化、自動(dòng)化、可視化運(yùn)行，有效解決了傳統(tǒng)人工作業(yè)操作危險(xiǎn)系數(shù)高、勞動(dòng)強(qiáng)度高的問(wèn)題，同時(shí)提升了生產(chǎn)效率。” “ 近 年 來(lái) ，新 元 公 司 井 下 系統(tǒng)已減少操作人員321 人 。隨 著 5G 技 術(shù)的應(yīng)用，集團(tuán)有望在產(chǎn)能進(jìn)一步提升的同時(shí)，再減少 1000 人。”翟紅表示。 5G技術(shù)未來(lái)還需要做什么 ？ 要研究制定煤礦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；此外，還要變革基于5G技術(shù)的設(shè)計(jì)理念，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) 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)。 “智能礦山，標(biāo)準(zhǔn)先行。”劉峰表示， “標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用是煤礦 5G技術(shù)應(yīng)用和智慧礦山建設(shè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。” 翟紅同樣認(rèn)為，制定煤礦 5G 技術(shù)指導(dǎo)性規(guī)范和推薦性標(biāo)準(zhǔn)，有利于指導(dǎo)企業(yè)更科學(xué)、有效地開展井下應(yīng)用。尤其是需要明確井下 5G專用頻段、組網(wǎng)架構(gòu)、多網(wǎng)融合等關(guān)鍵問(wèn)題。 “中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)將按照‘即用先行、開放合作’的原則，聯(lián)合通信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備提供商等，盡快開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究工作，并在企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，逐步升級(jí)為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。”劉峰說(shuō)。 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”，讓煤礦“剪”得更放心、更方便；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)，為煤礦提供更加自主靈活的視角，實(shí)現(xiàn)暗環(huán)境畫面可見，讓煤礦“看”得更 全 面 、更 智 能 ；利 用 5G+AICDE，讓 煤 礦“控”得更智能。 切實(shí)推動(dòng) 5G 落地應(yīng)用，需要整個(gè)煤炭上下游產(chǎn)業(yè)鏈行動(dòng)起來(lái)。 “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)。 上海創(chuàng)力電氣研究院院長(zhǎng)石勇直言，過(guò)去，因?yàn)闆]有數(shù)據(jù)傳輸通道，采掘設(shè)備很多環(huán)節(jié)上并沒有加裝傳感器。現(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員的思維方式需要徹底轉(zhuǎn)變。 天津華寧公司總經(jīng)理吳國(guó)強(qiáng)表示，基于5G 技術(shù)，在后續(xù)巡檢機(jī)器人的研發(fā)上，要考慮巡檢模式和智能識(shí)別的功能拓展，考慮電池性能的改善提高等。 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。 “將來(lái)，5G 網(wǎng)絡(luò)會(huì)變成像水、電、煤一樣的基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)前，越早投入 5G 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)新，越早搶占市場(chǎng)先機(jī)。華為公司將和全球的合作伙伴一起，共享經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造更多價(jià)值。”趙志鵬說(shuō)。 可喜的是，為引導(dǎo)資源共建共享，加快核心技術(shù)突破，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合清華大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）、陽(yáng)煤集團(tuán)、中煤科工集團(tuán)、華為公司等 70 多家單位，于 6 月 18 日正式成立了5G智慧礦山聯(lián)盟。（文/任志青） |
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