5G专用网络助力矿山智能化转型
发布时间：2021-01-27 作者：中兴通讯 王晓明 阅读量：
矿产资源是国民经济建设与社会发展的物质基础，矿业在我国国民经济中占有重要地位。2018年矿业年产值超过6万亿，占全国GDP比重约7%。我国矿业资源主要集中在煤炭和有色金属行业，其中煤炭能源生产占比74.2%，消费占比67.1%，每年开采量约在35亿吨，85%来自井下开采。我国煤矿生产经历了机械化到自动化的过程，正在向智能化演进。国家对矿山转型升级极其重视，中央及地方政府先后出台多项政策，推进矿山行业的智能化升级。2020年3月，国家发展改革委、工信部、能源局等8部委联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，提出到2035年我国各类煤矿都将基本实现智能化的目标。
在矿山智能化转型过程中，一个可靠、高效，全面互联矿山人、机、物的数据采集和信息传输网络是基础条件。从智慧矿山应用场景看，对网络的需求大致可以分为三类：一类是以上行数据传输为主的信息采集类，如视频信息、大型设备状态信息、各类环境传感器信息的采集；一类是以下行数据传输为主的控制类应用，如远程操控、自动驾驶等；还有一类是双向交互类，如语音通信等。采集类应用一般对上行带宽和支持的连接数要求比较高，例如视频采集类，一台1080P的摄像头就需要至少4Mbps的上行容量；控制类应用对时延和可靠性要求比较高；交互类业务对带宽、延迟要求中等，上下行流量基本对称。除了对网络性能的要求外，煤矿作业环境特殊，会受到瓦斯、煤尘、水、矿压等潜在自然灾害因素的影响，国家对矿用设备实行强制性的安全标志管理，对于需要进入井下安装的设备，必须通过防爆认证，并获取国家安标中心颁发的煤安证书。综合来讲，智慧矿山对通信系统的需求，包括井下设备安全认证要求、业务数据信息安全要求，以及大宽带（上行）、低时延、高可靠、可移动等性能要求。目前矿山已有的各类移动通信系统都存在短板，只有引入5G无线网络，结合光纤有线网络，才能实现智慧矿山的全面感知、实时互联。
为全面满足智慧矿山对通信网络的需求，相对于运营商公网，需要对矿井专用5G网络在以下方面进行增强：
-对于需要下井的设备，如picoRRU、BBU等，需要根据国家安标需求进行改造，包括增加设备单元的隔爆壳、对射频单元的发射功率进行定制（保证其有效辐射功率不超过6W）等。
-对上行容量进行增强，增强方式包括特殊的帧结构、多载波聚合等。TDD通信模式的帧结构决定了上下行资源的分配方式，对于矿井专用的5G网络可以采取以上行为主的帧结构（比如1D3U），矿井专网和运营商公网有很好的物理隔离，不存在不同帧结构共存带来的干扰问题。此外，还可以考虑时频双聚合（FDD Assisted Super TDD，简称FAST）的方式，通过聚合多个载波来进一步提升上行容量。
-针对矿企对信息安全的要求，可以把用户面下沉到园区，做到数据不出园区，同时降低了关键应用的端到端时延，如图1所示。有的矿山企业甚至要求全套的核心网，包括控制面和用户面都下沉到矿区，即使矿山和外界的通信中断，仍然能保证矿山本地5G网络的运行。
图1 智慧矿山5G网络总体架构
基于5G的大宽带、低时延特性，在将5G网络与矿山生产作业流程深度结合后，可以催生多个智慧矿山应用场景，比如智能巡检、智能采掘等。智能巡检利用巡检机器人代替人工对复杂、恶劣的环境进行巡检，将采集到的高清画面及环境数据通过5G网络实时回传至后端平台进行分析处理，对位于井下大巷等处的安全隐患进行告警。智能采掘利用5G网络的大宽带低时延特性，使得控制中心可以实时感知采掘现场的环境和设备工作状态，实现采掘设备的远程操作，减少现场工作人员。5G与智慧矿山的深度融合，将促进矿山数字化、少人化、无人化的转型，提升矿山企业的安全生产水平，降低生产成本，提高经济效益。
中兴通讯一直致力于与矿企、运营商、煤矿行业专业方案提供商共同推进5G在智慧矿山的应用。中兴通讯与第三方厂商合作的矿井专用5G基站，已获得“安标国家矿用产品安全标志中心”颁发的煤安证书；与中国移动合作，验证了1D3U帧结构可以为矿井用户在100MHz带宽下提供高达600Mbps的上行峰值速率。在应用场景开发上，中兴通讯和陕煤集团、晋煤集团、宝武马钢集团等多个领先的矿企，在井下皮带视频智能分析、工业机器人巡检、智能掘进机远程控制、无人驾驶矿卡等多个场景进行了验证。
中兴通讯愿通过完善的矿井5G网络产品，与合作伙伴一道，为推进我国矿山的智能化转型贡献自己的力量。
.png)
.png)
.png)
