5G技术在“智慧煤矿”场景化应用研究

　　【摘要】 煤矿智能化是一个系统工程，智能化煤矿必须实现开拓、采掘(剥)、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等全过程的智能化运行，各个环节缺一不可。依托先进的5G技术和边缘计算可打造新一代智能煤矿基础工作环境，随时掌控生产的整个过程，达到实时监控，智能化处置，实现管控一体化。打造从井上到井下、从生产到安全、从效率到赋能的一体化智慧煤矿。

　　【关键词】 5G技术 智慧矿山 边缘云计算

　　前言：

　　中国联通发挥运营商基础设施及平台优势，依托5G网络、MEC平台体系，整合第三方行业应用，打造适合煤炭行业特性需求的设备：基站(井下隔爆兼本安型)、天线和智能行业终端等设备和关键技术;打造云-边-端协同的MEC智能平台，实现煤矿人、机、物、环等全生产要素的智能互联管理;打造煤矿智能化应用：AGV调度、设备远程控制与检测维护、预测性维护、无人驾驶与操控、环境监控预警等，形成智能礦山产业生态。

　　煤矿行业历来以工作地质条件复杂、环境恶劣、自然灾害多为特点，安全形势严峻。各级监管单位都对煤矿信息化建设提出了具体要求，已投入应用的行业信息化系统超过了三十五种。但是这些系统缺乏统一的规划和集成，大多通过独立设计，独立建设后就投入使用，相互之间数据难以有效的关联和融合。

　　传统的网络模式和应用运行模式在数据时延、传输速率等各个方面成为矿山智能化的瓶颈，依托电信运营商的5G网络和边缘计算可打造新一代智能矿山基础工作环境，持续完善智能应用体系。

　　一、新型智能煤矿体系

　　新型智能矿山体系，首先通过制定统一的信息化系统标准规范，促进现有系统之间相互联系、相互作用、相互约束、相互补充，打造统一的综合管理平台，全面接入安全监控系统、人员定位系统、产量监控系统、视频监控系统、供电控制系统、工作面控制系统以及采、掘、机、运、通、排等各大系统，指导煤矿企业的人、财、物、生产设备等方面的科学运营和管理。

　　以IPRAN技术结合4G、5G技术升级井上井下煤矿企业基础网络环境。4G实现全覆盖，提供全域通信和无感切换能力。5G部署重点应用场景，实现综采工作面、掘进面等重点工作地点多维数据源回传、控制信息发布。依托云计算和大数据技术，打造边缘云+核心云的智能应用运行管理模式。

　　边缘云搭载各类应用和分析算法，实现对煤矿工作中具体事件和数据的就近分析，直接掌控各类矿端设备并做出条件反射式的高速、准确反映;核心云搭载智能平台，汇聚收集矿端数据和边缘云分析结果，对整个信息进行数据模型构建和AI能力的训练，不断增强边缘云反映能力，从而提高整个系统的灵活性、运行效率和智能化水平。

　　在云边协同的系统体系和5G高速网络的支持下，投入更先进、成熟的工业设备，如防爆机器人、高清智能摄像机、高灵敏度传感器、远程控制器等，为不断增加的专业化智能应用提供更全面、有效的数据并及时做出针对性响应，最终实现煤矿生产由各个系统单一的集中控制向全矿井集中控制、自动控制转变，实现一键开机、智能辅助控制，远程操作的功能，最终实现“自动化减人、智能化少人”的目标。

　　二、5G及IPRAN环网部署

　　新一代智能矿山基础环境升级已通过实践验证，通过5G和IPRAN光纤宽带网优化井上井下数据传输网络、运用边缘计算技术改造数据运营管理模式、数据采集和分析模式，结合新技术和行业成熟产品制定统一的系统标准体系，使煤矿生产在硬件、软件、数据等方面为全面智能化应用做好准备。

　　网络是工业互联网体系架构中的基础，为人、机、物全面互联提供基础设施，矿山工作的复杂多样性对网络各个方面都提出了不同的性能要求。

　　各类控制类业务要求低时延、高可靠的能力;设备监控传感器要求具备承载高密度接入的能力;高清视频类应用要求具备高传输速率的能力。这些要求恰恰符合5G业务低时延(uRLLC)、大连接(mMTC)、高带宽(eMBB)的独特性能。

　　基于已建设完成的井下网络实测数据，结合矿区井下现场结构，合理确定基站部署距离，实现井下高速网络无缝覆盖。

　　采用已通过防爆认证的双模基站设备，实现4G/5G同时支持，选择性的开通应用效果。针对常规通信服务区域以4G覆盖为主，对于需要大带宽、低时延应用的工作面、掘进面等场所5G信号覆盖。

　　三、边缘云MEC平台

　　基于边缘计算技术建设边缘云+核心云结构，建设智能矿井一片云使计算下沉，在靠近井下终端设备一侧进行数据的采集运算和存储。减少了信息回传的时间，降低了核心网络的数据量，减少网络拥堵。各种传感器设备采集信息直接传给边缘设备，在边缘端进行存储、处理。将处理好的结果和需要进一步判断分析的部分回传给中心云进行进一步运算和展示。

　　边缘云通过就近部署实现边缘网关、数据预处理、数据治理、数据分流、数据存储、数据可视化、视频图像分析等功能。中心云采用大数据和AI学习技术进行数据处理、分析和模型训练，定期下发训练模型到边缘云，增强边缘实时处理能力，通过不断迭代增强系统全面的分析能力和响应速度。

　　四、综合应用软件平台

　　4.1煤矿综合管理平台

　　以开放和可扩展的操作系统形式向下实现各种感知数据的接入，向上为智能应用子系统开发提供数据综合、时空、可视化、协同设计、业务流程和大数据分析等服务。通过信息世界和物理世界的实时信息融合和控制迭代优化，最终实现矿山万物互联、平台融合、系统联动与智慧运营。煤矿综合管理平台的主要特点及优势包括：

　　4.2煤炭大数据平台

　　利用企业云服务的大数据分析能力，从数据上传、数据存储、数据分析整个流程，建立煤矿的运销、物资管理、可视化、综合自动化等信息系统，对这些系统产生的海量数据进行分析和变现。数据在数据仓库统一组织管理的基础上，通过大数据方法进行分析并统一进行展现，从而达到数据开发利用，支持企业生产、管理、运行的目的。

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文章名称： 5G技术在“智慧煤矿”场景化应用研究

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