淺析4G-LTE專網在露天礦的應用

聶利軍

【摘? 要】 信息化建設已然成為各個產業的發展新趨勢，，將“信息化和工業化”深度融合，利用信息化帶動工業化，用工業化提升信息化的實用性。露天煤礦地形復雜，區域覆蓋大，若通信手段跟不上，就無法開展正常的作業需求。因此，露天煤礦構建高效的通信系統極為重要。4G-LTE通信系統無線通信系統能夠滿足地形復雜、滿足地域廣的特點，因此4G-LTE無線通信系統有著其獨特的優勢.，4G-LTE在卡車調度、視頻調度以及其他通信手段方面，都能夠實現高質量、高效率的完成調度功能。利用專網可以實現安全預警、應急處理，并且減少了人力物力的投入，提升了露天煤礦企業的利益。未來通信系統需要向著智能化、綠色化、自動化方向深入發展。

【關鍵詞】4G-LTE專網;露天礦;應用

引言

信息化建設已然成為各個產業的發展新趨勢，將“信息化和工業化”深度融合，利用信息化帶動工業化，用工業化提升信息化的實用性。露天煤礦通常位置偏遠，且地質較為復雜，增加了管理難度。在煤礦開采中，需要對整個作業進行視頻監控、采運調度、應急指揮，并且能夠將數據信息收集分析，發現運營過程中的危險信號源，提前做出布置。所以提高露天煤礦的信息數據通信處理能力極為重要。傳統的利用有線網路構架通信網絡，其不僅僅需要架設巨大的有線網絡，還需要解決各種工程建設問題費時費力。如何解決信息調度管理，建設無線網絡已成為必然趨勢。

1.4G-LTE專網技術概述

通信技術的發展，企業對于作作業現場的監控、視頻圖像傳輸、數據傳輸以及遠程調度等方面要求越來越高，公用的4G網絡系統依然無法滿足企業需求。在煤礦行業，通信系統也經歷了從模擬對講（對講機），窄帶模擬集群，PDT窄帶數字集群，COFDM無線圖傳然后發展到LTE寬帶數字集群。4G-LTE依然成為主流發展趨勢。LTE是“long term evolution”的英文縮寫，LTE在應用層面主要劃分兩個層次，第一種基于公網的LTE終端（DTU），第二種LTE專網應用，第一種技術相對而言，技術要求低，行業門檻低，因此競爭極為激烈。專用的TLE網絡，涉及到物理傳輸層和系統應用層的融合，使用于安全性能要求高，穩定可靠的行業客戶，因此在煤礦選取LTE方面，需要采用4G-LTE專網。

4G-LTE專網基站主要包括基帶處理單元（BBU）、射頻單元（RRU）、核心網（EPC）以及指揮調度系統組成如圖1所示。該通信網絡可以實現多種通信模式，如一體化便攜專網基站+ 專網手機;一體化便攜專網基站 + CPE + 攝錄裝置;一體化便攜專網基站 + CPE + MESH自組網 + 終端機等進行音視頻傳輸，有著良好的通信能力。

該專網系統相較于傳統的3g網絡，其優勢主要在于體積小、重量輕、安裝方便，支持LTE雙流MIMO，具備高集成度、高性能、高帶寬和靈活性強等特點。

2.露天煤礦系統構建案例

一個網絡可以承載語音，視頻，數據和其他服務。現有的800m TETRA系統，網格系統和坡度監控系統多種多樣，具有獨立的無線系統，眾多的站點以及復雜的操作和維護。現在，我們可以通過9個基站的網絡來實現多個無線網絡的集成，這更加便于操作和維護。LTE被廣泛覆蓋以減輕地形變化的干擾。傳統的網狀網絡基于WiFi技術，經過多跳后覆蓋范圍有限，帶寬有限。隨著采礦的跟進，隨時都有盲區，這會影響采礦效率。因此，現有網絡需要不斷優化，運維人員需要隨時待命，以進行實時優化。 LTE系統的優點是覆蓋范圍廣，覆蓋距離可以達到2km半徑，地形變化對LTE的覆蓋影響很小，因此無需優化運維人員，提高網絡利用率。“ CPE +攝像頭”模式實現了按需視頻監控的靈活部署：由于礦區地形復雜，難以進行有線施工，周期長，容易被車輛損壞。在部署監控攝像機之前，需要考慮多個因素，而這些因素通常無法按需部署。利用LTE專用網和CPE寬帶接入終端帶寬大的優勢，解決了攝像機部署的問題，實現了靈活的部署。未來，通過開發采礦作業應用程序，可以實現移動辦公，移動作業等功能，業務將更加豐富。目前，該系統已經實現了對露天礦中主要采礦設備（卡車，電鏟，鉆機，工程機械等）的位置和工作狀態的跟蹤，并實時監控運行情況卡車和電鏟，以適應采礦生產過程中的變化。它可以實現卡車，電鏟等礦山設備的實時優化調度，自動，及時，高效地安排礦山設備的生產作業，從而優化礦山生產過程的管理，提高產量，節約成本，實現更高的經濟效益。目前，該系統已完全滿足使用需求，并在生產系統中發揮了作用。相信在不久的將來，隨著終端數量的增加以及各種業務系統的持續在線，這個基本信息網絡將發揮重要作用。

3.? 4G-LTE專網具體應用

3.1 4G-LTE網絡在卡車智能調度中的應用

煤礦開采作業中，需要大量的運輸機械，如果機械設備調度不合理，不僅會耽誤作業生產，還造成了人力物力的浪費。因此提升調度系統能力，保證運輸作業正常運行。

通信系統是卡車調度系統中的中樞神經，通信網絡將系統的各個組成部分有機的銜接起來。通信網絡的覆蓋乏味、通信質量、通信速率都會影響整個系統的運作質量。卡車調度管理系統，要實時掌握現場設備的運行聲場情況，因此要求通信設備具有較好的實時特性。4G系統恰好能夠滿足以上需求，在使用過程中，利用4G專網的輸入設備，監控探測實時生產情況，并將實時生產情況發送到數據中心，由數據處理端對數據賽選分析，然后得出是否需要派出車輛，或者應該以怎樣的路線進行進入生產區，借助LTE專網通信系統，將所產生的決策信息發送到卡車運輸調度系統，繼而將決策分配到卡車終端，實現精細化的配礦過程。通過4G專網實現了卡車調度的智能化，提高了設備運行效率，根據相關研究證明，4G-LTE專網應用到卡車調度系統之中，效率提升了8%～30%，油耗降低了3%～15%。因此不斷加深卡車調度智能化應用水平，對于露天煤礦開采企業而言具有非常好的經濟效益。

4G-LTE強大的數據收集處理能力，也會將整個系統運行中產生的數據保留下來，形成產量、周轉量、設備出動率、故障率等數據進行分析整理，即可對整個調度系統進行分析，找出系統中存在的不足，繼而進行優化，提升調度的科學性和合理性，讓整個調度工作變得更加簡單方便科學。

3.2 4G-LTE專網在視頻語音調度中的應用

視頻調度作為煤礦調度系統中不可或缺的系統，是保證安全生產，人員安全的重要保證。露天煤礦其特點在于辦公區域和生產區域單獨劃分區域，相距較遠，因此利用視頻語音調度是不可避免的。視頻語音以及定位軟件多媒體聯聯動，完成調度功能，具體應用方面。

4G-LTE專網視頻語音多媒體調度系統是由多媒體調度通信系統、無線網寬帶系統、視頻監控空系統、礦區廣播系統組成。所有的系統均基于礦區的IP網絡部署，通過IP網絡實現信息的交互。

視頻語音調度系統架構主要分為三層，分別是核心層、接入層和應用層。其中核心層設備是調度服務器、記錄服務器、視頻服務器以及其他服務器舍恩比，所有的設備都有連接到以4G-LTE形成的網絡基站。應用層設備包括多媒體命令和調度控制臺，辦公電話，無線手持終端，廣播喇叭，音頻和視頻終端等。各種終端可以根據以下要求部署適當的通信終端：礦區的各種運營和辦公區域。

4G-LTE專網能夠實現以下功能，各部門視頻會議的實時召開與記錄、緊急視頻接入功能、調度視頻效果，實時顯示工作人員在系統中的位置，視頻記錄功能，語音和視頻的調度操作在同一調度接口上進行，支持音視頻聯合調度。

3.3礦區的MMS服務

4G無線通信系統提供彩信發送服務。移動終端（包括手持站和車輛站）和調度站都可以方便地編輯和發送MMS。發送方式支持點對點傳輸，也支持點對多點和點對組傳輸。當維修人員發現異常情況時，在現場拍照后將圖像實時發回調度中心或指定人員;調度中心將編輯后的彩信以說明文字的形式發送給相關人員，以便相關人員能夠快速，準確地了解關鍵信息。同時，相關專家根據MMS的內容分析對策，指導維修人員進行維修。

3.4礦區流動辦公室

通過4G無線通信系統實現礦區移動辦公，辦公效率可以大大提高。例如，它可以實現用戶定義的電子表格，文檔發送和接收，流程批準等功能，可以有效地解決采礦業務頻繁變化的實際情況。同時結合推送郵件功能，可以確保管理人員在任務到達或郵件到達的第一時間自動提醒;它可以實現與露天礦自動系統的數據交互，從而為管理人員提供實時，準確的露天礦安全生產狀況。

3.5數字礦山相關業務

4G無線通訊系統為數字礦山建立了無線高速公路，包括礦山智能調度，卡車輪胎在線監測，鉆孔深度自動監測，炸藥裝載卡車監測，鉆機打孔精確定位，露天煤礦燃油監測，電源和配電監控視頻，實時數據采集調度和操作管理，ERPPM模塊管理以及技術管理，應急管理，地質勘測和生產設計管理（一個地圖管理），電源和配電遠程控制，團隊后高速公路的管理系統和移動終端學習可以應用在這條高速公路上。

4.? 4G-LTE在煤礦應用方面的發展趨勢

2020年3月，國家發改委聯合其他八部委共同發布了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，從《意見》發布也可以看出，國家對于煤礦智能化工作的重視。而4G-LTE專網在露天煤礦應用方面有著獨特優勢，未來應用會不斷加深。

（1）在現有的高清視頻監控系統之上，開展視頻綜合應用平臺、視覺分析技術，對卡車、工作人員、工作設備進行身份識別，軌跡識別、環境判別等，達到了真正的全方位監控。

（2）應急通信能力的加強，根據《意見》的要求，煤礦企業在2021年需要構建成多種類型、多種模式的智能化示范煤礦，在2025年要對大型煤礦和災害是實現智能化管理。

5.結束語

露天煤礦地形復雜，區域覆蓋大，若通信手段跟不上，就無法開展正常的作業需求。因此，露天煤礦構建高校的通信系統極為重要。通過全文論述，得出以下結論：

（1）4G-LTE通信系統無線通信系統能夠滿足地形復雜、滿足地域廣的特點，因此4G-LTE無線通信系統有著其獨特的優勢;

（2）4G-LTE在卡車調度、視頻調度以及其他通信手段方面，都能夠實現高質量、高效率的完成調度功能;

（3）利用專網可以實現安全預警、應急處理，并且減少了人力物力的投入，提升了露天煤礦企業的利益。

（4）未來通信系統需要向著智能化、綠色化、自動化方向深入發展。

參考文獻

[1]關俊峰. 4G-LTE專網在露天礦的應用[J]. 輕松學電腦， 2019， 000（004）：1-1.

[2]梁功權， 廖康杰， 劉志巍，等. 基于4G-LTE的智能化礦山系統設計與實現[J]. 現代制造技術與裝備， 2017（10）：53-53.

[3]李晨， 薛智勇. 基于4G LTE專網的應急救援系統應用前景可期[J]. 中國應急管理， 2018.

[4]賈云， 周旭， 李文軍. 基于無線通信技術的井下防爆車輛運行狀態實時監測系統[J]. 煤炭工程， 2017（10）.