5G技術(shù)在遠(yuǎn)程智慧采礦中的應(yīng)用

余華東

摘要：隨著第五代移動通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，智慧礦山領(lǐng)域在通信系統(tǒng)及通信方式的需求不斷提高，5G技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率，成為一個重要課題。傳統(tǒng)采礦業(yè)內(nèi)部的信息化與數(shù)字化程度較低，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)合5G技術(shù)，提出智慧礦山的研究。先基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)車載監(jiān)控 與車載定位項目，在根據(jù)5G的低時延與高可靠性特點建設(shè)遠(yuǎn)程采礦項目。本文對5G技術(shù)在遠(yuǎn)程智慧采礦中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);通信工程;5G技術(shù);智慧礦山;網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1智慧礦山

傳統(tǒng)的采礦業(yè)主要是以人力為主體去實現(xiàn)，在實際作業(yè)過程中，主要依賴人的主觀意志，不能準(zhǔn)確、即時的去完成，再加上易疲勞、記憶偏差、知識不足等多方面，傳統(tǒng)的采礦業(yè)表現(xiàn)出了：看不清、算不準(zhǔn)、控不住。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將智慧礦山成為一個欣的信息世界，從實踐的角度，智慧礦山的運(yùn)行實現(xiàn)了操控人員在調(diào)度控制室，通過輸入生產(chǎn)任務(wù)或目標(biāo)，通過操作鼠標(biāo)、鍵盤等輸入設(shè)備，控制提升設(shè)備、通風(fēng)機(jī)等采礦設(shè)備，使得各機(jī)器自適應(yīng)工作面條件，進(jìn)一步優(yōu)化了自己的工作參數(shù)，保證了相關(guān)設(shè)備的協(xié)作和聯(lián)動。智慧礦山技術(shù)的發(fā)展不斷地自動采集礦下信息并及時返回，通過信息算法和智能模型處理，信息傳輸主要依賴于CDMA、WiFi、3G、4G通信系統(tǒng)，較好地保證了生產(chǎn)過程中語音、圖像、視頻傳輸?shù)刃畔⒌膫鬏敗Ｈ欢S著煤礦行業(yè)的發(fā)展及智慧礦山水平的提升，在采煤、運(yùn)輸?shù)确矫鎸o線通信系統(tǒng)的帶寬需求在不斷提高，5G技術(shù)的出現(xiàn)，將突破以往通信技術(shù)在傳輸過程中的帶寬、時延、連接數(shù)等方面的制約，依托5G通信技術(shù)實現(xiàn)智慧遠(yuǎn)程采礦也將實現(xiàn)新的突破。

25G技術(shù)在采礦中的應(yīng)用

5G作為第五代移動通信技術(shù)較4G有更高的性能，不只是簡單的解決了移動狀態(tài)下人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間實時交互的問題。同時在用戶體驗速率、連接數(shù)密度和時延性方面取得了突破性的進(jìn)展，其傳輸速率達(dá)到毫秒級的端到端時延，10Tbps/km2的流量密度。5G技術(shù)在智慧采礦中的優(yōu)點主要表現(xiàn)以下應(yīng)用案例。

2.1車輛的無人駕駛

傳統(tǒng)采礦行業(yè)中礦車主要以人工駕駛為主，長時間作業(yè)中容易產(chǎn)生疲憊感，容易引起的礦業(yè)工作效率低、安全隱患存在的缺點。5G技術(shù)的出現(xiàn)，國內(nèi)外借助于無線通信技術(shù)研發(fā)了無人駕駛，避免了司機(jī)疲勞駕駛帶來的安全隱患，對采礦工作環(huán)境的要求也相對較低。對車輛的遙控指揮對網(wǎng)絡(luò)的通信速率和時延要求較高，尤其是多車輛協(xié)同作業(yè)情況，更是如此。

2.2礦區(qū)環(huán)境的測繪

傳統(tǒng)礦業(yè)在采礦作業(yè)開始前更多的是人工測繪，但由于礦山工作環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性，很多區(qū)域繪制獲取不到或不準(zhǔn)確，造成礦山資源的浪費。利用5G技術(shù)實現(xiàn)無人機(jī)對采礦區(qū)進(jìn)行實時繪制，大大提高了信息的準(zhǔn)確性和資源的利用率，實現(xiàn)了高產(chǎn)和增產(chǎn)。

2.3傳感器技術(shù)的應(yīng)用

礦區(qū)通過使用傳感器設(shè)備實現(xiàn)對礦區(qū)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、控制及數(shù)據(jù)信息的傳輸，感知設(shè)備控制面臨著網(wǎng)絡(luò)通信鏈路長、環(huán)境差等特點。傳感器設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出、傳輸過程中常出現(xiàn)延時，使得不能實時計算并完成生產(chǎn)，特別是多車輛、多設(shè)備協(xié)同作業(yè)的情況。利用5G技術(shù)對礦山傳感器進(jìn)行改進(jìn)升級，加大對數(shù)據(jù)的監(jiān)測、存儲和傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院透咝浴?G技術(shù)能夠?qū)崟r通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)將3D地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲取礦區(qū)地理環(huán)境，通過傳感器獲得礦區(qū)數(shù)據(jù)提升車輛的感知能力，通過無線網(wǎng)絡(luò)增加了連接數(shù)密度、傳感器節(jié)點的擴(kuò)展，終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)母邥r效性。5G技術(shù)在智慧采礦的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信、車輛精確定位、安全監(jiān)測、自主避障等方面都有應(yīng)用[1]。

3項目需求分析

3.1智慧礦山網(wǎng)絡(luò)分析

某傳統(tǒng)礦山共計3個采礦區(qū)，采礦區(qū)分別在50m左右高度山坡上下挖20m左右深坑，現(xiàn)使用4G通信技術(shù)，其性能僅能基本滿足礦區(qū)開采主要業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通信需求。然而，采礦行業(yè)對于無線通信技術(shù)的需求越來越強(qiáng)烈，傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無法滿足智慧礦山的需求，并且智慧礦山需要以極低的消息傳輸時延，傳感器設(shè)備監(jiān)測礦區(qū)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性較高，采礦車輛定位的精準(zhǔn)性高，以上需求使得智慧礦山網(wǎng)絡(luò)必須是一種具有超

低時延、超高可靠性的網(wǎng)絡(luò)。5G技術(shù)將突破傳統(tǒng)無線通信技術(shù)在傳輸帶寬、時延、連接數(shù)等方面的制約，搭建5G通信網(wǎng)絡(luò)將為智能化開采、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等方面提供高速率、低時延、大連接、高可靠的通信鏈路保障[2]。

3.2覆蓋需求分析

（1）規(guī)劃站點MDT分析。現(xiàn)場測試CL網(wǎng)信號差，分析最新MDT。該區(qū)域MDT柵格RSRP在105dbm左右，待智慧礦山項目啟用后MDT會更差。（2）規(guī)劃站點CQT分析。分析最新現(xiàn)場測試CQT數(shù)據(jù)，從測試指標(biāo)來看， ?周邊整體覆蓋較弱，需要開通規(guī)劃站點進(jìn)行補(bǔ)盲。（3）智慧采礦擬建方 案：①一期為車載監(jiān)控與車載定位項目。根據(jù)以上分析，本期方案主要解決采石場3個開采區(qū)覆蓋問題，在勘查位置建設(shè)十五米組合抱桿定向基站，新增2副FDD-LTE（2T2R天線）：扇區(qū)1天線掛高50°，方位角350°，電子下傾角5°，機(jī)械下傾角3°，總下傾角8°;扇區(qū)2天線掛高50°，方位角280°，電子下傾角5°，機(jī)械下傾角3°，總下傾角8°。2臺L1.8GRRU、10°和90°，1臺C800MRRU分別覆蓋：10°、90°，解決采石場CL弱覆蓋問題，滿足車載監(jiān)控與車載定位需求。②二期為智慧5G遠(yuǎn)程采礦項目。基于5G的遠(yuǎn)程采礦項目，主要是利用5G網(wǎng)絡(luò)超低時延，超強(qiáng)可靠性的特點完成采礦車輛的無人駕駛。傳統(tǒng)采礦行業(yè)無論是開采還是運(yùn)輸都離不開各種各樣的工程車輛，并且車輛離不開駕駛員，駕駛員長時間駕駛時間后工作效率下降且存在安全隱患。傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無法滿足超低時延超高可靠性這一需求，5G技術(shù)所提供的高可靠和超低時延的控制網(wǎng)絡(luò)是保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。礦區(qū)作業(yè)環(huán)境苛刻，多種環(huán)境傳感器要采集工作環(huán)境參數(shù)信息，高清攝像頭要采集工作視頻和圖像，各種數(shù)據(jù)生成速度快，體量大，種類多，必須依靠5G通信網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低時延、高可靠、高連接的傳輸特性，將網(wǎng)絡(luò)切片以及毫米波等5G通信技術(shù)引入到車聯(lián)網(wǎng)中，旨在能夠?qū)崿F(xiàn)超低時延超高可靠性的車聯(lián)網(wǎng)。5G技術(shù)的高速率通過實時對礦區(qū)大量的3D地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳感器數(shù)據(jù)的共享也將提升車輛的環(huán)境感知能力。礦區(qū)采礦車輛使用72GHz的毫米波與路邊接入單元之間進(jìn)行無線通信，采用人工智能的在線學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行實時調(diào)整和優(yōu)化作業(yè)路線，利用無人駕駛技術(shù)，還可以遠(yuǎn)程遙控指揮礦區(qū)采礦車輛，從而達(dá)到礦區(qū)節(jié)約運(yùn)輸成本，提高工作效率的效果。通過5G技術(shù)的運(yùn)用，礦區(qū)采礦車輛具備了精確定位、自主感知、安全監(jiān)測、主動避障等功能，實現(xiàn)了礦區(qū)采礦車輛的無人駕駛。基于5G技術(shù)的應(yīng)用，對礦區(qū)工作環(huán)境的要求更低，安全隱患更少，工作效率更高。

結(jié)束語：本文通過智慧采礦在不同時期、不同通信技術(shù)下采礦指標(biāo)的分析后，5G無線通信技術(shù)進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，智慧礦山的建設(shè)是未來礦山實踐和理論研究的前沿方向，基于5G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備部署等方面

還需要進(jìn)一步的探索和完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]霍振龍，張袁浩.5G通信技術(shù)及其在煤礦的應(yīng)用構(gòu)想[J].工礦自動化，2020，46（03）：1-5.

[2]黃勤.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用[J].安徽科技，2007，（07）.