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5G技术在煤矿智能化中的应用展望伍好好

发表时间：2021/7/2 来源：《中国科技信息》2021年8月作者：伍好好

[导读] 随着信息和网络技术的飞速发展，迫切需要一种速度更快、效率更高、智能化程度更高的新一代无线移动设备。

中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆市伍好好 400039

摘要：随着信息和网络技术的飞速发展，迫切需要一种速度更快、效率更高、智能化程度更高的新一代无线移动设备。通过对煤矿5G技术及物联网发展现状和特点进行研究分析，本文探讨将5G技术与物联网相融合，拓展新的技术，并将其应用于煤矿智能化。
关键词：煤矿智能化；5G技术；应用展望
        1 5G技术
        在移动通信领域的发展历程中，经历了模拟技术、数字化语音、3G技术、4G技术和目前正在经历的5G技术。5G即第五代移动通信技术，它是之前系统技术的延伸与发展，是网络发展的必然结果。它将现有的和新的无线接入技术进行一个完美融合，在超密集异构网络、高频通信、移动边缘计算、D2D通信、M2M通信等方面有较大突破，具有高数据传输速率、低网络延迟等方面优势，对成本控制、网络容量提升、大规模设备连接等有着积极的意义。
        2 煤矿智能化应用 5G 技术的必要性与可行性
        智能化是煤炭发展的必由之路，是支撑煤炭高质量发展的关键核心技术。煤矿智能化离不开数据和信息的高效互联互通，而不同的煤矿应用场景数据的特点和传输的需求差别很大，传统 4G+WiFi 的数据传输技术难以满足这种差异化的需求，导致煤矿各应用场景相互影响制约，不能支撑煤矿智能化发展的需求。5G 大带宽、低时延和广连接的特性以及微基站、切片技术和端到端的连接等为突破煤矿智能化开采数据传输处理的瓶颈提供了核心技术支撑。如图1所示，为5G 对煤矿智能化开采的支撑示意图，将 5G 通信技术应用于煤矿智能化开采是未来煤矿开采的必由之路。

        以往为解决煤矿的控制数据、视频监控数据和安全数据的及时传输和隔离难题多采用控制通信环网、视频环网和安全环网三网独立的建设方案，虽然一定程度上解决了数据互占通道和安全数据隔离的难题，但带来的投资大、底层物联和上层融合难的问题也很突出。5G 技术采用切片管理技术，按需定制网络，专网相互隔离、底层端端互联，为不同场景的传输需求提供了专用通道和安全解决方案。
        3 5G技术在煤矿智能化中的应用
        3.1基于5G的高精实时定位与应用服务
        目前煤矿井下定位系统多是基于传统的蓝牙、ZigBee、超宽带等无线传输技术，定位精度不高，且需要单独布设相关基础设施，实时性也难以保障。基于5G的低延时特性开发基于5G网络的井下定位与应用服务系统是未来的发展方向，将产生井下车辆管理、开采精准推进等应用，解决移动装备的实时控制和管理难题。
        3.2 5G技术之下的井下远程维护操作
        科技发展日新月异的今天，我们已经频频尝试通过无线传输技术进行井下工作的远程监控、运营以及维护。可想而知，在科技文明程度更高级的未来，煤矿业井下装备会更加完备齐全、相应的智能化程度也会更加先进，同时，对应的系统也就将更加复杂。在这种情况之下，传统的只精通某一方面的运营维修工作者显然无法独立展开井下的维修工作。顺利完成运营维修工作必须要借助专家的帮助，通过专家远程协助与维修工作者实时操作两方齐心合力完成。对此，5G技术可利用自身特点将井下现场的音视频信息快速完整地传输给远端专家，为远端专家提供清晰明了的现场情况。还可以把相关的系列虚拟模型图像传输至现场设备进行虚拟操作，利用虚拟交互远程专家与现场工作者实现同步操作。在必要的时候，甚至可通过智能机器人来代替工作者在井下完成相关的运营维修工作。
        3.3危险源智能感知与预警技术
        井下开采存在顶板、瓦斯、水、火、粉尘等多种灾害，目前均已实现了实时监测，但受制于灾害发生机理不明确，监测数据类型单一、精度低和可靠性差，致使井下危险源感知、识别、预警和控制等方面存在较多的技术壁垒。5G技术将延时精确控制在10ms内，满足了采集矿井下实时监测数据的需求。通过5G网络实现井下各感知节点的互联互通，从而实现矿井下监测数据的采集。
        3.4 5G技术之下的生产远程控制
        在传统的井下工作中，经营者对绝大部分的信息掌握来源于数据上传下达，所发的指令则通过层层传递下达给相关部门。整个信息接收与命令下达的过程中，信息掌握难免存在误差、信息传输会有时间误差。如此一来，工作存在的很大一个弊端在于专业人才和管理者无法对井下的工作进行全面实时监控，自然也就无法进行高效管理。而处于5G技术之下的生产远程控制，既可以实现对各部门工作情况的最新实时获取，又可以对各部门的工作情况进行有效监督，帮助相关人员全面掌握井下生产的最新情况，并及时发现不合理不完善的地方，从而统筹兼顾做出相应的改进措施，保证井下工作安全进行，推动煤矿业健康快速发展。
        3.5煤矿机器人云端控制
        灵活、可移动、高带宽、低时延和高可靠的通信网络是煤矿机器人实现安全协同生产作业的基本要求。未来煤矿井下需要更多的机器人代替人工进行各类作业，但每个机器人的计算能力有限。煤矿机器人云端控制即实时地将机器人获取的外部信息发送给云端，再将计算结果即时返回机器人，煤矿机器人自身只作为纯粹的执行器，计算资源部署在云端。５Ｇ网络负责将煤矿机器人连接至云端“大脑”，其拥有的低时延特性满足云端处理和网络传输时间相加不超过100ｍｓ的要求，高带宽特性为机器人提供足够的带宽。
        4 5G技术下煤矿智能化的应用展望
        在地面，5G技术已经为森林防火的低功耗广连接场景、自动驾驶的低延时高可靠场景、高清赛事转播的多热点高容量场景等提供了切实可行的解决方案。5G技术与大数据、云计算、人工智能和虚拟现实等技术的结合也将逐一在煤矿落地，实现煤矿大数据的实时分析与决策支持，可视化远程操控与数字应用，混合现实远程运维服务等。可以在以下几方面开展5G技术的应用：①总体网络架构应该是有线骨干+5G覆盖的形式。以光纤骨干环网保证井下信息传输的安全可靠，以5G网保证井下无线覆盖和移动传输的需求。②结合井下实际的巷道或工作面布置优化5G微基站的布置，保证覆盖的同时减少资源消耗。③分析并划分井下应用场景，梳理不同应用场景的个性化需求，根据需求对网络资源进行逻辑分割，即完成所谓的“切片”。④在构建好传输平台的基础上，要注重平台与应用场景和先进技术的融合，解决一直困扰煤矿智能化开采的泛在感知、实时可靠传输、大数据应用、快速智能决策、混合现实远程操作等卡脖子难题，实现基于混合现实的井下智能化开采和远程实时可视化操控。
        结语：
        5G技术的快速发展大幅度促进了大数据、云计算、人工智能技术融入在了一起，最终汇集成了5G技术生态，其对于煤矿智能化开采的转型与发展可以起到促进作用，从而为煤矿智能化开采作业的进行提供一套合理解决方案，促进我国煤矿行业发展。
参考文献：
[1]王宗成.煤矿智能化开采技术研究现状及展望[J].科技创新与应用，2020(20):151-152.
[2]引领智能化开采新方向打造煤炭工业“新基建”样板板——山东能源临矿集团菏泽煤电公司[J].中国煤炭工业，2020(06):2-3.
[3]赵国瑞.煤矿智能开采初级阶段问题分析与5G应用关键技术[J].煤炭科学技术，2020,48(07):161-167.
[4]王国法.加快煤矿智能化发展建设智能+绿色煤炭工业新体系[J].中国煤炭工业，2020(04):8-15.