5G专用网络助力矿山智能化转型

2021-01-27 作者:中兴通讯 王晓明 阅读量:
5G专用网络助力矿山智能化转型 - 中兴通讯技术(简讯)
您当前访问的的浏览器版本过低,为了给您带来更好的体验,建议您升级至Edge浏览器或者推荐使用Google浏览器
取消

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。

 

分享到: