5G技术在煤矿智能化建设中的应用分析.pdf

煤炭新视界CHINA COAL VISION煤 矿 机 电0引言煤矿作为国家的重点工业单元，其顺利开采对推动社会经济发展有十分重要的意义。在实际开采过程中，常常会遇到一些安全问题，一旦发生矿难，可能对企业和工人的生命财产安全带来极大危害。随着信息技术的发展，5G 技术逐步普及，为了降低安全事故发生率，很多煤矿公司将 5G 技术应用于煤矿智能化建设。使用该技术，不仅能够实现煤矿企业的高效开采，还可以为企业的可持续发展奠定基础。15G 技术特征5G 技术是一项新兴的通信技术，已引起全社会的高度重视，可以说这项技术已经成为时代的分界点，它的普及将会给社会带来巨大变化。该技术具有以下特点：一是快速传输。在 4G/LTE 测试中，采用载波聚集技术，测试数据的最高传输速度仅为 300Mbps，而5G 的最低传输速度则达到 1Gbps。这主要是由于 5G将分布与波束跟踪技术相结合，可以实现以毫米为单位 的 数 据 传 输 速 度，从 而 可 以 在 较 短 时 间 内 解 决3GHz 以下的拥挤频率问题，并且可以在小面积内形成天线，以此有效应对高频通信中的毫米穿透问题。二是大容量。由于 5G 采用大量的 MIMO 技术，能够在相同的区域内实现更高的网络资源利用率和网络密集度。其传输能力是 4G/LTE 的 1000 多倍，并且每平方千米内的接入数量超过一百万个。在 5G 网络环境下，借助终端与终端之间的通信技术，可以使一定区域内的用户设备直接互联1-2。三是 5G 技术具有较强的可靠性且延迟较短。随着网络功能越来越多以及信息技术的不断发展，越来越多的领域应用到信息化和数字化，对网络所要承担的社会责任也提出更高要求。而应用 5G 技术，可以有效降低延迟，不仅可以节省大量时间，还可以确保数据传输的可靠性。25G 技术中包含的关键技术2.1 云计算技术云计算技术在 5G 技术的发展中扮演着重要的角色。它能将数据处理所需的资料上传至本地，然后在云端进行数据处理和解析，使数据应用更加便捷。2.2 其他技术第一，全波段技术。随着 4G 移动通信网络的迅速发展，其资源分配不足的问题日益凸显，已不能满足用户需要。4G 频段虽然能基本满足人们的生产、生活、工作等多种需要，但是随着用户数量的增加，电缆会受到很大负荷，造成带宽资源分配不足，导致用户的网络体验受到影响。随着网络接入业务的日益增长，5G 移动通信中应用全波段技术，该技术有助于解决 频 段 资 源 短 缺 的 问 题。第 二，SDN/NFV 技 术。SDN 和 NFV 技术分别是网络功能虚拟技术和软件定义技术，它们都是 5G 移动通信中不可或缺的技术。随着云计算业务的发展，它们的应用日益广泛，也为业务拓展提供更多的技术支持。35G 技术在煤矿智能化建设中的作用与 5G 新技术的开发和应用相结合来看，煤矿单位开展了自主创新并将其应用到煤矿开采的各种生产系统中，为开展煤矿智能化建设打下坚实基础。煤矿本身就是一个由多大复杂系统组成的单元，要想真正地实现智能化，就需要将先进的技术从典型的自主创新转变为纵向的应用，所以需要在原则和技术上达到5G技术在煤矿智能化建设中的应用分析陈强（国家能源集团国际工程咨询有限公司，北京 100007）摘要：为了提升煤矿开采工作效率，保障开采安全，探讨5G技术特征及5G技术中包含的关键技术、5G技术在煤矿智能化建设中的作用，分析了5G技术在煤矿智能化建设中的应用。关键词：5G技术；煤矿智能化建设；云计算技术中图分类号：TD67文献标识码：A82CHINA COAL VISION煤炭新视界煤 矿 机 电比较高的一致性，且只有在这种情况下，才能对煤矿智能化建设进行颠覆性创新。同时，采用可靠的通信、智能决策控制和自主认知等新技术是有效化解现有矿山开采技术壁垒的重要依据，其中 5G 技术为其他技术之间的信息交流搭建一座桥梁，为新技术的大融合开辟一条通路3。将 5G 技术用于煤矿智能化建设，其具体表现为以下四个方面。一是物联感知。矿井传感器种类繁多，总量大，数据信息多，各种传感器的安装与应用是实现煤矿智能化建设的根本，因此相关工作人员在实际开展传感器安装设使用的过程中，需要对相关设备情况、环境监控系统、员工安全等数据进行充分了解，且 5G 技术能够为各种类型的传感器设备提供互联。二是信息融合。在煤矿生产开采过程中，因其所涉及的系统软件、通信协议各有不同，且种类也复杂多样，加之早期技术水平的局限，就使得整体设计存在一定的滞后性。此外，应用大数据对煤矿智能化应用、机器设备负荷预测、高精度三维模型、人工智能等技术进行处理，将会产生海量的信息数据，这就使得数据信息根据网络界面的无障碍浏览信息特点的需求变得更为迫切。但通过使用 5G 技术可以将各种类型的信息数据进行有效整合，从而达到无障碍传输信息的效果。三是智能控制。因为矿井自身的地质环境状况比较复杂，再加上有不健全的管理机制和不规范的人员行为等原因，因此，矿井生产安全问题受到广泛重视。通过 5G 技术的应用，可以实现遥控作业、智能化开采的目的，从而减轻人力开采的劳动强度，降低开采费用，同时也提升了开采安全性。四是综合管控。煤矿单位除了生产、安全等重要子系统的构建比较完备外，其他各环节的构建还需要进一步完善。因此，就需要煤矿单位通过利用 5G 技术构建一个集多系统、多软件、海量信息存储、数据统计、分析、预测、调度指挥等多种应用于一体的综合性管理系统，以便实现技术高端化，操作可视化，从而减少系统使用的难度，为员工带来更加“平价”、更加智能的操作经验。总之，5G 技术将成为煤矿智能化建设不可或缺的重要依据，其在数据统计分析、工业互联网、物联网应用以及数据处理等领域也具有重要影响意义。45G 技术在煤矿智能化建设中的应用4.1 基于 5G 的高精实时定位与应用服务基于 5G 移动网络通信系统中的网络切片技术开展煤矿智能化建设工作，能有效地将物理空间网络分割成许多虚拟网络结构空间。同时，针对不同的虚拟网络服务需求，以强化网络功能性为主要目的，提高网络传输和扩展带宽，可确保 5G 技术可以应用到不同的网络情景中。在此过程中，以 5G 技术为核心的应用服务技术以及实时定位技术，能有效解决传统煤矿井下定位系统定位精度低的问题，并且能有效提高智能应用系统的专业性。此外，5G 技术还可以在不建立独立网络架构的情况下开展应用，能更便捷地实现矿井智能系统信息传送。除此之外，利用 5G 技术的低延迟特点开展矿井下定位业务，是促进煤矿智能化建设的重要发展趋势，也是有效开采煤炭资源的重要依据4-5。4.2 远程协同运维通过对 5G 技术的应用场景分析可以发现，矿井远程协同运维技术属于移动网络通信技术情景，这主要是由于在煤矿开采过程中井下环境比较特殊，所以就需要相关工作人员要在考虑到矿井空间逐渐缩小的基础上，建立矿井设备智能化系统，且随着相关设备系统结构复杂程度的不断提高，单纯依赖传统的运维方法来开展工作已无法满足工作需求。在此基础上，就要利用专家系统来做好矿井空间设备运营及维护工作，并将采集到的信息通过语音、图像等数据信息进行传送。同时，还可以在智能化设备支撑的基础上应用 5G 技术，以便确保煤矿智能化建设工作得以高质量开展。除此之外，通过采用虚拟现实技术还可实现采煤工人与专家同时操作的目标，更好地利用机器替代人工对采煤设备进行运维管理，从而减少人力成本消耗以及降低安全隐患的发生概率。4.3 井下巡检和安防要想有效开展井下巡检和安防工作离不开 5G 移动网络的支撑，且这也是实现煤矿智能化建设发展的关键，这主要是由于 5G 移动网络系统架构具备智能定位与数据传输等功能，能够最大限度地保证煤矿资源的高效开采。另外，通过对该网络系统架构展开科学化、合理化设计，能够实现对井下空间各类装备运行的实时、动态、全面信息进行共享，并可通过借助智能终端的推送功能，为多个终端间的智能数据推送搭建一个良好平台，以便提升多个终端间数据信息之间的传输效率，并能为煤矿资源开采提供一种更加经济、实用的方法6。4.4 远程实时监控生产过程要想将实时遥控技术应用于煤矿智能化建设中，对煤矿开采工作过程中的生产控制提出更高要求。传统的煤矿工业化生产和远程控制主要采用传感器、路由器以及各类网络协定，这种方法虽然可以保证数据传输的实时性，但是在实际应用中还存在一定局限性，必须考虑到工作人员和井下空间的安全，不然就难以确保远程控制系统发挥出应用成效。但通过利用 5G 技术可以有效解决以上问题存在的局限性，主要是以 5G 技术为基础建立井下全功能远程控制系统，这样不仅能够完成对实时数据传输需求较高区域煤矿开采工作，还有利于实现安全管理目标，并构成83煤炭新视界CHINA COAL VISION煤 矿 机 电一个完整的煤矿开采智能实时控制模块。4.5 移动边缘计算移动边缘计算将 IT 服务环境及计算能力提供给终端用户,确保终端用户能对移动节点进行下沉处理，并对网络业务进行相关处置操作，从而可以有效地降低网络的传输延迟，提升用户体验。但要想合理应用 5G 网络移动边缘计算，还需要针对矿井中的具体情况设计相关应用方案，并在具体方案设计中按照智能化管控实际要求进行，以便确保移动边缘计算方案合理高效的应用到煤矿智能化建设中。另外，通过应用 5G 技术建立多层级智能框架构建，可以保障云计算、边缘计算等技术有效的应用，并达到云边协同处理的目的。同时，在设置移动边缘计算节点的过程中，还需要覆盖包括网络设备和隧道设备在内的所有终端设备，并在 5G 技术支撑下利用边缘计算对多个装置的运行状态进行实时监测与采集，从而达到对多台装置运行状态展开实时监控，以便实现生产远程控制7。另外，还需要保证系统的时延保持在更高水准，以便实现对紧急情况的高效处理，实施紧急设备托管模式，并对云计算环境下的各类数据进行采集与分析，对智能算法进行持续改进，以便提升单台设备的智能化程度。4.6 切片技术5G 技术的应用场景是以垂直行业中的基准场景为基础，对其进行归类与处理。在深入分析煤矿智能化建设应用的基础上，划分出若干不同的场景，并根据这些场景涉及的具体业务内容，对相关服务级别进行转换处理，以及设置相应网络切片标准，确定覆盖安全性及容量等各项细节。但在实际进行切片处理过程中不能出现切片过细问题，否则会导致消息传输不出去，造成系统负荷不断增大，且煤矿企业在智能化建设过程中所需的网络资源总量有限，必须为其他业务预留一些智能服务网络资源。因此，需要在开展网络切片时，制订符合实际情况的场景切片模式，以便将公共网络切片提供给服务级别较低或网络应用率较高的场景。要想更好地完成智能化煤矿的网络切片结构建设，还需要相关工作人员在建设网络切片结构时，将网络资源划分为专用切片及共用切片两种，且切片需涵盖 5G 核心网的全部网络要素，具备移动管理及用户面管理等各项功能，具有较好的移动边缘计算功能，可以进行统一的数据管控8-9。除此之外，在专用切片上要搭建并完善 5G 虚拟网元设备，包括边缘计算、核心网等，可以为煤矿生产控制等应用场景提供服务；在公用切片中，其所服务对象的网络资源使用速率比较慢，涵盖相应容忍度场景内容，虽然远程协同运维整体标准有限，但因为不经常进行网络应用，所以在公用切片的划分过程中能够达到有效提高网络资源应用效率的目的。55G 技 术 应 用 于 煤 矿 智 能 化 建 设 的 前 景展望目前要做的就是在地下建立 5G 互联互通信息网络，应用于井下煤矿资源开采，用来散布井下机器人和井下微基站，对井下各种实际情况进行补充。在此基础上，还要注重各种前沿技术与相应的平台之间的相互结合，为各种智能问题的逐渐解决奠定坚实的基础，使 5G 技术在煤矿智能化建设中得到更多的科学应用。同时，随着煤矿行业的不断发展使各项新型技术得到广泛应用，继而既可以有效减轻工人的劳动压力，又可以增强数据之间的互联互通，促进煤矿产业的现代化建设。同时，煤矿行业也要注重自身的建设，对井下工作进行深刻剖析，用新理念来引导行业发展，从而促进整个社会的进步10。6结语总之，将 5G 技术合理应用