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煤礦5G漸行漸近,要熱情更要腳踏實地
字號:[    ] 發布時間:2020-07-06 13:58:14 來源:中國煤炭網

  ◆無論是傳感層、傳輸層、控制層還是后端的應用開發層,傳統網絡已經不能滿足煤礦智能化的要求,需要從系統工程的角度,利用5G技術重構網絡整體架構、創新應用場景和新業務模式

  ◆建成5G網絡不等于完成了5G建設,應用場景的規劃和開發才是重頭戲,而基于5G支撐的AI、云計算、大數據和物聯網應用等恰恰是5G有用和應用賦能的具體體現

  ◆有條件的煤礦,特別是新建煤礦,要積極推進 5G 應用;其他煤礦要因地制宜,分類、分級發展,在5G應用過程中,要盡可能把工作做得踏實,力戒浮躁、濫造概念、形式主義

  在智能化發展大步向前的趨勢下,煤礦正在積極擁抱5G技術。

  6月5日,地處呂梁山深處的山西焦煤集團霍州煤電呂臨能化龐龐塔煤礦覆蓋100多公里巷道的煤礦井下商用5G專網基本建成;5月初,陽煤集團宣布新元公司建成全國首個5G煤礦專網……煤炭大省山西正在推進5G和煤炭工業互聯網融合應用。

  不止山西。6月18日,山東省第一個煤礦井下5G基站在山東能源臨礦集團菏澤煤電公司郭屯煤礦開通。

  今年初,陜煤集團陜北礦業張家峁公司成功布置首批5G基站并進行應用組網,實現了礦區5G網絡全覆蓋。

  去年年底,安徽皖北煤電集團控股的內蒙古智能公司麻地梁煤礦開通井下首個5G基站……智慧礦山建設不斷躍上新臺階。

  5G商用牌照發放一年剛過。在5G手機日漸“親”民的同時,煤礦5G技術應用也漸行漸近,5G技術開始為煤礦智能化發展賦能。

  5G技術契合煤礦智能化發展需求

  無論是傳感層、傳輸層、控制層還是后端的應用開發層,傳統網絡已經不能滿足煤礦智能化的要求,需要從系統工程的角度,利用5G技術重構網絡整體架構、創新應用場景和新業務模式

  “5G在煤礦的應用與5G的商業化應用基本上是同時起步的,但目前還處于應用的第一步。”中國煤炭科工集團首席科學家、中國工程院院士王國法接受《中國煤炭報》記者采訪時說。

  5G,第五代移動通信技術,是最新一代蜂窩移動通信技術,也是繼4G、3G和2G系統之后的延伸。其特點是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接。

  在王國法看來,5G技術所有的工業化控制跟煤礦的智能化控制基本上是一致的。

  “5G技術最顯著的大帶寬、低時延、廣連接的三大特點,正好契合了煤礦智能化發展需要更廣泛數據接入、更大數據傳輸帶寬和更低延時控制的支撐,為打通煤礦智能化開采上下行傳輸的高速通道奠定了基礎。”王國法說。

  關于大帶寬。建設智能化煤礦的核心是數字。智能化的本質是把所有的物理化現象都數字化,這就需要上下傳輸大量的數據,需要大帶寬做支撐。

  通常情況下,一座煤礦井下會有300路語音通信、500路視頻監控通信、1000臺設備控制、50000點傳感器通信等業務需求。每路通信占用的帶寬分別為64K、8192K、1K、1K,總帶寬需求約為4200M。而目前,煤礦企業普遍采用千兆工業以太網技術建設井下工業環網,井下工業生產過程需要的帶寬遠遠超過其承載能力。

  為了解決傳輸帶寬的問題,煤礦企業普遍采用重復建設多個工業環網的辦法,但這將導致井下網絡呈“蜘蛛網”,不僅建設成本巨大、維護困難,而且網絡可靠性差。

  關于時延,也很好理解。就像人們通常從電視上看到的視頻連線采訪那樣,這邊說完,那邊還要等一下才能接收到信號、做出反應。這就存在一個時延的問題。

  “有些領域,時延高一些影響不大,但真正的煤礦智能化、無人化開采或安全生產,沒有實時控制和低時延做支撐,是實現不了的。”王國法說。

  實際上,煤礦智能化建設的好多方面都卡在通信上。以工作面無人化開采為例。工作面無人開采時,需要煤礦工人在地面操作井下設備。這時,井下機器的運行軌跡需要精準的定位、實時的數據傳輸,還有大量的設備連接,如果出現延時,會造成一連串的影響。“5G技術帶寬夠,時延低、連接廣,恰好滿足這些要求,為井下無線通信提供了技術性支撐。”中國煤炭工業協會信息化分會秘書長王丹識說。

  在陽煤集團黨委書記、董事長翟紅看來,煤礦井下地理條件復雜多變,在支護強度大、信號衰減快等特殊環境下,推廣無線通信意義重大,“5G技術在煤礦是剛需,是安全生產的堅強保障”。

  中國煤炭科工集團開采研究院有限公司副研究員趙國瑞表示,無論是傳感層、傳輸層、控制層還是后端的應用開發層,發展煤礦智能化都須對傳統煤礦業務場景進行重塑,而煤礦智能化應用和系統融合等對承載的網絡也提出了新要求和新標準。傳統網絡已經不能滿足煤礦智能化的要求,需要從系統工程的角度,利用5G技術重構網絡整體架構、創新應用場景和新業務模式。

  “光速”入井各方有熱情有行動

  20余家大型煤炭集團、煤炭高等院校已開展了5G技術相關合作、研究和項目推進工作;盡管井下特殊的環境給5G技術在煤礦落地帶來諸多困難,但其推進速度已經跑在很多行業的前面

  在國家新基建戰略和八部委《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》的導引下,煤礦企業、三大運行商和華為公司等信息龍頭企業對于5G技術在煤礦的應用都有很高的熱情。

  據不完全統計,目前,20余家大型煤炭集團、煤炭高等院校已開展了5G技術相關合作、研究和項目推進工作。

  在成立實驗室和聯盟等方面,山東兗礦集團、山東聯通、中興通訊合作成立了5G+智慧礦業聯合實驗室。中國煤炭科工集團、中國礦業大學(北京)與中國聯通組建了地下空間5G技術創新應用聯合實驗室。神華信息公司、航天重型工程裝備公司等發起成立5G+車聯網+智能裝備聯合創新實驗室。山西陽煤集團、中國移動、華為公司作為核心合作團隊成立了5G通信煤炭產業應用創新聯盟。中國移動聯合清華大學、中國礦業大學(北京)、陽煤集團、中國煤炭科工集團、華為公司等70多家單位成立了5G智慧礦山聯盟。

  在推進項目落地方面,煤炭行業首批基于5G技術實現駕駛無盲區的大型礦車在內蒙古扎哈淖爾露天煤礦投入運行。陜煤集團蒲白建莊礦業建成5G基站。內蒙古移動聯合華為公司在內蒙古麻地梁煤礦成功部署井下5G基站并組網應用。河南能源焦煤公司與中國移動河南公司簽訂5G合作協議,共投入14個5G基站,可實現60臺無人車的無人駕駛,13臺挖機、10臺鉆機的5G遠程控制等應用。

  在推進試點方面,山西焦煤集團建設了柳灣選煤廠5G+智慧工廠建設。國家能源集團以上灣煤礦為試點,研究采用5G移動通信與精確定位、語音擴播等系統的集成分站設備,實現對上灣煤礦井下大帶寬、高可靠、低時延的5G信號全覆蓋。

  盡管井下特殊的環境給5G技術在煤礦落地帶來諸多困難,但其推進速度已經跑在很多行業的前面。

  以建成的煤礦井下商用5G專網為例。2019年9月,中國聯通、龐龐塔煤礦、富華宇祺公司三方簽訂煤礦井下5G戰略合作協議,共同進行井下5G設備改造。

  2019年12月,龐龐塔煤礦進行5G井下測試,獲得第一手實測數據。

  今年3月26日,聯通(山西)產業互聯網有限公司成功中標龐龐塔煤礦井下5G專網項目。

  4月15日,雙方正式簽署全國第一個5G井下商用合同,開始在龐龐塔煤礦實施5G工程。

  6月5日,龐龐塔煤礦井下5G專網基本建成。

  6月中旬,新華社在陽煤集團新元公司井下534米深處,帶來了全球首場井下5G高清直播。而這震撼世人的一幕,僅發生在陽煤集團、中國移動、華為公司成立5G通信煤炭產業應用創新聯盟的10個月之后。

  “陽煤集團強力推進5G+智能化煤礦建設,在較短時間內初步建設了煤礦5G網絡,打造了5G+智能化煤礦的雛形,為全國提供了煤礦5G建設的示范。5G+智能化煤礦建設雖然只是邁出了第一步,但這個第一步意義重大,使我們看準了方向、瞄準了目標、堅定了信心。”王國法說。

  作為地下空間5G技術創新應用聯合實驗室的負責人之一,王國法表示,中國煤炭科工集團和中國聯通已在多個煤礦開展了井下組網測試和通信測試,和中國礦業大學(北京)共同研究了5G基站等的測試技術和測試方法,與應急管理部、安標辦等多次討論,推動5G技術在煤礦應用標準體系的建立和5G安全管理辦法的盡快出臺。

  據了解,中國移動的“5G+計劃”就是要利用5G的超大帶寬、超低時延、海量連接實現萬物互聯,從而賦能各行各業。目前,中國移動已經建設超過30萬個5G基站,覆蓋了全國300個以上城市。

  中國聯通正在以龐龐塔5G智能礦井為標桿,推廣“5G+智能礦山”,助力煤炭開采生產環節的優化與變革。他們還與同煤集團、中煤集團、晉煤集團、陜煤集團等國內重點煤炭生產企業進行5G技術交流,簽訂了戰略合作協議。中國聯通人士透露,未來希望至少為全國1/3以上的礦井提供服務,助力煤礦智能化升級。

  諸多難題待解煤礦要因地制宜

  5G技術從研發之初就不僅僅是建設一張網而已,其核心要義在于對新一代信息技術的強有力支撐或者賦能,應用場景的規劃和開發才是重頭戲

  據介紹,目前5G技術在煤礦應用過程中已經解決了一個比較突出的問題——上行帶寬窄。

  通常民用5G中上行帶寬是比較窄的,下行帶寬寬,也就是說用戶需要下載的數據比較多。而煤礦或者說所有的工業控制,需要上行帶寬寬,也就是說,要傳上來的東西多,下達的命令少。許多通信專家認為,5G在煤礦不適用的理由也主要是因為這個。目前,上行帶寬的峰值已經達到1100兆,而4G上行帶寬的峰值是150兆。

  實際上,井下復雜的環境與普通地面有很多不同。在所有的工業應用中,煤礦是最復雜的。煤礦推行5G技術,還有很多難題需要解決。

  王國法認為,一是適應井下條件的5G設備研發和安標認證標準問題。因缺乏相關檢驗標準,目前5G設備都只能按一般電氣數字設備取證,而無5G系統安標證。二是場景設計和落地問題。5G技術條件下場景驅動特征明顯,從提出場景到應用落地涉及技術研發、供應鏈改造、基礎設施建設、智能終端和應用研發以及商業化運營等系列環節,是一個產業生態,不是單純的網絡建設問題。三是商業模式問題。目前的5G網絡建設運行必須依賴電信運營商的核心網,如何設計合理的商業模式將直接影響煤礦企業的使用意愿和雙方的商業利益。四是思維模式的改變。5G技術為一些新技術的應用提供了可能,傳統的技術模式可能因此被打破,要積極探索新業態、新模式和新方法。

  王丹識表示,5G在煤礦井下部署存在技術難題,如5G信號覆蓋受巷道斷面、巷道起伏度、巷道墻壁光滑度、天線吊掛位置、巷道煤塵等因素影響較明顯;5G在煤礦應用還屬于試點和實驗性階段,部署5G組網試點成本高、耗電大;各大企業存在對5G應用實質概念不清等問題。5G真正能應用到煤礦核心應用場景,發揮其真正優勢,還有很長的路要走。

  “5G本身是一項通信技術。但5G概念已經遠遠超過了5G通信技術本身,實際上要推進的是5G+。”王國法說,“必須把5G跟大數據、人工智能、區塊鏈,還有云計算、邊緣技術、切片技術等融合到一起,這就不僅僅涉及運營上的事情了。”

  煤礦5G建設實際上是在建一條高質量的高速公路,路修好了,有沒有車跑,是一個問題。從技術發展的角度看,5G技術從研發之初就不僅僅是建設一張網而已,其核心要義在于對新一代信息技術的強有力支撐或者賦能。因此,建成5G網絡不等于完成了5G建設,應用場景的規劃和開發才是重頭戲,而基于5G支撐的AI、云計算、大數據和物聯網應用等恰恰是5G有用和應用賦能的具體體現。

  “對于煤礦智能化來說,5G技術是來賦能的。高速公路修好了還要建服務區,要有車輛、監控設備等,需要5G各種應用場景的技術,后面要開發的工作還有很多。”王國法說。

  他同時指出,5G在煤炭行業應用尚處于初級階段,在總的發展方向上是毋庸置疑的,煤礦企業要對其有正確和清醒的認識。對煤礦智能化來說,5G是很重要的支撐,有條件的煤礦,特別是新建煤礦要積極推進5G應用。跟煤礦智能化一樣,推進煤礦5G應用要因地制宜,分類、分級地發展。在5G應用過程中,要盡可能把工作做得扎實,力戒浮躁、濫造概念、形式主義,才能收到實效。

  王丹識建議,應加大對工業行業5G技術標準、解決方案等研發支持,鼓勵各行業開展聯合攻關,盡快突破核心關鍵技術。“現階段從技術、成本、安全等各角度看,應以鼓勵先進企業和煤礦試點為主,對示范項目給予一定的政策扶持和資金支持,但要避免一哄而上、大范圍低水平建設問題發生。”他說,“同時,要充分發揮行業組織作用,鼓勵各行業成立5G相關聯盟組織,推動技術研發、標準制定等工作,使各行業找準5G發展和應用方向。

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