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专题
2020/8/25 14:19

5G在煤矿行业的创新应用

邮电设计技术  郭利雅,王晓刚,李婵婵,杨晓虹

本文版权为《邮电设计技术》所有,如需转载请联系《邮电设计技术》编辑部

摘要:

煤矿采掘工作面与地面集控中心之间的数据(视频类数据及传感器数据)传输主要依赖于有线网络方案,而井下布放线缆存在走线困难、易遭破坏等缺点。5G 的大带宽、低时延、海量连接等重要特性,给矿业领域带来了一种可行的地下无线宽带传输网络方案选择,促使井下产生一些新的应用诉求,反向促使5G的产品方案产生新的变化。阐述了 5G 和智慧煤矿应用的结合及无线创新方案,该方案同时满足了井下视频回传业务和安全的需求,成功拓展了5G的垂直行业应用。

关键词:5G;煤矿;防爆认证;LightSite

doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2020.07.005

5G与煤矿行业应用背景

 互联网的快速发展以及国家“互联网+”概念的提出,开启了无数行业产业革新的新时代新篇章,煤矿行业也不例外,煤矿行业加快数字化转型,建设智慧矿山将成为发展趋势。

一方面,煤矿数字化转型的过程中,传统的有线通信向有线、无线融合通信升级已成为大势所趋。

同时,煤矿安全生产的重要性越来越突出,以及煤矿产业升级的现实需求,在互联网时代,把“互联网+”煤矿安全应用到煤矿安全生产管理工作中,建立一个可靠高效的数据采集和信息传输系统显得尤为重要。

另一方面,基于煤矿复杂的工作环境、大型设备的数据监控、视频监控等的要求不断提高,而 IPRAN网络在基于 IP 宽带通信网络之上实现了高带宽无线业务的接入,适应了信息化建设对传输承载网络的需求,实现信息化矿山模式,避免信息孤岛。

针对煤炭工业网络存在的问题,工业互联网产业联盟在《工业互联网网络连接白皮书》中指出:在工业互联网体系架构中,网络是基础,为人、机、物全面互联提供基础设施,促进各种工业数据的充分流动和无缝集成。

工业网络主要承载控制类、采集类和交互类业务,各类业务对网络的性能要求也不相同,如承载控制类业务的网络需要具备低时延、高可靠、高同步精度的能力;承载采集业务的网络需要具备高密度接入、低功耗的能力;承载交互类业务的网络需要具备高传输速率的能力。

图1给出了煤矿的发展历程。伴随着即将到来的工业4.0时代,5G在众多类型边缘网络中,应对工业网络的上述性能要求显得游刃有余,煤炭工业生产环节中需要大量的数据,生产将越来越依赖数据,数据则必须依赖通道,这些工业数据的传输必须有工业级网络的保障。5G网络的大带宽、海量连接和超低时延可靠通信将为工业控制提供必要条件。例如:

a)智能安控的重要环节靠井下巡检机器人实现,但制约该环节发展的因素是井下距离有限的光纤通信,亟需5G数据网络来支撑。

b)矿山地下巷道狭窄,信号距离短,电磁干扰强,井下无人驾驶采煤装备亟需 5G 局域无线网传输数据将实现精准定位。

c)矿山地下无人驾驶运输车,以高速宽带无线移动通信系统为核心,亟需5G网络对井下行车定位精准导航。

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