5G在煤矿智能化应用的探讨.pdf

科技创新导报 2020 NO.14 Science and Technology Innovation Herald 信息科学 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald132 DOI 10.16660/ki.1674-098X.2020.14.132 5G在煤矿智能化应用的探讨① 董亮 仲继颖 陈莉 兖矿集团信息化中心 山东邹城 273500 摘 要 煤炭行业不同于其他行业， 煤炭行业有其特殊性， 它的生产位置基本都是在地下几十米甚至到上千米。 工作环境 差、 危险性高， 受技术条件和自然条件的约束性大， 并且需要投入大量的人力、 物力保障生产。 因此开发煤矿智能生产是 煤炭行业发展的保障。 在过去的基础技术设施的条件下 ， 数据传输速度慢、 信息同步不可靠、 远程控制实时性差等是智 能生产发展缓慢主要原因。 但近几年5G技术的发展给煤炭智能生产带来曙光， 本文主要探讨了5G技术在煤矿行业的应 用， 并结合井下应用场景指出5G主要功能在煤矿智能化生产的作用， 以此提出自己的论述。 关键词 煤炭行业 智能生产 5G技术 应用 中图分类号 TD67 文献标识码 A 文章编号 1674-098X202005b-0132-02 ①作者简介 董亮 （1978,4） ， 男， 汉族， 山东枣庄人， 本科， 工程师， 研究方向 煤矿现代化的需求与应用。 仲继颖 （1978,11） ， 女， 汉族， 山东济宁人， 本科， 工程师， 研究方向 煤矿现代化的需求与应用。 陈莉 （1974） ， 女， 汉族， 山东济宁人， 本科， 硕士， 工程师， 研究方向 为计算机网络技术， 通信技术。 1 现状及趋势 我国是煤炭资源比较多的国家， 煤矿企业也是我国支 柱产业之一。 改革开放以来， 随着煤矿科技的发展， 煤炭 行业的生产技术也突飞猛进， 向着安全、 高效、 高利用和 绿色开采方向发展。 其中井下机械化开采、 井下有线通信 技术、 无线通信技术、 自动化生产、 远程控制及监控技术 等都得到实际应用， 实现煤矿现代化生产。 但是我国目前 的煤炭生产行业依旧是人员密集型， 实现煤矿智能化生产 依旧任重道远， 其主要原因是受目前通信技术的约束。 目 前主要的通信技术为有线通信和无线通信技术， 其中有线 通信传输系统经常发生线缆断裂、 接头松动等故障， 可靠 性差； 无线通信技术主要有4G通信技术和井下WiFi通信 技术， 这两种无线技术带宽低、 延时长、 稳定性差等缺点。 所以以目前的通信技术都无法实现煤矿智能化生产的需 求。 因此， 我国煤炭行业当前处于煤矿智能化发展的初级 阶段， 仍然面临通信数据速率慢、 多类型数据同步传输不 可靠、 远程控制实时性差、 融合大数据的智能决策效率低 等问题。 随着新的智能化应用第五代移动通信技术问世， 为上 述问题的解决提供了契机。 第五代移动通信技术外语缩写 为 5G,5G技术是建立在4G的基础上开发出来的， 其主要 特点是数据利用更高效、 延时更短、 可靠性更高、 经济性 更好等。 如煤矿生产结合5G技术， 可实现井下智能开采、 井下智能运输、 高精度实时定位与应用服务、 远程实时控 制、 井下巡检与安防等， 为煤矿智能化生产的实际需求奠 定了基础。 2 5G的相关性能 5G技术是为2020新时代的需求而研发的， 是目前世界公 认在将来主要的通信方式， 也是我国信息技术与产业未来发 展最为重要的任务之一。 现根据目前5G的主要通信技术， 结 合煤矿智能生产的实际应用场景， 总结相关性能如下 。 2.1 可移动性 移动性是历代移动通信系统重要的性能指标。 5G移动 通信系统作为将来主要的通信方式同样需要高速移动、 低 速移动或非移动场景下进行数据采集、 工业控制等场景。 2.2 高传输性 5G的传输功能方面主要支持超高带宽、 高可靠低延 时、 海量物联、 超高可靠性传输， 其主要体现5G的高速、 可 靠、 稳定性。 其主要参数为 峰值数据速率≥1Gbps， 上行 稳定带宽不小于100MB， 下行稳定带宽不小于200MB， 连 接数接近1000K每平方公里， 空口时延＜10ms。 2.3 网速快 5G移动通信技术主要特点就是速度高。 只有网络速度 大大提升， 在面对VR/超高清业务时才能不受限制。 通过 研究， 5G网络的理论传输速率可达 10Gbps。 2.4 故障弱化性 5G智能传输平台除了可以实现5G传输系统的无线化、 超高可靠、 超高带宽、 超低时延外， 还能够实现在满足矿 山业务需求的情况下， 将部分核心网控制业务下移至边 缘计算设备， 并在核心网断网情况下不中断已有业务的传 输， 尽可能地对传输故障进行了弱化， 提高整个传输平台 的安全性和可靠性， 降低平台整体建设和运维成本。 2.5 网络覆盖全 5G通信技术中的网络全覆盖即泛在网， 指在每一个角 落都有网络存在， 只有这样才能在复杂的场景上使用。 5G 网络布控大量的小型基站， 形成密集网络群， 形成信号全 覆盖。 3 5G技术在煤矿智能化生产的应用场景 5G技术在矿山的主要应用场景包括 智能采掘、 智能 辅助运输、 智能巡检、 智能检修等。 本方案的设计应用， 是 5G技术在矿山主要场景的应用。 通过上述实际应用， 可实 现煤矿智能化， 在煤矿减员增效， 大大提高煤矿生产安全 性和生产效率。 3.1 智能采掘功能 在煤矿采掘工作面的工作难度大、 环境复杂、 设备多、 下转134页 科技创新导报 2020 NO.14 Science and Technology Innovation Herald 信息科学 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald134 无法下载成功[3]。 并且还可以阻止一些病毒及木马的攻 击， 为用户上网营造一个更加安全的环境。 防火墙除了以 上这些功能之外， 还可以在用户操作错误时发出提醒， 避 免因人为操作的错误对计算机造成损害。 2.3 提高网络管理员技术水平 网络安全的维护， 除了需要网民提高个人安全意识之 外， 还需要计算机网络安全管理人员加强防范， 做好网路 安全管理工作。 网络管理人员除了需要在日常生活中维护 网络安全外， 在遇到突发病毒或者黑客入侵的情况时， 需 要立即进行防护， 查明攻击源头， 从源头保证网络的安全。 这就要求网络管理人员具有较高的技术水平， 具有超强 的敏锐度以及防范意识。 因此， 管理人员需要不断学习与 实践， 提高自己的技术水平与综合能力。 为了培养出更多的 人才， 公司可以对管理人员定期进行培训， 并且学习最先 进的技术， 为公司的网络环境提供技术保障。 2.4 安装杀毒软件 杀毒软件和病毒是互相对立的关系， 杀毒软件可以有 效地防止病毒的入侵[4]。 从计算机问世以来， 计算机病毒 问题就一直困扰着网民， 它对于计算机具有非常大的伤 害， 而杀毒软件的出现就是保护计算机不受病毒的危害， 因此， 用户一定要安装杀毒软件。 如今杀毒软件也是非常 多， 如金山毒霸、 电脑管家等， 这些软件各有优劣， 用户在 选择的过程中需要慎重考虑， 选择适合自己计算机的软 件。 杀毒软件除了可以阻止部分病毒入侵之外， 还可以屏 蔽一些垃圾广告， 遇到黑客攻击时发出警告， 全方位的保 护网络安全。 2.5 利用加密技术对数据进行储存 对于一些非常重要的文件或者内容， 可以使用加密技 术进行保存与传输。 如在讨论一些商业机密时， 可以使用 密文， 这样就不会让不法分子盗取到有用的信息， 保证数 据的安全传达。 对于文件传输的加密技术， 可以由单向加 密优化为双向加密， 让传输文件更加安全可靠。 双向加密 就比如在传输文件时需要输入密码， 接收者在接受文件时 同样需要输入密码， 实行双重保密， 预防在传输过程中发 生文件的泄露。 此外， 在接受文件后， 立即将记录隐藏或 删除， 全面保障文件的保密。 3 结语 总而言之， 大数据时代的计算机网络安全与防范需要 引起各行各业的广泛关注， 需要每一位网民都能够共同努 力， 从网民提高自身的防范意识开始做起， 从利用防火墙、 加密技术、 杀毒软件和提高网络安全人员技术水平等各 个方面做出努力， 更好的维护网络的安全， 营造一个安全、 健康的网络环境。 参考文献 [1] 李阳.探析大数据时代的计算机网络安全及防范措施 [J].数码世界,201912278. [2] 王明玉.大数据时代的计算机网络安全及防范措施探 析[J].数码设计 （上） ,20191132. [3] 邢永虎.大数据时代的计算机网络安全及防范措施探 析[J].数字化用户,2018,2448176. [4] 丘志龙.大数据时代的计算机网络安全及防范措施探 析[J].电脑迷,20182524. 上接132页 安全条件差等， 相对实现智能开采是非常必要的。 在井下 生产面顺槽部署边缘服务器 （MEC） ， 接入多个矿用基带处 理单元 （BBU） 采集信息， 将信息经过井下工业以太网传输 至地面5G核心网。 最终形成智能生产工作面系统传输网。 智能生产工作面系统传输网与矿用5G超高清摄像仪、 矿用 5G支架压力传感器、 安装有矿用5G装置和惯导系统的采煤 机 （掘进机） 等装备组成智能生产工作面系统。 智能生产工 作面系统对网络可靠性的要求非常高， ， 从而实现生产工作 面与地面机房通讯故障时运行中的业务不中断。 3.2 智能辅助运输功能 基于5G 的低延时特性开发5G 网络的井下定位与应用 服务系统， 组建井下5G网络， 在井下无轨胶轮车、 电机车、 单轨吊等车辆上安装5G装备， 通过矿用5G传输网进行行 驶状态、 精准位置信息等数据采集、 上传、 分析， 从而实现 智能辅助运输。 3.3 远程智能协同运维 随着技术的进步， 井下装备的智能化程度会越来越 高， 系统也愈加复杂， 只依靠传统的维修工人已难以独立 完成维修工作， 需借助5G传输网远程将现场采集到的设 备信息、 运行状态、 故障情况等信息传给工程师协助完 成。 工程师通过5G网络传输来的现场的音视频信息， 利用 虚拟现实技术可实现工程师与现场工人同样的视场和操 作。 随着科技技术的进步甚至还可以用机器人代替人在井 下完成维修。 3.4 井下智能巡检和安防 基于 5G 的精准定位、 高速数据传输和物联技术将实 现井下的智能巡检和安防。 通过井下无人机、 智能VR/AR 等设备可实时定位井下的装备和人员， 实时传输和共享井 下的安全信息， 实现井下信息的泛在感知和共享， 以便能 够对现场进行及时巡查工作。 而无论是无人机飞行控制、 无人机巡检视频回传， 还是VR/AR智能远程设备故障诊断 与维修， 都需要高效的5G网络带宽资源和快速的信息反 馈， 实现实时状态控制。 4 结语 随着5G技术的发展， 煤炭行业借助5G的技术定能得 到广泛的应用， 煤矿生产在5G技术的推动下正从自动化 向智能化发展， 实现智能化采掘、 智能化运输、 智能化巡 检和协同运维等远程智能控制。 这样不仅提高了煤炭的产 量， 还减少了运行成本， 同时减少煤矿职工的井下工作时 间和次数， 降低煤矿职工的劳动强度， 最主要的是给煤矿 行业带来的可观经济效效益。 5G为实现煤矿智能化奠定 了基础。 参考文献 [1] 王国法,赵国瑞,胡亚辉.5G技术在煤矿智能化中的应用 展望[J].煤炭学报,2020,45116-23. [2] 关皓,杨凡,孙静原,等.5G无线接入网络部署的关键问题 [J].邮电设计技术,201811 17-22. [3] 尤肖虎,潘志文,高西奇,等.5G移动通信发展趋势与若 干关键技术[J].中国科学信息科学,201444551-563, doi10.1360/N112014-00032. [4] 高枫,马铮,张曼君,等.5G网安全部署探讨[J].邮电设计 技术， 20194 45-48.