□ 本刊記者 徐天寶／通訊員 范興馳 孟洋

2020年10月17日，北京。

山東能源集團(tuán)“全球首套礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“5G專網(wǎng)系統(tǒng)”）發(fā)布暨煤礦智能開(kāi)采論壇舉行，團(tuán)隊(duì)擁有整體系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件研發(fā)全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“5G專網(wǎng)系統(tǒng)”發(fā)布亮相。

煤礦智能化建設(shè)被認(rèn)為是中國(guó)煤炭工業(yè)繼炮采、普采、綜采之后的“第四次技術(shù)革命”。據(jù)了解，“5G專網(wǎng)系統(tǒng)”具有專網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行、分層環(huán)型組網(wǎng)、多元參數(shù)平衡、控制面與用戶面下沉等四大特點(diǎn)，并創(chuàng)新性采用了礦用邊緣計(jì)算控制技術(shù)來(lái)進(jìn)一步降低時(shí)延。經(jīng)井下采煤工作面實(shí)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸最低達(dá)到6毫秒，可廣泛適用于極端嚴(yán)苛的煤礦生產(chǎn)控制場(chǎng)景，標(biāo)志著我國(guó)煤炭工業(yè)第四次技術(shù)革命邁進(jìn)智能化建設(shè)時(shí)代，填補(bǔ)了世界空白。

使命擔(dān)當(dāng)：為行業(yè)破冰突圍

煤礦井下作業(yè)環(huán)境不同于其他行業(yè)，空間小、溫度高、濕度大、光線暗，加之多為常態(tài)化移動(dòng)性地下作業(yè)，地質(zhì)條件經(jīng)常發(fā)生變化，對(duì)通信系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性要求異常之高，主要移動(dòng)式生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制更是要求網(wǎng)絡(luò)通信不能中斷。全球各大煤炭企業(yè)至今仍未有實(shí)質(zhì)性解決方案。打破技術(shù)桎梏，向世界煤企提供“中國(guó)”方案，成為山東能源集團(tuán)研發(fā)團(tuán)隊(duì)所有人員的共識(shí)。

據(jù)介紹，目前煤礦井下應(yīng)用的通信網(wǎng)絡(luò)主要包括工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、有線調(diào)度通訊系統(tǒng)、應(yīng)急廣播、定位系統(tǒng)等。煤礦智能化是新一代信息技術(shù)和煤炭開(kāi)發(fā)利用的深度融合，是開(kāi)采工藝、智能裝備、應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)等多種要素的集成，更是一種網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化協(xié)同的合作生態(tài)。

近年來(lái)，煤礦生產(chǎn)智能化程度對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和能力提出前所未有的要求，高帶寬、低延時(shí)、高可靠的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)成為實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采的重要環(huán)節(jié)和紐帶。各大礦業(yè)集團(tuán)均先后提出實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采智能化要求。隨著煤礦生產(chǎn)智能化程度的提高，智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、高密度傳感器接入系統(tǒng)、智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、高清視頻回傳系統(tǒng)等共同組成的設(shè)備群，需要通過(guò)中心控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)處理和快速反饋控制。

2018年以來(lái)，“中興通訊”“華為芯片”等連續(xù)被國(guó)外“卡脖子”的事件深深刺痛著山東能源研發(fā)團(tuán)隊(duì)每一個(gè)人的心。打鐵還需自身硬，突破西方制約，唯有貼上“中國(guó)”標(biāo)簽，從根源解決對(duì)外依賴。正是帶著為組織分憂解難、為行業(yè)破冰突圍的使命擔(dān)當(dāng)，山東能源北斗天地礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)實(shí)踐團(tuán)隊(duì)正式組建成立，踏上填補(bǔ)全球礦用5G專網(wǎng)系統(tǒng)空白的攻堅(jiān)征程。

自主研發(fā)：創(chuàng)新技術(shù)集大成

“由于煤礦井下開(kāi)采的特殊要求，5G基站等設(shè)備下井必須滿足煤礦防爆、特殊電磁環(huán)境和使用空間的要求。在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)完全遵循國(guó)家安全標(biāo)志中心要求，先后歷經(jīng)40余次更新迭代設(shè)計(jì)，克服了礦用5G設(shè)備功耗較高、信號(hào)發(fā)射功率受限、井下環(huán)境變動(dòng)導(dǎo)致線纜故障、煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)大功率電氣設(shè)備電磁干擾等難題，按照工業(yè)化設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了5G專網(wǎng)系統(tǒng)在煤礦井下高溫高濕等惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。”山東能源北斗產(chǎn)品線經(jīng)理彭繼國(guó)給記者介紹說(shuō)。

5G專網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

按照產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、安全標(biāo)志認(rèn)證、工程技術(shù)實(shí)施等分工要求，山東能源研發(fā)團(tuán)隊(duì)成立了“1+3”團(tuán)隊(duì)。“1”即一個(gè)技術(shù)專家委員會(huì)，主要負(fù)責(zé)研判技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，研究開(kāi)發(fā)方向、重大技術(shù)問(wèn)題及項(xiàng)目進(jìn)展情況的評(píng)估決策?！?”即三個(gè)技術(shù)專班，其中產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)專班具體負(fù)責(zé)礦用5G系統(tǒng)成套裝備設(shè)計(jì)研發(fā)工作及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)；安全標(biāo)志認(rèn)證專班具體負(fù)責(zé)按照國(guó)家安全標(biāo)志中心要求，推進(jìn)礦用5G系統(tǒng)成套裝備認(rèn)證；工程技術(shù)實(shí)施專班，具體負(fù)責(zé)礦用5G系統(tǒng)與煤礦生產(chǎn)業(yè)務(wù)結(jié)合應(yīng)用及現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)施技術(shù)工作。

目前，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)核心設(shè)備采用國(guó)產(chǎn)化零部件率為100%，核心芯片國(guó)產(chǎn)化率近80%。例如：礦用5G邊緣計(jì)算控制器、高可靠控制器均采用國(guó)產(chǎn)中科曙光海光處理器；礦用5G手機(jī)采用海思麒麟國(guó)產(chǎn)5G SOC；5G信號(hào)轉(zhuǎn)換器采用紫光展銳虎賁系列處理器及春藤系列基帶芯片；5G核心網(wǎng)傳輸設(shè)備采用東土科技WX8065網(wǎng)絡(luò)交換芯片等，有效提高了設(shè)備自主可控程度，并直接帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

2020年6月17日，國(guó)家礦用產(chǎn)品安標(biāo)中心發(fā)布《煤礦5G通信系統(tǒng)安全技術(shù)要求》《5G通信系統(tǒng)安全標(biāo)志管理方案》，規(guī)范了礦用5G通信系統(tǒng)的研發(fā)和認(rèn)證要求。同年8月28日，山東能源5G專網(wǎng)系統(tǒng)順利拿到國(guó)家礦用5G系統(tǒng)“安全標(biāo)志證”，正式宣告礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)成功。

據(jù)了解，山東能源5G專網(wǎng)系統(tǒng)取得四大核心優(yōu)勢(shì)功能：專網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，核心網(wǎng)直接部署在礦井地面機(jī)房，與井下礦用5G設(shè)備共同組成一套完整的、可以獨(dú)立運(yùn)行的專網(wǎng)系統(tǒng)，不受運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)影響；分層環(huán)型組網(wǎng)，地面核心網(wǎng)與井下基站控制器之間、井下基站控制器之間、井下基站控制器與基站之間，三個(gè)層次均使用環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)；多元參數(shù)平衡，充分考慮網(wǎng)絡(luò)安全、傳輸速率、系統(tǒng)延時(shí)、覆蓋距離等多方面因素，專注系統(tǒng)實(shí)用性；控制面與用戶面下沉，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵場(chǎng)景獨(dú)立運(yùn)行、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)就地轉(zhuǎn)發(fā)，將核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元獨(dú)立拆分并下沉至井下。

技術(shù)突破：涵蓋生產(chǎn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景

“其中的突破之一，就是信號(hào)的冗余覆蓋?；静捎卯愵l設(shè)計(jì)，可在同一區(qū)域安裝2臺(tái)礦用5G基站，實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)冗余覆蓋的同時(shí)，避免同頻率信號(hào)在同一覆蓋范圍內(nèi)的同頻干擾。同時(shí)，核心網(wǎng)元井上下備份部署。將核心網(wǎng)控制面部分網(wǎng)元下沉部署到井下或某一重要區(qū)域，實(shí)現(xiàn)井下基站與地面核心網(wǎng)斷網(wǎng)時(shí)，原有業(yè)務(wù)保持不中斷?！毖邪l(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊木易介紹。

北斗天地公司結(jié)合煤礦生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)際需求，遵循安標(biāo)中心具體技術(shù)要求，開(kāi)發(fā)了適用于煤礦的5G成套裝備，包括輕量化核心網(wǎng)、邊緣計(jì)算控制器、基站控制器、基站、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、手機(jī)等。主要包括礦用5G核心網(wǎng)、5G基站、5G基站控制器、5G高可靠控制器、5G邊緣計(jì)算控制器、5G CPE、5G智能手機(jī)等。涵蓋煤礦主要核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，包括5G+采煤、5G+掘進(jìn)、5G+輔助運(yùn)輸?shù)取?/p>

5G+采煤方面，在工作面部署礦用5G基站，匯聚至在工作面順槽部署的礦用基站控制器。利用自主研發(fā)的高精度慣導(dǎo)定位導(dǎo)航及工作面自動(dòng)取直算法系統(tǒng)，結(jié)合5G CPE將高精度慣導(dǎo)裝置采集到的采煤機(jī)姿態(tài)、位置等參數(shù)，以及5G高清攝像儀采集的現(xiàn)場(chǎng)視頻等信息，高速率、高可靠性、低時(shí)延回傳至采煤控制中心及礦調(diào)度指揮中心，為實(shí)現(xiàn)采煤工作面三機(jī)一架的有序協(xié)同聯(lián)動(dòng)和連續(xù)高效作業(yè)提供技術(shù)支撐。

5G+掘進(jìn)方面，在掘進(jìn)工作面部署礦用5G基站，匯聚至在集控中心部署的礦用基站控制器。利用5G CPE將掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制、定位截割等數(shù)據(jù)以及5G高清攝像儀采集的現(xiàn)場(chǎng)視頻等信息，高速率、高可靠性、低時(shí)延回傳至集控中心及礦調(diào)度指揮中心，進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控、地面遠(yuǎn)程控制展示。同時(shí)，將5G CPE 集成至掘進(jìn)面巡檢機(jī)器人內(nèi)，遠(yuǎn)程控制巡檢機(jī)器人并將工作面巡檢的設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示。

應(yīng)用前景：助推煤礦本質(zhì)安全

2020年9月24至25日,全國(guó)煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)會(huì)在山東能源集團(tuán)召開(kāi)，國(guó)務(wù)委員王勇出席會(huì)議并講話。出席會(huì)議的專家認(rèn)為，山東能源自主研發(fā)的5G專網(wǎng)系統(tǒng)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展，必將推動(dòng)煤炭行業(yè)生產(chǎn)模式、產(chǎn)業(yè)組織方式和商業(yè)運(yùn)行機(jī)制的顛覆式創(chuàng)新，對(duì)煤炭行業(yè)產(chǎn)生全方位、深層次和革命性的影響。

一步一步用腳丈量20多對(duì)礦井，連續(xù)奮戰(zhàn)42天，安裝部署礦用5G成套裝備320余臺(tái)，完成2個(gè)智能采煤工作面、1個(gè)智能掘錨工作面、1個(gè)智能掘進(jìn)工作面、2條輔助運(yùn)輸巷道、4個(gè)變電所及機(jī)電硐室信號(hào)覆蓋和業(yè)務(wù)應(yīng)用。山東能源研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員實(shí)現(xiàn)了全球首套礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)在山東能源集團(tuán)的落地。

“自動(dòng)跟機(jī)率和記憶截割率達(dá)到90%以上，以前綜放工作面生產(chǎn)人員每班需要14-16人，現(xiàn)在僅需7人，工效達(dá)到156噸/工。”在山東能源鮑店煤礦，現(xiàn)場(chǎng)參觀的嘉賓見(jiàn)證了5G專網(wǎng)系統(tǒng)的“神奇”應(yīng)用。副礦長(zhǎng)徐長(zhǎng)厚介紹，依托這一系統(tǒng)，鮑店煤礦實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首個(gè)真正意義上的智能化綜放工作面常態(tài)化運(yùn)行，達(dá)到了“國(guó)內(nèi)一流、世界領(lǐng)先”水平。

據(jù)介紹，目前山東能源集團(tuán)已建成80個(gè)智能采煤工作面、71個(gè)智能掘進(jìn)工作面、10個(gè)智能礦山示范點(diǎn)，36對(duì)礦井取消夜班采掘作業(yè)，累計(jì)減少井下作業(yè)人員9700余人，有力推動(dòng)了煤礦生產(chǎn)安全的進(jìn)步。因?yàn)椤鞍?G技術(shù)與煤炭開(kāi)采工藝相結(jié)合，能夠大大提高煤礦開(kāi)采數(shù)據(jù)可視化、開(kāi)采過(guò)程透明化、開(kāi)采設(shè)備智能化、開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)少人化的進(jìn)程，有力促進(jìn)我國(guó)煤礦本質(zhì)安全生產(chǎn)”，今年初，山東能源5G專網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)獲得山東省“干事創(chuàng)業(yè)好班子（好團(tuán)隊(duì)）”榮譽(yù)稱號(hào)。

記者了解到，目前山東能源5G專網(wǎng)系統(tǒng)正依托西安、北京、青島等地的特色資源稟賦，拓展技術(shù)、市場(chǎng)、資源的全國(guó)戰(zhàn)略布局，跟隨山東能源集團(tuán)全球能源戰(zhàn)略，以前瞻視野布局全球，開(kāi)拓5G專網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用新格局。

5G專網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備