5G技術(shù)的“智慧礦山”建設(shè)研究

楊小利

（陜西煤業(yè)化工集團孫家岔龍華礦業(yè)有限公司，陜西榆林 719300）

近年來，我國5G技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在多個領(lǐng)域中獲得了良好的應(yīng)用效果。礦業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，正朝著信息化以及智能化的方向發(fā)展。在智慧礦山的建設(shè)過程中，相關(guān)礦產(chǎn)企業(yè)應(yīng)積極加強對5G技術(shù)的應(yīng)用力度，充分發(fā)揮5G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，進行現(xiàn)有礦山管理模式的優(yōu)化與創(chuàng)新，使智能化技術(shù)有效融入礦山生產(chǎn)管理工作中，對智慧礦山的發(fā)展具有非常重要的意義。

1 智慧礦山建設(shè)的背景概述

礦產(chǎn)資源是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，但在以往的礦山生產(chǎn)過程中，存在管理過于粗放的問題，安全事故頻發(fā)，對我國礦產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展造成了比較大的影響。除了安全生產(chǎn)問題外，我國礦產(chǎn)開采過程還存在一定的用工荒問題，部分礦產(chǎn)企業(yè)甚至出現(xiàn)嚴重的招工困難情況。在這一形勢下，需要積極創(chuàng)新與完善礦山生產(chǎn)管理模式，加強機械化生產(chǎn)以及智能化管理力度，以滿足礦山生產(chǎn)的實際需求。2010年，智慧礦山理念傳入我國，為礦產(chǎn)領(lǐng)域生產(chǎn)優(yōu)化提出了新的思路。

智慧礦山主要指將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用進行深度融合，構(gòu)建全面感知以及實時互聯(lián)的智能控制系統(tǒng)。應(yīng)用智慧礦山系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對礦山生產(chǎn)全過程的有效管理，實現(xiàn)經(jīng)營安全的智能化運行，進一步提升礦山生產(chǎn)的安全性與可靠性。我國智慧礦山建設(shè)發(fā)展階段比較晚，在工作開展過程中，存在研究滯后情況，也存在智能化建設(shè)技術(shù)標準與規(guī)范缺失等問題，難以滿足礦山企業(yè)的具體運營需求。

2 5G技術(shù)在智慧礦山建設(shè)中的應(yīng)用重要性

5G技術(shù)是繼4G技術(shù)后的通信技術(shù)延伸，具備大帶寬、低延時的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)不同應(yīng)用場景信息的高效交互，對傳統(tǒng)產(chǎn)品發(fā)展具有非常重要的作用。應(yīng)用5G技術(shù)能夠?qū)鹘y(tǒng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到良好的重塑效果，滿足企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，實現(xiàn)各項生產(chǎn)工作與移動應(yīng)用的深度融合，對現(xiàn)有的應(yīng)用服務(wù)進行創(chuàng)新。

在智慧礦山建設(shè)過程中，需要實現(xiàn)礦山的數(shù)字化，保障數(shù)據(jù)與信息的有效融合。在礦山生產(chǎn)過程中應(yīng)用5G技術(shù)時，礦山位置相對比較偏僻，網(wǎng)絡(luò)信號比較差，經(jīng)常需要單獨建網(wǎng)，5G技術(shù)自身具備建網(wǎng)邊界的應(yīng)用優(yōu)勢，能夠滿足智慧礦山的建設(shè)需求。在礦山生產(chǎn)過程中，大部分的工程機械均處于移動狀態(tài)中，需要經(jīng)常進行爆破作業(yè)，導致光纖通信的不確定性較大，需要通過5G等無線通信技術(shù)進行作業(yè)。

礦山5G網(wǎng)絡(luò)試點的應(yīng)用過程中，其能夠在結(jié)合人工智能AI的基礎(chǔ)上，通過傳感技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)等多種技術(shù)手段，推進工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)力度進一步增大，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)過程中的遠程集中控制以及業(yè)務(wù)控制，滿足礦山智能化生產(chǎn)的實際需求。

3 5G技術(shù)在智慧礦山建設(shè)中的具體應(yīng)用

3.1 5G+遠程控制

礦山開采作為礦山生產(chǎn)運行全流程中的一個重要環(huán)節(jié)，其開采效果會影響礦山企業(yè)的自身權(quán)益。但在傳統(tǒng)的礦山開采作業(yè)中，采礦工作人員需要長期在礦山內(nèi)部進行工作，需要面臨比較惡劣的工作環(huán)境，空氣污染、設(shè)備噪聲會嚴重威脅工作人員的人身健康。

應(yīng)用遠程控制技術(shù)能夠促進礦山開采朝著安全以及綠色的方向發(fā)展，在保障礦山生產(chǎn)安全性基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的工作環(huán)境起到良好的改善效果。遠程控制技術(shù)應(yīng)用過程主要由近端的控制網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)以及遠端受控方三部分構(gòu)成。控制方能夠在結(jié)合現(xiàn)場施工環(huán)境基礎(chǔ)上，對網(wǎng)絡(luò)上傳的圖像進行判斷，進行操作指令的下放，受控方在獲得控制指令后執(zhí)行具體操作，確保礦山生產(chǎn)環(huán)節(jié)始終處于良好的運行狀態(tài)。

在礦山遠程控制系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸性能直接關(guān)系遠程控制系統(tǒng)的運行可靠性，5G通信技術(shù)擁有高帶寬、傳輸可靠性高以及靈活性比較強的應(yīng)用特點，在環(huán)境復雜的礦區(qū)內(nèi)也能夠較好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，滿足礦山遠程控制系統(tǒng)的通信需求。

在遠程控制系統(tǒng)中應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有超低時延以及超大帶寬的應(yīng)用優(yōu)勢，能夠滿足高清視頻以及低時延業(yè)務(wù)的具體傳輸需求，是現(xiàn)階段遠程控制中通信技術(shù)的應(yīng)用熱點以及主流研究方向。近年來，我國5G通信技術(shù)已經(jīng)得到進一步的優(yōu)化與完善，在智慧礦山的建設(shè)過程中，較多礦山企業(yè)開始加強5G+遠程控制的研發(fā)與探索力度，獲得了良好的研究效果。

3.2 5G+無人駕駛

礦山卡車在駕駛過程中需要面臨復雜的礦區(qū)環(huán)境，對駕駛員的專業(yè)素質(zhì)以及技能水平提出了非常高的要求，在駕駛員入職后，需要經(jīng)過一段時期的系統(tǒng)化培訓，合格的礦山駕駛員數(shù)量不足。

在露天礦區(qū)的卡車運輸過程中，除運輸條件比較惡劣，駕駛員們還需要面臨天氣變化以及特殊道路等多種特殊情況，具體駕駛過程存在一定的運輸安全風險。

在以往的礦山生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)礦山卡車駕駛導致的安全事故。在智慧礦山系統(tǒng)建設(shè)過程中，需要積極地應(yīng)用無人駕駛技術(shù)，實現(xiàn)對礦山資源的有效運輸，在保障礦山資源運輸安全性基礎(chǔ)上，有效地降低人工成本，提升礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益。

為了保障礦山的運輸安全性，提升生產(chǎn)效率以及運營成本，國內(nèi)外均加大對無人駕駛礦山卡車的研究力度，獲得了良好的應(yīng)用效果。美國卡特公司在20世紀80年代開始進行自動化礦用卡車的研究，2012年開始應(yīng)用無人駕駛礦用卡車進行生產(chǎn)。我國2018年于白云鄂博礦區(qū)首次完成國內(nèi)無人駕駛礦用卡車的現(xiàn)場試驗。

無人駕駛礦用卡車的研究過程中，需要具有高實時性的通信信息處理系統(tǒng)作為支撐，確保車輛能夠?qū)χ苓呠嚊r進行實時識別，提升車輛的運行智能化水平。通過5G通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠為無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用提供良好的通信環(huán)境，通信過程中的時延指標只有4G網(wǎng)絡(luò)的幾十分之一，滿足無人駕駛技術(shù)在應(yīng)用中的通信需求。在智慧礦山系統(tǒng)的建設(shè)過程中，應(yīng)用5G通信技術(shù)可以實現(xiàn)無人駕駛礦用卡車的通信支撐，促進礦山無人駕駛卡車的運行可行性以及安全性。

3.3 5G+超高清視頻

礦山生產(chǎn)過程中還存在比較多的安全隱患，礦山企業(yè)應(yīng)加強對安全生產(chǎn)管理工作的重視度。在現(xiàn)有礦區(qū)作業(yè)過程中存在作業(yè)區(qū)域大、人員車輛數(shù)量比較多的特點，在以往的人為管理模式中，礦區(qū)企業(yè)主要使用安排巡檢隊伍開展安全巡查的方式進行管理，具備安全管理效率低下、人力成本較高的特點，無法滿足全天候、全覆蓋的安全生產(chǎn)管理需求，對不規(guī)范作業(yè)等問題，難以起到良好的防控效果，容易導致一系列生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。

應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以促進礦山安全生產(chǎn)管理水平的進一步提升。超高清視頻技術(shù)作為一種新型安全監(jiān)控管理技術(shù)，與普通視頻技術(shù)相比，該技術(shù)的視頻清晰度以及通暢性得到顯著提升，8K超高清食品的像素點能夠提升16倍，其采樣率與分辨率等關(guān)鍵指標得到大幅度的優(yōu)化。此外，超高清視頻不僅是視頻技術(shù)的演進，還能夠?qū)崿F(xiàn)視頻技術(shù)與人臉識別、行為預判等智能技術(shù)的有效融合，對礦山企業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控水平的提升具有非常重要的意義。

構(gòu)建智慧礦山智能化監(jiān)管系統(tǒng)的模式，可以將超高清視頻技術(shù)應(yīng)用到礦山的安全生產(chǎn)管理工作中，實現(xiàn)對礦區(qū)內(nèi)人員設(shè)備、環(huán)境以及車輛運輸?shù)娜婀芾?。通過機器學習以及大數(shù)據(jù)分析等新型技術(shù)手段，對礦山生產(chǎn)中的安全隱患進行及時分析與自動響應(yīng)，借此獲得良好的安全管理效果。通過5G技術(shù)的應(yīng)用，能夠滿足超高清視頻業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸需求，保障超高清視頻的傳輸質(zhì)量，是超高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)自身作用得以發(fā)揮的基礎(chǔ)保障。

3.4 5G+無人機

近年來，我國無人機技術(shù)得到非常迅速的發(fā)展，在多個領(lǐng)域中均獲得良好的應(yīng)用效果。礦山生產(chǎn)管理過程需要面臨復雜的地理環(huán)境，視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法實現(xiàn)無死角的視頻監(jiān)控。通過無人機聯(lián)用視頻監(jiān)控技術(shù)，能夠進行空地一體化立體安全巡檢體系的構(gòu)建，促進礦山企業(yè)的生產(chǎn)管理水平進一步提升。此外，在礦山生產(chǎn)中出現(xiàn)運行事故后，通過無人機技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對事故發(fā)生區(qū)段的有效探測，減少人員探測可能導致的安全事故，保障人員的安全性。

為了發(fā)揮無人機技術(shù)的應(yīng)用效果，需要利用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的超低時延傳輸優(yōu)勢，幫助無人機實現(xiàn)超高清視頻的采集以及精準定位工作。通過5G通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助無人機采集工作結(jié)合人工智能以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，促進生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)管范圍進一步提升，有效降低現(xiàn)場的作業(yè)風險。

4 結(jié)語

智慧礦山時礦區(qū)生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)型升級的重要發(fā)展方向，我國礦山企業(yè)應(yīng)加強對智慧礦山的重視力度，促進礦山生產(chǎn)效率以及安全性進一步提升。通過5G通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠為智慧礦山的建設(shè)提供良好的通信條件，為遠程控制、高清視頻監(jiān)控、無人機技術(shù)以及無人駕駛技術(shù)的實現(xiàn)提供技術(shù)支撐。我國礦山企業(yè)應(yīng)當在5G技術(shù)支撐下，不斷完善現(xiàn)有的智慧礦山系統(tǒng)，對礦山企業(yè)市場核心競爭力提升具有積極的意義。