國產(chǎn)化5G 防爆手持終端研發(fā)及其在石化企業(yè)的應(yīng)用

宋昊爽，焦云強

（石化盈科信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100007）

5G技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)帶寬大、時延低、連接廣等優(yōu)勢，能夠為石化企業(yè)園區(qū)提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，催生更多的智能化、數(shù)字化產(chǎn)品，為石化企業(yè)提供低成本且滿足安全隔離要求的網(wǎng)絡(luò)承載，為行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型起到積極的推動作用。面向石化企業(yè)計劃、調(diào)度、操作、工藝、能源、質(zhì)量、安全、設(shè)備等生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)，構(gòu)建“5G＋平臺＋終端應(yīng)用”的新一代5G全連接智能工廠[1]，重塑石化企業(yè)生產(chǎn)管理流程，提升工作效率和企業(yè)效益。

1 行業(yè)背景及需求分析

石化行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要支柱之一，長期以來，我國石化行業(yè)一直保持穩(wěn)定增長。然而近幾年行業(yè)開始面臨各方面挑戰(zhàn)，如，生產(chǎn)的快速擴張，在生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和安全環(huán)保等方面不斷涌現(xiàn)的問題和高頻需求[1]。截至目前，全國已發(fā)布認(rèn)定的化工園區(qū)630家，其中國家級化工園區(qū)58 家，產(chǎn)值超過千億元的超大型園區(qū)21 家，化工園區(qū)產(chǎn)值占行業(yè)總產(chǎn)值比重已超過60%[2]?；@區(qū)現(xiàn)場有大量工藝、設(shè)備、環(huán)境等多節(jié)點、多參數(shù)的數(shù)據(jù)采集需求，以及多專業(yè)巡檢、調(diào)度、定位等人員協(xié)同和管理需求。目前，手持終端是數(shù)據(jù)采集和人員協(xié)同的重要手段，根據(jù)功能不同，現(xiàn)場作業(yè)人員需配備對講機、點檢棒、定位卡、揮發(fā)性有機化合物（VOC）氣體檢測儀、紅外熱成像儀等多種終端設(shè)備，攜帶負(fù)擔(dān)重、作業(yè)操作復(fù)雜，亟待設(shè)計和開發(fā)集成多功能的5G 智能終端，提高現(xiàn)場作業(yè)效率，滿足智能巡檢、特殊作業(yè)許可與作業(yè)過程電子化管理、人員定位、遠程調(diào)度的生產(chǎn)需要，更好實現(xiàn)對廠區(qū)危險化學(xué)品的安全生產(chǎn)管控。目前，石化行業(yè)5G防爆手持終端需要實現(xiàn)硬件全面國產(chǎn)化替代，打破國外芯片壟斷，降低“卡脖子”風(fēng)險。研發(fā)自主可控、多功能集成、性能優(yōu)良的國產(chǎn)化5G防爆手持終端，是石化企業(yè)的普遍需求。

2 5G 防爆手持終端研發(fā)現(xiàn)狀

2.1 防爆手持終端

防爆手持終端是一種特殊的手持電氣設(shè)備，在規(guī)定條件下不會引起周圍爆炸性環(huán)境點燃，其主要目的是在易燃、易爆或有毒有害環(huán)境下進行數(shù)據(jù)采集和通信，通常具有防爆、防摔、防水、防塵等特性，以確保其在惡劣環(huán)境下的可靠性和安全性。防爆手持終端使用防爆電池和防爆外殼，以防止在潛在的爆炸危險環(huán)境中發(fā)生意外事故。此外，還配備了各種安全功能，如，緊急呼叫按鈕等，以幫助人員在危險環(huán)境中快速報警并獲得救援。根據(jù)易爆區(qū)域、氣體組別、溫度組別、防爆形式劃分，防爆手持終端可分為若干個防爆類型，本文討論的5G防爆手持終端是適用石化企業(yè)的Ⅱ類爆炸性氣體環(huán)境的本質(zhì)安全型防爆手持終端設(shè)備。

2.2 5G 技術(shù)現(xiàn)狀

5G 技術(shù)，是繼4G 之后的下一代移動通信技術(shù)，在速度、延遲、連接密度和網(wǎng)絡(luò)容量等方面有顯著提升。2019年，我國開始進行5G商用，促進各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新。5G技術(shù)將推動新一輪的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革，為經(jīng)濟增長提供強大動力。5G 商用以來，全國已累計建設(shè)5G 基站近300萬個，制造業(yè)等智慧園區(qū)大力發(fā)展5G技術(shù)，預(yù)計到2035 年，全球5G 產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將達到數(shù)萬億美元。

2.3 5G 防爆手持終端發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國5G 技術(shù)的快速發(fā)展、5G 民用手機的推廣普及，我國5G手機產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈體系日益成熟。在國家“互聯(lián)網(wǎng)＋安全生產(chǎn)”的政策推動以及企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，石油石化、鋼鐵冶金、煤田礦山等行業(yè)企業(yè)對5G防爆手持終端的需求越來越大，5G防爆手持終端已經(jīng)開始在油氣勘探開發(fā)、化工冶金、礦山安全、物流倉儲等行業(yè)得到應(yīng)用。目前市場上的5G防爆手持終端多是在三防手機的基礎(chǔ)上改造成防爆版本，防爆性能存在欠缺，缺少工業(yè)場景需要的測溫、氣體檢測、對講、精確定位等功能。受限于芯片技術(shù)、供應(yīng)鏈限制，目前我國5G 防爆手持終端使用的5G 芯片也多為美國高通等，少有自主可控的國產(chǎn)化方案。

3 國產(chǎn)化5G 防爆手持終端研發(fā)探索

為了解決“卡脖子”問題，紫光展銳自主研發(fā)了國產(chǎn)5G芯片，從第一代T7510分離式芯片發(fā)展到T7520平臺，性能、功耗及穩(wěn)定性顯著提升?？商剿骰谠撈脚_開發(fā)一款5G防爆手持終端，響應(yīng)自主創(chuàng)新的國產(chǎn)化國家戰(zhàn)略，降低重要行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈安全問題，破解石化企業(yè)安全生產(chǎn)的痛點、難點和堵點。

3.1 研發(fā)設(shè)計思路

通過分析行業(yè)需求以及梳理5G防爆手持終端的發(fā)展現(xiàn)狀，研發(fā)創(chuàng)新的5G防爆手持終端，除了要考慮電池、外殼、電路板及整機功耗控制，滿足按本質(zhì)安全防爆要求設(shè)計外，還需重點關(guān)注以下幾個方面：

1）國產(chǎn)化。我國部分領(lǐng)域技術(shù)和元器件仍依賴發(fā)達國家，面臨“卡脖子”風(fēng)險，加之供應(yīng)鏈安全和數(shù)據(jù)可靠性考慮，設(shè)計和開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品是十分必要的。

2）集成化。石化園區(qū)應(yīng)用場景眾多，所需功能和模塊存在差異，5G防爆手持終端需要具備更高的集成度，以減少設(shè)備體積和重量，提高設(shè)備的便攜性和使用效率，以滿足園區(qū)多樣化需求。

3）模塊化。5G 防爆手持終端需要具備更多的功能，如，高清視頻監(jiān)控、遠程操作控制、數(shù)據(jù)采集、紅外熱成像、高精度定位和危險氣體檢測等。為適配多個場景，降低石化企業(yè)的采購成本，可采用模塊化設(shè)計，方便進行靈活組合選配。

4）智能化?；诟咝阅芎拖冗M的人工智能技術(shù)，可以在防爆手持終端內(nèi)嵌入設(shè)備缺陷分析、泄漏預(yù)測預(yù)警、圖像識別、態(tài)勢感知等多種人工智能應(yīng)用。

3.2 研發(fā)設(shè)計創(chuàng)新

國產(chǎn)化5G防爆手持終端將多個功能模塊深度集成、整合與應(yīng)用，填補國內(nèi)空白，其主要研發(fā)技術(shù)創(chuàng)新可以歸納以下幾點：

1）基于國產(chǎn)化平臺的智能降功耗技術(shù)：開發(fā)Smart Idle技術(shù)，建立自學(xué)習(xí)算法，預(yù)測用戶的使用習(xí)慣和當(dāng)前場景，通過檢測手機運動狀態(tài)、滅屏?xí)r長、時間、日期等條件，在不影響用戶使用的情況下，關(guān)閉后臺的一些耗電應(yīng)用和外部設(shè)備，減少無效信息對CPU的喚醒。此技術(shù)對空閑待機功耗，尤其是夜間待機功耗有極大的優(yōu)化。

2）國產(chǎn)化“5G＋硬對講”一體化融合終端技術(shù)：開發(fā)國產(chǎn)化公網(wǎng)蜂窩通信到硬對講集群專網(wǎng)通信轉(zhuǎn)接鏈路及編解碼轉(zhuǎn)換技術(shù)，做到從公網(wǎng)蜂窩語音中轉(zhuǎn)到數(shù)字集群專網(wǎng)對講語音，實現(xiàn)公網(wǎng)蜂窩通信和對講專網(wǎng)通信的融合貫通。

從文獻的年份分布圖(圖1)看，核心期刊和碩博論文中的發(fā)表數(shù)量呈現(xiàn)一個波動過程.具體地，期刊發(fā)文量在2001—2005年呈上升趨勢，2005年達到高峰.2005—2009年發(fā)文量逐年減少，2009—2012年又反彈上升，2012年達到最高峰，且多于2005年.兩次上升都是在兩個版本的義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)頒布之后，這說明課標(biāo)中提出統(tǒng)計觀念、數(shù)據(jù)分析觀念后引起了大家的關(guān)注.但是，之后的下降趨勢說明統(tǒng)計觀念、數(shù)據(jù)分析觀念未引起大家的持續(xù)關(guān)注.

3）多重加密技術(shù)：解決工業(yè)5G 環(huán)境下單終端多業(yè)務(wù)跨生產(chǎn)網(wǎng)、管理網(wǎng)、控制網(wǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，差異化安全隔離要求問題。

4）北斗高精度定位技術(shù)：創(chuàng)新地在5G 防爆手持終端上集成北斗高精度定位雙頻模塊，實現(xiàn)公網(wǎng)環(huán)境和企業(yè)專網(wǎng)環(huán)境下的亞米級定位效果，解決石化企業(yè)長期以來GPS定位漂移嚴(yán)重的難題。而且防爆手持終端支持關(guān)閉GPS、單北斗高精度定位模式，可提升工業(yè)定位應(yīng)用的安全性。

5）集成國產(chǎn)專業(yè)級（192×256 分辨率）熱成像模組：相比單一的熱成像儀，功能更多，體積更小，紅外熱成像圖像與可見光圖像深度融合，助推熱成像在工業(yè)領(lǐng)域的普及應(yīng)用。

6）支持搭載華為鴻蒙智能終端操作系統(tǒng)：防爆手持終端從硬件到操作系統(tǒng)，全面實現(xiàn)國產(chǎn)化。

3.3 產(chǎn)品優(yōu)勢

1）5G 全網(wǎng)通：支持聯(lián)通、電信、移動三大運營商5G網(wǎng)絡(luò)制式，同時支持廣電700M，5G網(wǎng)絡(luò)制式全覆蓋。

2）國產(chǎn)高性能5G 芯片：采用紫光展銳第二代移動開發(fā)平臺虎賁T7520（T760）芯片采用6nm 極紫外光刻技術(shù)（EUV）工藝，性能大幅提升，功耗再創(chuàng)新低，是繼華為、高通、三星、聯(lián)發(fā)科之后的5G SoC新勢力，并且在技術(shù)工藝、通信能力、人工智能、視覺能力、續(xù)航能力、安全性等六大方面都具有突出的優(yōu)勢。

3）一機多能：除手機基本功能外，還集成了硬對講、專業(yè)級紅外熱成像、北斗高精度定位、NFC讀卡等功能。

4）高精定位：集成北斗雙頻高精度定位模塊，支持單北斗定位模式，在石化園區(qū)可達到亞米級精度，在空曠區(qū)域可達厘米級精度。

5）雙模對講：手持終端支持?jǐn)?shù)字集群通信（DRM）對講和廣域集群通信（POC）對講，且可實現(xiàn)不同對講平臺之間的轉(zhuǎn)換互通。

6）防爆安全：手持終端按三防IP68 和本質(zhì)安全防爆設(shè)計，滿足石化企業(yè)工作場景防爆要求。

4 5G 防爆手持終端在企業(yè)中的應(yīng)用

4.1 5G 防爆手持終端APP 開發(fā)及應(yīng)用

1）移動巡檢APP 開發(fā)。5G 防爆手持終端內(nèi)置了巡檢人員需佩戴的各種專業(yè)設(shè)備的功能，如NFC 打卡、測溫、拍照、位置信息等數(shù)據(jù)采集模塊，通過終端的移動巡檢APP，可支持巡檢人員按規(guī)定時間、規(guī)定位置、規(guī)定要求完成數(shù)據(jù)采集，并將設(shè)備設(shè)施運行狀態(tài)、設(shè)備設(shè)施故障以及各類安全生產(chǎn)隱患等信息實時傳輸回管理后臺，從而實現(xiàn)巡檢任務(wù)的全面數(shù)字化管理。同時，基于5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和低延時特性，可以在實時回傳巡檢數(shù)據(jù)的同時，實現(xiàn)對巡檢過程中的全程高清圖像和視頻實時記錄，后臺與巡檢線路人員可進行高清視頻通信，提高工作效率和準(zhǔn)確性。

2）電子作業(yè)開票APP開發(fā)。目前石化企業(yè)基本已完成了特殊作業(yè)許可與作業(yè)過程管理系統(tǒng)的建設(shè)，將特殊作業(yè)審批許可條目化、電子化、流程化。以防爆5G手持終端為載體[3]，通過信息化手段對作業(yè)全程進行過程和痕跡管理，從而實現(xiàn)特殊作業(yè)申請、預(yù)約、審查、安全條件確認(rèn)、許可、監(jiān)護、驗收全流程的信息化、規(guī)范化、程序化管理，提高企業(yè)事故預(yù)防和風(fēng)險管控能力。

3）融合通信調(diào)度指揮APP 開發(fā)。相比于傳統(tǒng)通信技術(shù)，5G技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)信息的實時傳輸和處理，從而保證了數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。基于5G的低延時、高帶寬特性，可以進行遠程超高清視頻通信，當(dāng)現(xiàn)場遇到不確定問題時，可以通過防爆5G手持終端直接與相關(guān)專家和負(fù)責(zé)人等多方進行遠程視頻會議溝通，提高工作效率。5G防爆手持終端上集成的6 400萬高清攝像頭、數(shù)字對講、POC 對講功能將大幅提升調(diào)度指揮的效率和準(zhǔn)確度。

4）人員定位APP開發(fā)。通過基于北斗高精度定位技術(shù)，不僅可保障操作工人的人身安全，同時可以精確獲取巡檢人員在使用過程中的位置數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對同一巡檢線路上的歷史數(shù)據(jù)進行擬合和對比分析，有助于發(fā)現(xiàn)可能影響巡檢效率的因素，幫助排查巡檢人員可能未發(fā)現(xiàn)的隱患點，從而提高設(shè)備的可靠性和安全性，保障石化企業(yè)的生產(chǎn)安全。

在企業(yè)應(yīng)用方面，基于“5G＋北斗＋硬對講＋熱成像”的國產(chǎn)防爆手持終端，內(nèi)置融合通信、智能巡檢、電子作業(yè)票、設(shè)備缺陷、雙防等多個業(yè)務(wù)APP軟件，應(yīng)用在智能巡檢業(yè)務(wù)中，實現(xiàn)點對點、點對中繼2種對講通話模式，采用數(shù)字通道測試，在裝置現(xiàn)場110分貝以下的噪音區(qū)，機器最大對講距離可達860 ～1 000 米；內(nèi)嵌工業(yè)熱成像模組，支持熱成像與光學(xué)圖像重疊成像等5 種成像模式，可以協(xié)助操作人員快速判斷高溫泵、熱油泵、反應(yīng)器等高溫設(shè)備異常故障點，真正實現(xiàn)一機多用，可滿足各類APP的人臉識別快速登錄，打造了現(xiàn)場作業(yè)、人員和環(huán)境“三位一體”的閉環(huán)“智保安全”精準(zhǔn)管控模式，掃除現(xiàn)場作業(yè)安全管理盲區(qū)。

4.2 5G 防爆手持終端在企業(yè)的應(yīng)用價值

1）提高工作效率。5G 防爆手持終端增加了北斗高精度定位等，為石化企業(yè)量身打造，可以隨時隨地、高速傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多種實時監(jiān)測、通訊和協(xié)作，提高工作效率和質(zhì)量。

2）提供增值服務(wù)。有針對性地內(nèi)置多款石化工業(yè)應(yīng)用APP 軟件，如，巡檢APP、作業(yè)票管理APP、泄漏檢測APP等，為客戶提供增值服務(wù)。

3）加強安全保障。5G 防爆手持終端嚴(yán)格按照國家防爆安全標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，確保終端的本質(zhì)安全。終端具備的精確定位、紅外熱成像測溫、泄漏檢測能力，能夠大大提升石化廠在應(yīng)急救援、設(shè)備缺陷分析、泄漏預(yù)測預(yù)警等方面的能力，消除隱患、保障安全。

4）降低成本開支。5G 數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝屎透呖煽啃裕约霸O(shè)備一機多能的模塊化設(shè)計，適用于石化企業(yè)多個場景，實現(xiàn)一機多用，直接降低石化企業(yè)業(yè)務(wù)運行和維護成本，減少攜帶設(shè)備的數(shù)量。

5 結(jié)語

國產(chǎn)化5G防爆手持終端以其高性能、大帶寬和多功能在石化企業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著國家自主創(chuàng)新戰(zhàn)略的不斷推進以及5G技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合將促進傳統(tǒng)制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，制造業(yè)正加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展[4-5]。國產(chǎn)化5G防爆手持終端在石化工業(yè)現(xiàn)場邊緣智能分析、便攜產(chǎn)品檢測等方面的功能設(shè)計開發(fā)和應(yīng)用，值得不斷研究探索。