5G移動通信在煤礦場景中的網絡構建研究

雷金龍

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西呂梁 033000）

隨著信息技術的飛速發展，5G技術在社會生產各個領域中的運用不斷拓展，本文主要分析其在煤礦行業中的具體運用。5G 移動通信被運用于煤礦生產中能有效提高生產的安全性和穩定性，同時推動了煤礦工作環境和流程的改革和優化，以此來提高煤礦生產的智能化和自動化程度。

1 5G移動通信技術

5G是最新的移動通信系統，其具有超高頻譜利用率和能效，相較于其他移動通信，其優勢表現在帶寬、速率和資源管理等方面，運用5G移動通信技術能有效提高無線覆蓋性能，同時能有效降低傳輸時延，以此來提高網絡系統運行的安全性和穩定性，在此基礎上完成煤礦網絡構建工作，提高煤礦網絡的實用性和利用率。

1.1 傳輸技術

軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）主要提供業務編排技術，以此來提高5G 網絡的靈活性，其在運用的過程中能夠實現對網絡資源的調控，而且能與NFV相互補充，以此來解決資源分配和業務自動化部署中存在的主要問題。

軟件定義網絡主要功能在于將信令控制和業務數據相分離，以此來提高5G 網絡的智能化和自動化程度，同時能有效完成自我決策和管理的工作。

而NFV的主要功能在于虛擬化網絡，其在運用的過程中能有效避免因硬件過大造成的問題，以此來實現網絡設備功能的虛擬化，在這個過程中能減輕硬件運行過程中存在的負荷，同時能有效提高故障處理的效率和質量。

1.2 無線接入技術

無線接入技術（也稱空中接口）是無線通信的關鍵問題。SDN 的本質是網絡軟件化，提升網絡可編程能力，是一次網絡架構的重構，而不是一種新特性、新功能。SDN將比原來網絡架構更好、更快、更簡單地實現各種功能特性。SDN 的三個主要特征為轉控分離、集中控制和開放接口。其主要分類有控制與轉發分離、管理與控制分離。

它是指通過無線介質將用戶終端與網絡節點連接起來，以實現用戶與網絡間的信息傳遞。無線信道傳輸的信號應遵循一定的協議，這些協議即構成無線接入技術的主要內容。無線接入技術與有線接入技術的一個重要區別在于可以向用戶提供移動接入業務。無線接入網是指部分或全部采用無線電波這一傳輸媒質連接用戶與交換中心的一種接入技術。在通信網中，無線接入系統的定位是本地通信網的一部分，是本地有線通信網的延伸、補充和臨時應急系統。

2 5G移動通信技術運用現狀

5G 移動通信在煤炭領域中發揮著重要的功能和作用，是建設智能化煤礦的需求，同時也是煤礦轉型升級的重要保證，在運用5G移動通信技術的過程中要注重積極融合人工智能、物聯網等，以此來提高煤礦生產的自動化、智能化程度，以此來提高生產的效率和質量。在這個過程中5G 移動通信技術主要表現出高速率、低時延、廣連接的優勢，而且應用范圍不斷拓展，在煤炭生產領域中的運用也十分廣泛，在這個過程中需要明確5G移動通信技術在煤礦生產中的主要運用，其中主要包含煤礦安全生產智能感知系統、井下精準定位等等。

3 煤礦智能化應用5G移動通信的必要性

3.1 智能化開采感知需求

煤礦智能化應用5G 移動通信主要基于智能化開采感知需求。智能化開展離不開傳感數據，其中傳感數據的主要特點如下：數據的多樣性、數據生成高速性、數據體量高增速。智能化開采中需要的數據主要包含視頻、語音和速度等等。5G移動通信是建立在整合運用大數據的基礎上，在此基礎上能有效提高物聯網生成數據的效率和質量。

3.2 智能化開采傳輸需求

在開展煤礦網絡構建的過程中需要制定控制通信環網、視頻環網和安全環網相獨立的方案，以此來保證數據傳輸的效率和質量，這種設計方案在一定程度上能有效解決數據傳輸過程中存在的問題，但是其在運用的過程中往往需要較大的投資，而且需要實現地層與上層物聯之間的融合。而運用5G 移動通信能有效改進和優化這一問題，主要原因在于運用5G移動通信在構建網絡的過程中能充分結合具體需求制定相應方案，在這個過程中能積極運用切片管理技術，以此來更好滿足數據傳輸過程中的不同需求。

3.3 智能化開采決策控制需求

在進行智能化開采決策工作的過程中會運用到許多設備，其中主要包含智能協調控制系統、智能機器人巡檢系統等等，這些系統在運行的過程中要保證其運用的效率和質量必須要做好統一的協調和處理工作，以此來保證設備運行的安全性和穩定性，這對5G移動通信提出了更高標準的需求。

3.4 智能化開采新技術新場景應用需求

智能化和自動化是煤礦改革和發展的方向，在這個過程中需要運用到智能化開采新技術，以此來保證煤礦生產的智能化和自動化程度。現階段，井下無人機和智能VR 等設備已經開始被廣泛運用于煤礦生產過程中，運用這些新技術能有效提高生產實時監測的效率和質量，針對生產過程中設備出現的故障也能及時優化和解決，為了保證無人機等功能可以有效發揮，必須要保證信息反饋的效率和質量，同時需要保證狀態控制的有效性。

3.5 異構物聯設備互聯互通的需求

現階段煤礦所運用的無線通信存在的主要問題如下：協議較多而且存在不足，且無法保證不同協議之間溝通的有效性，導致協議存在封閉性，影響了設備的聯系以及最終用戶的體驗，立足于煤礦智能化改革的情況下，必須要針對無線通信進行改進和優化，在這個過程中需要建立一種新的無線技術體系，5G移動通信能夠很好滿足異構物聯設備互聯互通的需求。5G 網絡的優勢在于能實現無線接入傳輸技術和功能網絡的溝通和融合，在此基礎上進行統一的管理，以此來優化用戶體驗。

4 煤礦智能化應用5G技術的可行性

要保證5G 技術在煤礦場景網絡構建中發揮其自身的功能和作用，必須要明確5G技術在煤礦智能化應用中的可行性。首先需要明確井下無線傳輸的主要特點：井下狹長且分支較多，此外在工作環境中存在大量的煤壁，這些都會影響到無線電波傳輸的穩定性。

此外，通過分析5G移動通信在煤礦中的具體運用可知，其在運用的過程中由于各種因素的影響，會存在各種問題，其中主要問題在于無線信號傳輸不穩定，從而影響到信號傳輸的距離和覆蓋的范圍，為了解決這些問題，需要積極運用到微基站技術。

針對煤礦井下作業存在的其他問題，需要運用5G移動通信來解決，在這個過程中要注重保證技術運用的穩定性和有效性。首先在進行5G 方案設計的過程中需要綜合考慮其不同的運用場景和環境，在此基礎上開展相應的設計工作。

5 5G移動通信在煤礦的應用場景

5.1 基于5G的高精實時定位和應用服務

現階段煤礦用于定位的設備主要為藍牙和超寬帶等等，這類定位系統由于自身技術的限制，很難保證定位的準確性和高效性，而且在運用的過程中需要布置相應的基礎設施，因此其實用性較差。因此需要積極運用5G移動通信來完成定位工作，在這個過程中主要運用了5G移動通信的低延性，以此來保證定位的準確性，而且其具有較高的可行性，可以被廣泛運用于煤礦生產過程中。

5.2 基于5G的虛擬交互應用

隨著虛擬現實技術的發展，VR 在娛樂與教育、醫學、建筑、軍事等領域有著越來越廣闊的應用場景。但因技術原因，VR 僅適用于輕交互,這也導致了內容發展的局限性，在這樣大環境下，2018年VR電影仍蓬勃發展,其避開了非自然的交互方式、技術限制的短板,將其沉浸感的優勢發揮的淋漓盡致;VR與教育的結合能極大地解決學習資源和空間不足的問題大大推動教育的發展,虛擬場景中師生實時互動促進主動學習;在醫學和建筑等專業領域不僅可以通過VR 模擬還原真實場景,還可以通過眼動交互的方式釋放雙手。現階段常用的交互設計，主要是指人與物之間的交互手段、行為和方式的設計，現在人們有了無限多的選擇可能性，不再只關心東西能不能用，耐不耐用，也開始在意新產品好不好用，有沒有互動性，這時候交互設計才作為獨立角色，真正走上時代舞臺。虛擬現實交互設計也是現在應用極廣的一種。

虛擬交互技術在煤礦中的運用可以分為三大階段：首先是運用虛擬交互技術進行三維建模的展示工作。其次虛擬交互技術還被運用于互動模擬的過程中，例如運用虛擬交互技術進行可視化設計，制定井下培訓系統，以此來保證培訓工作的科學性和有效性。最后，虛擬交互技術還被廣泛運用于虛擬開采和協同運維的過程中。

5.3 生產遠程實時控制

運用5G移動通信能實現對生產的遠程實時控制，以此來保證煤礦生產的安全性和穩定性。煤礦進行智能化改革的過程中面臨的主要問題在于不能實現對生產的實時控制。傳統的遠程控制系統完成信息傳輸工作需要經過各種工序，因此無法保證其實時性和有效性。傳統的遠程控制系統在運用的過程中要實現信息的匯總和傳輸需要經過多重路由和協議。而運用5G移動通信能有效改進這一問題，在這個過程中需要發揮5G移動通信的低延性特點，在此基礎上實現對生產的遠程實時控制。

5.4 井下遠程協同運維

井下遠程協同運維也是5G 移動通信的主要運用。現代煤礦的發展趨勢為更加智能化，與此同時系統的復雜化程度也會不斷提高，在這種情況下如果不能及時改進維修手段和方式，很難滿足煤礦智能化發展的需求。而運用5G 移動通信可以實現井下遠程協同運維，在這種情況下可以通過網絡進行開采現場音視頻的傳輸，同時可以在相關設備上顯示相應的虛擬模型，以此來實現維修專家和現場工人的同步性，從而更好完成維修工作，提高維修的效率和質量，避免傳統人工維修可能造成的問題。

6 小結

本文主要分析5G 移動通信在煤礦場景中的網絡構建應用，在這個過程中主要明確了現階段5G移動通信技術運用的實際情況以及其被運用于煤礦生產中的必要性，在此基礎上明確了5G移動通信技術的主要應用，通過運用5G移動通信能有效提高煤礦生產的智能化和自動化程度，以此來保證生產的安全性和穩定性。