山東能源全球首套礦用5G專網系統為同行業提供“山能方案”

□ 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“全球首套礦用高可靠5G專網系統”（以下簡稱“5G專網系統”）發布暨煤礦智能開采論壇舉行，團隊擁有整體系統硬件設計及軟件研發全自主知識產權的“5G專網系統”發布亮相。

煤礦智能化建設被認為是中國煤炭工業繼炮采、普采、綜采之后的“第四次技術革命”。據了解，“5G專網系統”具有專網獨立運行、分層環型組網、多元參數平衡、控制面與用戶面下沉等四大特點，并創新性采用了礦用邊緣計算控制技術來進一步降低時延。經井下采煤工作面實測，現場數據傳輸最低達到6毫秒，可廣泛適用于極端嚴苛的煤礦生產控制場景，標志著我國煤炭工業第四次技術革命邁進智能化建設時代，填補了世界空白。

使命擔當：為行業破冰突圍

煤礦井下作業環境不同于其他行業，空間小、溫度高、濕度大、光線暗，加之多為常態化移動性地下作業，地質條件經常發生變化，對通信系統及設備的可靠性要求異常之高，主要移動式生產設備的實時監測和遠程控制更是要求網絡通信不能中斷。全球各大煤炭企業至今仍未有實質性解決方案。打破技術桎梏，向世界煤企提供“中國”方案，成為山東能源集團研發團隊所有人員的共識。

據介紹，目前煤礦井下應用的通信網絡主要包括工業以太環網、4G無線網絡、Wi-Fi無線網絡、有線調度通訊系統、應急廣播、定位系統等。煤礦智能化是新一代信息技術和煤炭開發利用的深度融合，是開采工藝、智能裝備、應用軟件、網絡技術、先進標準等多種要素的集成，更是一種網絡化、平臺化協同的合作生態。

近年來，煤礦生產智能化程度對網絡傳輸的質量和能力提出前所未有的要求，高帶寬、低延時、高可靠的無線傳輸網絡成為實現智能化開采的重要環節和紐帶。各大礦業集團均先后提出實現煤礦開采智能化要求。隨著煤礦生產智能化程度的提高，智能協調控制系統、高密度傳感器接入系統、智能機器人巡檢系統、高清視頻回傳系統等共同組成的設備群，需要通過中心控制系統進行統一協調處理和快速反饋控制。

2018年以來，“中興通訊”“華為芯片”等連續被國外“卡脖子”的事件深深刺痛著山東能源研發團隊每一個人的心。打鐵還需自身硬，突破西方制約，唯有貼上“中國”標簽，從根源解決對外依賴。正是帶著為組織分憂解難、為行業破冰突圍的使命擔當，山東能源北斗天地礦用高可靠5G專網系統研發實踐團隊正式組建成立，踏上填補全球礦用5G專網系統空白的攻堅征程。

自主研發：創新技術集大成

“由于煤礦井下開采的特殊要求，5G基站等設備下井必須滿足煤礦防爆、特殊電磁環境和使用空間的要求。在產品研發過程中，團隊完全遵循國家安全標志中心要求，先后歷經40余次更新迭代設計，克服了礦用5G設備功耗較高、信號發射功率受限、井下環境變動導致線纜故障、煤礦生產現場大功率電氣設備電磁干擾等難題，按照工業化設計要求，實現了5G專網系統在煤礦井下高溫高濕等惡劣環境下長期穩定運行。”山東能源北斗產品線經理彭繼國給記者介紹說。

5G專網系統發布會現場

按照產品研發設計、安全標志認證、工程技術實施等分工要求，山東能源研發團隊成立了“1+3”團隊。“1”即一個技術專家委員會，主要負責研判技術發展趨勢，研究開發方向、重大技術問題及項目進展情況的評估決策。“3”即三個技術專班，其中產品研發設計專班具體負責礦用5G系統成套裝備設計研發工作及相關知識產權申請；安全標志認證專班具體負責按照國家安全標志中心要求，推進礦用5G系統成套裝備認證；工程技術實施專班，具體負責礦用5G系統與煤礦生產業務結合應用及現場工程實施技術工作。

目前，團隊設計核心設備采用國產化零部件率為100%，核心芯片國產化率近80%。例如：礦用5G邊緣計算控制器、高可靠控制器均采用國產中科曙光海光處理器；礦用5G手機采用海思麒麟國產5G SOC；5G信號轉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核心網傳輸設備采用東土科技WX8065網絡交換芯片等，有效提高了設備自主可控程度，并直接帶動了國內相關產業鏈發展。

2020年6月17日，國家礦用產品安標中心發布《煤礦5G通信系統安全技術要求》《5G通信系統安全標志管理方案》，規范了礦用5G通信系統的研發和認證要求。同年8月28日，山東能源5G專網系統順利拿到國家礦用5G系統“安全標志證”，正式宣告礦用高可靠5G專網系統研發成功。

據了解，山東能源5G專網系統取得四大核心優勢功能：專網獨立運行，核心網直接部署在礦井地面機房，與井下礦用5G設備共同組成一套完整的、可以獨立運行的專網系統，不受運營商網絡影響；分層環型組網，地面核心網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，三個層次均使用環型組網結構；多元參數平衡，充分考慮網絡安全、傳輸速率、系統延時、覆蓋距離等多方面因素，專注系統實用性；控制面與用戶面下沉，實現關鍵場景獨立運行、現場數據就地轉發，將核心網用戶面網元獨立拆分并下沉至井下。

技術突破：涵蓋生產業務場景

“其中的突破之一，就是信號的冗余覆蓋。基站采用異頻設計，可在同一區域安裝2臺礦用5G基站，實現5G信號冗余覆蓋的同時，避免同頻率信號在同一覆蓋范圍內的同頻干擾。同時，核心網元井上下備份部署。將核心網控制面部分網元下沉部署到井下或某一重要區域，實現井下基站與地面核心網斷網時，原有業務保持不中斷。”研發團隊負責人楊木易介紹。

北斗天地公司結合煤礦生產應用場景實際需求，遵循安標中心具體技術要求，開發了適用于煤礦的5G成套裝備，包括輕量化核心網、邊緣計算控制器、基站控制器、基站、信號轉換器、手機等。主要包括礦用5G核心網、5G基站、5G基站控制器、5G高可靠控制器、5G邊緣計算控制器、5G CPE、5G智能手機等。涵蓋煤礦主要核心生產業務場景，包括5G+采煤、5G+掘進、5G+輔助運輸等。

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。利用自主研發的高精度慣導定位導航及工作面自動取直算法系統，結合5G CPE將高精度慣導裝置采集到的采煤機姿態、位置等參數，以及5G高清攝像儀采集的現場視頻等信息，高速率、高可靠性、低時延回傳至采煤控制中心及礦調度指揮中心，為實現采煤工作面三機一架的有序協同聯動和連續高效作業提供技術支撐。

5G+掘進方面，在掘進工作面部署礦用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將掘進機遠程控制、定位截割等數據以及5G高清攝像儀采集的現場視頻等信息，高速率、高可靠性、低時延回傳至集控中心及礦調度指揮中心，進行遠程遙控、地面遠程控制展示。同時，將5G CPE 集成至掘進面巡檢機器人內，遠程控制巡檢機器人并將工作面巡檢的設備狀態、環境監測等信息實時動態展示。

應用前景：助推煤礦本質安全

2020年9月24至25日,全國煤礦智能化建設現場推進會在山東能源集團召開，國務委員王勇出席會議并講話。出席會議的專家認為，山東能源自主研發的5G專網系統在煤炭行業的應用發展，必將推動煤炭行業生產模式、產業組織方式和商業運行機制的顛覆式創新，對煤炭行業產生全方位、深層次和革命性的影響。

一步一步用腳丈量20多對礦井，連續奮戰42天，安裝部署礦用5G成套裝備320余臺，完成2個智能采煤工作面、1個智能掘錨工作面、1個智能掘進工作面、2條輔助運輸巷道、4個變電所及機電硐室信號覆蓋和業務應用。山東能源研發團隊成員實現了全球首套礦用高可靠5G專網系統在山東能源集團的落地。

“自動跟機率和記憶截割率達到90%以上，以前綜放工作面生產人員每班需要14-16人，現在僅需7人，工效達到156噸/工。”在山東能源鮑店煤礦，現場參觀的嘉賓見證了5G專網系統的“神奇”應用。副礦長徐長厚介紹，依托這一系統，鮑店煤礦實現了國內首個真正意義上的智能化綜放工作面常態化運行，達到了“國內一流、世界領先”水平。

據介紹，目前山東能源集團已建成80個智能采煤工作面、71個智能掘進工作面、10個智能礦山示范點，36對礦井取消夜班采掘作業，累計減少井下作業人員9700余人，有力推動了煤礦生產安全的進步。因為“把5G技術與煤炭開采工藝相結合，能夠大大提高煤礦開采數據可視化、開采過程透明化、開采設備智能化、開采現場少人化的進程，有力促進我國煤礦本質安全生產”，今年初，山東能源5G專網系統研發團隊獲得山東省“干事創業好班子（好團隊）”榮譽稱號。

記者了解到，目前山東能源5G專網系統正依托西安、北京、青島等地的特色資源稟賦，拓展技術、市場、資源的全國戰略布局，跟隨山東能源集團全球能源戰略，以前瞻視野布局全球，開拓5G專網系統技術應用新格局。

5G專網系統設備