5G通信技術在智能礦山中的應用

上海山源電子科技股份有限公司 景杰

為了解決智能礦山在開采建設中的安全與應用問題，并提升整體的應用效果，對5G通信技術在智能礦山中的應用進行分析與研究。通過設立智能應用目標跟蹤，進行5G通信技術下雙向應用架構的設計，同時，結合應用架構，利用5G IPRAN環網最終實現智能礦山中的應用。最終的實例分析結果表明：在不同位置的測試礦井下，對比于未應用5G通信技術的智能礦山應用測試組，本文所設計的測試組最終得出的可控誤差相對較低，均在5%以下，表明應用效果相對較好，具有實際的應用意義。

我國是礦山資源比較多的國家，這樣使得礦山企業逐漸成為我國經濟的主要支柱之一[1]。隨著開礦工程數量的逐年增多，相對應的礦山開采技術也得到了充分的創新與發展，因此，安全、高效、環保和綠色便成為我國礦山開采的主要目標[2]。在進行開采的過程中，通常會涉及較多的關聯性技術，部分細節處也需要作一定的關聯。比如礦產資源的開采、井下無線通信、自適應生產、遠程操控等，這些工作的執行與控制對于最終的礦山開采效果均會造成極為嚴重的影響[3]。隨著5G技術的出現與完善，5G技術在智能礦山的工作中實現了高質量的應用，存在的限制條件更少，對于控制信號的處理與傳送效果效果也更佳。

目前我國在智能礦山中最為常用的通信技術便是有線通信與無線通信，雖然可以完成智能礦山日常工作的目標和任務，實現執行信號的傳輸與共享，但在實際應用的過程中，仍然存在延時長、穩定性差等缺點[4]。當將5G技術應用在工作中時候，傳統的通信結構受到了極大地沖擊，5G技術可以幫助操作者計算出更為精準的數據信息，同時在復雜的礦山處理環境之下，還可以結合大數據、互聯網等平臺，進一步降低存在的應用誤差，形成更為完整、系統以及全面的應用結構，為智能化礦山生產奠定堅實的基礎[5]。因此，對5G通信技術在智能礦山中的應用進行具體的分析與探究。在較為真實的環境之下，結合5G通信技術，再加上互聯網處理平臺的輔助，最大程度地發揮作用，依據應用高效、延時短、可靠性高、經濟性好等優勢，形成更加貼合實際的應用結構，進而提升整體的應用效果，幫助智能礦山以及相關行業邁入新的發展臺階。

1 5G通信技術在智能礦山中的應用探析

1.1 智能應用目標跟蹤設立

跟蹤設立實際上是一種多層級的目標設立模式，主要是依據實際的應用情況，結合對應的傳輸技術，形成的具有跟蹤性的目標設立。此種目標設立方式實際上更加符合智能礦山的應用模式。這主要是因為跟蹤目標的設立可以隨時調整更改，這樣在一定程度上便可以盡量降低應用的誤差與問題，達到成本控制的目的。結合5G通信技術，以及三維模擬技術，創建較為真實的應用環境，并對涉及的數據信息進行對應地還原[6]。完成之后，將三維模型與智能礦山控制系統相關聯，設定一致執行范圍，對礦山實際的生產情況以及工程進度依據特殊的形式進行匯總整合，實現跟蹤和動態化管控設定。為了確保目標的跟蹤范圍合理，進行通信覆蓋延伸，同時，擴大信號的傳輸距離，計算出雙向跟蹤距離，具體如公式(1)所示：

1.2 5G通信技術下雙向應用架構設計

智能礦山其實在實際應用的過程中，為工程的實施以及指令的執行提供了極大地便利，同時也在整體上增強礦山開采地實際效率[7]。而5G通信技術主要是對無線傳輸技術以及網絡技術進行雙向控制的系統性通信傳輸技術。所以在應用的過程中，可以將初始的開采執行架構作為基礎，創建一個完整靈活的應用架構，具體如圖1所示：

圖1 5G通信技術下雙向應用架構結構圖Fig.1 Structure diagram of the two-way application architecture under 5G communication technology

由于5G技術自身具有一定的雙向性，這在應用的過程中可以形成更加符合面向服務的網絡體系架構，所以，采用同一多載波的頻譜，設定在網絡架構的控制區域之中，形成關聯性的天線傳輸列陣，此時，在發送相關的設備執行信號時，可以進行信號的加密與擴展，確保信號的精準性以及單獨性，整個架構不僅擴大了雙向傳輸的波長范圍，同時也提高了應用過程中的傳輸速率，避免信號的傳輸交疊，進一步完善了整個應用架構。

1.3 5G IPRAN環網實現智能礦山中的應用

在5G技術中，IPRAN環網是一種數據循環比照單點處理網。在礦山工程實施的過程中，將5G技術IPRAN環網與智能礦山相關聯，分析提取存在的單點礦山故障問題，通過環形組網的比照模式，來制定具有針對性的應用方案，進一步解決通信問題。可以先利用5G技術IPRAN環網創建交換應用結構，將智能礦山工程以三維模型的形式添加在結構之中，構建更大面積的井下萬兆環網，并依據實際的處理需求，將平滑系數重新調整，如果礦山應用面積較小，平滑系數可以設定在3萬以下，反之，如果礦山應用面積較大，平滑系數可以逐漸向5萬過渡。利用環網進行智能礦山的接地工作，實現多設備的雙向控制，采用多余纖芯預留和過路纖芯直熔的方式，設計智能礦山抗災預警結構，以此來進一步確保5G技術在智能礦山中的安全應用，提升綜合的應用效果，推動我國礦山行業不斷創新與完善。

2 實例分析

本次實驗對Q礦山的工程應用效果進行驗證與分析。選取Q礦山一個特定的區域作為本次測試的對應目標，同時實例分析在較為真實的環境之下進行，依據對應的結構，得出最終的分析結果。

2.1 Q礦山工程現狀分析

Q礦山位于我國西北地區，礦山的實際面積較大，且地勢環境十分復雜，Q礦山地勢嚴峻陡峭，山下分離河流，礦產資源經過勘測集中在礦山的中部區域。在Q礦山工程建設的過程中，智能礦山網絡呈現出星形布局，同時，相對應的礦山預設線纜也與控制設備相關聯。不僅如此，由于礦山的環境十分糟糕，這樣使得在工程建設的過程中，存在較多的阻礙與困難。其中最為嚴重的便是執行指令信號傳輸的問題。通常情況下，在日常的開采過程中，都需要大型設備的支持與輔助，這樣才能大型礦石處理與應用，但是由于外部因素的影響，再加上內部網絡環境較差，使得執行信號在傳輸的過程中，時常會出現延時或者誤差問題的出現，這些情況雖然不會對開采工程造成較大的影響，但是在實際應用的過程中，會拉低對應的工作質量和效率，產生一定的關聯性損失。

這種模式還極容易造成智能礦山的單點故障，使部分設備突然處于離線的狀態，造成工程進度拖拉。礦區井下的處理一般會關聯無線網、工業以太網以及互聯網等平臺進行控制與執行，在這樣多網并聯的情況下，傳統的通信網絡無法將信號及時而又精準地傳送到預設的系統，同時還會造成網絡混亂。由于網絡的承載力較差，Q智能礦山的多通訊協議共存也不能及時完成。形成較為糟糕的應用現狀。所以，在上述現狀的基礎之上，需要對Q礦區5G技術在智能礦山中的應用進行更為具體的分析與研究。

2.2 實例驗證

通過對上述Q礦區智能礦山的應用現狀的分析后，進行具體的實例驗證。依據實際的應用需求和工程執行情況，進行相關指標的更改與調整，具體如表1所示：

根據表1中的數據信息，最終完成對Q礦區智能礦山指標更改、調整。完成之后，接下來，將5G通信傳輸平臺與Q礦區的智能礦山處理平臺相關聯，計算出雙向執行指令的多維系數，具體如公式(2)所示：

表1 Q礦區智能礦山指標更改、調整表Tab.1 Change and adjustment table of intelligent mine index in Q mining area

公式(2)中：K表示雙向執行指令的多維系數，β表示時延系數，d表示密度傳輸誤差。通過上述計算，最終可以得出實際的雙向執行指令的多維系數。將其設定在執行的控制系統或者平臺之中，確保礦山指令執行過程中，具備的一致性與穩定性，增加應用的可靠程度。隨后，需要對5G執行指令的標準值以及關聯比例進行預設，具體如表2所示：

根據表2中的數據信息，最終可以完成對5G執行指令標準值以及關聯比例的預設。完成之后，結合上述所設立的Q礦區智能礦山指標數值，創建實際的應用結構與應用模型，得出最終的Q礦區智能礦山的應用結果，對其進行分析與研究，具體如表3所示：

表2 5G執行指令標準值以及關聯比例預設表Tab.2 5G execution instruction standard value and correlation scale preset table

根據表3中的數據信息，最終可以得出實際的實例分析結果：在不同位置的測試礦井下，對比于未應用5G通信技術的智能礦山應用測試組，本文所設計的測試組最終得出的可控誤差相對較低，均在5%以下，表明應用效果相對較好，具有實際的應用價值。

表3 Q礦區智能礦山應用分析結果表Tab.3 Results of application analysis of intelligent mine in Q mining area

3 結語

綜上所述，便是對5G通信技術在智能礦山中的應用的分析與研究。5G通信＋智能礦山的結合對于相關行業的發展既是機遇，也是一種挑戰，對比于傳統的應用模式，5G通信技術具有更強的靈活性和多變性。在礦山工作中，云計算與互聯網的結合，再加上智能礦山的對比，可以進一步縮小應用的誤差。5G技術可以關聯礦山中的設備，利用計算機實現更為高效地控制，避免出現大范圍的應用誤差。不僅如此，5G技術的應用一定程度上加快了安全生產管控一體化建設的進程，形成產業集聚和項目牽引，形成新型的智慧礦山產業鏈，具有極大的現實經濟價值。