淺析4G-LTE專網(wǎng)在露天礦的應(yīng)用

聶利軍

【摘? 要】 信息化建設(shè)已然成為各個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展新趨勢，，將“信息化和工業(yè)化”深度融合，利用信息化帶動工業(yè)化，用工業(yè)化提升信息化的實用性。露天煤礦地形復(fù)雜，區(qū)域覆蓋大，若通信手段跟不上，就無法開展正常的作業(yè)需求。因此，露天煤礦構(gòu)建高效的通信系統(tǒng)極為重要。4G-LTE通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)能夠滿足地形復(fù)雜、滿足地域廣的特點，因此4G-LTE無線通信系統(tǒng)有著其獨特的優(yōu)勢.，4G-LTE在卡車調(diào)度、視頻調(diào)度以及其他通信手段方面，都能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、高效率的完成調(diào)度功能。利用專網(wǎng)可以實現(xiàn)安全預(yù)警、應(yīng)急處理，并且減少了人力物力的投入，提升了露天煤礦企業(yè)的利益。未來通信系統(tǒng)需要向著智能化、綠色化、自動化方向深入發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】4G-LTE專網(wǎng);露天礦;應(yīng)用

引言

信息化建設(shè)已然成為各個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展新趨勢，將“信息化和工業(yè)化”深度融合，利用信息化帶動工業(yè)化，用工業(yè)化提升信息化的實用性。露天煤礦通常位置偏遠(yuǎn)，且地質(zhì)較為復(fù)雜，增加了管理難度。在煤礦開采中，需要對整個作業(yè)進(jìn)行視頻監(jiān)控、采運調(diào)度、應(yīng)急指揮，并且能夠?qū)?shù)據(jù)信息收集分析，發(fā)現(xiàn)運營過程中的危險信號源，提前做出布置。所以提高露天煤礦的信息數(shù)據(jù)通信處理能力極為重要。傳統(tǒng)的利用有線網(wǎng)路構(gòu)架通信網(wǎng)絡(luò)，其不僅僅需要架設(shè)巨大的有線網(wǎng)絡(luò)，還需要解決各種工程建設(shè)問題費時費力。如何解決信息調(diào)度管理，建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)已成為必然趨勢。

1.4G-LTE專網(wǎng)技術(shù)概述

通信技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對于作作業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控、視頻圖像傳輸、數(shù)據(jù)傳輸以及遠(yuǎn)程調(diào)度等方面要求越來越高，公用的4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)依然無法滿足企業(yè)需求。在煤礦行業(yè)，通信系統(tǒng)也經(jīng)歷了從模擬對講（對講機(jī)），窄帶模擬集群，PDT窄帶數(shù)字集群，COFDM無線圖傳然后發(fā)展到LTE寬帶數(shù)字集群。4G-LTE依然成為主流發(fā)展趨勢。LTE是“l(fā)ong term evolution”的英文縮寫，LTE在應(yīng)用層面主要劃分兩個層次，第一種基于公網(wǎng)的LTE終端（DTU），第二種LTE專網(wǎng)應(yīng)用，第一種技術(shù)相對而言，技術(shù)要求低，行業(yè)門檻低，因此競爭極為激烈。專用的TLE網(wǎng)絡(luò)，涉及到物理傳輸層和系統(tǒng)應(yīng)用層的融合，使用于安全性能要求高，穩(wěn)定可靠的行業(yè)客戶，因此在煤礦選取LTE方面，需要采用4G-LTE專網(wǎng)。

4G-LTE專網(wǎng)基站主要包括基帶處理單元（BBU）、射頻單元（RRU）、核心網(wǎng)（EPC）以及指揮調(diào)度系統(tǒng)組成如圖1所示。該通信網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)多種通信模式，如一體化便攜專網(wǎng)基站+ 專網(wǎng)手機(jī);一體化便攜專網(wǎng)基站 + CPE + 攝錄裝置;一體化便攜專網(wǎng)基站 + CPE + MESH自組網(wǎng) + 終端機(jī)等進(jìn)行音視頻傳輸，有著良好的通信能力。

該專網(wǎng)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的3g網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)勢主要在于體積小、重量輕、安裝方便，支持LTE雙流MIMO，具備高集成度、高性能、高帶寬和靈活性強(qiáng)等特點。

2.露天煤礦系統(tǒng)構(gòu)建案例

一個網(wǎng)絡(luò)可以承載語音，視頻，數(shù)據(jù)和其他服務(wù)?，F(xiàn)有的800m TETRA系統(tǒng)，網(wǎng)格系統(tǒng)和坡度監(jiān)控系統(tǒng)多種多樣，具有獨立的無線系統(tǒng)，眾多的站點以及復(fù)雜的操作和維護(hù)?，F(xiàn)在，我們可以通過9個基站的網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)多個無線網(wǎng)絡(luò)的集成，這更加便于操作和維護(hù)。LTE被廣泛覆蓋以減輕地形變化的干擾。傳統(tǒng)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)基于WiFi技術(shù)，經(jīng)過多跳后覆蓋范圍有限，帶寬有限。隨著采礦的跟進(jìn)，隨時都有盲區(qū)，這會影響采礦效率。因此，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)需要不斷優(yōu)化，運維人員需要隨時待命，以進(jìn)行實時優(yōu)化。 LTE系統(tǒng)的優(yōu)點是覆蓋范圍廣，覆蓋距離可以達(dá)到2km半徑，地形變化對LTE的覆蓋影響很小，因此無需優(yōu)化運維人員，提高網(wǎng)絡(luò)利用率?！?CPE +攝像頭”模式實現(xiàn)了按需視頻監(jiān)控的靈活部署：由于礦區(qū)地形復(fù)雜，難以進(jìn)行有線施工，周期長，容易被車輛損壞。在部署監(jiān)控攝像機(jī)之前，需要考慮多個因素，而這些因素通常無法按需部署。利用LTE專用網(wǎng)和CPE寬帶接入終端帶寬大的優(yōu)勢，解決了攝像機(jī)部署的問題，實現(xiàn)了靈活的部署。未來，通過開發(fā)采礦作業(yè)應(yīng)用程序，可以實現(xiàn)移動辦公，移動作業(yè)等功能，業(yè)務(wù)將更加豐富。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了對露天礦中主要采礦設(shè)備（卡車，電鏟，鉆機(jī)，工程機(jī)械等）的位置和工作狀態(tài)的跟蹤，并實時監(jiān)控運行情況卡車和電鏟，以適應(yīng)采礦生產(chǎn)過程中的變化。它可以實現(xiàn)卡車，電鏟等礦山設(shè)備的實時優(yōu)化調(diào)度，自動，及時，高效地安排礦山設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)，從而優(yōu)化礦山生產(chǎn)過程的管理，提高產(chǎn)量，節(jié)約成本，實現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益。目前，該系統(tǒng)已完全滿足使用需求，并在生產(chǎn)系統(tǒng)中發(fā)揮了作用。相信在不久的將來，隨著終端數(shù)量的增加以及各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的持續(xù)在線，這個基本信息網(wǎng)絡(luò)將發(fā)揮重要作用。

3.? 4G-LTE專網(wǎng)具體應(yīng)用

3.1 4G-LTE網(wǎng)絡(luò)在卡車智能調(diào)度中的應(yīng)用

煤礦開采作業(yè)中，需要大量的運輸機(jī)械，如果機(jī)械設(shè)備調(diào)度不合理，不僅會耽誤作業(yè)生產(chǎn)，還造成了人力物力的浪費。因此提升調(diào)度系統(tǒng)能力，保證運輸作業(yè)正常運行。

通信系統(tǒng)是卡車調(diào)度系統(tǒng)中的中樞神經(jīng)，通信網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)的各個組成部分有機(jī)的銜接起來。通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋乏味、通信質(zhì)量、通信速率都會影響整個系統(tǒng)的運作質(zhì)量。卡車調(diào)度管理系統(tǒng)，要實時掌握現(xiàn)場設(shè)備的運行聲場情況，因此要求通信設(shè)備具有較好的實時特性。4G系統(tǒng)恰好能夠滿足以上需求，在使用過程中，利用4G專網(wǎng)的輸入設(shè)備，監(jiān)控探測實時生產(chǎn)情況，并將實時生產(chǎn)情況發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)處理端對數(shù)據(jù)賽選分析，然后得出是否需要派出車輛，或者應(yīng)該以怎樣的路線進(jìn)行進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)，借助LTE專網(wǎng)通信系統(tǒng)，將所產(chǎn)生的決策信息發(fā)送到卡車運輸調(diào)度系統(tǒng)，繼而將決策分配到卡車終端，實現(xiàn)精細(xì)化的配礦過程。通過4G專網(wǎng)實現(xiàn)了卡車調(diào)度的智能化，提高了設(shè)備運行效率，根據(jù)相關(guān)研究證明，4G-LTE專網(wǎng)應(yīng)用到卡車調(diào)度系統(tǒng)之中，效率提升了8%～30%，油耗降低了3%～15%。因此不斷加深卡車調(diào)度智能化應(yīng)用水平，對于露天煤礦開采企業(yè)而言具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

4G-LTE強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集處理能力，也會將整個系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)保留下來，形成產(chǎn)量、周轉(zhuǎn)量、設(shè)備出動率、故障率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，即可對整個調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出系統(tǒng)中存在的不足，繼而進(jìn)行優(yōu)化，提升調(diào)度的科學(xué)性和合理性，讓整個調(diào)度工作變得更加簡單方便科學(xué)。

3.2 4G-LTE專網(wǎng)在視頻語音調(diào)度中的應(yīng)用

視頻調(diào)度作為煤礦調(diào)度系統(tǒng)中不可或缺的系統(tǒng)，是保證安全生產(chǎn)，人員安全的重要保證。露天煤礦其特點在于辦公區(qū)域和生產(chǎn)區(qū)域單獨劃分區(qū)域，相距較遠(yuǎn)，因此利用視頻語音調(diào)度是不可避免的。視頻語音以及定位軟件多媒體聯(lián)聯(lián)動，完成調(diào)度功能，具體應(yīng)用方面。

4G-LTE專網(wǎng)視頻語音多媒體調(diào)度系統(tǒng)是由多媒體調(diào)度通信系統(tǒng)、無線網(wǎng)寬帶系統(tǒng)、視頻監(jiān)控空系統(tǒng)、礦區(qū)廣播系統(tǒng)組成。所有的系統(tǒng)均基于礦區(qū)的IP網(wǎng)絡(luò)部署，通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的交互。

視頻語音調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)主要分為三層，分別是核心層、接入層和應(yīng)用層。其中核心層設(shè)備是調(diào)度服務(wù)器、記錄服務(wù)器、視頻服務(wù)器以及其他服務(wù)器舍恩比，所有的設(shè)備都有連接到以4G-LTE形成的網(wǎng)絡(luò)基站。應(yīng)用層設(shè)備包括多媒體命令和調(diào)度控制臺，辦公電話，無線手持終端，廣播喇叭，音頻和視頻終端等。各種終端可以根據(jù)以下要求部署適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤K端：礦區(qū)的各種運營和辦公區(qū)域。

4G-LTE專網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能，各部門視頻會議的實時召開與記錄、緊急視頻接入功能、調(diào)度視頻效果，實時顯示工作人員在系統(tǒng)中的位置，視頻記錄功能，語音和視頻的調(diào)度操作在同一調(diào)度接口上進(jìn)行，支持音視頻聯(lián)合調(diào)度。

3.3礦區(qū)的MMS服務(wù)

4G無線通信系統(tǒng)提供彩信發(fā)送服務(wù)。移動終端（包括手持站和車輛站）和調(diào)度站都可以方便地編輯和發(fā)送MMS。發(fā)送方式支持點對點傳輸，也支持點對多點和點對組傳輸。當(dāng)維修人員發(fā)現(xiàn)異常情況時，在現(xiàn)場拍照后將圖像實時發(fā)回調(diào)度中心或指定人員;調(diào)度中心將編輯后的彩信以說明文字的形式發(fā)送給相關(guān)人員，以便相關(guān)人員能夠快速，準(zhǔn)確地了解關(guān)鍵信息。同時，相關(guān)專家根據(jù)MMS的內(nèi)容分析對策，指導(dǎo)維修人員進(jìn)行維修。

3.4礦區(qū)流動辦公室

通過4G無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)礦區(qū)移動辦公，辦公效率可以大大提高。例如，它可以實現(xiàn)用戶定義的電子表格，文檔發(fā)送和接收，流程批準(zhǔn)等功能，可以有效地解決采礦業(yè)務(wù)頻繁變化的實際情況。同時結(jié)合推送郵件功能，可以確保管理人員在任務(wù)到達(dá)或郵件到達(dá)的第一時間自動提醒;它可以實現(xiàn)與露天礦自動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，從而為管理人員提供實時，準(zhǔn)確的露天礦安全生產(chǎn)狀況。

3.5數(shù)字礦山相關(guān)業(yè)務(wù)

4G無線通訊系統(tǒng)為數(shù)字礦山建立了無線高速公路，包括礦山智能調(diào)度，卡車輪胎在線監(jiān)測，鉆孔深度自動監(jiān)測，炸藥裝載卡車監(jiān)測，鉆機(jī)打孔精確定位，露天煤礦燃油監(jiān)測，電源和配電監(jiān)控視頻，實時數(shù)據(jù)采集調(diào)度和操作管理，ERPPM模塊管理以及技術(shù)管理，應(yīng)急管理，地質(zhì)勘測和生產(chǎn)設(shè)計管理（一個地圖管理），電源和配電遠(yuǎn)程控制，團(tuán)隊后高速公路的管理系統(tǒng)和移動終端學(xué)習(xí)可以應(yīng)用在這條高速公路上。

4.? 4G-LTE在煤礦應(yīng)用方面的發(fā)展趨勢

2020年3月，國家發(fā)改委聯(lián)合其他八部委共同發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，從《意見》發(fā)布也可以看出，國家對于煤礦智能化工作的重視。而4G-LTE專網(wǎng)在露天煤礦應(yīng)用方面有著獨特優(yōu)勢，未來應(yīng)用會不斷加深。

（1）在現(xiàn)有的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)之上，開展視頻綜合應(yīng)用平臺、視覺分析技術(shù)，對卡車、工作人員、工作設(shè)備進(jìn)行身份識別，軌跡識別、環(huán)境判別等，達(dá)到了真正的全方位監(jiān)控。

（2）應(yīng)急通信能力的加強(qiáng)，根據(jù)《意見》的要求，煤礦企業(yè)在2021年需要構(gòu)建成多種類型、多種模式的智能化示范煤礦，在2025年要對大型煤礦和災(zāi)害是實現(xiàn)智能化管理。

5.結(jié)束語

露天煤礦地形復(fù)雜，區(qū)域覆蓋大，若通信手段跟不上，就無法開展正常的作業(yè)需求。因此，露天煤礦構(gòu)建高校的通信系統(tǒng)極為重要。通過全文論述，得出以下結(jié)論：

（1）4G-LTE通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)能夠滿足地形復(fù)雜、滿足地域廣的特點，因此4G-LTE無線通信系統(tǒng)有著其獨特的優(yōu)勢;

（2）4G-LTE在卡車調(diào)度、視頻調(diào)度以及其他通信手段方面，都能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、高效率的完成調(diào)度功能;

（3）利用專網(wǎng)可以實現(xiàn)安全預(yù)警、應(yīng)急處理，并且減少了人力物力的投入，提升了露天煤礦企業(yè)的利益。

（4）未來通信系統(tǒng)需要向著智能化、綠色化、自動化方向深入發(fā)展。

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