一、項目概況
中國移動攜手遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司共同打造5G智慧礦山應(yīng)用，采用5G SA+MEC的專用組網(wǎng)架構(gòu)，通過增強型一體化UPF下沉，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)計算，利用5G專網(wǎng)數(shù)據(jù)不出場、低時延、高可靠運行的技術(shù)特點，將井下電機車無人駕駛、破碎機遠程控制、礦山數(shù)字孿生的運行、環(huán)境、報警等數(shù)據(jù)回傳到調(diào)度指揮中心，進行自動化作業(yè)，通過“少人化、無人化”的生產(chǎn)運營，真正實現(xiàn)礦山智能化管控、智慧化管理。
1. 項目背景
5G已是近年來科技領(lǐng)域最熱門的關(guān)鍵詞之一，被稱作“新基建中的領(lǐng)頭羊”。作為經(jīng)濟新動能，5G“新基建”正在邁入起航階段，5G將不斷推動萬物互聯(lián)，持續(xù)推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和技術(shù)創(chuàng)新，各行各業(yè)都在積極探索5G新技術(shù)的應(yīng)用場景和模式。
遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司作為阜新市第一批智慧礦山示范企業(yè)，為落實阜新市委市政府加快推進數(shù)字礦山建設(shè)要求，解決企業(yè)發(fā)展中遇到的礦區(qū)效率低、風(fēng)險大等日益凸顯的問題，需求通過5G網(wǎng)絡(luò)提升礦山的智能化和信息化水平，推動企業(yè)智能化升級改造，打造國家級智慧礦山。結(jié)合生產(chǎn)實際，中國移動通信集團遼寧有限公司通過現(xiàn)場勘查調(diào)研，為貴企業(yè)制定基于5G專網(wǎng)的智慧礦山方案。
2. 項目簡介
（1）礦山技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了四個階段，就是原始階段--機械化階段--數(shù)字化信息化階段--正在向智慧化階段邁進。
原始開采階段：人們主要通過手工和簡單的工具稿刨、锨挖進行礦山的采掘活動，生產(chǎn)主要靠人力，效率極低。
機械化階段：礦山在采掘、運輸、提升、以及生產(chǎn)輔助方面采用大量機械設(shè)備和爆破施工，生產(chǎn)效率得到大大提高，礦井用人數(shù)量大大減少。
數(shù)字化信息化階段：計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了巨大機遇，“用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展”也成為國家的戰(zhàn)略，煤礦開展的“兩化融合”、“三網(wǎng)合一”等工作就是這一階段的典型代表。從字面意義上來講，數(shù)字化就是將“書面”信息轉(zhuǎn)變成電子信息、數(shù)字信息；信息化主要是解決數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)問題。
智慧化階段：當(dāng)前發(fā)達國家在各個領(lǐng)域都快速向智慧時代飛進，例如無人機、巡檢機器人，無人礦卡等。
（2）智慧礦山的發(fā)展是一個不斷進步的過程，而且隨著科技水平的提高，智慧化的程度也將不斷提升。智慧礦山的建設(shè)可劃分為三個階段。
一是單個系統(tǒng)、單項技術(shù)的智能化，實現(xiàn)一個系統(tǒng)、一個崗位的“點上的無人”。
二是多個系統(tǒng)的智慧化，實現(xiàn)部分系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)“面上的無人”。
三是實現(xiàn)“一個礦井的無人”，就是井下生產(chǎn)、安全、后勤系統(tǒng)的全面無人。
結(jié)合目前礦山行業(yè)現(xiàn)狀，針對三個階段性目標(biāo)，部署井下5G無線專網(wǎng)為后續(xù)實現(xiàn)遠程機械控制和無人化作業(yè)打下夯實基礎(chǔ)。
3. 項目目標(biāo)
中國移動助力遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司打造5G+智慧礦山行業(yè)無人化應(yīng)用領(lǐng)先優(yōu)勢，為全社會的數(shù)字化經(jīng)濟發(fā)展提供新動能。
二、項目實施概況
遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司5G+智慧礦山項目通過5G、邊緣計算等通訊前言技術(shù)和冶金產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，用信息通道代替人工路徑，以遠程操控的方式解決了現(xiàn)場操作難度大風(fēng)險高的問題，顯著改善作業(yè)環(huán)境，提升溜井工作效率10%，當(dāng)前階段可減少人力45人，切實為客戶安全高效生產(chǎn)提供保障。
1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
智慧礦山項目主要建設(shè)5G+智慧礦山管控平臺及相關(guān)附屬設(shè)施等，主要包括調(diào)度中心建設(shè)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)升級、井下通風(fēng)系統(tǒng)自動化控制技術(shù)，安全避險系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用等工作內(nèi)容。
利用5G技術(shù)實現(xiàn)井下遠程開采、運輸、提升、選礦等目標(biāo)，從智能設(shè)備和管理系統(tǒng)中獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理信息，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理信息的存儲及上云，通過云計算和人工智能等技術(shù)實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理信息的自動分析、快速處理，實現(xiàn)智能判斷和遠程控制等功能。
排山樓公司智能礦山建設(shè)，總體按照“1146”戰(zhàn)略全面推進：
1是：一個生產(chǎn)調(diào)度指揮中心包含數(shù)據(jù)中心。
1是：一套生產(chǎn)經(jīng)營全流程可視化三維立體管控平臺。
4是：生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)、工藝流程控制、生產(chǎn)經(jīng)營管理、綠色安全環(huán)保。
6是：選冶流程智慧專家系統(tǒng)、井下生產(chǎn)智能化系統(tǒng)、安全環(huán)保智慧管控系統(tǒng)、數(shù)字化采礦系統(tǒng)、基于大數(shù)據(jù)的智慧決策系統(tǒng)、生產(chǎn)經(jīng)營智慧管控系統(tǒng)。
圖1 總體架構(gòu)
2. 網(wǎng)絡(luò)、平臺或安全互聯(lián)架構(gòu)（一個或多個均可）
（1）遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用5GSA+MEC的專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)，服務(wù)模式為尊享模式，井下100米巷道（長830米）全部覆蓋5G專網(wǎng)，通過增強型邊緣UPF下沉到井下100米巷道，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)計算，滿足電機車數(shù)據(jù)不出場、低時延、高可靠運行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求；21個井口采用4G、5G雙網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，滿足井下人員通信需求。
圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
圖3 信源組網(wǎng)
圖4 巷道綜合布線
圖5 天線位置
圖6 饋線安裝位置
井上部分采用BBU+AAU宏基站方式進行覆蓋，BBU安裝在排山樓金礦無線機房，AAU安裝在排山樓金礦樓頂角鋼塔上，通過光纜傳輸，目前井上已經(jīng)開通5G業(yè)務(wù)。
3. 具體應(yīng)用場景和應(yīng)用模式
電機車無人駕駛:5G專網(wǎng)+MEC結(jié)合，通過高清攝像頭，實現(xiàn)電機車無人駕駛及安全監(jiān)控；在利用原有設(shè)施的基礎(chǔ)上，引入先進的遠程駕駛技術(shù)、自動控制技術(shù)和精細化管理技術(shù)，提升系統(tǒng)的整體運行效率和運輸能力。
破碎機遠程控制：變焦攝像頭+5G專網(wǎng)+MEC，通過高清攝像頭，實現(xiàn)破碎機遠程操控；5G低時延實現(xiàn)可靠機械操控，提升工作效率。
礦山數(shù)字孿生：數(shù)字孿生是一個數(shù)據(jù)可視化、人機強交互、工藝自優(yōu)化的高逼真井下巷道三維鏡像作業(yè)場景，數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體的虛擬模型，通過虛實交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，為物理實體提供更加實時、高效、智能的運行或操作服務(wù)，是動態(tài)反饋的數(shù)字化工作面鏡像體，基于設(shè)備運行的感知數(shù)據(jù)，以數(shù)字映射井下實際生產(chǎn)及安全狀況。
4. 安全及可靠性
優(yōu)享模式：公網(wǎng)公用
功能：業(yè)務(wù)加速、業(yè)務(wù)隔離、QoS、DNN、切片
專享模式：公網(wǎng)專用
功能：本地業(yè)務(wù)保障、增強室內(nèi)外無線覆蓋
尊享模式：專網(wǎng)專用
功能：超級上行、用戶專用接入、基站專用
由于電機車無人駕駛要求網(wǎng)絡(luò)時延低于20ms，故選用尊享模式，利用UPF下沉至礦區(qū)，可以滿足網(wǎng)絡(luò)時延低于20ms，選擇共享UPF網(wǎng)絡(luò)時延50ms左右，不能滿足電機車無人駕駛要求，同時利用UPF下沉，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不出礦區(qū)，最大程度保障網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全。
5. 其他亮點
增強型一體化UPF具備UPF+MEP和APP融合能力，同時具備計算和連接能力滿足企業(yè)訴求，極簡運維一站式服務(wù)。MEP能力：負(fù)載均衡、DNS服務(wù)、路由控制、帶寬管理、服務(wù)注冊、NET轉(zhuǎn)換、應(yīng)用代理、應(yīng)用服務(wù)、API能力開放。
當(dāng)前階段，為聚焦礦山行業(yè)市場拓展和業(yè)務(wù)發(fā)展，降低平臺集成復(fù)雜性，提升網(wǎng)絡(luò)與平臺系統(tǒng)結(jié)合效果，對于有邊緣計算功能需求或邊緣云部署需求的礦企用戶，建議按需選擇增強型一體化UPF，增強型一體化UPF兼具UPF和邊緣計算業(yè)務(wù)平臺能力，能夠提供各類軟件應(yīng)用系統(tǒng)運行環(huán)境，實現(xiàn)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)更好的互動。
針對遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司同時要求本地分流及邊緣計算平臺場景：邊緣計算平臺系統(tǒng)為邊緣應(yīng)用提供運行環(huán)境（提供負(fù)載均衡、DNS、路由控制、帶寬管理、API能力開放等MEP功能，提供部署APP所需的虛擬化環(huán)境，支持自研及企業(yè)應(yīng)用同步部署）并實現(xiàn)對邊緣應(yīng)用的管理，除實現(xiàn)礦區(qū)本地分流外，視頻傳輸、遠程控制等應(yīng)用APP可以部署在邊緣計算平臺，建議結(jié)合流量、PDU會話數(shù)、應(yīng)用需求選擇增強型一體化UPF，支持在模型配置基礎(chǔ)上按需擴展邊緣云規(guī)模和能力。
三、下一步實施計劃
1. 計劃1
2023年工作內(nèi)容：
整合公司內(nèi)部所有生產(chǎn)部門的工業(yè)自動化系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并實現(xiàn)其數(shù)據(jù)上云，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)自動存儲、分析和處理等功能，為生產(chǎn)和管理提供決策依據(jù)。
整合公司內(nèi)部所有辦公和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)和辦公數(shù)據(jù)融合，消除信息孤島，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，提高辦公自動化程度和效率。
2. 計劃2
2024年工作內(nèi)容：
實現(xiàn)辦公、管理、安全和生產(chǎn)管理系統(tǒng)融合，將所有生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心，并利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)處理，自動生產(chǎn)管理指令下發(fā)給生產(chǎn)和管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)智慧礦山的智能管理。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
通過增強型一體化UPF下沉，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)計算，利用5G專網(wǎng)數(shù)據(jù)不出場、低時延、高可靠運行的技術(shù)特點，將井下電機車無人駕駛、破碎機遠程控制、鏟運機遠程控制的運行、環(huán)境、報警等數(shù)據(jù)回傳到調(diào)度指揮中心，進行自動化作業(yè)，通過“少人化、無人化”的生產(chǎn)運營，真正實現(xiàn)礦山智能化管控、智慧化管理。
3. 實施效果
中國移動助力遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司打造5G+智慧礦山行業(yè)無人化應(yīng)用領(lǐng)先優(yōu)勢，為全社會的數(shù)字化經(jīng)濟發(fā)展提供新動能。
