5G通信技术在智能矿山中的应用

上海山源电子科技股份有限公司 景杰

为了解决智能矿山在开采建设中的安全与应用问题，并提升整体的应用效果，对5G通信技术在智能矿山中的应用进行分析与研究。通过设立智能应用目标跟踪，进行5G通信技术下双向应用架构的设计，同时，结合应用架构，利用5G IPRAN环网最终实现智能矿山中的应用。最终的实例分析结果表明：在不同位置的测试矿井下，对比于未应用5G通信技术的智能矿山应用测试组，本文所设计的测试组最终得出的可控误差相对较低，均在5%以下，表明应用效果相对较好，具有实际的应用意义。

我国是矿山资源比较多的国家，这样使得矿山企业逐渐成为我国经济的主要支柱之一[1]。随着开矿工程数量的逐年增多，相对应的矿山开采技术也得到了充分的创新与发展，因此，安全、高效、环保和绿色便成为我国矿山开采的主要目标[2]。在进行开采的过程中，通常会涉及较多的关联性技术，部分细节处也需要作一定的关联。比如矿产资源的开采、井下无线通信、自适应生产、远程操控等，这些工作的执行与控制对于最终的矿山开采效果均会造成极为严重的影响[3]。随着5G技术的出现与完善，5G技术在智能矿山的工作中实现了高质量的应用，存在的限制条件更少，对于控制信号的处理与传送效果效果也更佳。

目前我国在智能矿山中最为常用的通信技术便是有线通信与无线通信，虽然可以完成智能矿山日常工作的目标和任务，实现执行信号的传输与共享，但在实际应用的过程中，仍然存在延时长、稳定性差等缺点[4]。当将5G技术应用在工作中时候，传统的通信结构受到了极大地冲击，5G技术可以帮助操作者计算出更为精准的数据信息，同时在复杂的矿山处理环境之下，还可以结合大数据、互联网等平台，进一步降低存在的应用误差，形成更为完整、系统以及全面的应用结构，为智能化矿山生产奠定坚实的基础[5]。因此，对5G通信技术在智能矿山中的应用进行具体的分析与探究。在较为真实的环境之下，结合5G通信技术，再加上互联网处理平台的辅助，最大程度地发挥作用，依据应用高效、延时短、可靠性高、经济性好等优势，形成更加贴合实际的应用结构，进而提升整体的应用效果，帮助智能矿山以及相关行业迈入新的发展台阶。

1 5G通信技术在智能矿山中的应用探析

1.1 智能应用目标跟踪设立

跟踪设立实际上是一种多层级的目标设立模式，主要是依据实际的应用情况，结合对应的传输技术，形成的具有跟踪性的目标设立。此种目标设立方式实际上更加符合智能矿山的应用模式。这主要是因为跟踪目标的设立可以随时调整更改，这样在一定程度上便可以尽量降低应用的误差与问题，达到成本控制的目的。结合5G通信技术，以及三维模拟技术，创建较为真实的应用环境，并对涉及的数据信息进行对应地还原[6]。完成之后，将三维模型与智能矿山控制系统相关联，设定一致执行范围，对矿山实际的生产情况以及工程进度依据特殊的形式进行汇总整合，实现跟踪和动态化管控设定。为了确保目标的跟踪范围合理，进行通信覆盖延伸，同时，扩大信号的传输距离，计算出双向跟踪距离，具体如公式(1)所示：

1.2 5G通信技术下双向应用架构设计

智能矿山其实在实际应用的过程中，为工程的实施以及指令的执行提供了极大地便利，同时也在整体上增强矿山开采地实际效率[7]。而5G通信技术主要是对无线传输技术以及网络技术进行双向控制的系统性通信传输技术。所以在应用的过程中，可以将初始的开采执行架构作为基础，创建一个完整灵活的应用架构，具体如图1所示：

图1 5G通信技术下双向应用架构结构图Fig.1 Structure diagram of the two-way application architecture under 5G communication technology

由于5G技术自身具有一定的双向性，这在应用的过程中可以形成更加符合面向服务的网络体系架构，所以，采用同一多载波的频谱，设定在网络架构的控制区域之中，形成关联性的天线传输列阵，此时，在发送相关的设备执行信号时，可以进行信号的加密与扩展，确保信号的精准性以及单独性，整个架构不仅扩大了双向传输的波长范围，同时也提高了应用过程中的传输速率，避免信号的传输交叠，进一步完善了整个应用架构。

1.3 5G IPRAN环网实现智能矿山中的应用

在5G技术中，IPRAN环网是一种数据循环比照单点处理网。在矿山工程实施的过程中，将5G技术IPRAN环网与智能矿山相关联，分析提取存在的单点矿山故障问题，通过环形组网的比照模式，来制定具有针对性的应用方案，进一步解决通信问题。可以先利用5G技术IPRAN环网创建交换应用结构，将智能矿山工程以三维模型的形式添加在结构之中，构建更大面积的井下万兆环网，并依据实际的处理需求，将平滑系数重新调整，如果矿山应用面积较小，平滑系数可以设定在3万以下，反之，如果矿山应用面积较大，平滑系数可以逐渐向5万过渡。利用环网进行智能矿山的接地工作，实现多设备的双向控制，采用多余纤芯预留和过路纤芯直熔的方式，设计智能矿山抗灾预警结构，以此来进一步确保5G技术在智能矿山中的安全应用，提升综合的应用效果，推动我国矿山行业不断创新与完善。

2 实例分析

本次实验对Q矿山的工程应用效果进行验证与分析。选取Q矿山一个特定的区域作为本次测试的对应目标，同时实例分析在较为真实的环境之下进行，依据对应的结构，得出最终的分析结果。

2.1 Q矿山工程现状分析

Q矿山位于我国西北地区，矿山的实际面积较大，且地势环境十分复杂，Q矿山地势严峻陡峭，山下分离河流，矿产资源经过勘测集中在矿山的中部区域。在Q矿山工程建设的过程中，智能矿山网络呈现出星形布局，同时，相对应的矿山预设线缆也与控制设备相关联。不仅如此，由于矿山的环境十分糟糕，这样使得在工程建设的过程中，存在较多的阻碍与困难。其中最为严重的便是执行指令信号传输的问题。通常情况下，在日常的开采过程中，都需要大型设备的支持与辅助，这样才能大型矿石处理与应用，但是由于外部因素的影响，再加上内部网络环境较差，使得执行信号在传输的过程中，时常会出现延时或者误差问题的出现，这些情况虽然不会对开采工程造成较大的影响，但是在实际应用的过程中，会拉低对应的工作质量和效率，产生一定的关联性损失。

这种模式还极容易造成智能矿山的单点故障，使部分设备突然处于离线的状态，造成工程进度拖拉。矿区井下的处理一般会关联无线网、工业以太网以及互联网等平台进行控制与执行，在这样多网并联的情况下，传统的通信网络无法将信号及时而又精准地传送到预设的系统，同时还会造成网络混乱。由于网络的承载力较差，Q智能矿山的多通讯协议共存也不能及时完成。形成较为糟糕的应用现状。所以，在上述现状的基础之上，需要对Q矿区5G技术在智能矿山中的应用进行更为具体的分析与研究。

2.2 实例验证

通过对上述Q矿区智能矿山的应用现状的分析后，进行具体的实例验证。依据实际的应用需求和工程执行情况，进行相关指标的更改与调整，具体如表1所示：

根据表1中的数据信息，最终完成对Q矿区智能矿山指标更改、调整。完成之后，接下来，将5G通信传输平台与Q矿区的智能矿山处理平台相关联，计算出双向执行指令的多维系数，具体如公式(2)所示：

表1 Q矿区智能矿山指标更改、调整表Tab.1 Change and adjustment table of intelligent mine index in Q mining area

公式(2)中：K表示双向执行指令的多维系数，β表示时延系数，d表示密度传输误差。通过上述计算，最终可以得出实际的双向执行指令的多维系数。将其设定在执行的控制系统或者平台之中，确保矿山指令执行过程中，具备的一致性与稳定性，增加应用的可靠程度。随后，需要对5G执行指令的标准值以及关联比例进行预设，具体如表2所示：

根据表2中的数据信息，最终可以完成对5G执行指令标准值以及关联比例的预设。完成之后，结合上述所设立的Q矿区智能矿山指标数值，创建实际的应用结构与应用模型，得出最终的Q矿区智能矿山的应用结果，对其进行分析与研究，具体如表3所示：

表2 5G执行指令标准值以及关联比例预设表Tab.2 5G execution instruction standard value and correlation scale preset table

根据表3中的数据信息，最终可以得出实际的实例分析结果：在不同位置的测试矿井下，对比于未应用5G通信技术的智能矿山应用测试组，本文所设计的测试组最终得出的可控误差相对较低，均在5%以下，表明应用效果相对较好，具有实际的应用价值。

表3 Q矿区智能矿山应用分析结果表Tab.3 Results of application analysis of intelligent mine in Q mining area

3 结语

综上所述，便是对5G通信技术在智能矿山中的应用的分析与研究。5G通信＋智能矿山的结合对于相关行业的发展既是机遇，也是一种挑战，对比于传统的应用模式，5G通信技术具有更强的灵活性和多变性。在矿山工作中，云计算与互联网的结合，再加上智能矿山的对比，可以进一步缩小应用的误差。5G技术可以关联矿山中的设备，利用计算机实现更为高效地控制，避免出现大范围的应用误差。不仅如此，5G技术的应用一定程度上加快了安全生产管控一体化建设的进程，形成产业集聚和项目牵引，形成新型的智慧矿山产业链，具有极大的现实经济价值。