自2015年4月黃陵一礦開創(chuàng)綜采工作面采場無人化采煤先河以來，我國煤礦智能化發(fā)展腳步不斷加快，全國已建成300多個智能化工作面。但即便如此，目前，行業(yè)對煤礦智能化建設的定位是“仍處于初級階段”。針對無人化工作面，多位煤礦總工程師也向記者直言“還不敢讓其常態(tài)化地進行遠程控制”。
煤礦智能化建設在發(fā)展過程中遇到了哪些問題？新基建下，5G熱潮同樣席卷煤礦，備受關注的5G到底能為煤礦做什么？帶著這些問題，記者近日采訪了中國煤炭科工集團開采科技創(chuàng)新中心智能開采室主任趙國瑞。
“可解決對應問題的技術才是我們需要的”——5G契合煤礦智能化建設需求
煤礦智能化要求煤礦主要系統(tǒng)具有自感知、自學習、自決策與自執(zhí)行的基本能力，要實現(xiàn)這些能力，目前還有諸多問題有待解決。
“煤礦井下感知還沒有全面化，不能滿足智能角色的需求。”趙國瑞告訴記者，目前煤礦采集到最多的數(shù)據(jù)是設備本身的運行數(shù)據(jù)，環(huán)境、設備姿態(tài)等數(shù)據(jù)很少能采集到，不知道設備在環(huán)境中的位置和狀態(tài)，就無法精準進行下一步?jīng)Q策。
趙國瑞指出，煤礦井下越來越多地使用高清攝像頭，傳輸數(shù)據(jù)種類多、數(shù)量大，4G已無法滿足這些數(shù)據(jù)的帶寬要求。“同時，在目前以太網(wǎng)和4G架構下，延時可能是500毫秒也可能是2分鐘，延時不可控使服務質(zhì)量無法得到保障。這也是目前煤礦不敢常態(tài)化進行遠程控制的重要原因。”
隨著煤礦智能化程度不斷提高，控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)的協(xié)同提出分布式計算的新需求。之前的模式是將收集到的數(shù)據(jù)上傳，進行分析處理后再下達命令；智能化發(fā)展則需要在底層就進行協(xié)同，上傳執(zhí)行結(jié)果而不一定是數(shù)據(jù)本身。
煤礦智能化建設過程中遇到的這些問題，在4G條件下是無法解決的。“可解決對應問題的技術才是我們需要的，否則，再好的技術也不能選擇。”趙國瑞表示，提及5G，大家都知道它大帶寬、廣連接、低延時的三大特點，卻往往忽略了它的六大支撐技術，實際上，3+6才撐起了5G的系列應用場景。“5G可以解決上述問題，賦能煤礦智能化開采發(fā)展，契合煤礦智能化建設需求。5G+智能化煤礦，就是融合5G技術等新一代信息技術和人工智能技術，賦能并重塑煤炭生產(chǎn)的全過程。”
“如果用5G僅僅為了建網(wǎng)，完全沒有必要”——“章魚”構架改變了原有模式
“使用5G，主要是解決煤礦智能化發(fā)展過程中遇到的問題，而不是單純地僅僅建一張5G網(wǎng)。”趙國瑞認為，僅為建網(wǎng)用5G完全沒有必要，因為將5G應用于煤礦的過程，將帶來諸多改變。
首先是網(wǎng)絡傳輸模式的轉(zhuǎn)變。以往網(wǎng)絡傳輸模式是工業(yè)環(huán)網(wǎng)加井下無線網(wǎng)絡，有很多受限之處：帶寬上限只能達到1萬兆，利用率較低，可靠性和服務質(zhì)量不能保障，視頻網(wǎng)、工業(yè)控制網(wǎng)等必須專線傳輸，帶來重復建設和維護等一系列問題……而5G打破了這種模式，可以把工業(yè)環(huán)網(wǎng)和無線網(wǎng)絡系統(tǒng)完全統(tǒng)一起來。
5G沒有出現(xiàn)前，層級式架構將數(shù)據(jù)從底層傳到頂層，經(jīng)統(tǒng)一分析后再傳送下來，集中控制處理數(shù)據(jù)，不僅帶寬利用大、數(shù)據(jù)利用率低，系統(tǒng)響應也缺乏敏捷性。5G思維模式的轉(zhuǎn)變可能帶來行業(yè)顛覆式的變化——5G可以像章魚一樣全面感知系統(tǒng)，挖掘數(shù)據(jù)價值，按照應用場景劃分對流程進行再造，即針對問題劃分系統(tǒng)架構。趙國瑞告訴記者：“這種‘章魚’架構特點是問題導向、微服務支撐、分布式?jīng)Q策，可有效提升數(shù)據(jù)利用率，在底層實現(xiàn)敏捷性控制和響應。”
同時，5G的應用，還將使智能化建設發(fā)生從單點到全局、從主從到分布式、從垂直線狀到交叉網(wǎng)絡的邏輯關系轉(zhuǎn)變。
“從研發(fā)之初就考慮場景應用，5G可以實現(xiàn)網(wǎng)絡價值的轉(zhuǎn)變。”趙國瑞進一步指出，除了解決速度、帶寬、接入點數(shù)等網(wǎng)絡本身問題，能否將算力進行重新分配，將云端權力下放到邊、端，進一步提升數(shù)據(jù)價值，是一種相互支撐的關系。此外，如果能解決腦力協(xié)同問題，將增強數(shù)據(jù)中心處理能力，拉近云端和終端之間的距離。“相當于我們使用手機時，把數(shù)據(jù)中心搬到手機上，實現(xiàn)強大腦、敏響應和廣協(xié)同。”
“工業(yè)網(wǎng)與5G網(wǎng)不再是兩張網(wǎng)”——用5G視角重塑產(chǎn)業(yè)運行方式
由于5G建設成本高、發(fā)熱量大，煤礦在早期進行5G探索時，甚至有通訊領域的專家提出，5G不適合在煤礦使用。“面對種種問題，又無任何經(jīng)驗可循，煤礦5G建設需要很大魄力和多方協(xié)同。”趙國瑞介紹，目前有多個煤礦先行先試，在5G實踐中的經(jīng)驗可圈可點。
張家峁煤礦創(chuàng)新性地建立了IPRAN的環(huán)網(wǎng)，將工業(yè)網(wǎng)與5G網(wǎng)融合，不再是獨立的兩張網(wǎng)，真正實現(xiàn)井上井下一張網(wǎng)；同時，在井下做了大量測試實驗，驗證了5G在井下是可以用的，為整個行業(yè)應用5G立了標桿。此外，龐龐塔煤礦，為煤礦全面建設感知網(wǎng)絡奠定了基礎；新元煤礦在數(shù)據(jù)傳輸和場景應用等方面為井下控制提供了參考；鮑店煤礦建立了行業(yè)內(nèi)第一個5G專網(wǎng)，探索出了更為安全可靠的建網(wǎng)模式……
針對煤礦5G應用，目前從生產(chǎn)型礦井和新建煤礦提出兩個建設路徑。前者以場景化應用為核心進行5G網(wǎng)絡改造，后者以5G重塑智能化煤礦建設，解決數(shù)據(jù)高效利用、算力分配、協(xié)同控制、敏捷響應等難題。趙國瑞指出，云網(wǎng)一體、云邊協(xié)同、軟硬融合將是煤礦5G未來發(fā)展趨勢，云化部署、云邊協(xié)同，將全面提升網(wǎng)絡、業(yè)務自主性，實現(xiàn)行業(yè)系統(tǒng)無縫連接。
此外，趙國瑞還建議，在煤礦智能化建設過程中，一方面應加強5G+傳感、傳輸、控制等技術終端的研發(fā)應用，支撐煤礦智能化的發(fā)展；另一方面要以5G視角重塑煤礦產(chǎn)業(yè)模式和運行方式，從頂層設計、算力分配、數(shù)據(jù)應用、協(xié)同決策和敏捷響應等各環(huán)節(jié)應用5G+新一代信息技術和人工智能技術，解決煤礦智能化發(fā)展中的難題；還應聚焦煤礦智能化，創(chuàng)新技術應用、商業(yè)模式和服務體系，將工具轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。
