1、5G技術(shù)在煤礦智能化中的應(yīng)用展望摘要:煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的保障，當(dāng)前處于煤礦智能化發(fā)展的初 級階段，仍然面臨泛在感知難、多類型數(shù)據(jù)同步傳輸不可靠、遠(yuǎn)程控制實(shí)時性差、 融合大數(shù)據(jù)的智能決策效率低等問題，面向垂直行業(yè)智能化應(yīng)用的第五代移動通 信技術(shù)(The fifth Generation Mobile Communication Technology, 5G)為上 述問題的解決提供了契機(jī)。分析了 5G中的高頻通信、大規(guī)模天線陣列、超密集 組網(wǎng)、設(shè)備到設(shè)備通信、網(wǎng)絡(luò)切片和移動邊緣計算6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和各自的技術(shù)特 征;研究了煤礦智能化應(yīng)用在信息感知、多類型數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時決策控制、新技術(shù) 應(yīng)

2、用和異構(gòu)物聯(lián)設(shè)備互聯(lián)互通需求等方面的短板，以視頻傳輸為例分析了 4G技 術(shù)在未來應(yīng)用中的局限性，研究了井下WiFi組網(wǎng)的不足之處，指出了煤礦井下 應(yīng)用5G技術(shù)的必要性;結(jié)合5G技術(shù)優(yōu)勢和煤礦井下實(shí)際需求提出了基于5G技 術(shù)的高精度實(shí)時定位與應(yīng)用服務(wù)、虛擬交互應(yīng)用、遠(yuǎn)程實(shí)時控制、遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維 及井下巡檢和安防等煤礦井下應(yīng)用場景，提出了基于混合現(xiàn)實(shí)的井下智能化開采 和遠(yuǎn)程實(shí)時可視化操控的構(gòu)想，給出了井下應(yīng)用5G技術(shù)的總體架構(gòu):有線光纖 骨干環(huán)網(wǎng)加5G覆蓋，分析了實(shí)施要點(diǎn)，指出與井下應(yīng)用場景的結(jié)合才能最大程 度發(fā)揮5G技術(shù)在煤礦智能化開采中的作用簡要展望了基于5G技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)、 大數(shù)據(jù)、云計算、人工

3、智能和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在煤礦智能化中的融合應(yīng)用。關(guān)鍵詞:5G技術(shù);煤礦智能化;必要性;應(yīng)用場景;混合現(xiàn)實(shí)近年來，煤炭開采技術(shù)取得了快速發(fā)展，在大力淘汰落后產(chǎn)能的情況下保持 了煤炭產(chǎn)量的相對穩(wěn)定，滿足了國家對煤炭資源的持續(xù)需求，為保障國家能源供 給和能源安全做出了巨大貢獻(xiàn)。但隨著人民生活水平和生活質(zhì)量的不斷提升，對 煤炭安全和生產(chǎn)環(huán)境也提出了更高要求。一方面煤炭安全的提升要求井下盡量少 人或無人，一些地區(qū)的先進(jìn)礦井已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無人操作有人值守;一方面一些落后 礦井因地質(zhì)條件限制短期內(nèi)難以減少井下用人同時還面臨工人流失的兩難境地。 這是煤炭開采地區(qū)發(fā)展不平衡、煤炭開采技術(shù)發(fā)展不充分的具體體現(xiàn)，煤礦智能

4、 化技術(shù)的研究和應(yīng)用，是解決這一主要矛盾的關(guān)鍵，是煤炭工業(yè)科技發(fā)展的前沿 課題，是煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要內(nèi)容，也是煤炭企業(yè)安全高效、高質(zhì)量發(fā)展的 主攻方向。1-8以往煤炭智能化開采受傳統(tǒng)無線通訊技術(shù)在帶寬、延時、并發(fā)數(shù)量等方面的 限制一直難以形成較大突破，導(dǎo)致大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)難以 應(yīng)用到煤炭開采中為智能化開采服務(wù)。5G技術(shù)以其大帶寬、低延時和廣連接的 優(yōu)勢打通了不同應(yīng)用場景間信息高效交互的通道，有利于重塑傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助 力數(shù)字化轉(zhuǎn)型，牽引云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和移動應(yīng)用的深度融合， 創(chuàng)新應(yīng)用和服務(wù)。1 5弓技術(shù)概述5G是第五代移動通訊系統(tǒng)的簡稱，既不是單一的無線

5、接入技術(shù)，也不都是 全新的無線接入技術(shù)，是新的無線接入技術(shù)和現(xiàn)有無線接入技術(shù)的高度融合9-10。 其主要特點(diǎn)是超高數(shù)據(jù)速率、超低延時和超大規(guī)模接入。5G與4G技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)對比如圖1所示。11擇伯連率心bps 1J盛It帝度（Mbps e理5-網(wǎng)捋能fa!斂機(jī)相對J 1MT-A的捉:梧時建/ins翻譜效率（相對于IMT-A的提升用口休驗(yàn)中爪Tbps爵常.理於山51泌，特定場粉UObps,格前件J地部g地可高于）倍電部制圾Ebps圖1 4G與5G技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)對比Fig.1 Comparison between 4G and 5G technical key indicators5G技術(shù)的突破很多

6、，僅簡述6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：高頻通信(High Frequency Communication，HFC)。目前，3 GHz 以 下的頻譜資源十分緊張，而3 GHz尤其是6 GHz以上的高頻段存在大量可用資 源。另一方面，單純提升頻譜資源效率已無法滿足5G中大帶寬和高速率的業(yè)務(wù) (比如超高清視頻傳輸、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)及全息投影等)傳輸需求，因此采用 高頻段進(jìn)行5G空口傳輸已成為必然趨勢。大規(guī)模天線陣列(Massive MIMO )。高頻段通信可以進(jìn)一步減少天線尺寸， 從而為在5G移動通信系統(tǒng)中引入大規(guī)模MIM O技術(shù)成為可能Massive MIMO 技術(shù)能夠帶來更高的天線陣列增益，大幅提升系統(tǒng)容量;

7、能夠?qū)⒉ㄊ刂圃诤苷?的范圍內(nèi)，從而帶來高波速增益，有效補(bǔ)償高頻段傳輸?shù)拇舐窊p。超密集組網(wǎng)(Ultra Dense Network，UDN)。隨著各種智能終端的普及和 站點(diǎn)密度的增加，移動數(shù)據(jù)流量將呈指數(shù)級增長，由此帶來了小間距、超密集異 構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)。超密集組網(wǎng)技術(shù)通過虛擬化小區(qū)消除頻繁切換及密集鄰區(qū)的同頻 干擾等問題，給用戶提供更為一致的體驗(yàn)。設(shè)備到設(shè)備(Device-to-Device，D2D)通信。D2D會話的數(shù)據(jù)直接在終 端之間進(jìn)行傳輸，不需要通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，從而減輕蜂窩基站的負(fù)擔(dān)，降低端到端 的傳輸時延，提升頻譜效率，降低發(fā)射功率，最終能夠增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。(5)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)(Netwo

8、rk Slicing)?；谲浖x網(wǎng)絡(luò)(Software DefinedNetwork，SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Function Virtualization，NFV)， 5G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，即將一張物理網(wǎng)絡(luò)中的帶寬、計算及存儲資源 進(jìn)行邏輯分割，構(gòu)建多個虛擬化的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個虛擬網(wǎng)絡(luò)的資源均可獨(dú)立運(yùn) 營和動態(tài)伸縮，從而滿足不同應(yīng)用場景的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求。(6)移動邊緣計算(Mobile Edge Computing，MEC)。5G的三大應(yīng)用場景 和小于1 ms的時延指標(biāo)，決定了 5G業(yè)務(wù)的終結(jié)點(diǎn)不可能都在核心網(wǎng)后端的云 平臺，而MEC通過在移動網(wǎng)絡(luò)邊緣提供IT

9、服務(wù)環(huán)境和云計算能力，以減少網(wǎng)絡(luò) 操作和服務(wù)交付的時延，從而能夠更好滿足超低時延的工業(yè)控制場景及大帶寬的 傳輸需求，更好地實(shí)現(xiàn)物與物之間的傳感、交互和控制。2煤礦智能化應(yīng)用5G技術(shù)的必要性與可行性智能化是煤炭發(fā)展的必由之路，是支撐煤炭高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)。煤 礦智能化離不開數(shù)據(jù)和信息的高效互聯(lián)互通，而不同的煤礦應(yīng)用場景數(shù)據(jù)的特點(diǎn) 和傳輸?shù)男枨蟛顒e很大12，傳統(tǒng)4G+WiFi的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)難以滿足這種差異化 的需求，導(dǎo)致煤礦各應(yīng)用場景相互影響制約，不能支撐煤礦智能化發(fā)展的需求。 5G大帶寬、低時延和廣連接的特性以及微基站、切片技術(shù)和端到端的連接等為 突破煤礦智能化開采數(shù)據(jù)傳輸處理的瓶頸提供了

10、核心技術(shù)支撐。2.1煤礦智能化應(yīng)用5G技術(shù)的必要性5G在設(shè)計之初就確定了三大應(yīng)用場景，即增強(qiáng)型移動寬帶 (Enhanced Mobile Broadband,eMBB)、超可靠低時延(Ultra Reliable Low Latency Communications，urLLC)和海量機(jī)器通信(Massive Machine Type Communications,mMTC)。其對eMBB場景的技術(shù)支撐能力，能夠有交攵適應(yīng)煤礦中的超高清視頻傳輸?shù)却髱挼臉I(yè)務(wù)需求;對urLLC場景的技術(shù)支撐能力，能 夠有效滿足無人采礦車、無人挖掘機(jī)等無人礦山智能設(shè)備間通信需求對mMTC 場景的技術(shù)支撐能力，能夠

11、更好地支持多種煤礦安全監(jiān)測等傳感數(shù)據(jù)采集需求。 因此將5G通信技術(shù)應(yīng)用于煤礦智能化開采中（圖2）是未來煤礦開采的必由之路， 也將有效推進(jìn)煤礦智能化的進(jìn)程，為全面開啟煤礦智能化開采鋪平網(wǎng)絡(luò)通信” 之路。X）工 Network-IT IS et worJiffii一隹圖看板 大.敵據(jù).開發(fā) 除合管控53融合一張網(wǎng)場景感知以川瓦斯?jié)舛嚷曇魝鞲刑缇ㄎ队X） 淅勤攝像頭（視覺 溫度傳惑（觸覺）圖2 5G對煤礦智能化開采的支撐Fig.2 Support of 5G for intelligent mining of coal mine與此同時，現(xiàn)有的主流煤礦無線通信技術(shù)，比如4G和WiFi，則難以支撐煤

12、礦智能化開采的數(shù)據(jù)傳輸與處理需求。4G技術(shù)的不足:可以提供下行超100 Mbps和上行超過50 Mbps的用戶峰 值速率，但在智能化生產(chǎn)過程中，大量的機(jī)器視覺等場景需要高清視頻回傳，1 080 P單路就需要20 Mbps上行帶寬，4K甚至需要75 Mbps上行帶寬（帶寬 影響精度，精度影響識別度，而實(shí)時性決定了能否遠(yuǎn)程及時操控），顯然，應(yīng)對上 述工業(yè)應(yīng)用需求4G已力不從心。WiFi組網(wǎng)痛點(diǎn):移動性差?？鏏P切換時延100 ms,導(dǎo)致AGV等移動設(shè)備易斷鏈，受 限于AP內(nèi)移動。覆蓋差。WiFi信號反射繞射后易形成多徑干擾。頻段干擾。WiFi使用公共頻段，存在干擾，影響解調(diào)能力。帶寬受限?；谝曈X

13、的應(yīng)用需要的上行帶寬大(百兆級)。2.1.1智能化開采感知需求智能化開采首先需要大量傳感數(shù)據(jù)的支持，其數(shù)據(jù)具有以下特征(圖3):視頻語音信息Variety1Velocity類型多樣什吠諫冶柚.用戶怵驗(yàn)速度1 GhP* , 璀 延時,10亦以下體齦巨大*艇量密度：10 Tbp/km:fe1圖3煤礦數(shù)據(jù)的多樣性Fig.3 Diversity of coal mine data(1)數(shù)據(jù)類型多樣化。相關(guān)數(shù)據(jù)包括視頻、語音、振動、壓力、溫度、速度、 瓦斯?jié)舛鹊榷喾N類型、多種傳輸要求的數(shù)據(jù)。(2)數(shù)據(jù)生成速度快。5G應(yīng)用場景多是基于大量數(shù)據(jù)的實(shí)時支撐，同時5G 支持下的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)瞬間產(chǎn)出量會數(shù)十倍甚至百

14、倍于以往的數(shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)生成速 度會極大提高。（3）數(shù)據(jù)體量增長快。單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)成指數(shù)級增加了，隨時間累積的數(shù)據(jù) 體量向著PB甚至ZB級發(fā)展，這也為大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析奠定了基礎(chǔ)。2.1.2智能化開采傳輸需求以往為解決煤礦的控制數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)和安全數(shù)據(jù)的及時傳輸和隔離難 題多采用控制通信環(huán)網(wǎng)、視頻環(huán)網(wǎng)和安全環(huán)網(wǎng)三網(wǎng)獨(dú)立的建設(shè)方案，雖然一定程 度上解決了數(shù)據(jù)互占通道和安全數(shù)據(jù)隔離的難題，但帶來的投資大、底層物聯(lián)和 上層融合難的問題也很突出。5G技術(shù)采用切片管理技術(shù)，按需定制網(wǎng)絡(luò)，專網(wǎng) 相互隔離、底層端端互聯(lián)，為不同場景的傳輸需求提供了專用通道和安全解決方 案（圖4）。2.1.3智能化開采決策控制

15、需求井下智能綜采工作面設(shè)備眾多，包括高精度定位裝備慣性自主導(dǎo)航系統(tǒng)、智 能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、高密度傳感器接入系統(tǒng)、智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、高清視頻回傳 系統(tǒng)等（圖5），這些設(shè)備共同組成的設(shè)備群需要通過中心控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào) 處理和快速反饋控制，對通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、實(shí)時性均提出更高要求。尤人 SSBI攜購的9 -按需企制*專網(wǎng)隔離端端a.朕-v 切片圖4數(shù)據(jù)傳輸方式的改變Fig.4 Data transfer mode change圖5開采決策多樣化的需求場景Fig.5 Demand scenarios for diversification of mining decisions井下單軌吊、電機(jī)車、

16、膠輪車等輔助運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化甚至無人化，需要 實(shí)時獲取厘米級精確定位、高清圖像視頻等信息，以便實(shí)現(xiàn)主動避障、自動錯車、 風(fēng)門聯(lián)動等功能，保障人員、車輛及各類附屬設(shè)備的安全，也都需要高可靠、高 帶寬、低時延的無線網(wǎng)絡(luò)提供支撐。煤礦智能化生產(chǎn)離不開井下機(jī)器人的大量使用。例如，具備定位導(dǎo)航、糾偏、 多參數(shù)感知、狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)判、遠(yuǎn)程干預(yù)等功能，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)高精度定向、 位姿調(diào)整、自適應(yīng)截割及掘進(jìn)環(huán)境可視化的掘進(jìn)機(jī)器人;能夠自主決策、智能控 制，具備精準(zhǔn)定位、采高檢測、姿態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)程通信控制、狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)判、 可視化遠(yuǎn)程干預(yù)等功能，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自主行走、自適應(yīng)截割及高效連續(xù)運(yùn)行的采 煤機(jī)器人;以及

17、用于井下回采工作面作業(yè)環(huán)境巡檢，具備自主移動、定位、圖像采 集、智能感知、預(yù)警、人機(jī)交互等功能，實(shí)現(xiàn)煤壁、片幫、大塊煤、有害氣體、 溫度、粉塵、設(shè)備狀態(tài)等監(jiān)測的工作面巡檢機(jī)器人等。這些機(jī)器人大量的數(shù)據(jù)采 集和傳輸，海量的接入設(shè)備以及極低時延的控制操作，都對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和能 力有著超高要求。2.1.4智能化開采新技術(shù)新場景應(yīng)用需求隨著煤礦生產(chǎn)智能化程度的提高，井下無人機(jī)、智能VR/AR等設(shè)備必將大 量采用，以便能夠?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行及時巡查，對設(shè)備故障進(jìn)行遠(yuǎn)程會診，而無論是無 人機(jī)飛行控制、無人機(jī)巡檢視頻回傳，還是VR/AR智能遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷與維 修，不僅需要極大地消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，更需要快速的信息

18、反饋和實(shí)時的狀態(tài)控 制。煤礦智能生產(chǎn)典型業(yè)務(wù)場景對無線傳輸網(wǎng)的要求見表1。表1煤礦智能生產(chǎn)典型業(yè)務(wù)場景對無線傳輸網(wǎng)的要求Table 1 Requirements for wireless transmission network in typical application scenarios of intelligent coal mine序號業(yè)務(wù)場就時延要求.3羸蒲寬要求Mbps4G5G1智能工作面20XV2匚業(yè)圖像姓理100XV3機(jī)器人控制XV4留能遠(yuǎn)程維棧CVR高密度物聯(lián)網(wǎng)接入F 仃2。s 需;；10X目前主流的WiFi技術(shù)、4G LTE技術(shù)，以及ZigBee、LoRa等無線傳輸技 術(shù)

19、的時延（4G典型時延約為100 ms）基本上無法支撐智能化生產(chǎn)技術(shù)的需求;帶 寬（4G上行穩(wěn)定帶寬約為20 Mbps，僅可滿足2 3路超高清視頻圖像傳輸）更 是無法承載超高清工業(yè)圖像處理、生產(chǎn)機(jī)器人控制以及智能遠(yuǎn)程維修3日/入2等 移動寬帶業(yè)務(wù)。而5G網(wǎng)絡(luò)的時延（典型）約為10 ms，上行穩(wěn)定帶寬約為150 15Mbps，連接數(shù)為106個/km2，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service,QoS）最高可達(dá)99.999 9%。通過表1對比可以看出，5G網(wǎng)絡(luò)為煤礦智能生產(chǎn)各業(yè)務(wù)場景的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支撐。2.1.5異構(gòu)物聯(lián)設(shè)備互聯(lián)互通的需求當(dāng)前煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域使用的無線通信協(xié)議眾多、各有不

20、足且相對封閉，工業(yè)設(shè) 備互聯(lián)互通難，用戶使用體驗(yàn)較差，亟需構(gòu)建能夠兼容多種協(xié)議的新一代無線技 術(shù)體系。而5G網(wǎng)絡(luò)具備融合多類現(xiàn)有或未來無線接入傳輸技術(shù)和功能網(wǎng)絡(luò)的能 力，通過統(tǒng)一的核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管控，以提供超高速率和超低時延的用戶體驗(yàn)和多 場景的一致無縫服務(wù)。2.2煤礦智能化應(yīng)用5G技術(shù)的可行性將5G技術(shù)應(yīng)用于煤礦智能化開采中，需要著重分析井下特殊無線傳播環(huán)境 下5G系統(tǒng)部署的可行性。與地面進(jìn)行對比，井下無線傳輸?shù)膶?shí)際環(huán)境因素主要存在如下特征:井下 狹長且多分支的空間特征;易產(chǎn)生吸收或干擾無線電波傳輸?shù)拇植诿罕?復(fù) 雜的設(shè)備布置和強(qiáng)磁干擾;多粉塵和瓦斯的開采環(huán)境。5G無線傳輸技術(shù)在井下應(yīng)用時，主

21、要存在高頻無線信號快速衰減、定向傳 輸能力增強(qiáng)的同時繞射能力下降等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致傳輸距離短、覆蓋范圍有限等， 5G技術(shù)面臨的這些問題在5G技術(shù)研發(fā)初期就作為重大問題進(jìn)行攻關(guān)，于是有 了超密集組網(wǎng)技術(shù)、Massive MIMO（大規(guī)模天線陣列）和微基站技術(shù)等，這一系 列關(guān)鍵技術(shù)的突破形成了 5G核心技術(shù)體系，同時支撐了 5G技術(shù)的商業(yè)化。從網(wǎng)絡(luò)部署的角度分析，目前井下布置的4G網(wǎng)絡(luò)為4G+WiFi的架構(gòu)，4G 覆蓋距離（基于井下狹長的空間特征不用覆蓋半徑的概念）約1 500 m。而5G有 宏基站、微基站兩種類型，宏基站設(shè)備容量大，發(fā)射功率高，不適合井下大規(guī)模 應(yīng)用;微基站雖然設(shè)備容量較小，但發(fā)射

22、功率低，其有效覆蓋距離約為500 m。 因此從技術(shù)角度考慮采用3個以上5G微基站即可完全覆蓋原4G網(wǎng)的管控范 圍，并帶來帶寬、速率的大幅提升和延時的降低。此外，單個5G微基站的功耗 和體積比現(xiàn)有4G基站的要小，更有利于井下長時間使用的安全性。5G微基站 布置示意如圖6所示。IPRAN圖6綜采工作面5G布置示意Fig.6 Schematic diagram of 5G layout of fully mechanized mining face對于煤礦井下面臨的其他不利環(huán)境因素，合理運(yùn)用和規(guī)劃5G技術(shù)均可解決 井下實(shí)際應(yīng)用的難題，成敗的關(guān)鍵在于針對不同的應(yīng)用場景和應(yīng)用環(huán)境設(shè)計不同 的5G布設(shè)方案

23、。比如針對狹長多分支的井下空間應(yīng)采用有線光纖主干+密集5G 微基站的模式，控制功耗和優(yōu)化站點(diǎn)是關(guān)鍵;針對視頻監(jiān)控和控制信號同步傳輸 的問題，合理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片是關(guān)鍵，并做安全隔離。因此，煤礦智能化開采的發(fā)展必須建立起以5G網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)傳 輸和分發(fā)平臺，構(gòu)建5G+的煤礦應(yīng)用場景，為煤礦智能化開采的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ) 平臺和應(yīng)用保障。3 5G在煤礦的應(yīng)用場景5G網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造性地采用了網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，將物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)， 每一個虛擬網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的服務(wù)需求，比如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃 分，以靈活的應(yīng)對不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景，在滿足大量并行業(yè)務(wù)上線的同時仍可保 證端到端的性能。結(jié)合5G的技術(shù)

24、特點(diǎn)和煤礦井下的實(shí)際需求簡要提出幾個典型 應(yīng)用場景如下。3.1基于5G的高精實(shí)時定位與應(yīng)用服務(wù)目前煤礦井下定位系統(tǒng)多是基于傳統(tǒng)的藍(lán)牙、ZigBee、超寬帶等無線傳輸技 術(shù)，定位精度不高，且需要單獨(dú)布設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)時性也難以保障?；?G 的低延時特性開發(fā)基于5G網(wǎng)絡(luò)的井下定位與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)是未來的發(fā)展方向， 將產(chǎn)生井下車輛管理、開采精準(zhǔn)推進(jìn)等應(yīng)用，解決移動裝備的實(shí)時控制和管理難 題。3.2基于5G的虛擬交互應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)(圖7)是能夠徹底顛覆傳統(tǒng)人機(jī)交互內(nèi)容的變 革性技術(shù)，在煤礦的應(yīng)用未來可期16。19其應(yīng)用可分為3個階段：圖7三維建模、虛擬展示Fig.7 3D m

25、odeling,virtual presentation主要用于三維建模和虛擬展示，如現(xiàn)在的裸眼3D等技術(shù)，其基本需求為 20 Mbps帶寬+50 ms延時，現(xiàn)有的4G+WiFi基本可以滿足。主要用于互動模擬和可視化設(shè)計等，如多人井下培訓(xùn)系統(tǒng)，其基本需求為 40 Mbps帶寬+20 ms延時，Pre5G基本可以滿足。主要用于混合現(xiàn)實(shí)、云端實(shí)時渲染和虛實(shí)融合操控，如虛擬開采、協(xié)同運(yùn) 維等，其基本需求為100 Mbps 10 Gbps帶寬+2 ms延時要求，需5G或更 先進(jìn)技術(shù)才可滿足。3.3生產(chǎn)遠(yuǎn)程實(shí)時控制生產(chǎn)實(shí)時性控制一直是煤礦智能化開采的關(guān)鍵卡脖子難題20 2J傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程 控制系統(tǒng)需要經(jīng)過多

26、重路由和多種協(xié)議才能將所需的各種傳感信息匯集到集控 中心，直至傳至遠(yuǎn)程控制中心，因此僅有部分對實(shí)時性要求不高的功能可以用遠(yuǎn) 程控制實(shí)現(xiàn)，實(shí)時性要求高的功能出于安全考慮是不能用遠(yuǎn)程控制的。5G低延 時的特性為這一難題的解決提供了基礎(chǔ)支撐，基于5G的井上全功能的遠(yuǎn)程控制 將會實(shí)現(xiàn)，圖8為相關(guān)應(yīng)用示意圖。牛產(chǎn)逐料實(shí)時控制圖8基于5G的多源決策控制示意Fig.8 Schematic diagram of multi-source decision control based on 5G3.4井下遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維5G在井下的另一個重要應(yīng)用場景是遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維（圖9）。未來井下裝備的 智能化程度會越來越高，系統(tǒng)