5G下井，能爲煤礦智能化建設帶來什麼？
自2015年4月黃陵一礦開創綜採工作面採場無人化採煤先河以來，我國煤礦智能化發展腳步不斷加快，全國已建成300多個智能化工作面。但即便如此，目前，行業對煤礦智能化建設的定位是“仍處於初級階段”。針對無人化工作面，多位煤礦總工程師也向記者直言“還不敢讓其常態化地進行遠程控制”。
煤礦智能化建設在發展過程中遇到了哪些問題？新基建下，5G熱潮同樣席捲煤礦，備受關注的5G到底能爲煤礦做什麼？帶着這些問題，記者近日採訪了中國煤炭科工集團開採科技創新中心智能開採室主任趙國瑞。
“可解決對應問題的技術纔是我們需要的”――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具有自感知、自學習、自決策與自執行的基本能力，要實現這些能力，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，目前煤礦採集到最多的數據是設備本身的運行數據，環境、設備姿態等數據很少能採集到，不知道設備在環境中的位置和狀態，就無法精準進行下一步決策。
趙國瑞指出，煤礦井下越來越多地使用高清攝像頭，傳輸數據種類多、數量大，4G已無法滿足這些數據的帶寬要求。“同時，在目前以太網和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量無法得到保障。這也是目前煤礦不敢常態化進行遠程控制的重要原因。”
隨着煤礦智能化程度不斷提高，控制系統、傳感系統的協同提出分佈式計算的新需求。之前的模式是將收集到的數據上傳，進行分析處理後再下達命令；智能化發展則需要在底層就進行協同，上傳執行結果而不一定是數據本身。
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纔是我們需要的，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，賦能煤礦智能化開採發展，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，賦能並重塑煤炭生產的全過程。”
“如果用5G僅僅爲了建網，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展過程中遇到的問題，而不是單純地僅僅建一張5G網。”趙國瑞認爲，僅爲建網用5G完全沒有必要，因爲將5G應用於煤礦的過程，將帶來諸多改變。
首先是網絡傳輸模式的轉變。以往網絡傳輸模式是工業環網加井下無線網絡，有很多受限之處：帶寬上限只能達到1萬兆，利用率較低，可靠性和服務質量不能保障，視頻網、工業控制網等必須專線傳輸，帶來重複建設和維護等一系列問題……而5G打破了這種模式，可以把工業環網和無線網絡系統完全統一起來。
5G沒有出現前，層級式架構將數據從底層傳到頂層，經統一分析後再傳送下來，集中控制處理數據，不僅帶寬利用大、數據利用率低，系統響應也缺乏敏捷性。5G思維模式的轉變可能帶來行業顛覆式的變化――5G可以像章魚一樣全面感知系統，挖掘數據價值，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、分佈式決策，可有效提升數據利用率，在底層實現敏捷性控制和響應。”
同時，5G的應用，還將使智能化建設發生從單點到全局、從主從到分佈式、從垂直線狀到交叉網絡的邏輯關係轉變。
“從研發之初就考慮場景應用，5G可以實現網絡價值的轉變。”趙國瑞進一步指出，除了解決速度、帶寬、接入點數等網絡本身問題，能否將算力進行重新分配，將雲端權力下放到邊、端，進一步提升數據價值，是一種相互支撐的關係。此外，如果能解決腦力協同問題，將增強數據中心處理能力，拉近雲端和終端之間的距離。“相當於我們使用手機時，把數據中心搬到手機上，實現強大腦、敏響應和廣協同。”
“工業網與5G網不再是兩張網”――用5G視角重塑產業運行方式
由於5G建設成本高、發熱量大，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，又無任何經驗可循，煤礦5G建設需要很大魄力和多方協同。”趙國瑞介紹，目前有多個煤礦先行先試，在5G實踐中的經驗可圈可點。
張家峁煤礦創新性地建立了IPRAN的環網，將工業網與5G網融合，不再是獨立的兩張網，真正實現井上井下一張網；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，爲整個行業應用5G立了標杆。此外，龐龐塔煤礦，爲煤礦全面建設感知網絡奠定了基礎；新元煤礦在數據傳輸和場景應用等方面爲井下控制提供了參考；鮑店煤礦建立了行業內第一個5G專網，探索出了更爲安全可靠的建網模式……
針對煤礦5G應用，目前從生產型礦井和新建煤礦提出兩個建設路徑。前者以場景化應用爲核心進行5G網絡改造，後者以5G重塑智能化煤礦建設，解決數據高效利用、算力分配、協同控制、敏捷響應等難題。趙國瑞指出，雲網一體、雲邊協同、軟硬融合將是煤礦5G未來發展趨勢，雲化部署、雲邊協同，將全面提升網絡、業務自主性，實現行業系統無縫連接。
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應用，支撐煤礦智能化的發展；另一方面要以5G視角重塑煤礦產業模式和運行方式，從頂層設計、算力分配、數據應用、協同決策和敏捷響應等各環節應用5G+新一代信息技術和人工智能技術，解決煤礦智能化發展中的難題；還應聚焦煤礦智能化，創新技術應用、商業模式和服務體系，將工具轉化爲生產力。