浅析4G-LTE专网在露天矿的应用

聂利军

【摘  要】 信息化建设已然成为各个产业的发展新趋势，，将“信息化和工业化”深度融合，利用信息化带动工业化，用工业化提升信息化的实用性。露天煤矿地形复杂，区域覆盖大，若通信手段跟不上，就无法开展正常的作业需求。因此，露天煤矿构建高效的通信系统极为重要。4G-LTE通信系统无线通信系统能够满足地形复杂、满足地域广的特点，因此4G-LTE无线通信系统有着其独特的优势.，4G-LTE在卡车调度、视频调度以及其他通信手段方面，都能够实现高质量、高效率的完成调度功能。利用专网可以实现安全预警、应急处理，并且减少了人力物力的投入，提升了露天煤矿企业的利益。未来通信系统需要向着智能化、绿色化、自动化方向深入发展。

【关键词】4G-LTE专网;露天矿;应用

引言

信息化建设已然成为各个产业的发展新趋势，将“信息化和工业化”深度融合，利用信息化带动工业化，用工业化提升信息化的实用性。露天煤矿通常位置偏远，且地质较为复杂，增加了管理难度。在煤矿开采中，需要对整个作业进行视频监控、采运调度、应急指挥，并且能够将数据信息收集分析，发现运营过程中的危险信号源，提前做出布置。所以提高露天煤矿的信息数据通信处理能力极为重要。传统的利用有线网路构架通信网络，其不仅仅需要架设巨大的有线网络，还需要解决各种工程建设问题费时费力。如何解决信息调度管理，建设无线网络已成为必然趋势。

1.4G-LTE专网技术概述

通信技术的发展，企业对于作作业现场的监控、视频图像传输、数据传输以及远程调度等方面要求越来越高，公用的4G网络系统依然无法满足企业需求。在煤矿行业，通信系统也经历了从模拟对讲（对讲机），窄带模拟集群，PDT窄带数字集群，COFDM无线图传然后发展到LTE宽带数字集群。4G-LTE依然成为主流发展趋势。LTE是“long term evolution”的英文缩写，LTE在应用层面主要划分两个层次，第一种基于公网的LTE终端（DTU），第二种LTE专网应用，第一种技术相对而言，技术要求低，行业门槛低，因此竞争极为激烈。专用的TLE网络，涉及到物理传输层和系统应用层的融合，使用于安全性能要求高，稳定可靠的行业客户，因此在煤矿选取LTE方面，需要采用4G-LTE专网。

4G-LTE专网基站主要包括基带处理单元（BBU）、射频单元（RRU）、核心网（EPC）以及指挥调度系统组成如图1所示。该通信网络可以实现多种通信模式，如一体化便携专网基站+ 專网手机;一体化便携专网基站 + CPE + 摄录装置;一体化便携专网基站 + CPE + MESH自组网 + 终端机等进行音视频传输，有着良好的通信能力。

该专网系统相较于传统的3g网络，其优势主要在于体积小、重量轻、安装方便，支持LTE双流MIMO，具备高集成度、高性能、高带宽和灵活性强等特点。

2.露天煤矿系统构建案例

一个网络可以承载语音，视频，数据和其他服务。现有的800m TETRA系统，网格系统和坡度监控系统多种多样，具有独立的无线系统，众多的站点以及复杂的操作和维护。现在，我们可以通过9个基站的网络来实现多个无线网络的集成，这更加便于操作和维护。LTE被广泛覆盖以减轻地形变化的干扰。传统的网状网络基于WiFi技术，经过多跳后覆盖范围有限，带宽有限。随着采矿的跟进，随时都有盲区，这会影响采矿效率。因此，现有网络需要不断优化，运维人员需要随时待命，以进行实时优化。 LTE系统的优点是覆盖范围广，覆盖距离可以达到2km半径，地形变化对LTE的覆盖影响很小，因此无需优化运维人员，提高网络利用率。“ CPE +摄像头”模式实现了按需视频监控的灵活部署：由于矿区地形复杂，难以进行有线施工，周期长，容易被车辆损坏。在部署监控摄像机之前，需要考虑多个因素，而这些因素通常无法按需部署。利用LTE专用网和CPE宽带接入终端带宽大的优势，解决了摄像机部署的问题，实现了灵活的部署。未来，通过开发采矿作业应用程序，可以实现移动办公，移动作业等功能，业务将更加丰富。目前，该系统已经实现了对露天矿中主要采矿设备（卡车，电铲，钻机，工程机械等）的位置和工作状态的跟踪，并实时监控运行情况卡车和电铲，以适应采矿生产过程中的变化。它可以实现卡车，电铲等矿山设备的实时优化调度，自动，及时，高效地安排矿山设备的生产作业，从而优化矿山生产过程的管理，提高产量，节约成本，实现更高的经济效益。目前，该系统已完全满足使用需求，并在生产系统中发挥了作用。相信在不久的将来，随着终端数量的增加以及各种业务系统的持续在线，这个基本信息网络将发挥重要作用。

3.  4G-LTE专网具体应用

3.1 4G-LTE网络在卡车智能调度中的应用

煤矿开采作业中，需要大量的运输机械，如果机械设备调度不合理，不仅会耽误作业生产，还造成了人力物力的浪费。因此提升调度系统能力，保证运输作业正常运行。

通信系统是卡车调度系统中的中枢神经，通信网络将系统的各个组成部分有机的衔接起来。通信网络的覆盖乏味、通信质量、通信速率都会影响整个系统的运作质量。卡车调度管理系统，要实时掌握现场设备的运行声场情况，因此要求通信设备具有较好的实时特性。4G系统恰好能够满足以上需求，在使用过程中，利用4G专网的输入设备，监控探测实时生产情况，并将实时生产情况发送到数据中心，由数据处理端对数据赛选分析，然后得出是否需要派出车辆，或者应该以怎样的路线进行进入生产区，借助LTE专网通信系统，将所产生的决策信息发送到卡车运输调度系统，继而将决策分配到卡车终端，实现精细化的配矿过程。通过4G专网实现了卡车调度的智能化，提高了设备运行效率，根据相关研究证明，4G-LTE专网应用到卡车调度系统之中，效率提升了8%～30%，油耗降低了3%～15%。因此不断加深卡车调度智能化应用水平，对于露天煤矿开采企业而言具有非常好的经济效益。

4G-LTE强大的数据收集处理能力，也会将整个系统运行中产生的数据保留下来，形成产量、周转量、设备出动率、故障率等数据进行分析整理，即可对整个调度系统进行分析，找出系统中存在的不足，继而进行优化，提升调度的科学性和合理性，让整个调度工作变得更加简单方便科学。

3.2 4G-LTE专网在视频语音调度中的应用

视频调度作为煤矿调度系统中不可或缺的系统，是保证安全生产，人员安全的重要保证。露天煤矿其特点在于办公区域和生产区域单独划分区域，相距较远，因此利用视频语音调度是不可避免的。视频语音以及定位软件多媒体联联动，完成调度功能，具体应用方面。

4G-LTE专网视频语音多媒体调度系统是由多媒体调度通信系统、无线网宽带系统、视频监控空系统、矿区广播系统组成。所有的系统均基于矿区的IP网络部署，通过IP网络实现信息的交互。

视频语音调度系统架构主要分为三层，分别是核心层、接入层和应用层。其中核心层设备是调度服务器、记录服务器、视频服务器以及其他服务器舍恩比，所有的设备都有连接到以4G-LTE形成的网络基站。应用层设备包括多媒体命令和调度控制台，办公电话，无线手持终端，广播喇叭，音频和视频终端等。各种终端可以根据以下要求部署适当的通信终端：矿区的各种运营和办公区域。

4G-LTE专网能夠实现以下功能，各部门视频会议的实时召开与记录、紧急视频接入功能、调度视频效果，实时显示工作人员在系统中的位置，视频记录功能，语音和视频的调度操作在同一调度接口上进行，支持音视频联合调度。

3.3矿区的MMS服务

4G无线通信系统提供彩信发送服务。移动终端（包括手持站和车辆站）和调度站都可以方便地编辑和发送MMS。发送方式支持点对点传输，也支持点对多点和点对组传输。当维修人员发现异常情况时，在现场拍照后将图像实时发回调度中心或指定人员;调度中心将编辑后的彩信以说明文字的形式发送给相关人员，以便相关人员能够快速，准确地了解关键信息。同时，相关专家根据MMS的内容分析对策，指导维修人员进行维修。

3.4矿区流动办公室

通过4G无线通信系统实现矿区移动办公，办公效率可以大大提高。例如，它可以实现用户定义的电子表格，文档发送和接收，流程批准等功能，可以有效地解决采矿业务频繁变化的实际情况。同时结合推送邮件功能，可以确保管理人员在任务到达或邮件到达的第一时间自动提醒;它可以实现与露天矿自动系统的数据交互，从而为管理人员提供实时，准确的露天矿安全生产状况。

3.5数字矿山相关业务

4G无线通讯系统为数字矿山建立了无线高速公路，包括矿山智能调度，卡车轮胎在线监测，钻孔深度自动监测，炸药装载卡车监测，钻机打孔精确定位，露天煤矿燃油监测，电源和配电监控视频，实时数据采集调度和操作管理，ERPPM模块管理以及技术管理，应急管理，地质勘测和生产设计管理（一个地图管理），电源和配电远程控制，团队后高速公路的管理系统和移动终端学习可以应用在这条高速公路上。

4.  4G-LTE在煤矿应用方面的发展趋势

2020年3月，国家发改委联合其他八部委共同发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，从《意见》发布也可以看出，国家对于煤矿智能化工作的重视。而4G-LTE专网在露天煤矿应用方面有着独特优势，未来应用会不断加深。

（1）在现有的高清视频监控系统之上，开展视频综合应用平台、视觉分析技术，对卡车、工作人员、工作设备进行身份识别，轨迹识别、环境判别等，达到了真正的全方位监控。

（2）应急通信能力的加强，根据《意见》的要求，煤矿企业在2021年需要构建成多种类型、多种模式的智能化示范煤矿，在2025年要对大型煤矿和灾害是实现智能化管理。

5.结束语

露天煤矿地形复杂，区域覆盖大，若通信手段跟不上，就无法开展正常的作业需求。因此，露天煤矿构建高校的通信系统极为重要。通过全文论述，得出以下结论：

（1）4G-LTE通信系统无线通信系统能够满足地形复杂、满足地域广的特点，因此4G-LTE无线通信系统有着其独特的优势;

（2）4G-LTE在卡车调度、视频调度以及其他通信手段方面，都能够实现高质量、高效率的完成调度功能;

（3）利用专网可以实现安全预警、应急处理，并且减少了人力物力的投入，提升了露天煤矿企业的利益。

（4）未来通信系统需要向着智能化、绿色化、自动化方向深入发展。

参考文献

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