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地下五百三十四米 全世界最深的5G網絡在做什么

地下五百三十四米 全世界最深的5G網絡在做什么

2021年08月24日 02:10 來源:科技日報參與互動參與互動

  地下五百三十四米全世界最深的5G網絡在做什么

  深瞳工作室出品

  采 寫:本報記者 崔 爽 策 劃:劉 莉

  對于別的行業,5G技術是錦上添花,而對于采煤行業來說,5G技術是雪中送炭,只有它可以滿足智能煤礦的大帶寬、實時性和可靠性要求,把人解放出來,井下要減人直到無人,最難的問題留給了5G。

  隨著纜車繩索的摩擦聲從地面慢慢下降到礦井下100米、200米、300米……狹窄、閉塞、陰暗、潮濕……未知的黑暗逐漸讓人心生恐懼。走下纜車,距離開采工作面還有一段距離。頭頂的礦燈照在前一個礦工的背上,衣服上的反光條發出冷冷的刺眼白光。

  采煤業已有超過千年的歷史。地上物換星移,可礦井下依然要面對極端艱苦、危險的工作環境。據相關部門公布的數據,2011年—2020年10年間,全國煤礦事故死亡人數達7733人。

  隨著科技的進步,最初簡單的人工挖礦已發展為機械化采礦。但數百米深的井下猶如微小的“地下城”,巷道交錯、環境復雜,儀器設備既不能就地自動化,也無法遠程控制,只能仰仗礦工現場操作。煤礦能不能實現智能化,走向少人化、無人化?5G正給這一切的改變帶來希望。

  “最難的問題留給5G”

  任正非去山西挖煤。

  去年底這個熱搜讓部分人驚訝,部分人莞爾,但不影響總裁本人的堅定。離開煤礦的第二天,他轉身出現在湖南的鐵礦。

  對于這位低調的創始人來說,在“華為挺上礦山”這件事上,他表現出罕見的高調。和眾多的通訊技術企業一樣,他看中的是5G可能給煤礦帶來的革命性變化,及其背后的巨大機會。“中國有5300多座煤礦、2700多座金屬礦,如果能把這8000多座礦山做好,我們就有可能給全世界的礦山提供服務。”

  作為我國一次能源的主要部分,煤炭能源生產占比超過70%,每年開采量約為35億噸,85%左右來自井下開采。

  “從上世紀70年代到現在,我國煤礦經歷了機械化到自動化再到目前的智能化初期的發展過程。在此過程中,信息技術的作用功不可沒。”中國煤炭科工集團常州研究院首席專家霍振龍說,信息技術在很大程度上減少了煤礦安全事故的發生,提高了煤礦工作的整體效率。

  但幾百米下的礦井深處,人仍不免與危險狹路相逢。對中國礦業大學(北京)信息工程研究所所長孫繼平來說,這種“危險”非常具象。作為國務院安全生產事故調查專家組組長,從2004年開始,他去過十幾次煤礦事故現場,都是由于爆炸和火災。108、105……最少30,他清楚記得那些事故的遇難人數。

  一方面,井下作業人數越多,同樣事故情況下死亡人數就越多,另一方面,人是最不安全的因素,技術、心情、責任感的波動都可能帶來違章,井下的人越多,發生事故的概率越高。

  要想少死人,井下要減人。道理不難,實現起來卻是千難萬難。

  要想把人撤出來,先要把人與人、人與機器、機器與機器之間連起來。這個過程涉及大量設備的接入、海量數據的傳輸、足夠低時延的遠程操控,對網絡傳輸的質量和能力提出前所未有的嚴苛要求。

  傳統有線傳輸的方式雖然信號穩定,但井下地形復雜,設備繁多,給布線造成很大的困難。況且設施時時移動,哪里有煤往哪走,線纜多次折疊易斷裂,數據傳輸卻禁不起中斷。

  多年來,礦井下通常只有隔一兩百米一處的固定電話,人一下井就失聯,地面上天塌了也通知不到個人。孫繼平舉了個例子,電鉗工下井維修A點的事故,就算50米外的B點需要他一并解決也無法通知,只能另派一人,時間人力大量浪費。

  退一萬步,即使解決了布線難、信號抗干擾能力弱等問題,傳輸的延時也是礦山“無人化”過不去的坎。

  地下幾百米處,采煤機碰到巖石,采煤機司機會調節割截滾筒高度,但遠程操控場景下,因為信號傳輸延遲、地面指令無法第一時間傳來,采煤機將繼續“硬碰硬”,從而造成大型設備的磨損。

  “采煤行業不可能沒有,也不可能永遠這樣。”中國礦業聯合會會長彭齊鳴說,煤炭一直都是我國能源供應的主力,采煤行業難以替代,但是必須轉型升級,用現代技術裝備替代傳統工作模式,用智能化實現無人值班、無人巡檢、配置減員。

  用煤礦信息化老兵孫繼平的話說,對于別的行業,5G技術是錦上添花,而對于采煤行業來說,5G技術是雪中送炭,只有它可以滿足智能煤礦的大帶寬、實時性和可靠性要求,把人解放出來,井下要減人直到無人,最難的問題留給了5G。

  第一座5G煤礦

  “我現在所在的是井下機電硐室,信號很好,設備運行一切正常。”

  山西省晉中市壽陽縣。潞安化工新元公司綜采隊技術員郗書博正在井下534米的采煤面上與調度中心視頻連線。小屏里,巡檢機器人在他身邊靈活地進行著360度音視頻采集回傳。

  這種如今每天可見的場景,在幾年前是不可想象的。

  在陽煤集團、中國移動、華為公司的聯手努力下,2019年6月18日,陽煤集團新元煤礦成為全國第一座5G煤礦。這里部署了147個5G基站,有全世界最深的5G網絡。人在井下,可以隨時隨地打電話、通視頻。實時信號在五百米縱深的巖石間以可以忽略不計的時延穿梭。

  2019年9月,新元煤礦井下5G網絡開始研發。

  11月,井下打通第一個5G電話。

  潞安化工新元公司黨群部部長喬鴻波說,如今井下設備出現故障后,視頻電話甚至可以直接打到遠在北京的設備商,請人“遠程診斷”,很快修好復產。同樣情況下,以前可能動輒停工幾天。

  在5G網絡的加持下,井下的水泵房、中央變電所、基電硐室等固定崗位的工作,也已經逐漸被攝像頭、傳感器等替代,數據實時回傳,“藍領”礦工變“白領”,在窗明幾凈的調度中心遠程操控,肩頭卸下危險。

  孫繼平說,目前井下固定崗位的減人已經沒有任何技術障礙,全國三百萬煤礦工人,如果可以全部實現固定崗位的機械化、智能化替代,約有三分之一可以告別礦井。

  從有人崗到無人崗,新元煤礦的井下作業人數已經減少了三百多。

  井下交錯的巷道中,掘進機、采煤機、皮帶機、液壓支架等大量機械設備兢兢業業地進行采掘、運輸、生產輔助等作業,作業數據實時傳輸到調度中心,井下風吹草動,地上一看便知。

  人的反應時間是200毫秒,而5G網絡下,井下畫面傳到地面的延遲只有20毫秒。在新元煤礦,“一頭(掘進頭)一面(采煤面)一硐室(機電硐室)”的每一臺設備都可以做到“令行禁止”,地面的操作員下達指令后,井下設備聞令而動,遠程實時操控成為現實。

  礦業與通信的“拉郎配”

  信息化如此有為,各方投注順理成章。

  今年4月,華為成立“煤炭軍團”。外界眼里,這個組織成軍神速、神秘高級。按照任正非的公開解釋,軍團模式是把基礎研究的科學家、技術專家、銷售專家等全都匯聚在一個部門。煤炭是華為第一個采用軍團模式的領域。

  把最強的通信技術與古老的煤礦“捆綁”,這一設想2016年起就在孫繼平筆頭打轉。但以當時的技術條件,從Wi-Fi網絡、有線網絡到工業以太網,都無法滿足遠程監控對帶寬、時延和可靠性的要求,想也白想。

  改變出現在2018年。孫繼平隨科技部和煤炭協會組織的高新技術進企業活動來到陽煤集團,二十幾個專家坐一起,討論煤礦行業的出路。

  減人是方向,也是共識。但要想把人留下的工作交給機器,實時通信是繞不過的問題。“人命關天,你不可能在地面上看井下幾分鐘以前的畫面。”孫繼平說。

  當時距離5G商用還有一年多,但高帶寬、低時延、高可靠的5G網絡,給遠程操控帶來希望。

  當著新元煤礦上屬華陽集團董事長翟紅的面,孫繼平提出5G下井的建議。

  5G下井,首先要解決設備防爆問題,同時還要“螺螄殼里做道場”,在保證功能的前提下盡量把基站做小。項目正式開始前,華為就組建了一個200多人的團隊,成立了研發相關技術的5G陽煤突擊隊,井下的一切設備都要滿足防爆要求,需要“量身打造”。

  為此,三方共同成立了新元“5G+智能礦山”創新實驗室,成功研發出首款礦用5G基站,其中僅井下的PTN環網就相當于半個縣城的5G網絡容量。

  隔行如隔山,用中國科學院院士、中國礦業大學(北京)教授何滿潮的話來說,煤礦智能化的第一步是“組合”,是采礦技術和信息技術的組合,也是兩個領域研究人員的“拉郎配”。

  對此,新元公司5G+智能化礦井建設辦公室主任冀杰感受真切:懂5G的不熟悉煤礦運行要求,懂煤礦的不了解5G技術。結果是一輪輪觀點激烈交鋒,一次次井下徹夜攻關,欣喜失望反反復復。大家在興奮和疲憊中戰斗。

  2020年12月7日,任正非來到這里。

  在新元煤礦總調度室,他細細看了5G技術應用展示、聽了介紹,還換上工作服、戴上安全帽,花費一兩小時到達井下。幾米寬的巷道里,他手持礦燈,邊走邊看,31004綜采工作面的掘進機、9號中央配電室里的傳感器,5G看得見、摸得著。

  與山西省委書記樓陽生見面時,他提出華為愿意與山西聯合建立一個“煤礦人工智能創新實驗室”,通過ICT技術與煤炭開采技術的結合,幫助煤炭行業進行數字化、智能化轉型,實現“安全、少人無人、高效”的生產模式,也讓煤礦工人以后工作可以“穿西裝打領帶”。

  今年2月9日,意愿落地,任正非再次親赴山西。華為與晉能控股集團有限公司、山西云時代技術有限公司等聯合成立的“智能礦山創新實驗室”在太原揭牌。

  從“樣板間”到“商品房”

  成為“樣板間”后,萬千同行來到新元煤礦取經。

  這里的5G應用不是櫥窗里的漂亮娃娃,而是工信部副部長劉烈宏口中實打實的“新工具箱”。

  “5G能解決的問題太多了,可以準確、清晰地獲取井下安全生產數據和環境視頻,實現井上井下高清音視頻通話、各種數據快速傳輸、設備遠程智能控制等。”有礦企負責人說,“這個時代,我們不能被落下。”

  煤炭大省紛紛行動起來。

  山西、河南、山東、內蒙古……截至目前,全國已建成400余個智能化采煤工作面。工信部表示,將持續推進采礦業“5G+工業互聯網”創新突破,加快從“樣板間”向“商品房”的復制推廣。

  劉烈宏曾在采礦行業“5G+工業互聯網”現場工作會上表示,新型基礎設施的發展給了我們新的工具箱,如果說我們原來有一批工作箱的話,現在5G來了,實際上給了我們一把重磅的工具,就像關公不能沒有大刀,張飛不能沒有長矛,要趕緊把5G這個工具用起來,推進產業數字化、智能化的進程。

  孫繼平談了他的預期,隨著5G應用的深入,采掘工作面無人或少人作業、煤礦井下車輛無人駕駛,大概又可以把約一半的礦工解放出來。剩余的最后約六分之一,如巷道巡檢、瓦斯監測等輔助工,也希望可以隨著礦山智能設備的研發投用、5G技術的研發落地,逐漸從井下回到地面。

  但人要往后撤,技術就得向前進。霍振龍一一列舉,如開發符合煤礦本質安全要求的覆蓋設備、低功耗模組等,他建議進行適當的政策引導,針對煤礦井下的特點,鼓勵國內通信產品研究機構和廠商進一步開展對5G系統的研發改進,并重點對射頻功率在煤礦安全方面的影響進行聯合研究,確保在有限的安全功率范圍內實現最大的無線覆蓋范圍。

  成本也是被不約而同談及的問題。“目前成本還是偏高。”霍振龍說,“希望5G產品能針對煤礦的特點和需求改進設計,同時圍繞煤礦智能化建設,挖掘更多應用。相信5G在煤礦的應用會越來越普遍。”

  過去,山西的煤礦正如路遙筆下孫少平工作的“大牙灣”,作業面烏漆麻黑,喧吼聲隆隆不息,人在井下與世隔絕,重復不見天日的勞動,升井后渾身黢黑,只能看清眼睛和嘴巴,被喊作“煤黑子”。更可怕的是危險,“不要帶血的煤,不要帶血的GDP”,舉國上下呼吁多年。

  如今在中國智能化程度靠前的煤礦,基本都是地上無煤塵,空中無煤粉,“采煤運煤不見煤”。“和我們合作的華為公司技術人員來自南方,他們都覺得我們礦山特別干凈。”冀杰說,“現在還是比較艱苦,但不能再說高危。隨著技術升級,煤礦的將來一定安全、高效、綠色、智能。”

【編輯:田博群】
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