第6章 5G局域?qū)＞W(wǎng)場景及解決方案

第6章

5G局域?qū)＞W(wǎng)場景及解決方案

客戶或者合作伙伴的標志放在右上角.配色參考方案：建議同一頁面內(nèi)不超過四種顏色，以下是13組配色方案，同一頁面內(nèi)只選擇一組使用。（僅供參考）5G局域?qū)＞W(wǎng)是指在一些行業(yè)、部門或單位內(nèi)部，為滿足其進行組織管理、安全生產(chǎn)、調(diào)度指揮等需要所建設(shè)的通信網(wǎng)絡(luò)。專網(wǎng)通信是指為政府與公共安全、公用事業(yè)和工商業(yè)等提供的應(yīng)急通信、指揮調(diào)度、日常工作通信等服務(wù)。本章我們重點討論鋼鐵、港口、煤礦、3C制造這4個行業(yè)的5G專網(wǎng)解決方案。了解5G基礎(chǔ)業(yè)務(wù)能力掌握5G基礎(chǔ)應(yīng)用了解5G的網(wǎng)絡(luò)能力6.15G+鋼鐵行業(yè)應(yīng)用與解決方案

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，5G使能千行百業(yè)是網(wǎng)絡(luò)的新的發(fā)展趨勢。鋼鐵行業(yè)作為影響經(jīng)濟民生的重要行業(yè)，是5G使能行業(yè)的重要突破口，下面從鋼鐵行業(yè)洞察，5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)分析，場景化解決方案，應(yīng)用案例等方面介紹5G如何使能鋼鐵行業(yè)。6.1.1鋼鐵行業(yè)洞察鋼鐵行業(yè)簡介

鋼鐵行業(yè)主要是指生產(chǎn)銷售鋼鐵產(chǎn)品的行業(yè)。鋼鐵是鐵與C（碳）、Si（硅）、Mn（錳）、P（磷）、S（硫）以及少量的其他元素所組成的合金。其中除Fe（鐵）外，C的含量對鋼鐵的機械性能起著主要作用，故統(tǒng)稱為鐵碳合金。鋼鐵是工程技術(shù)中最重要、也是最主要的，用量最大的金屬材料。6.1.1鋼鐵行業(yè)洞察圖6-1鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈分布

如圖6-1，圖中顯示了鋼鐵行業(yè)上中下游生態(tài)情況。產(chǎn)業(yè)鏈上游主要涉及各種原材料生產(chǎn)和供應(yīng)，產(chǎn)業(yè)鏈中游涉及鋼鐵冶煉及鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈下游涉及使用鋼鐵的各種行業(yè)等。6.1.1鋼鐵行業(yè)洞察上游部分主要包括兩種生產(chǎn)類型，即長流程和短流程。長流程主要是以鐵礦石為鐵素源，經(jīng)過還原熔煉、氧化精煉及二次精煉，再把鋼水凝固成連鑄坯(有時成鋼錠)后軋制成鋼材的生產(chǎn)過程。短流程主要以各種廢鋼作為主要鐵素源進行煉鋼，廢鋼熔化成為鋼水，再經(jīng)過凝固和軋制加工成鋼材的生產(chǎn)過程。圖6-2中國鐵礦砂及其精礦進口量統(tǒng)計6.1.1鋼鐵行業(yè)洞察中游部分中游主要涉及鋼鐵冶煉，鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)等。其中，鋼鐵長流程生產(chǎn)主要流程如圖6-3。鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)品按照鋼材的成材形態(tài)分為不同種類，包括型材，板材，管材，金屬制品等。同時鋼材產(chǎn)品也可根據(jù)其他方式進行分類，比如，按厚度分類：分成薄板，中板，厚板，特厚板。按生產(chǎn)方法分類：分成熱軋鋼板，冷軋鋼板。還可以按照用途，表面特征等進行分類，在不同場景可能使用不同種類的鋼材。圖6-3

鋼鐵流程圖6.1.1鋼鐵行業(yè)洞察下游部分鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為我國工業(yè)經(jīng)濟的基礎(chǔ)，其可持續(xù)發(fā)展，與鋼鐵下游部分房地產(chǎn)、機械制造、家電汽車工業(yè)、造船、基建等行業(yè)的發(fā)展不可分割。房地產(chǎn)、基建和工業(yè)制造三大產(chǎn)業(yè)基本上消化掉鋼材總量的90%左右，其中房地產(chǎn)行業(yè)鋼鐵的需求量最大，大概占鋼鐵總消耗量的40%，鋼價的漲跌，很大程度上直接由房地產(chǎn)行業(yè)的興衰決定。然而隨著經(jīng)濟增速的繼續(xù)下滑，以上三大產(chǎn)業(yè)難以維持中高增速增長，未來鋼鐵消耗量必然會進一步的下滑。下游產(chǎn)業(yè)對鋼材需求的降低，直接導(dǎo)致鋼鐵市場庫存增加、價格降低，進而影響到鋼鐵企業(yè)的效益實現(xiàn)，所以鋼鐵企業(yè)需要調(diào)整整體鋼鐵產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，維持自己的競爭力。6.1.1鋼鐵行業(yè)洞察鋼鐵行業(yè)趨勢中國鋼鐵行業(yè)發(fā)展的五個階段：1977年前，起步階段，主要追求鋼鐵產(chǎn)量提升，大煉鋼鐵；1978—2000年，緩慢發(fā)展階段，改革開放政策為鋼鐵產(chǎn)業(yè)利用技術(shù)和外資提供保障，1996年，鋼鐵產(chǎn)量突破1億噸；2001—2010年，快速擴張階段，中國加入WTO后，經(jīng)濟快速發(fā)展，鋼鐵出現(xiàn)爆發(fā)式增長；2011—2015年，增速放緩階段，因為成本上升，經(jīng)濟危機，政策調(diào)控等外部因素，鋼鐵產(chǎn)量增長放緩；2016年至今，供給側(cè)改革階段，十三五規(guī)劃引導(dǎo)去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)、綠色制造、智能制造。2020年全球粗鋼產(chǎn)量達到18.64億噸，同比下降0.9％。其中，中國的粗鋼產(chǎn)量為10.53億噸，同比增長5.2％，中國占全球粗鋼產(chǎn)量的份額從2019年的53.3％上升至2020年的56.5％，是世界鋼鐵第一大國，并逐步邁進鋼鐵強國。6.1.1鋼鐵行業(yè)洞察鋼鐵行業(yè)趨勢中國是鋼鐵大國，但距離鋼鐵強國還有很長一段距離，主要差距體現(xiàn)在以下方面：一是發(fā)展不均衡：目前我國鋼鐵工業(yè)機械化、電氣化、自動化、信息化并存，不同企業(yè)發(fā)展差異大二是行業(yè)基礎(chǔ)薄弱：智能制造整體處于起步階段，智能制造的標準、軟件、信息安全基礎(chǔ)薄弱，缺少行業(yè)標準，共性關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。關(guān)鍵軟件、底層操作系統(tǒng)、開發(fā)工具等技術(shù)領(lǐng)域基本被國外壟斷，缺少核心專利。三是投資回報率難以量化，智能化尚未成為主要生產(chǎn)模式：伴隨著人工成本的不斷加大，企業(yè)員工對作業(yè)環(huán)境和勞動舒適感尊崇感訴求的不斷提升，遠程化自動化生產(chǎn)的需求和趨勢愈加明顯和迫切。四是核心知識產(chǎn)權(quán)掌控不足，原始創(chuàng)新應(yīng)用比例不高：在研發(fā)方面尚未形成以產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系，原始創(chuàng)新研發(fā)積極性不高，政策扶持力度有待加強。在國家大力推進生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，鋼鐵工業(yè)已經(jīng)進入減量、控量的發(fā)展階段，綠色發(fā)展成為鋼鐵未來發(fā)展的主要方向，也是行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵所在。后期的鋼鐵行業(yè)會從產(chǎn)量向優(yōu)質(zhì)，高效，智能的方向不斷摸索、前進，這也會是鋼鐵行業(yè)的長期發(fā)展趨勢。6.1.1鋼鐵行業(yè)洞察鋼鐵行業(yè)痛點鋼鐵生產(chǎn)端到端涉及不同的場景，利用有限的生產(chǎn)要素來更高效、更低成本、更安全、更環(huán)保的生產(chǎn)更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。鋼鐵生產(chǎn)具備以下特征：涉及大量工作人員；設(shè)備集中、龐大，技術(shù)含量高；生產(chǎn)流程長，涉及多種多樣的生產(chǎn)工藝；原料、輔料、半成品貨物吞吐量大；高能耗、高污染、高危險，工作環(huán)境惡劣等。鋼鐵行業(yè)工作環(huán)境艱苦，存在高溫、粉塵、噪聲等惡劣條件，嚴重損害員工身體健康；生產(chǎn)環(huán)境高溫且連續(xù)作業(yè)，易引發(fā)安全和生產(chǎn)事故；天車司機上下車時間長，橋式起重機操作員崗位分散，管理效率低。面向鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，智能化改造的大背景下，希望能夠通過一定的技術(shù)解決企業(yè)的需求，解決或減少鋼鐵行業(yè)中碰到的問題。6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析

5G助力智慧鋼鐵場景，大體分為三類，遠程控制類，視頻監(jiān)控類，機器視覺類。其中，遠程控制主要包括天車（橋式起重機）遠程控制，無人天車遠程自動控制，機械臂遠程控制；視頻監(jiān)控類主要提供視頻監(jiān)控回傳，強調(diào)業(yè)務(wù)狀態(tài)監(jiān)控；機器視覺包括鋼表檢測和自動轉(zhuǎn)鋼，更多強調(diào)通過高清視頻實現(xiàn)的AI識別。6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析遠程天車天車是多個生產(chǎn)作業(yè)場景的核心生產(chǎn)設(shè)備，涉及生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)當前天車痛點包括：高溫、粉塵、噪聲工作環(huán)境損害員工健康。特殊崗位，艱苦環(huán)境，連續(xù)作業(yè)，疲勞駕駛，易發(fā)人為操作錯誤，導(dǎo)致安全和生產(chǎn)事故?，F(xiàn)場高空登車環(huán)境狹窄存在安全隱患、下車需要較長時間，影響工作效率。天車工崗位分散，組織管理效率低。一臺天車需要多個專人負責，人力資源形成較大浪費。傳統(tǒng)光纖連接方式部署難、成本高，Wi-Fi/微波方式抗干擾差、不穩(wěn)定，無法滿足改造要求。圖6-4鋼鐵生產(chǎn)中天車涉及的環(huán)節(jié)6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析遠程天車天車遠程視頻操控系統(tǒng)如圖6-5所示，圖中示意了通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)天車遠程控制。左側(cè)是天車接入設(shè)備，主要通過高清攝像頭實現(xiàn)視頻實時回傳，通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，天車操控系統(tǒng)和天車之間存在視頻流和可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）控制流兩種流量。天車控制室和天車通過雙端無線的方式實現(xiàn)設(shè)備的接入，實現(xiàn)司機在中控室對天車進行控制。圖6-5天車遠程視頻操控系統(tǒng)示意圖6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析遠程天車通過5G智能化改造后，具有以下優(yōu)勢：生產(chǎn)工作環(huán)境極大改善，讓工人體面的工作，提升歸屬感和社會地位，減少員工流失。提高天車運行效率、降低故障率、降低能源消耗，又可減輕工人的勞動強度，提升安全性。有線連接到無線隨時接入，部署效率極大提升、監(jiān)控盲區(qū)補點高效快捷。緩解人為不規(guī)范操作對設(shè)備沖擊造成的磨損，提高設(shè)備使用壽命，降低檢修強度和成本。采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，天車可以自行判斷最經(jīng)濟的吊運方式和最優(yōu)路徑。圖6-6天車實景圖6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析無人天車無人橋式起重機的控制過程，包括橋吊現(xiàn)場控制（現(xiàn)場層）、吊橋與地面控制中心控制（控制層）以及地面控制中心與WMS系統(tǒng)控制（操作層）三層：現(xiàn)場層：通過現(xiàn)場部署一些攝像頭、激光、雷達掃描儀探測現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實現(xiàn)環(huán)境建模、防撞等本地閉環(huán)功能?？刂茖樱盒熊嘝LC將輸入輸出數(shù)據(jù)周期性傳遞給控制系統(tǒng)，包括大車、小車、卷盤、吊具等狀態(tài)及精準位置、運動狀態(tài)等信息控制系統(tǒng)基于從WMS系統(tǒng)獲取的吊裝任務(wù)目標，計算后規(guī)劃并向行車下發(fā)控制指令。操作層：WMS系統(tǒng)基于業(yè)務(wù)系統(tǒng)作業(yè)任務(wù)，向地面控制中心下發(fā)作業(yè)任務(wù)。圖6-7無人全自動控制橋式起重機架構(gòu)圖6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析無人天車無人天車系統(tǒng)構(gòu)成：采集器（含3D掃描儀、激光測距儀、編解碼器、攝像頭）、5G網(wǎng)絡(luò)、PLC控制器；采集器：通過掃描儀采集水平方向與垂直方向信息，測距儀采集距離信息，獲取周邊物料、坑料、車輛、車斗高度及裝卸位置信息和畫面5G網(wǎng)絡(luò)：實時將數(shù)據(jù)傳輸至邊緣云端進行數(shù)據(jù)處理，建立現(xiàn)場三維數(shù)據(jù)模型PLC控制器：構(gòu)建AI智能算法構(gòu)建動作指令集，下發(fā)給天車執(zhí)行，從而實現(xiàn)天車無人化自主生產(chǎn)。

6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析加渣機械臂加渣車間環(huán)境溫度高、灰塵大、鋼渣飛濺，傳統(tǒng)人工加渣現(xiàn)場操作存在安全隱患、勞動強度大；并且，保護渣的厚度由操作工的經(jīng)驗來控制，容易導(dǎo)致鋼水面保護渣厚度不均勻。加渣機械臂安裝前后對比如圖6-8，圖中示意了部署智能機械臂前后對比情況，部署前工作環(huán)境艱苦，部署后通過機械臂遠程控制，遠離艱苦工作環(huán)境。圖6-8加渣機械臂安裝前后對比6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析加渣機械臂加自動加渣機械臂由PLC控制器、攝像頭和5G網(wǎng)絡(luò)三部分組成，如圖6-9所示；中控室可以通過攝像頭回傳的視頻進行分析，通過機械臂遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)一鍵加渣，實現(xiàn)遠程自動化處理。這樣減少了人工人力成本，保障員工安全，同時能夠減少人工加渣帶來的厚度誤差。圖6-9自動加渣組網(wǎng)6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析高清視頻實時監(jiān)控在高溫危險區(qū)域巡檢存在安全風險，通過高清實時視頻監(jiān)控，控制中心可以及時準確掌握現(xiàn)場動態(tài)，實時預(yù)警，提前干預(yù)，避免安全事故。高清實時視頻監(jiān)控組網(wǎng)如圖6-10所示，攝像頭可以通過CPE把視頻流量實時回傳到視頻檢測平臺，通過平臺的軟件處理及時識別出高風險場景，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。圖6-10高清實時視頻監(jiān)控組網(wǎng)6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析鋼表檢測鋼材在運輸和制造過程中不免有壓痕、孔洞等問題，長期暴露于空氣中也會存在銹斑等問題，鋼鐵表面檢測即通過攝像頭高清視頻回傳，結(jié)合機器視覺算法自動識別鋼材表面存在的一系列問題，能夠大幅提升鋼材表面質(zhì)量檢測效率，提升鋼材產(chǎn)品質(zhì)量，降低表面質(zhì)量檢測人員工作強度。鋼表檢測通過現(xiàn)場分布式推理引擎對高清視頻進行分析，得出檢測結(jié)果，通過現(xiàn)場應(yīng)用軟件推送檢測結(jié)果，通過平臺訓(xùn)練更新檢測模型，支持客戶自主更新模型，AI算法越用越準，滿足長期應(yīng)用演進需求。圖6-11鋼表檢測原理6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析鋼表檢測對鋼表檢測進行改造后將具有下列價值：提升抽檢率：人工檢測，抽檢率低，機器視覺檢測后，不僅實現(xiàn)了實時檢測，抽檢率可以實現(xiàn)100%。非接觸處理：避免二次損傷，提高可靠性。降低成本：改善生產(chǎn)線自動化，提高生產(chǎn)效率。提高品質(zhì)：產(chǎn)品品質(zhì)均一，提升品牌競爭力。高精度檢測：檢測精度可達到μ級，人眼無法檢測，可使用機器完成。對缺陷進行分類，給鋼材分級、精細定價。6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析自動轉(zhuǎn)鋼在軋鋼流程中，鋼坯進入軋機轉(zhuǎn)鋼區(qū)域之后，根據(jù)軋制工藝需要對板坯進行90度旋轉(zhuǎn)再送入軋機軋制。在部署自動轉(zhuǎn)鋼前，如圖6-12所示，需要在現(xiàn)場進行人工轉(zhuǎn)鋼，工作環(huán)境惡劣；在進行改進之后可以實現(xiàn)遠程操控，但是工作效率還是不高，因為人工可能存在操作不準，精力下降導(dǎo)致的效率下降，所以部署自動轉(zhuǎn)鋼勢在必行。圖6-12部署自動轉(zhuǎn)鋼前6.1.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析自動轉(zhuǎn)鋼自動轉(zhuǎn)鋼組網(wǎng)示例如圖所示，自動轉(zhuǎn)鋼通過高清攝像頭視頻回傳，通過平臺側(cè)AI軟件自動識別鋼坯的方向和角度，并根據(jù)視覺識別輸入結(jié)果對接軋機PLC控制系統(tǒng)，自動控制轉(zhuǎn)鋼輥道的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)板坯的90度自動旋轉(zhuǎn)。自動轉(zhuǎn)鋼業(yè)務(wù)推廣后，能夠有效減輕轉(zhuǎn)鋼操作人員的工作強度，降低企業(yè)人工成本；粗軋環(huán)節(jié)通過自動轉(zhuǎn)鋼每小時可以多軋1塊板，粗軋環(huán)節(jié)效率增加，實現(xiàn)產(chǎn)能增加。圖6-13自動轉(zhuǎn)鋼組網(wǎng)示例6.1.3場景化解決方案 5G鋼鐵專網(wǎng)定位不是取代鋼廠原有的有線網(wǎng)絡(luò)（如光纖網(wǎng)絡(luò)等），而是作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的延伸或補充，而對于新建鋼廠廠區(qū)，5G專網(wǎng)可以作為統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)為其提供服務(wù)，光纖、Wi-Fi或微波網(wǎng)絡(luò)可以作為某些重要場景的備份，從而滿足客戶的高可靠性要求。

智慧鋼鐵5G專網(wǎng)服務(wù)能力，通過5G+MEC技術(shù)構(gòu)建全連接的無線網(wǎng)絡(luò)，對重點監(jiān)控地區(qū)要素實現(xiàn)全面感知，實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)場景，滿足數(shù)據(jù)不出場等業(yè)務(wù)需求。MEC平臺部署在靠近業(yè)務(wù)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)邊緣位置，采用核心網(wǎng)UPF下沉方式，在網(wǎng)絡(luò)能力上配合無線側(cè)資源塊（ResourceBlock，RB）預(yù)留等特性提供可保障的低時延特性，并在此基礎(chǔ)上能夠部署如視頻監(jiān)控自動化分析、車輛自動化調(diào)度、安全防護等智能控制應(yīng)用，顯著提高用戶體驗和數(shù)據(jù)安全性。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于以上分析，鋼鐵行業(yè)5G專網(wǎng)方案應(yīng)包含無線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)等專業(yè)，一個典型的5G鋼鐵行業(yè)專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖6-14所示。圖中以某運營商為例，展示了5G鋼鐵專網(wǎng)架構(gòu)。首先，無線側(cè)同基站實現(xiàn)ToB定制終端和ToC個人終端的接入，個人終端主要是通過2.6GHz接入，進行下載業(yè)務(wù)，定制終端通過2.6GHz/4.9GHz異頻組網(wǎng)進行上傳業(yè)務(wù)。中間承載側(cè)共用匯聚切片分組網(wǎng)（SlicingPacketNetwork，SPN）設(shè)備，個人業(yè)務(wù)通過核心SPN連接大網(wǎng)UPF進行各種互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，定制終端通過匯聚SPN連接MEC，流量本地閉環(huán)，業(yè)務(wù)不出園區(qū)。圖6-145G鋼鐵專網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖6.1.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-無線組網(wǎng)方案

由于5GtoB項目幾乎全部以上行業(yè)務(wù)為主，瓶頸在上行，而下行容量一般非常充足，故容量覆蓋設(shè)計重點考慮上行。鋼鐵場景屬于室內(nèi)半封閉區(qū)域，室內(nèi)空間相對寬敞，建議網(wǎng)絡(luò)流量在200Mbps以下則連片部署有源天線單元（ActiveAntennaUnit，AAU）模塊，保障覆蓋、提升容量。后期針對個別熱點區(qū)域，采用EasyMacro模塊異頻部署實現(xiàn)容量補充。

當上行網(wǎng)絡(luò)流量在200Mbps以下，且站間距大于50m的時候，推薦使用AAU模塊同頻組網(wǎng)，構(gòu)建廠區(qū)基礎(chǔ)覆蓋能力。當同頻干擾較大，如上行噪聲功率抬升大于20～30dB時，建議優(yōu)先考慮引入異頻組網(wǎng)，整體上建議優(yōu)先考慮同頻段新增異頻，同頻段新增異頻是為了減少小區(qū)的新增成本，利用已有基站寬頻的特點引入異頻頻點。

網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計先按覆蓋目標來設(shè)計基本的網(wǎng)絡(luò)；然后再基于容量訴求以及低時延高可靠等應(yīng)用進行網(wǎng)絡(luò)疊加設(shè)計。6.1.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-無線組網(wǎng)方案無線站點部署需要滿足以下原則：均衡原則：每個小區(qū)/站點所覆蓋的通信終端數(shù)量及容量相對一致，盡量避免出現(xiàn)個別小區(qū)容量過載或個別小區(qū)容量輕載。同頻站點規(guī)劃避免對打：參考背靠背減少同頻干擾，如圖6-15（a）所示。天線安裝位置：如AAU主瓣覆蓋方向避免金屬物遮擋，設(shè)置合適下傾角，主瓣對準CPE方向。利用物理環(huán)境隔離覆蓋：AAU點位選擇上盡量利用廠房內(nèi)的建筑物來實現(xiàn)同頻信號在物理上的隔離，減少干擾，如圖6-15（b）所示。站高選擇：優(yōu)先選擇高度較高的位置放置站點、但站高不宜過高、需考慮重疊覆蓋，如圖6-15（c）所示。如天車高度3m左右，為避免天車遮擋，建議站高高于天車高度2～3m即可，原則上保障目標覆蓋區(qū)域無明顯障礙物遮擋即可。圖6-15基站部署原則的部分示意圖6.1.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-傳輸組網(wǎng)方案傳輸網(wǎng)部署策略需要綜合考慮鋼鐵廠園區(qū)5G基站的規(guī)劃情況和鋼鐵行業(yè)的用戶發(fā)展需求，統(tǒng)籌規(guī)劃端到端的傳輸專網(wǎng)建設(shè)。無線側(cè)與接入傳輸設(shè)備對接，可根據(jù)用戶的需求進行對接，園區(qū)5G基站可以通過C-RAN方式接入到傳輸設(shè)備，前傳網(wǎng)方案采用光纖直驅(qū)/無源波分的形式。針對鋼鐵企業(yè)涉及遠程控制、安全生產(chǎn)、應(yīng)急通信等特殊場景需要網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先保障?？梢酝ㄟ^定制通信卡方式進行切片選擇和優(yōu)先級調(diào)度，并通過不同傳輸管道綁定DNN滿足不同業(yè)務(wù)場景應(yīng)用（多級傳輸設(shè)備需要具備切片功能）。圖6-16傳輸組網(wǎng)架構(gòu)6.1.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-核心網(wǎng)組網(wǎng)方案核心網(wǎng)均采用5GSA技術(shù)架構(gòu)，結(jié)合5G標準特有的邊緣計算和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)滿足鋼鐵行業(yè)高可靠、低時延、大帶寬、數(shù)據(jù)安全等業(yè)務(wù)保障需求。鋼鐵5G專網(wǎng)整體架構(gòu)如圖6-17所示。以某運營商為例，運營商在大區(qū)中心建設(shè)網(wǎng)絡(luò)云數(shù)據(jù)中心，并面向垂直行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃5GSA行業(yè)網(wǎng)（ToB）切片，采用虛擬化方式部署核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元。鋼鐵行業(yè)可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求選擇性的部署或使用專用UPF還是共享UPF?？刂泼媸褂肨oB公共部分，用戶面根據(jù)簽約切片屬性相互隔離。圖6-17鋼鐵5G專網(wǎng)整體架構(gòu)6.1.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-核心網(wǎng)組網(wǎng)方案在行業(yè)自動化、信息化不斷提升的大背景下，大型鋼鐵企業(yè)對數(shù)據(jù)安全性提出了更為嚴格的要求，同時，天車遠程控制、視頻監(jiān)控、光學(xué)字符識別、加渣機器人、無人機高爐測溫堆料測重、AR遠程輔助等鋼鐵行業(yè)典型應(yīng)用對于邊緣計算提出數(shù)據(jù)保護、極低時延、節(jié)省傳輸和能力開放等需求。（1）數(shù)據(jù)保護：數(shù)據(jù)的收集和計算都是基于本地網(wǎng)絡(luò)，不再被傳輸?shù)皆贫耍匾拿舾行畔⒖梢圆唤?jīng)過外部網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)不出廠區(qū)能夠有效避免傳輸過程中的數(shù)據(jù)暴露風險。（2）極低時延：通過將服務(wù)器下沉部署在靠近用戶終端設(shè)備的接入環(huán)、匯聚環(huán)等企業(yè)側(cè)網(wǎng)絡(luò)邊緣，使終端能夠在本地直接訪問到內(nèi)容源，從數(shù)據(jù)傳輸路徑上降低了端到端業(yè)務(wù)響應(yīng)時延。（3）節(jié)省傳輸：5G網(wǎng)絡(luò)通過用戶面功能UPF在網(wǎng)絡(luò)邊緣的靈活部署，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)流量本地卸載，避免本地業(yè)務(wù)流量迂回，減少大量數(shù)據(jù)傳輸帶來的傳輸資源占用，從而有效抑制了網(wǎng)絡(luò)阻塞。（4）能力開放：實現(xiàn)運營商與和垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)創(chuàng)新，通過開放應(yīng)用程序接口（ApplicationProgrammingInterface，API）的方式為行業(yè)用戶提供專網(wǎng)運維管理信息、位置信息、業(yè)務(wù)使能控制及豐富的行業(yè)定制服務(wù)。6.1.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-核心網(wǎng)組網(wǎng)方案UPF作為邊緣計算的用戶面實現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，邊緣計算平臺系統(tǒng)為邊緣應(yīng)用提供運行環(huán)境并實現(xiàn)對邊緣應(yīng)用的管理。如圖6-18所示，在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，邊緣UPF可實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)外業(yè)務(wù)分流，并可作為專網(wǎng)業(yè)務(wù)錨點UPF完成本地流量卸載，廠區(qū)內(nèi)本地分流需要覆蓋廠區(qū)內(nèi)所有基站。在面向鋼鐵行業(yè)的5G專網(wǎng)，運營商可以提供包括本地業(yè)務(wù)保障、數(shù)據(jù)不出場、邊緣節(jié)點等三類重要網(wǎng)絡(luò)能力，均需要通過MEC（邊緣UPF）滿足。圖6-185G邊緣計算系統(tǒng)邏輯架構(gòu)6.1.3場景化解決方案項目背景以湖南X鋼項目為例，2019年7月湖南X鋼聯(lián)合運營商和華為，啟動智慧鋼鐵5G項目，試點階段在湖南X鋼五米寬厚板廠進行，通過為湖南X鋼提供專享+尊享的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實現(xiàn)了包括5G無人天車遠程操控、5GAR遠程輔助和高危區(qū)域5G高清視頻監(jiān)控等典型應(yīng)用場景。湖南X鋼擁有當今世界先進水平的焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、精煉、軋鋼等完整的鋼鐵生產(chǎn)工藝流程和裝備技術(shù)，產(chǎn)品涵蓋了寬厚板、線材和棒材三大類400多個品種，先后有33種產(chǎn)品獲得國家和部、省級優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品稱號，12種產(chǎn)品獲得國家冶金產(chǎn)品實物質(zhì)量金杯獎。湖南X鋼造船板通過了九國船級社認證。經(jīng)歷60年艱苦奮斗、拼搏發(fā)展，湖南X鋼資產(chǎn)總額達到420億元，營業(yè)收入超過600億元，在崗職工10204人，是湖南省單體規(guī)模最大、綜合實力最強的國有企業(yè)，整體競爭力躋身行業(yè)前列。湖南X鋼將以鋼鐵主業(yè)、鋼材深加工、循環(huán)經(jīng)濟、重工設(shè)備制造、物流貿(mào)易及服務(wù)等五大產(chǎn)業(yè)集群為支撐，著力打造一個千萬噸級的精品制造企業(yè)、一個反應(yīng)快捷的綜合服務(wù)企業(yè)、一個管理精細的高效運營企業(yè)、一個產(chǎn)業(yè)互補的多元發(fā)展企業(yè)、一個智慧型的節(jié)能生態(tài)的“兩型”示范企業(yè)。6.1.4應(yīng)用案例痛點分析湖南X鋼痛點分析：24小時輪班作業(yè)。天車懸掛操控室人工操作，勞動成本高。高危作業(yè)環(huán)境，非常辛苦，危險源多（高溫/粉塵/噪音/有害氣體）。高架空（20～50m）。智能化程度低。

“增產(chǎn)降耗”是企業(yè)智慧化升級的第一需求，其中工廠勞力成本是消耗大項，員工作業(yè)環(huán)境很危險，急需實現(xiàn)自動化無人作業(yè)，傳統(tǒng)光纖連接方式部署難、成本高，Wi-Fi方式抗干擾差、不穩(wěn)定，無法滿足改造要求。如圖6-19，鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程中環(huán)境十分惡劣，網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境差，通信部署困難。6.1.4應(yīng)用案例圖6-19工作環(huán)境惡劣解決方案如圖6-20所示，針對湖南X鋼園區(qū)范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進行分析，包括外網(wǎng)非生產(chǎn)類和生產(chǎn)類。實際部署過程中，湖南X鋼園區(qū)業(yè)務(wù)目前主要聚焦園區(qū)生產(chǎn)類應(yīng)用，不考慮非生產(chǎn)類應(yīng)用。園區(qū)業(yè)務(wù)保障需要考慮的維度多，既需要按照重點區(qū)域?qū)崿F(xiàn)差異化的“面”狀保障，又需要根據(jù)重點區(qū)域里面的不同業(yè)務(wù)（如PLC監(jiān)控、攝像頭視頻回傳等）實現(xiàn)差異化的“點”狀保障，對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、業(yè)務(wù)下發(fā)和保障提出非常大的挑戰(zhàn)。6.1.4應(yīng)用案例圖6-20湖南X鋼業(yè)務(wù)分析解決方案如圖6-21所示，湖南X鋼項目通過5G+MEC技術(shù)構(gòu)建全連接的無線網(wǎng)絡(luò)，對重點監(jiān)控地區(qū)要素實現(xiàn)全面感知，從而滿足設(shè)備遠程控制、AR遠程運維輔助、機器視覺、設(shè)備數(shù)采、高清視頻監(jiān)控、5G數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)不出場等主要應(yīng)用需求。MEC平臺部署在湖南X鋼靠近監(jiān)控區(qū)域的邊緣機房位置，除了提供可保障的低時延，還能部署視頻監(jiān)控自動化分析、車輛自動化調(diào)度、安全防護等相關(guān)遠程智能駕駛控制應(yīng)用，顯著提高用戶體驗和數(shù)據(jù)安全性。業(yè)務(wù)價值：通過5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，湖南X鋼實現(xiàn)天車遠程控制，實現(xiàn)環(huán)境改善，實現(xiàn)效率提升25%；遠程半自動天車效率預(yù)計提升60%（一人控制三臺車）；無人天車實現(xiàn)數(shù)字化輸入按指令執(zhí)行，實現(xiàn)無人化，機器效率提升25%，降低勞務(wù)成本，改善工作環(huán)境，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性得到極大提升，未來向黑燈工廠演進。6.1.4應(yīng)用案例圖6-21整體組網(wǎng)架構(gòu)圖本節(jié)首先介紹鋼鐵行業(yè)背景知識，包括鋼鐵流程，鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)等；然后介紹了鋼鐵行業(yè)趨勢，了解鋼鐵行業(yè)的發(fā)展；最后介紹了鋼鐵行業(yè)常見的業(yè)務(wù)痛點。針對不同的業(yè)務(wù)痛點華為提供了不同解決方案，本節(jié)詳細講解了5G在鋼鐵的應(yīng)用場景，包括遠程天車，無人天車，加渣機械臂，高清視頻實時監(jiān)控，鋼表檢測，自動轉(zhuǎn)鋼等場景。然后介紹了5G鋼鐵專網(wǎng)整體解決方案，包括無線，承載網(wǎng)，核心網(wǎng)等組網(wǎng)策略。最后通過湖南X鋼，了解實際應(yīng)用案例，客戶價值等。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該對5G在鋼鐵行業(yè)的解決方案有一定的了解，知曉產(chǎn)業(yè)的進展和應(yīng)用場景。6.1.5本節(jié)小結(jié)6.2

5G+港口行業(yè)應(yīng)用與解決方案

港口作為交通運輸?shù)臉屑~，在促進國際貿(mào)易和經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用。在行業(yè)數(shù)字化的大背景下，當前港口也在進行數(shù)字化、全自動的轉(zhuǎn)型升級。

隨著5G在全球的部署，5G將推動港口進行自動化、智能化的持續(xù)升級，打造“綠色、環(huán)保、高效”的智慧港口。

下面從港口行業(yè)洞察，5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)分析，場景化解決方案，應(yīng)用案例等方面介紹5G如何使能港口行業(yè)6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)簡介

航運是國際物流中最主要的運輸方式，承載了全球70%的國際貿(mào)易量。

港口是航運貿(mào)易的重要集散地。港口企業(yè)為船舶、旅客和貨物提供港口設(shè)施或者服務(wù)。例如：提供船舶進出港、靠離碼頭、移泊、貨物裝卸、倉儲、港區(qū)內(nèi)駁運等服務(wù)。6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)簡介

航運是國際物流中最主要的運輸方式，承載了全球70%的國際貿(mào)易量。

港口是航運貿(mào)易的重要集散地。港口企業(yè)為船舶、旅客和貨物提供港口設(shè)施或者服務(wù)。例如：提供船舶進出港、靠離碼頭、移泊、貨物裝卸、倉儲、港區(qū)內(nèi)駁運等服務(wù)。6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)簡介中國是促進全球航運增長的重要力量隨著“一帶一路”倡議提出以來，中國已經(jīng)成為第一貿(mào)易大國，是促進全球航運增長的重要力量，主要數(shù)據(jù)如下：中國進出口貨運總量約90%通過海上運輸。海運貨物運輸量世界第一。全球吞吐量前20大港口，中國占15個，全球前十大集裝箱港口，中國占7個。6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)簡介港口布局下面介紹中國港口布局情況：（1）港口數(shù)量：2019年中國貨運港口約145個，其中沿海55個，內(nèi)河90個，分布在21個省市。（2）泊位數(shù)量：全國泊位共有23919個，其中萬噸以上的泊位有2444個。（3）產(chǎn)能：年度吞吐量超過億噸的港口有35個，其中沿海港口25個，內(nèi)河港口10個。（4）沿海五大港口群：2007年，交通部出臺《全國沿海港口布局規(guī)劃》和《全國內(nèi)河航道與港口布局規(guī)劃》，形成環(huán)渤海、長三角、東南沿海、珠三角和西南沿海五大港口群。6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)簡介港口作業(yè)流程集裝箱被稱為改變世界的箱子，實現(xiàn)船舶、港口、公路、中轉(zhuǎn)站、橋梁、隧道等全球范圍內(nèi)物流系統(tǒng)的標準化。集裝箱在港口的流轉(zhuǎn)涉及岸橋、場橋、集卡、閘口等系統(tǒng)。港口的運輸系統(tǒng)可分為水平運輸和垂直運輸兩大類運輸系統(tǒng)。水平運輸?shù)闹饕ぞ邽榧?、AGV、跨運車，垂直運輸?shù)闹饕ぞ邽闃虻酢④壍赖?、輪胎吊。集裝箱碼頭作業(yè)區(qū)域分為裝卸作業(yè)、堆場作業(yè)和閘口作業(yè)三大區(qū)域，港口卸貨作業(yè)流程如圖6-22所示，卸貨將碼頭作業(yè)流程分為四個步驟。圖6-22 港口卸貨作業(yè)流程6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)簡介支撐系統(tǒng)集裝支撐系統(tǒng)主要有垂直運輸系統(tǒng)、水平運輸系統(tǒng)和碼頭操作系統(tǒng)三部分。垂直運輸系統(tǒng)垂直運輸系統(tǒng)設(shè)備包括岸橋和場橋兩大類。場橋又分軌道吊和輪胎吊兩種，區(qū)別在于移動方式不同。輪胎吊可實現(xiàn)轉(zhuǎn)場作業(yè)，單機利用率比軌道吊高。軌道吊有固定的軌道，移動位置有限。岸橋是集裝箱碼頭作業(yè)核心，決定集裝箱碼頭的生產(chǎn)力。水平運輸系統(tǒng)水平運輸系統(tǒng)設(shè)備主要包括人工駕駛內(nèi)集卡，AGV。碼頭操作系統(tǒng)碼頭操作系統(tǒng)（TerminalOperatingSystem，TOS)的作用是統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)調(diào)度監(jiān)控中心和裝卸、堆場、閘口三個現(xiàn)場作業(yè)區(qū)域的協(xié)同和管理。視頻監(jiān)控系統(tǒng)和集群通話系統(tǒng)是重要協(xié)同工具。6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)趨勢2019年11月，交通運輸部、國家發(fā)展改革委等九部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于建設(shè)世界一流港口的指導(dǎo)意見》，目標是：到2025年，世界一流港口建設(shè)取得重要進展，主要港口綠色、智慧、安全發(fā)展實現(xiàn)重大突破，地區(qū)性重要港口和一般港口專業(yè)化、規(guī)?；矫黠@提升。因此港口的資源整合、大型化、專業(yè)化以及效率提升是港口行業(yè)的趨勢。港口區(qū)域資源整合，避免同質(zhì)競爭交通運輸部針對產(chǎn)能過剩，同質(zhì)化競爭激烈的現(xiàn)狀，將優(yōu)化港口總體布局，加大港口宏觀調(diào)控力度。后續(xù)將審慎、有序發(fā)展新港區(qū)，嚴格控制港口岸線使用審批。6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)趨勢大型化，專業(yè)化碼頭結(jié)構(gòu)升級優(yōu)化，現(xiàn)代化港口體系形成。港口泊位與萬噸港口泊位數(shù)量如圖6-23所示。我國碼頭數(shù)量2019年22893個，5年下降28%；全國萬噸級及以上泊位2019年2520個，5年增長26%。

圖6-23 港口泊位與萬噸港口泊位數(shù)量港口提升作業(yè)效率，壓縮貨物在港停留時間集裝箱裝卸作業(yè)是港口效率的重要體現(xiàn)，優(yōu)秀港口可達到3.5分鐘/TEU（Twenty-feetEquivalentUnit，國際標準集裝箱長度單位），作業(yè)效率直接影響貨物的港停時間。6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)痛點當前全球港口面臨工作環(huán)境惡劣、勞動強度大、人工誤操作多、作業(yè)效率提升難、網(wǎng)絡(luò)運維復(fù)雜等難題，通過自動化改造來降本增效，成為全球港口共同的訴求。作業(yè)環(huán)境艱苦港口作業(yè)環(huán)境惡劣，通常表現(xiàn)在崗位危險、工作艱苦和職業(yè)病3個方面。崗位危險：司機室距地面30m，需要沿豎梯爬上去。工作艱苦：作業(yè)現(xiàn)場存在噪音和震動，幾個小時不能下來，禁食禁水。職業(yè)?。洪L期低頭作業(yè)，易得頸椎病等,一般工作至45歲轉(zhuǎn)崗。人工誤操作，事故多集裝箱碼頭商業(yè)保險理賠中，軌道吊、橋吊、堆垛、集卡吊臂、碰撞等操作導(dǎo)致的事故，理賠占比約為50%。集裝箱人工裝卸效率難提升集裝箱人工裝卸效率為25～27箱/小時，自動化碼頭可顯著提升提箱效率30%以上。6.2.1港口行業(yè)洞察港口行業(yè)痛點港口無線通信多網(wǎng)多制式，運維復(fù)雜港口無線通信系統(tǒng)如圖6-24所示。5.8GHzWi-Fi、2.4GHzWi-Fi、1.4GHz專網(wǎng)、400MHz集群等各種通信制式并存，在各自領(lǐng)域發(fā)揮作用。其中，5.8GHzWi-Fi用于回傳視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。2.4GHzWi-Fi用于回傳作業(yè)狀態(tài)信息、故障信息、風速等傳感器信息。1.4GHz專網(wǎng)用于司機向拖車下發(fā)控制指令。400MHz集群用于港口所有區(qū)域語音調(diào)度。圖6-24

港口無線通信系統(tǒng)6.2.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析

通過對需求的調(diào)研、討論和分析，我們從中識別并篩選出了對于無線通信具有潛在需求、未來可被5G賦能，且有典型代表意義的三大智慧港口應(yīng)用場景： 1.龍門吊遠程控制。 2.光學(xué)字符識別（OpticalCharacterRecognition，OCR）智能理貨。

3.

AGV與IGV輔助駕駛。龍門吊遠程控制在集裝箱碼頭中，軌道吊、輪胎吊這兩種龍門吊，是廣泛使用的港機設(shè)備。目前存量碼頭多使用輪胎吊，新建碼頭多使用軌道吊，輪胎吊在存量碼頭中占比高。遠程控制改造后，龍門吊上安裝攝像頭和PLC。龍門吊遠程控制如圖6-25所示。司機由現(xiàn)場操作改在操作室遠程進行操作，操作人員獲取TOS下發(fā)的調(diào)度任務(wù)后，根據(jù)堆場現(xiàn)場龍門吊上實時回傳的高清視音頻數(shù)據(jù)，通過操縱桿的通信來遠程實時控制龍門吊及其抓手的移動、抓取、放開等操作，實現(xiàn)集裝箱的高效、有序堆放與轉(zhuǎn)運。龍門吊實現(xiàn)遠程控制后，一個操作人員可以控制多臺龍門吊，降低人員空閑時間，提升作業(yè)效率，同時可以降低安全風險。圖6-25龍門吊遠程控制6.2.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析龍門吊遠程控制無線化方案需要保證充足的連續(xù)覆蓋效果，并滿足PLC控制業(yè)務(wù)和監(jiān)控視頻回傳業(yè)務(wù)的帶寬、時延和包可靠性等訴求，在保證安全生產(chǎn)的前提下提升集裝箱作業(yè)的效率。單臺龍門吊遠程控制一般需要回傳5～18路監(jiān)控視頻，1080P分辨率下對帶寬的需求約為15～54Mbps。龍門吊遠程控制時延分析如圖6-26所示。PLC發(fā)送周期為16ms，若PLC收發(fā)兩端的網(wǎng)絡(luò)時延在20ms以內(nèi)，則可保障業(yè)務(wù)的良好運營。若超過3個周期即48ms，接收端未接到數(shù)據(jù)包，則接收端判斷鏈路中斷，觸發(fā)吊機緊停。圖6-26龍門吊遠程控制時延分析

6.2.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析龍門吊遠程控制龍門吊5G遠控方案如圖6-27所示，方案說明如下：（1）當前場橋等港機設(shè)備采用L2/L3協(xié)議混傳，需要在CPE前端新建工業(yè)網(wǎng)關(guān)或者AR路由器建立GRE隧道。（2）為降低控制信號時延，組網(wǎng)方案中監(jiān)控視頻和控制信號通過不同的隧道（CPE1、CPE2）進行分離傳輸。（3）場吊遠控時延要求較高（20ms），當前5G場吊遠控方案通過部署MEC降低園區(qū)內(nèi)控制信號端到端時延。圖6-27

龍門吊5G遠控方案6.2.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析OCR智能理貨OCR技術(shù)在裝卸船、堆放、理貨、驗殘、提箱、出關(guān)環(huán)節(jié)可用于識別集裝箱箱號、裝卸提箱狀態(tài)、鉛封有無、箱體殘損程度等；這些數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送、統(tǒng)計，直接影響著整個物流大數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)效率。當前OCR理貨存在諸多痛點，比如每臺岸橋上安裝10個攝像頭，這些視頻利用Wi-Fi回傳，穩(wěn)定性較差，后臺不能實時獲取監(jiān)控視頻；若后臺無法獲取數(shù)據(jù)，工作人員需爬上高達幾十米的岸橋，拷貝視頻數(shù)據(jù)。5G+AI智能理貨應(yīng)用，能夠精準地控制拍攝集裝箱箱號圖片時機，通過5G網(wǎng)絡(luò)將高清圖像和視頻數(shù)據(jù)快速實時回傳至云端AI系統(tǒng)，借助智能AI系統(tǒng)自動識別與核銷箱號、箱損、拖車號等海量人工重復(fù)勞動，實現(xiàn)理貨作業(yè)信息作業(yè)自動化采集，提高準確率、效率。5G+AI智能理貨對網(wǎng)絡(luò)要求上行帶寬40～60Mbps，時延小于100ms時延。6.2.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析OCR智能理貨5G智能理貨組網(wǎng)方案如圖6-28所示。智能理貨場景通過同步PLC數(shù)據(jù)，控制攝像頭進行抓拍，在組網(wǎng)方案中視頻與PLC同路傳輸，因此只需部署1臺CPE，建立GRE隧道進行傳輸。圖6-285G智能理貨組網(wǎng)方案6.2.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析AGV與IGV輔助駕駛目前，現(xiàn)有AGV使用5.8GHzWi-Fi無線技術(shù)進行車輛控制，存在通信可靠性低、易遭受無線干擾和網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋能力不足等問題，利用5G實現(xiàn)AGV集群管理，AGV的自動化指令下發(fā)和狀態(tài)上傳反饋等通信業(yè)務(wù)均通過5G網(wǎng)絡(luò)回傳至云端TOS系統(tǒng)，保證業(yè)務(wù)穩(wěn)定及時延可靠性。AGV單機對5G網(wǎng)絡(luò)上下行帶寬速率需求不低于500kbps,最大延時不超過200ms。5GAGV智能調(diào)度組網(wǎng)方案如圖6-29所示。AGV采用雙電機驅(qū)動的冗余架構(gòu)，故實際組網(wǎng)中雖然有兩臺CPE，但均傳輸控制信號，對時延要求較高（50ms以內(nèi)）。圖6-295GAGV智能調(diào)度組網(wǎng)方案6.2.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G智慧港口第一波應(yīng)用主要以龍門吊遠控為主，屬于高清視頻回傳+PLC遠控的場景。港口5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計與業(yè)務(wù)應(yīng)用場景和分布強相關(guān)，傳統(tǒng)的以基站為錨點的規(guī)劃思路需要轉(zhuǎn)變?yōu)橐詷I(yè)務(wù)場景和終端部署為參考點的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計。需要解決如下三大挑戰(zhàn)：（1）多臺龍門吊應(yīng)用并發(fā)，對5G網(wǎng)絡(luò)上行容量要求高，需考慮多頻段組網(wǎng)。（2）高空信號視距傳輸，小區(qū)干擾、切換難控制。（3）路面信號覆蓋易受集裝箱遮擋，容易形成覆蓋弱區(qū)。6.2.3場景化解決方案網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)當前港口行業(yè)均已投資建設(shè)數(shù)據(jù)中心，并滿足當前及未來幾年內(nèi)的要求，對公有云的訴求是輕度的；針對有AI的需求，可在其自建的私有云上部署。港口5G專網(wǎng)整體架構(gòu)如圖6-30所示。港口5G業(yè)務(wù)場景主要圍繞5G無線網(wǎng)絡(luò)、終端、傳輸、核心網(wǎng)（本地MEC部署）新建實現(xiàn)，其中在港口區(qū)域部署的網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)主要是以下兩部分：（1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括5G基站，傳輸及MEC等。（2）終端及路由設(shè)備，包括5GCPE及建立隧道用的AR路由器。6.2.3場景化解決方案圖6-30港口5G專網(wǎng)整體架構(gòu)組網(wǎng)方案-無線組網(wǎng)方案1.站點部署原則基站部署原則的示意圖如圖6-31所示。同頻站點規(guī)劃避免對打，若堆場內(nèi)有燈塔站點，可參考背靠背減少同頻干擾。天線選擇時，AAU兼顧堆場和岸橋的場景，盡量采用寬的水平和垂直波瓣天線。站高選擇需考慮重疊覆蓋，不宜過高或過低，可就近部署在附近燈塔的3層，保障高度和視距覆蓋。6.2.3場景化解決方案圖6-31基站部署原則的示意圖組網(wǎng)方案-無線組網(wǎng)方案2.終端部署原則（1）基避免終端距離基站過近。CPE點位選擇需要考慮覆蓋以及上行功率飽和問題，不能距離基站太近；經(jīng)實測驗證，如果電平較高（如RSRP大于-68dBm），上行功率飽和，上行平均速率會下降。因此需要考慮調(diào)整終端位置，如終端距離基站大于30m。（2）終端歸屬小區(qū)保持穩(wěn)定，避免切換。針對堆場上行需求固定的點位，考慮toB終端的位置也相對穩(wěn)定，通過鎖頻、鎖定PCI等方式來保持接入到固定小區(qū)，減少終端由于信號波動造成小區(qū)容量的沖擊，確保小區(qū)容量的穩(wěn)定和各個終端基本業(yè)務(wù)速率需求。針對移動范圍較大終端，可考慮使用小區(qū)合并組網(wǎng)，避免小區(qū)切換導(dǎo)致時延過大。（3）CPE點位盡量少。針對龍門吊和無人集卡而言，需要使用雙CPE才能滿足需求，根據(jù)需求部署即可。針對視頻監(jiān)控類業(yè)務(wù)而言，盡量減少CPE的點位，減少鄰區(qū)上行干擾水平，匯聚到單CPE的攝像頭數(shù)量范圍在10～20個。6.2.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-無線組網(wǎng)方案3.高可靠低時延設(shè)計方案高可靠低時延設(shè)計方案依賴于網(wǎng)絡(luò)部署模型，端到端時延評估主要有下面兩種場景。一是UE和云端服務(wù)通信場景，如圖6-32。典型應(yīng)用為遠端數(shù)據(jù)采集，遠端控制。二是UE和UE通信場景，如圖6-33。典型應(yīng)用為近端數(shù)據(jù)采集，移動端控制，近端邏輯控制。實驗室測試表明，遠中近點的部署位置，平均時延和時延可靠性的差異很大。尤其是在遠點，劣化更加明顯。因此，如果對于前面提到的低時延方案，尤其是中、高檔穩(wěn)定低時延方案，需要滿足中近點部署。6.2.3場景化解決方案圖6-32UE和云端服務(wù)通信場景圖6-33UE和UE通信場景5G

Transmission：5G傳輸

networking：網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案-無線組網(wǎng)方案4.分場景無線方案描述（1）堆場龍門吊網(wǎng)絡(luò)方案AAU部署在堆場內(nèi)的加固燈桿或平臺上，AAU和CPE部署時，盡量高度相近，這樣可充分保障視距覆蓋，因此對于單個堆場，從覆蓋角度而言，覆蓋龍門吊使用一個AAU即可。根據(jù)單小區(qū)AAU容量口徑，多臺龍門吊并發(fā)時，若需求容量低于單小區(qū)容量口徑，使用單AAU覆蓋即可，若堆場內(nèi)并發(fā)的龍門吊比較多時，單小區(qū)容量比需求容量低，此時考慮開通大上行特性。若因周邊鄰區(qū)覆蓋，導(dǎo)致龍門吊的服務(wù)小區(qū)上行干擾很大，為保證遠程控制的低時延高可靠要求，可進一步考慮異頻部署。6.2.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-無線組網(wǎng)方案4.分場景無線方案描述（2）堆場AGV網(wǎng)絡(luò)方案堆場內(nèi)AGV高度約3m，集裝箱全金屬結(jié)構(gòu)，穿損大，且層數(shù)實時變化，直接影響覆蓋，為保證堆場內(nèi)AGV的覆蓋，約400m×400m堆場內(nèi)可考慮部署兩個AAU覆蓋AGV。站點需依托高燈桿位置進行建設(shè)。當堆場內(nèi)部署的AGV數(shù)量較少時，可使用兩AAU部署覆蓋整個堆場，若AGV數(shù)量較多時，兩AAU容量不滿足要求，可考慮開通大上行特性方案。（3）OCR智能理貨網(wǎng)絡(luò)方案智能理貨對時延無訴求，可根據(jù)實際安裝環(huán)境部署AAU小區(qū)，達到覆蓋整個泊位區(qū)域。若使用同一小區(qū)同時覆蓋泊位的無人集卡和岸橋，需考慮容量是否滿足訴求，若容量不足以同時滿足兩項業(yè)務(wù)，需開通大上行特性。6.2.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-承載網(wǎng)組網(wǎng)方案承載網(wǎng)部署策略需要綜合考慮港口5G基站的規(guī)劃情況和港口的用戶發(fā)展需求，統(tǒng)籌規(guī)劃端到端的傳輸專網(wǎng)建設(shè)。為保障5G網(wǎng)絡(luò)可靠的運行，園區(qū)5G基站通過C-RAN/D-RAN方式接入到傳輸設(shè)備，前傳方案采用光纖直驅(qū)/無源波分的形式。無線側(cè)基帶處理單元（BuildingBasebandUnit，BBU）與承接接入設(shè)備對接，可根據(jù)用戶的需求，特別是港口企業(yè)涉及遠程控制、安全生產(chǎn)、應(yīng)急通信等特殊場景需要網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先保障，可通過定制通信卡方式進行切片選擇和優(yōu)先級調(diào)度，并通過不同傳輸管道綁定DNN滿足不同業(yè)務(wù)場景應(yīng)用。運營的承載網(wǎng)采用了不同的傳輸技術(shù)，若采用的是SPN技術(shù)，其設(shè)備為分組傳送網(wǎng)（PacketTransportNetwork，PTN）產(chǎn)品；若采用的是IP無線接入網(wǎng)（IPRadioAccessNetwork，IPRAN）技術(shù)，其設(shè)備為接入傳輸網(wǎng)絡(luò)（AccessTransportNetwork，ATN）產(chǎn)品。港口行業(yè)需根據(jù)運營商選擇相應(yīng)傳輸設(shè)備進行工業(yè)園區(qū)傳輸組網(wǎng)。6.2.3場景化解決方案組網(wǎng)方案-承載網(wǎng)組網(wǎng)方案根據(jù)園區(qū)的大小和基站的分布情況，可以選擇SPN/IPRAN一層組網(wǎng)或兩層組網(wǎng)，針對BBU是CRAN組網(wǎng)的方式，推薦一層組網(wǎng)；如果BBU是DRAN場景，并且跨不同地點的多個機樓，或者園區(qū)比較大，推薦兩層組網(wǎng)；具體建議參見下表：6.2.3場景化解決方案BBU放置位置BBU數(shù)量組網(wǎng)層級同機房X≤8一層8＜X≤12一層X＞12二層接入層匯聚層跨機房不限二層接入層匯聚層組網(wǎng)方案-核心網(wǎng)組網(wǎng)方案邊緣網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)方案中，運營商一般在大區(qū)中心建設(shè)網(wǎng)絡(luò)云數(shù)據(jù)中心，并面向垂直行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃5GSA行業(yè)網(wǎng)切片，采用虛擬化方式部署核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元。5GSA行業(yè)網(wǎng)絡(luò)切片可根據(jù)港口行業(yè)特點和業(yè)務(wù)模式，為行業(yè)用戶提供靈活可定制的用戶面網(wǎng)元部署方案，通過用戶面按需下沉，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流量本地匯聚和數(shù)據(jù)分流。用戶面下沉作為實現(xiàn)5G邊緣計算的前置條件，為港口行業(yè)提供了豐富、高效的網(wǎng)絡(luò)性能，邊緣計算通過在靠近數(shù)據(jù)源或用戶的地方提供計算、存儲等基礎(chǔ)設(shè)施，基于IT架構(gòu)和云計算的能力為邊緣應(yīng)用提供運行在移動網(wǎng)絡(luò)邊緣的、運行特定任務(wù)的云服務(wù)。UPF作為邊緣計算的用戶面實現(xiàn)邊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，邊緣計算平臺系統(tǒng)為邊緣應(yīng)用提供運行環(huán)境并實現(xiàn)對邊緣應(yīng)用的管理。在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，邊緣UPF可實現(xiàn)港口內(nèi)外業(yè)務(wù)分流，并可作為專網(wǎng)業(yè)務(wù)錨點UPF完成本地流量卸載，港口內(nèi)本地分流需要覆蓋港口內(nèi)所有基站。在行業(yè)自動化、信息化不斷提升的大背景下，大型港口對數(shù)據(jù)安全性提出了更為嚴格的要求，同時，龍門吊遠程控制、AGV/IGV、智能理貨等港口行業(yè)典型應(yīng)用對于邊緣計算提出數(shù)據(jù)保護、極低時延、節(jié)省傳輸、能力開放的需求。6.2.3場景化解決方案設(shè)備選型5GtoB站點在部署場景上需要結(jié)合覆蓋場景部署限制來合理選擇。當前5GtoB基站主要設(shè)備能力見下表：6.2.3場景化解決方案產(chǎn)品形態(tài)技術(shù)規(guī)格多天線與配對能力特點及適用場景AAU天線數(shù)目：64T64R功率：320W體積重量：體積大，承重要求高支持多用戶?多輸入多輸出（Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output，MU-MIMO）配對，支持上行4流配對，小區(qū)峰值容量大；抗干擾能力最強安裝空間最大，承重要求最高覆蓋距離最遠、垂直寬，適用室外以及室內(nèi)相對空曠場景桿站天線數(shù)目：8T8R功率：功率小于AAU體積重量：體積小于AAU，有一定的承重要求MU-MIMO配對能力差安裝空間較小，有一定承重要求；覆蓋距離較遠設(shè)備選型港口為廣域室外場景，無線環(huán)境相對空曠，波束易展開，整體可采用AAU或桿站作為主部署演進，設(shè)備選型原則如下：（1）有鐵塔、燈塔或者加固型燈塔型的堆場，堆場中集裝箱穿損比較大，且要求覆蓋的距離遠，業(yè)務(wù)的分布高低兼顧，推薦使用AAU。（2）需要補盲的重點區(qū)域，或只需覆蓋部分區(qū)域（100～200m），可在承重有限的燈桿上部署桿站。6.2.3場景化解決方案項目背景浙江某港口是中國大型和特大型深水泊位最多的港口。該港口有19個港區(qū)，共有生產(chǎn)泊位620多座。2018年貨物吞吐量超10億噸，繼續(xù)保持超10億噸超級大港地位，全球港口排名實現(xiàn)十連冠；年集裝箱吞吐量超2600萬標準箱。港口當前網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀如下：（1）光纖為主：Wi-Fi有效覆蓋范圍?。s30m），沿海多臺風，AP不穩(wěn)定，難以大規(guī)模室外部署，當前港區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳輸以光纖為主。（2）層二組網(wǎng)：港區(qū)當前龍門吊上工業(yè)控制PLC系統(tǒng)為二層協(xié)議，PLC信號和攝像頭監(jiān)控流量通過有線接入企業(yè)L2網(wǎng)絡(luò)和控制室互通。（3）網(wǎng)絡(luò)隔離：生產(chǎn)網(wǎng)、安防網(wǎng)、辦公網(wǎng)互相隔離，獨立煙囪系統(tǒng)。6.2.4應(yīng)用案例痛點分析目前，痛點分析如下：（1）每臺吊車需部署PLC控制和監(jiān)控視頻，部署線纜的費用約為200萬人民幣，且游動龍門吊需靈活移動，損耗快，需每兩年更換一次。（2）每個吊車需操作員24小時輪流工作，多人操作人力成本高。（3）吊車工作條件艱苦。（4）Wi-FiAP抗雷擊能力弱，故障率高，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差。（5）橋吊之間相互遮擋，容易形成網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)。（6）視頻回傳目前采用有線連接，線纜成本高，擴展性差。6.2.4應(yīng)用案例解決方案選取龍門吊遠程控制場景進行改造，并驗證遠程操控性能。龍門吊遠控主要由控制流和視頻流兩種業(yè)務(wù)流構(gòu)成，其中控制流有低時延高可靠的要求，視頻流需要保障一定的容量，維持視頻的流暢。每臺龍門吊上部署18路1080P高清攝像頭，視頻回傳至中控室，輔助工作人員通過PLC遙控桿實現(xiàn)精準移動、抓舉集裝箱等遠程操控。梅山港區(qū)，唯一全電龍門吊碼頭，橋吊28臺，輪胎吊91臺，計劃對6#和7#堆的6臺輪胎吊做無線遠程操控改造。6.2.4應(yīng)用案例解決方案1.整體解決方案針對此港口整體解決方案如下：(1)龍門吊遠控關(guān)鍵參數(shù)：PLC發(fā)送周期16ms，看門狗（Watchdog）時延224ms,視頻上行帶寬30Mbps/臺。(2)無線組網(wǎng)方案：港口對上行容量有較高訴求，使用AAU宏站做連續(xù)覆蓋，13個小區(qū)滿足上行容量訴求；ToB的大上行業(yè)務(wù)易導(dǎo)致鄰區(qū)上行強干擾，使用異頻組網(wǎng)緩減干擾。(3)低時延高可靠：龍門吊控制流有較高的低時延高可靠要求。為提高可靠性能，使用AR路由器的雙發(fā)選收機制。(4)

5QI規(guī)劃：采用雙CPE分別承載兩種業(yè)務(wù)類型，控制流5QI為6，視頻流5QI為8。(5)CPE終端選型：CPE選型，考慮港口業(yè)務(wù)時延穩(wěn)定性要求較高，優(yōu)選匹配+24V單元POE供電模塊的工業(yè)級CPE。(6)

CPE鎖小區(qū)：針對同一堆場或者業(yè)務(wù)發(fā)生在同一個5G覆蓋小區(qū)范圍內(nèi)，建議對CPE進行鎖頻、鎖小區(qū)，避免因CPE在5G小區(qū)間頻繁切換影響業(yè)務(wù)。6.2.4應(yīng)用案例解決方案2.實測指標實測雙向RTT時延約10.6ms，時延抖動平均1.7ms，滿足PLC遠程控制小于18ms的時延要求。上行平均速率161Mbps，滿足單臺龍門吊攝像頭上行傳輸需求，監(jiān)控視頻清晰無卡頓，可精準輔助龍門吊遠程作業(yè)。3.解決方案端到端設(shè)備清單龍門吊遠控改造涉及無線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)、第三方配套軟件，龍門吊遠控解決方案設(shè)備清單如表所示。6.2.4應(yīng)用案例領(lǐng)

域名

稱數(shù)

量終端5GCPE2臺無線網(wǎng)AAU8臺無線網(wǎng)BBU4臺承載網(wǎng)SPN3臺核心網(wǎng)MEC6臺核心網(wǎng)5GC1套數(shù)據(jù)通信交換機2臺數(shù)據(jù)通信交換機1臺數(shù)據(jù)通信防火墻2臺數(shù)據(jù)通信VXLAN2臺第三方配套PLC控制系統(tǒng)1套業(yè)務(wù)價值實測龍門吊遠控業(yè)務(wù)可以節(jié)省線纜、設(shè)備、人力等多方面成本，并提升工作效率：1.省線纜每臺龍門吊有線光纜+電纜每兩年需更換一次，更換總成本約200萬元人民幣，約合100萬元/臺/年。2.省設(shè)備無線替代有線，多臺游動吊車可并行工作，提升50%工作效率，實際降低了港口龍門吊設(shè)備購置數(shù)量，按每臺價格500萬元人民幣、10年折舊計算，可節(jié)省25萬元/臺/年。3.省人力傳統(tǒng)控制每臺需3人輪換，遠程控制后，1人可同時操控3～6臺龍門吊，大幅降低人力成本，以同時操控4臺、人力成本10萬元/人/年計算，可節(jié)省27.5萬元/臺/年。6.2.4應(yīng)用案例依托5G+云+AI技術(shù)，到2025年，我們要在世界一流港口建設(shè)取得重要進展，主要港口綠色、智慧、安全發(fā)展實現(xiàn)重大突破，地區(qū)性重要港口和一般港口專業(yè)化、規(guī)?；矫黠@提升。到2035年，全國港口發(fā)展水平整體躍升，主要港口總體達到世界一流水平，若干個樞紐港口建成世界一流港口，引領(lǐng)全球港口綠色發(fā)展、智慧發(fā)展。本節(jié)先介紹了港口行業(yè)的趨勢和業(yè)務(wù)痛點，再詳細講解了5G在港口的應(yīng)用場景、5G港口專網(wǎng)整體解決方案及行業(yè)實踐案例。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該對5G在港口行業(yè)的解決方案有一定的了解，知曉產(chǎn)業(yè)的進展和應(yīng)用場景。6.2.5本節(jié)小結(jié)6.3

5G+煤礦行業(yè)行業(yè)應(yīng)用與解決方案

我國現(xiàn)已研發(fā)出礦用5G系統(tǒng)，并在煤礦井下獲得初步應(yīng)用，展現(xiàn)出良好的效果和廣闊的應(yīng)用前景。5G新技術(shù)在煤礦的融合應(yīng)用，必將改變煤礦傳統(tǒng)的生產(chǎn)組織與用工形式，打破安全、環(huán)境等對煤炭開發(fā)利用的制約。

下面從煤礦行業(yè)洞察，5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)分析，場景化解決方案，應(yīng)用案例等方面介紹5G如何使能煤礦行業(yè)。6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介煤礦行業(yè)是指以煤礦資源開采和運輸為主的一個產(chǎn)業(yè)，我國能源面臨“富煤、貧油、少氣”的格局，煤礦儲量相對豐富，是國家能源的主要來源之一，也是國家經(jīng)濟的重要支柱之一。圖6-36煤礦消費行業(yè)1.煤炭消費行業(yè)中國是煤礦的生產(chǎn)和消費大國，煤礦消費遍布發(fā)電、鋼鐵、建材等行業(yè)，如圖6-36所示，短期難以替代。6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介2.中國煤礦市場格局2019年，我國原煤產(chǎn)量超億噸的煤礦企業(yè)有7家，分別為國家能源集團、中煤能源集團、同煤集團、陜煤集團、兗礦集團、山東能源集團和山西焦煤集團，合計約14.6億噸，占全國總產(chǎn)量38%，如圖6-37所示。中國煤礦資源分布極不平衡，北邊和西邊煤礦資源較為豐富，東邊和南邊煤礦資源較少。從而形成了“北煤南運”和“西煤東調(diào)”的基本格局。圖6-37中國7大煤礦企業(yè)6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介3.煤礦作業(yè)流程煤礦一般分為露天礦和井工礦兩大類，露天礦是把覆蓋在礦體上部及其周圍的浮土和圍巖剝?nèi)ィ褟U石運到排土場，從露天的礦體上直接采掘礦石。當?shù)V體埋藏較淺或地表有露頭時，應(yīng)用露天開采比地下開采優(yōu)越。剝?nèi)ド喜繋r土的工作稱為剝離。剝離巖土量與采出礦石量的比例稱為剝采比，剝采比過大的露天礦，露天開采成本高，應(yīng)改用地下開采的方法。露天煤礦又分為山坡露天礦（如圖6-38所示）和凹陷露天礦（如圖6-39所示）。圖6-38山坡露天礦實景圖6-39凹陷露天礦實景6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介3.煤礦作業(yè)流程井工煤礦就是進行地下開采的煤礦，采掘面位于地下，可以有多個開采面。通過豎井或者斜井連接地面，作為人員和礦石運輸通道。井工煤礦示意圖如圖6-40所示，井工煤礦實景圖如圖6-41所示。圖6-40井工煤礦示意圖圖6-41井工煤礦實景圖6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介3.煤礦作業(yè)流程煤礦開采的基本業(yè)務(wù)流程，從地質(zhì)勘探、露天開拓或井下開拓、露天開采或井下開采、粗加工、運輸、按照不同功能進行加工并綜合利用，如圖6-42所示。（1）地質(zhì)勘探：勘探一座礦床需要2～5年時間。（2）開拓：大型礦開拓需要3～7年時間，中型礦開拓需要2～3年時間。（3）開采：生產(chǎn)周期需要30～50年時間。圖6-42煤礦開采基本流程6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介3.煤礦作業(yè)流程露天礦山，開采流程主要包括穿孔、爆破、鏟裝、運輸、破碎、排巖等，如圖6-43所示。圖6-43露天礦山開采流程6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介3.煤礦作業(yè)流程井工煤礦的作業(yè)界面如圖6-44所示。（1）主巷道：巷道長度十至上百千米，大部分可以通行兩輛車。（2）管線：管線沿著主巷道布置，包括電纜電線、光纖、瓦斯抽采管道等。（3）綜采面：采煤工作面，一般2～4m高（取決于煤層的厚度），寬300m，長度2km以上。（4）主工作巷道：井下生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控中心和檢修巷道。（5）輸煤皮帶：即時輸送到井上洗煤中心。（6）機電硐室：煤礦關(guān)鍵電器設(shè)備存放。（7）地面監(jiān)控指揮中心：遠程監(jiān)控與控制。圖6-44井工煤礦作業(yè)界面6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介3.煤礦作業(yè)流程井工礦業(yè)務(wù)流程：主要包括落礦/采掘、運輸、選礦等主要環(huán)節(jié)如圖6-45所示。（1）落礦/采掘：一般采用綜采設(shè)備、連采設(shè)備、爆破等方法，將礦石切割成細小塊狀，并自動掉落到下方的運輸平臺。（2）運輸：礦石掉落后，通過皮帶系統(tǒng)從井下自動運出。（3）選礦：礦石經(jīng)過皮帶運輸系統(tǒng)到達選礦中心，進行洗選處理，過濾雜質(zhì)，按照成色分類后向外運輸。圖6-45井工礦山開采流程6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介4.煤礦設(shè)備介紹井工煤礦常見設(shè)備包括掘進機、支架系統(tǒng)、采煤機、皮帶運輸機和膠輪機等。掘進機是用于平直地面開鑿巷道的機器，如圖6-46所示，主要由行走機構(gòu)、工作機構(gòu)、裝運機構(gòu)和轉(zhuǎn)載機構(gòu)組成。隨著行走機構(gòu)向前推進，工作機構(gòu)中的切割頭不斷破碎巖石，并將碎巖運走。礦山支架是指安裝在礦山巷道中起支撐巖石作用的設(shè)備，如圖6-47所示。其作用是控制圍巖的移動，防止圍巖冒落，以保持巷道的安全。圖6-46掘進機圖6-47礦山支架6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介4.煤礦設(shè)備介紹采煤機是一個集機械、電氣和液壓為一體的大型復(fù)雜系統(tǒng)，一般由截割部、裝載部、行走部(牽引部)、電動機、操作控制系統(tǒng)和輔助裝置等部分組成，如圖6-48所示。在采煤工作面，采煤機把煤從煤體上破落下來(破煤)并裝入工作面輸送機(裝煤)。采煤機按調(diào)定的牽引速度行走(牽引)，使破煤和裝煤工序能夠連續(xù)不斷地進行。皮帶輸送機是煤礦井下輸送機械的一種，是運用皮帶的無極運動運輸物料的機械，如圖6-49所示。物料被連續(xù)地送到運輸帶上，并隨著輸送帶一起運動，從而實現(xiàn)對物料的輸送。圖6-48采煤機圖6-49皮帶輸送機6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)簡介4.煤礦設(shè)備介紹防爆膠輪車是井下設(shè)備及材料運輸?shù)膶Ｓ眠\輸設(shè)備，如圖6-50所示，操作方便。是井下設(shè)備維修及原材料運輸?shù)闹匾ぞ?。露天煤礦常見設(shè)備包括挖掘機、礦用卡車等。常見的挖掘機結(jié)構(gòu)包括動力裝置，工作裝置，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，操縱機構(gòu)，傳動機構(gòu)，行走機構(gòu)和輔助設(shè)施等，如圖6-51所示，主要負責礦山的各種挖掘作業(yè)。礦用卡車是在露天礦山為完成巖石土方剝離與礦石運輸任務(wù)而使用的一種重型自卸車如圖6-52所示。圖6-50防爆膠輪車圖6-51挖掘機圖6-52礦用卡車6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)趨勢工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、國家發(fā)展改革委等八部門于2020年發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，要求加快推進煤礦行業(yè)供給側(cè)的結(jié)構(gòu)性改革，推動智能化技術(shù)與煤礦產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，提升煤礦智能化水平。煤礦智能化發(fā)展的3個階段性目標如圖6-53所示，即到2021年，建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦。到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴重煤礦基本實現(xiàn)智能化。到2035年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，實現(xiàn)無人化煤礦生產(chǎn)。圖6-53煤礦智能化趨勢6.3.1煤礦行業(yè)洞察煤礦行業(yè)痛點（1）作業(yè)環(huán)境艱苦，人員安全問題突出。（2）招工難，礦石運輸成本高，人工操作效率低。（3）規(guī)章制度齊全，缺乏有效監(jiān)管手段，人力巡查成本高、效率低。（4）當前ICT系統(tǒng)，煙囪式網(wǎng)絡(luò)、部署維護成本高，嚴重制約了數(shù)據(jù)流通。主要表現(xiàn)為：礦山應(yīng)用間點對點集成，耦合度高，系統(tǒng)接口難以管理與運維，數(shù)據(jù)集成時效性差；大量設(shè)備對接困難，IT-OT無法融合，難以對海量設(shè)備數(shù)據(jù)進行分析與建模；適配云戰(zhàn)略，潛在帶來跨云接口、消息集成復(fù)雜度增加、可靠性與安全成為挑戰(zhàn)；跨集團、供應(yīng)商、精煉廠之間系統(tǒng)跨網(wǎng)集成，帶來集成安全、協(xié)議轉(zhuǎn)換挑戰(zhàn)。6.3.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析高清視頻監(jiān)控當前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)大部分是礦業(yè)企業(yè)在早期部署的，具有基本的監(jiān)控功能，但是存在幾個常見的問題：1.固網(wǎng)傳輸，部署攝像頭不靈活，在有限的地方部署；2.視頻攝像頭分辨率不高，導(dǎo)致拍攝的視頻畫面或者圖片不清晰，不容易做出準確的判斷；3.針對移動場景的監(jiān)控，還需要人工進行巡檢，消耗人工成本。實時監(jiān)控礦區(qū)人員、環(huán)境及生產(chǎn)安全，需要在關(guān)鍵位置部署高清攝像頭，實現(xiàn)礦區(qū)作業(yè)可視可管。通常需要在每2千米采煤巷道部署30～50個攝像頭，每20千米輸煤皮帶部署50～100個攝像頭，綜采面部署20～30個攝像頭。為實現(xiàn)礦區(qū)清晰可見，使用1080P高清攝像頭，單個攝像頭需要2～8Mbps帶寬。6.3.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)接入井下6大系統(tǒng)包括采煤系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、掘進系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和機電系統(tǒng)如圖6-54所示，各系統(tǒng)設(shè)備商自集成通信系統(tǒng)，用于信號采集和傳輸。各系統(tǒng)獨立組網(wǎng)，缺乏歸一融合平臺，運維復(fù)雜，演進困難。面對礦區(qū)大量傳感器、礦區(qū)檢修人員通信、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)，5G作為統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)，消除信息孤島，利用5G網(wǎng)絡(luò)超大連接能力和超大帶寬實現(xiàn)人、機、環(huán)境海量數(shù)據(jù)上傳。圖6-54井下6大系統(tǒng)6.3.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析遠程設(shè)備操控井工煤礦中需要遠程操控的設(shè)備主要包括掘進機和采煤機，露天煤礦中需要遠程操控的設(shè)備主要包括電鏟和礦卡。掘進機的遠程控制可分為視頻流、狀態(tài)流和控制流。為提供可靠的人工異常干預(yù)—緊急停止功能，視頻+控制總延遲要求不超過500ms，其中視頻子系統(tǒng)的平均延遲450ms，控制鏈路的RTT延遲最大不超過50ms。建議保證控制鏈路優(yōu)先，在異常干預(yù)時，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的延遲。掘進機的遠程操控對網(wǎng)絡(luò)的需求見下表：

類型規(guī)格應(yīng)用層指標（KQI）基本網(wǎng)絡(luò)需求上行攝像機6路標準1080P（可配置2～8Mbps，至少2Mbps），視頻（300ms抖動緩存），無卡頓2Mbps×2.5×6×0.8=24Mbps激光雷達2個在本地工控機采樣，遠程控制可視化1Mbps數(shù)據(jù)采集1路周期50ms的數(shù)據(jù)采集500kbpsTCPACK1路對應(yīng)下行控制信息，需保證ACK傳輸優(yōu)先，不受影響網(wǎng)絡(luò)擁塞影響30kbps上行總帶寬26Mbps下行電機控制1路周期50ms，1.4KB300kbpsRTT＜50ms@99.99%6.3.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析遠程設(shè)備操控采煤機的遠程控制如圖6-55所示，同樣分為視頻流、狀態(tài)流和控制流。視頻流：采煤機本地安裝2個高清攝像頭，遠程操作平臺的監(jiān)控主機，基于作業(yè)場景實時拉取相應(yīng)的畫面，并實時顯示2個攝像頭畫面。狀態(tài)流：遠程操作平臺的工控機HMI實時顯示接收來自采煤機PLC和雷達等的傳感器數(shù)據(jù)，主要信息包括：機身與巷道中軸線偏移角、機身俯仰角、傾角等?？刂屏鳎航Y(jié)合遠程操控平臺上的HMI畫面和視頻畫面，操作員執(zhí)行控制動作，產(chǎn)生PLC控制指令，并下發(fā)到采煤機本地執(zhí)行PLC，實現(xiàn)實時采煤機控制。圖6-55遠程控制采煤機6.3.2

5G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析遠程設(shè)備操控和遠程操控挖掘機一樣，遠程操控采煤機要求控制鏈路的RTT延遲最大不超過50ms。采煤機的遠程操控對網(wǎng)絡(luò)的需求見下表：

類型數(shù)量應(yīng)用層指標（KQI）基本網(wǎng)絡(luò)需求上行攝像機2路標準1080P（可配置2～8Mbps，至少2Mbps），視頻（300ms抖動緩存），無卡頓2Mbps×2.5×2×0.8=8Mbps數(shù)據(jù)采集1路周期50ms的數(shù)據(jù)采集500kbpsTCPACK1路需保證ACK傳輸優(yōu)先，不受影響網(wǎng)絡(luò)擁塞影響30kbps上行總帶寬9Mbps下行電機控制1路周期50ms，1.4KB300kbps,RTT＜50ms@99.99%6.3.25G應(yīng)用場景及網(wǎng)絡(luò)需求分析遠程設(shè)備操控采煤區(qū)是露天煤礦的核心作業(yè)區(qū)域，主要包括大型吊斗鏟挖掘作業(yè)、多電鏟同時采掘和礦卡運輸作業(yè)類型，在露天煤礦場景