一、需求概述

煤炭、稀土、金属矿产等自然资源的开采是在地下或地表进行的挖掘生产活动。矿山（包含露天矿和地下采掘矿井）往往地质条件复杂多变，工作环境恶劣而危险。为构建设备运行与人员工作的安全可靠的环境，井下需同时运行探测、通风、排水、防火、供电、工作面开采装备、运输等多达百个子系统，这些子系统共同形成了一个大规模超复杂的运行体系。

由于网络化、数字化、智能化、信息化技术的高速发展，传统采矿业走向现代化优化升级的步伐，从人力矿山、机械矿山发展为信息矿山、数字矿山、并逐步迈向智能矿山、智慧矿山、绿色矿山，采矿业整体大方向朝着自动化开采与无人开采发展，而系统全联网是智慧矿山建设的基础。

智慧矿山是将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代矿山开发深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现矿山开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行。

我国矿山开采历经机械化、自动化、智能化的发展阶段，可以将智能矿山的发展大致划分为四个阶段。包括：

（1）单机自动化阶段（20 世纪 90 年代）：该阶段的典型特征为分类传感技术和二维 GIS 平台得到应用、单机传输通道得以形成，实现了可编程控制、远程集控运行、报警与闭锁。

（2）综合自动化阶段（21 世纪初）：该阶段的典型特征为综合集成平台与 3D GIS数字平台得到应用、高速网络通道形成，实现了初级数据处理、初级系统联动、信息综合发布。

（3）局部智能化阶段（2010 年至今）：是当前中国矿山所处阶段，此阶段经历了可视化远程干预(1.0 时代)和工作面自动找直(2.0 时代)两个技术阶段，目前正处于向透明工作面(3.0 时代) 研究过程中。该阶段的典型特征为 BIM、大数据、云计算技术得到应用，实现了局部闭环运行、 多个系统联动及专业决策。

（4）全面智能化阶段（未来）：智能矿山 4.0 时代的到来，达到透明化矿井和全矿井控制协同化的水平。

目前，有统计数据表明，国内煤矿安全高效矿井系统的机械化程度达到 90% 以上，单机自动化也日趋完善，建成了一批千万吨级矿井群，并开发了初级的多系统数字矿山综合自动化系统。然而，煤矿总体的信息化程度还有待进一步提高，生产过程中的各种数据和信息还无法实现有效关联，还缺乏“智慧大脑”对所有子系统实施协调、联控，因而生产的过程控制、设备健康管理、安全风险防控、生态环保等都还没有实现最优化的管控。其实，不论各个功能子系统，还是矿山“智慧大脑”，能组成系统的前提条件之一就是要有可靠、稳定、高性能的网络系统来实现数据的互联互通，新竹科技智慧矿山无线网络解决方案正是在这样的背景下提出的。

矿山作业环境有其特殊性，并且诸如矿车、矿机等移动通信需求非常多，仅依靠有线网络并不能很好地解决各种场景的应用，“智慧矿山”的组网必须根据实际需求引入多种无线网络技术才能满足矿山智慧化建设的需求。

二、智慧矿山无线联网技术与产品概述

新竹科技“智慧矿山”无线联网解决方案，目标是为矿山生产方和管理方提供“智联网”基础设施，主要采用的无线技术包括如下几种：

1、无线局域网（WLAN）：

最典型的无线局域网技术就是WiFi，主要解决WiFi智能终端的联网问题。一些典型的WiFi终端（笔记本电脑、PAD、智能手机、手持扫码终端等）都需要WiFi联网才能联网工作，新竹科技的特种WiFi基站与双模WiFi网关由于覆盖半径大，接入能力强，非常合适矿山生产区域大范围的WiFi系统建设，不但总成本低廉，使用效果还好。

覆盖半径达到300-500米的室外型特种WiFi基站设备——iSAP-2450S，主要是做室外大范围的WiFi覆盖，非常适合矿山WiFi终端使用。在矿山通过建设相对少量的WiFi基站，就可以满足技术人员便携终端（笔记本电脑、智能手机、平板电脑等）实时联网需求。该系统可以作为信息采集与信息发布的重要路径。

另一个矿山种大范围园区WiFi系统建设的神器是iMAX-ACG600双模网关系统。该系统利用无线专网技术获得超远距离、高带宽、高可靠性骨干网接入的同时，又支持2.4GHz标准的无线局域网Wifi设备接入，降低了WiFi系统部署的难度，更加灵活地为用户提供最优无线联网解决方案。

2、无线城域网（WMAN）：

矿山骨干网络采用光缆、网线等方式非常合适，但分支网络适合应用iMAX无线城域网解决方案，不但可有效降低建设成本，更易扩容，还可以提高整体的可用性与可靠性。iMAX宽带无线网络系统，组网方式主要是点对多点、MESH或者环网组网方式，适合矿区办公区的联网、周边分散的监控点与信息点联网等。iMAX有多个系列产品，例如：高性能场景采用iMAX-8000H系列、机器人或AGV场景采用iMAX-8000AI系列产品等，具体需求可根据用户的实际来量身定制。

iMAX无线通信系统是“专网”通信系统，无需借助典型运营商设施即可独立组网。其设计的目标就是构建无线城市，解决室外环境超远距离网络互联最为合适，所以在矿山（特别是露天矿）专网建设领域有很多用武之地。iMAX无线通信系统支持VLAN、桥接、路由、防火墙等城域网组网的技术，并且可以与光纤网络完美融合，用于一些矿山区域大型机械设备（如采掘机、专用矿车等）的高可靠性系统联网也非常合适。iMAX无线城域网系统作为组网骨干网的有iMAX-6000、iMAX-9000系列，作为边缘接入网的有iMAX-8000S、iMAX-8000H等系列。

Ø  通信距离：视距条件下，即使是最小型集成天线的iMAX 5G专用通信系统，并且在点对多点模式下，iMAX-8000系列产品也可以轻松实现半径10公里的覆盖需求；点对点模式，最远可达100公里，非常适合室外超远距离通信联网使用。

Ø  传输带宽：iMAX-8000H是600Mbps点对多点通信系统，iMAX-8000S是100Mbps点对多点通信系统，iMAX-6000是点对点150\300\600Mbps通信系统，iMAX-9000是点对点1000Mbps以上通信系统。

Ø  多业务特性：iMAX无线城域网系统可以与城域骨干网络融合设计，并且完全支持数据、视频和语音等多种媒体信息混合传输，丰富的网络特性RSTP、VLAN、VPN、QoS、软件防火墙、动态路由协议等，保证了用户不同业务的“多网合一”。其宽频和高带宽保证了它承载高带宽业务尤其是视频业务（安防监控、会议电视等）的能力。由于其良好的品质和强大的通信稳定性，AGV、机器人等无人驾驶场景应用iMAX系统也非常合适。

iMAX无线通信系统是真正为构架无线城域网而设计生产的无线专网系统，其可靠性、稳定性深受用户好评，解决石油行业站场、井场、管线等联网堪称最合适的通信手段。

典型露天矿无线专网组网应用示意图如下：

3、无线广域网 (WWAN)：

有些矿山的作业片区较多且分散，如果采用传统的数据专线或租用光缆方式，使用成本将十分高昂。这种联网应用非常适合采用基于广域网（普通Internet宽带）或者无线广域网（4G\5G）的方式来组网，从而在保证系统安全、可靠的前提下大幅降低联网的链路租用成本，使部署更加方便灵活。但如果没有任何安全措施的Internet广域网组网,在网络安全威胁日益严重的今天，无异于“裸奔”，如何才能基于广域网来构建安全的专用网络呢？

本方案以新竹科技iMAX-4GW300产品采用云互联SD-CX（SDN based Cloud Exchange）技术为例，来介绍相应的解决方案。该方案堪称解决异地众多片区统一联网+综合管理应用的神器。使用iMAX-4GW300组建基于广域网的“专网”系统，将矿山各区的管理运营数据、视频监控信息甚至远程控制系统等通过互联网宽带、专线或者4G LTE网络接入，可以实现很方便的集中管理和科学运营。

iMAX-4GW300是iMWB品牌第一款iMAX无线城域网与4D LTE双模无线网关系统，可以作为光纤接入（需配置新竹科技FiberDC-IDU）、局域网互联、MPLS专线接入、Internet宽带接入、iMAX无线城域网专网、4G互联网接入等多种接入方式的综合交换网关平台使用。

这种解决方案是基于云平台的互联网解决方案，用户可以选择私有云，也可以选择公有云或者混合云，通过VPN隧道加密技术将分散的充电桩网络在广域网上组成一张专网。并且，新竹科技方案是“VPN服务器+VPN网关”这种以硬件VPN设备为主的方式构建，无疑具有更好的可靠性和安全性。

智慧矿山无线广域网解决方案网络构架示意图如下：

三、智慧矿山无线联网解决方案

智慧矿山有很多的具体业务系统需要无线网络承载，涉及的场景众多，包括但不限于以下应用：

1、矿山IP网络视频监控系统：

安防网络视频监控系统包括前端的视频监控点，后端电视墙等软硬件平台，旨在对矿山重点区域（井下重点作业面、危险区域、重点物资存放地点、人流聚集区域、出入口等）予以监控，震慑不文明行为及违章作业，甚至可以作为处罚的依据。同时，及时发现各种安全隐患和问题，也要靠视频监控这双眼睛。很多视频监控系统本身还具备AI视频分析能力，可以实现事件自动发现、自动告警与处置，这也是智能矿山重要的组成部分。

如果矿山IP网络视频监控系统视频容量大、范围广，比较适合采用iMAX无线城域网系统；如果要和WiFi系统共享共建，可以选用iMAX-ACG600双模网关；如果视频路数较少通信且距离近，可以考虑使用WiFi系统（含网桥）。

2、矿井机械或机器人作业系统联网：

无人挖机、无人卡车、矿山机器人或者运输AGV小车，是目前智慧矿山系统常见的作业设备，目前应用正越来越广泛。

考虑到无人作业系统对于无线链路稳定性、可靠性与漫游特性的需要，采用iMAX-8000AI系列5G iMAX无线专网系统是****选择。该系列产品体积小、低功耗、高带宽并支持5G宽频，视距条件下移动通信传输距离可达1-3公里，智能天线技术和漫游功能等轻松满足无人化作业的各种组网需求。该系列产品支持点对点、点对多点、无中心网状网MESH、热备环网等多种组网结构，对于高可靠性作业机器人系统尤其适用。

3、矿车与矿机联网与定位系统：

为提高运输效率、减少安全隐患，有人和无人驾驶的矿车、矿机及其他作业机械，都可全面联网实时集中监控管理。

iMAX 5G无线城域网系统与特种Wifi基站系统都可以适用此类场景，主要是看用户对链路可靠性的需求。

4、矿山WiFi智能终端接入：

智慧矿山上离不开各种智慧终端，例如：平板电脑PAD、笔记本电脑、RFID手持终端等，这些数据采集终端需要WiFi联网，必须构建矿山作业区域的WiFi覆盖系统才能满足这些终端实时联网的需求。

矿山区域WiFi覆盖可以选用iMAX-ACG600双模网关系统或者特种WiFi基站系统来建设，由于使用的设备数量大幅减少，不但避免了系统自干扰的问题改善了使用效果，还将大幅降低系统总造价。iMAX-ACG600双模网关系统更是将WiFi覆盖与骨干网络回程完美结合，降低了矿山区域的部署难度，尤其适合已经建成投运矿山的WiFi系统改造升级。

5、露天矿安全监测系统联网：

随着露天矿矿山开采活动规模的增大，工作环境和安全状况也越来越复杂，安全生产受到很大威胁。露天矿边坡监测、尾矿库安全监测、采空区地表沉降监测等监测越来越多地应用于矿山开采。针对不同监测领域的行业特点，采用变形监测系统技术应用到矿山监测，可以解决矿山行业大范围面状全覆盖监测、实时监测、精准预警的难题，可以全面提高矿山企业安全监管水平，增强企业、社会、政府对于灾害的预警响应能力。

众多监测采样点的联网可采用iMAX-ACG600双模网关系统集中进行接入和联网，大范围的无线联网与近距离WiFi接入很好地解决了采样信息点的联网难题。

6、矿山地下人员精确定位系统建设

RFID定位技术或厘米级高精度UWB定位技术，常用于打造金属非金属地下矿山人员精确定位系统解决方案。定位平台集精确定位、监测监控、安全预警、人员考勤、灾后急救、唯一性检测等功能为一体，可对井下作业人员及设备进行实时位置监测，便于日常科学调度和安全管理，突发事故时有效提高应急救援效率。

人员定位或生命体征采集系统都需要可靠的网络互联才能完成，鉴于井下特殊且复杂的环境，无线网络使其重要的联网手段，采用iMAX 5G无线系统的MESH无中心网状网模式组网非常合适。

综上所述，无线联网系统是智慧矿山的底层基础，相当于“路”，而其上各种业务或者功能模块（如：无人矿车、数字孪生、AR\VR等）就是路上的“车”，如果路修不好，车再好也跑不起来。所以说，无线联网系统是智慧矿山最重要的组成部分，新竹科技的解决方案就是用无线技术来满足智慧矿山各种智慧应用的网络互联需求。

智慧矿山行业没有统一的模式可遵循，唯有量身定制才能适合具体用户的实际需求。具体产品咨询或方案定制，可致电新竹科技技术部获得进一步的技术支持。针对具体智慧矿山的具体项目需求，新竹科技可以结合矿山的实际情况和我们的工作经验，配合集成商合作伙伴做规划设计、考察实验、安装调试与售后服务全项目生命周期的服务，欢迎用户来电咨询！