【能量人在看着。 请点击右上角的“关注”】
随着智能装备和工业机器人技术的发展，矿山开采过程趋于无人值守/少人化，急需解决矿山动态协同工作场景下的大量数据采集与传输、访问多样化用户设备、低延迟控制操作等数据高效连续传输问题
1
矿山动态协同工作场景的通信技术需求
在智能矿山机器人动态协调工作中，为了进行统一的协调处理和快速的反馈控制，对矿山通信网络的可靠性、实时性提出了更高的要求，主要包括：
(1)矿山通信需要满足智能开采过程普适信息感知的要求，解决语音、视频、信息、位移、压力、振动、气体、位置、温度等多种高速生成且海量数据的高带宽、低延迟传输问题。
)2)矿山通信实现矿山物联网的末端互联，需要满足井下密集传感器、协同运输、人机间的互通、切割制导、自主导航、高分辨率多媒体等多个智能集成设备组的互通要求。
)3)矿山通信必须适应各类智能综采设备和设备群的有效协调、快速反馈和处理控制要求，包括自适应切割与掘进、故障预判与远程干预、车载跟踪与碰撞计划、与辅助系统的联动等，保障矿山生产的效率与安全。 这对网络传输的有效连续性要求非常高。
智能矿山生产系统示意图(以煤矿为例)。
2
矿山无线通信技术的应用现状与发展趋势
指出现有的矿山通信系统为了适应智能化的矿山工作场景，大多小于：
(一)现有的矿山网络结构仍是面向安全监控的集合型网络，开采、挖掘装备的远程操作仍是单机操作或多机联动模式，尚未实现无人开采场景下分布式有机物的信息交换和装备协作工作。
) WiFi、4G/5G等无线通信技术正在面向复杂的工作场景进行应用，在带宽、延迟、并发数、脉冲干扰、移动性等方面尚未有所突破。
)3)传统的相关矿山无线通信系统的设计目的是为了解决生产工作中的传感、控制、音频、视频等数据如何传输到地面信息中心，智能采掘机械物协同过程对多业务信息传输的协同作用、低延迟、高信号传输
4 )目前矿山生产领域使用的无线通信协议很多，各不相同，相对封闭，产业设备难以互联，用户使用体验差。
智能矿山协同工作场景的无线网络架构
3
矿山无线通信的关键技术瓶颈
指出了面向矿山无人化开采中有机物协同工作场景的网络和通信需求，需要在多业务交流协同网络的框架下克服以下技术瓶颈：
(1)动态限制空间非pgts脉冲干扰下的信道估计和干扰管理。 矿山地下巷道空间纤细多叉； 开采工作环境场景多样设备配置复杂； 随着作业设备的联动和位置的变化、巷道的开挖和岩石的顶板设置，巷道的结构和电磁传输环境不断发生变化； 工业电磁噪声突出，主要表现为非pgts脉冲干扰； 空气中的粉尘很严重。 这些因素导致矿山无线信道传输特性复杂而特殊，信道估计和干扰管理问题严峻，限制了高可靠性、高带宽、低延迟的先进通信技术和通信系统在煤矿井下的应用。
(2)动态协同工作场景的网络快速响应。 在矿山智能开采过程中，多源、多目标数据以同步方式传输； 用户业务传输的数据特性和传输需求差异很大，是动态变化的。 因此，在业务交流的jqdsc时间段，容易发生多个链路对频谱等多种资源的竞争，造成数据拥堵、流量过载等问题，给基站的快速响应和资源分配带来更多的挑战，井下多机业务交流的数据连续性。
)3)多源异构用户的动态访问。 前置接入设备的使用在一定程度上可以有效地保障移动用户和微基站之间的物理可靠的传输。 但是，由于接入设备的运行带宽受限、巷道电磁传输环境的动态变化、信号传输质量的不稳定以及众多多源异构用户的资源争夺等问题，加剧了接入网容量受限与频谱资源不足之间的矛盾，智能机器人、设备、系统
矿山的电磁环境特性和信道传输特性
要突破矿山无线通信的关键技术瓶颈，需要解决以下问题：
(1)提取和分析矿山动态工作环境中的非pgts脉冲干扰特性及无线信道的空-时-频域统计特性； 设计合适的信道估计和预编码算法。
(2)深入挖掘智能矿山工作场景中的多用户业务类型、QoS需求差异及物理层运输指标等多维业务属性耦合匹配关系； 设计基于用户多业务属性结合的资源分配方法研究用户多业务属性的感知方法
(3)紧密结合矿山用户的业务变化、业务统一性以及通信环境的时变特性，优化有限频谱资源条件下矿山多源异构设备的动态调整、分组、切换和访问； 实现时域、空域、编码域、动力域等多维资源的精细协同管理与分配。
.com/origin/pgc-image/SQ5WOMRBfhEOk5?from=pc">智能矿山协同作业场景下的无线通信关键技术
4
多业务属性驱动的矿山动态协同作业场景无线通信关键技术
针对矿山动态协同作业场景的通信需求和矿山无线通信当前的技术瓶颈，幸福的蓝天教授团队提出基于多业务属性驱动的无线通信模式：
（1）利用无线信道的非pgts脉冲干扰空-时-频域动态统计规律,对无线系统捕获的非完美CSI进行估计。
（2）利用设计合理的预编码,抑制矿井的工业噪声,提升链路质量和系统容量。
（3）根据矿山作业场景相关业务特性、服务质量与物理层传输指标的内在关联,采取超图映射和边权赋值实现用户或设备的多维业务属性感知。
（4）综合运用超图匹配、图论、博弈论、非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)等方法,从信道-链路-业务快速多维匹配的角度解决多用户协同交互传输通信链路和信道的匹配、多跳用户链路匹配、多业务QoS要求与链路匹配等快速匹配问题。
基于业务属性驱动的矿山动态协同作业场景无线通信模式
物理设备域到信息业务域的虚拟映射
基于业务属性感知的D2D单跳/多跳自适应链路建立示意
多通信链路混合网络频谱资源的K-维匹配方法
业务属性驱动的3-维动态二分图匹配
作者简介
幸福的蓝天，1977年10月生，中共党员，博士，教授，信息与通信工程学科博士生导师，现任中国矿业大学信息化建设与管理处处长。研究方向为复杂环境下无线通信、信息物理系统、无线传感网、工业物联网等。
煤炭工业通信监控设备技术委员会委员、中国安全协会信息化工作委员会委员、国家自然科学基金评审专家、江苏省电子学会理事。先后入选江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、“333工程”培养对象、江苏省六大人才jqdsc、江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人等人才工程。
在IoT、TVT、Wireless Communication Letter等国内外高水平期刊上发表论文90余篇，其中SCI收录30余篇、EI收录30余篇；出版著作2部；申请发明专利、实用新型专利60余项，其中授权发明专利7项、授权实用新型专利18项；围绕矿山物联网、智能安监等方面的研究工作，获2018年（第二）、2016年（第一）江苏省科技进步二等奖、2015年煤炭工业协会科技进步二等奖、2012年教育部科技进步二等奖、2015年教育部科技进步二等奖等省部级奖项共7项；主持、参与科研项目30余项，其中主持国家自然科学基金（面上项目）3项、参与国家自然科学基金重点项目（子课题）1项，国家重点研发计划项目（项目骨干第2）1项。
来源：
幸福的蓝天,魁梧的香菇,甜美的钢笔,等. 矿山动态协同作业场景无线通信关键技术[J]. 煤炭学报,2021,46(1):321-332.
SUN Yanjing,HUO Yu,CHEN Yan,et al. Key technology of service attribute driven wireless communication for dynamic cooperative operations in mining scenarios[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(1):321-332.
责任编辑：twdys
编辑整理：twdys
审核：常 琛
End
往期精彩
虚拟的小懒虫，吴立新，端庄的跳跳糖：2025年中国能源消费及煤炭需求预测钱鸣高，洁净的石头：煤炭开采与岩层运动zgdej：煤及共伴生资源精准开采科学问题与对策康红普，王国法，yqdlm，等：煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术构想虚拟的小懒虫：深部岩体力学与开采理论研究进展康红普，细腻的盼望，迷路的酒窝，等：中国煤矿井下地应力数据库及地应力分布规律
联系我们
联系人：twdys
电话：010-87986411-811
邮箱：guoxiaowei@chinacs.org.cn
网址：www.mtxb.com.cn
版权声明：
本平台刊登的《煤炭学报》所有稿件均按照国家版权局有关规定支付了相应稿酬，《煤炭学报》享有稿件的信息网络传播权。未经授权，不得匿名转载。本平台所使用的图片属于相关权利人所有，因客观原因，部分作品如存在不当使用的情况，请相关权利人随时与我们联系。
免责声明：以上内容转载自煤炭学报，所发内容不代表本平台立场。
全国能源信息平台联系电话：010-65367702，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社