寶武馬鋼南山礦和尚橋露天采場5G+MEC無人駕駛礦車項目
發布時間：2021-03-12 16:59:16
中國電信股份有限公司馬鞍山分公司，受集團公司委托在馬鞍山市經營與通信及信息業務相關的技術開發、技術服務、設計施工、設備生產與銷售，信息咨詢，以及其他增值電信服務。我公司是馬鞍山市領先的全業務綜合智能信息服務運營商，下轄當涂、和縣、含山三個縣公司，擁有員工1300余人，收入規模6億元。
解決方案名稱：寶武馬鋼南山礦和尚橋露天采場5G+MEC無人駕駛礦車項目
申報單位或企業：中國電信股份有限公司馬鞍山分公司
單位或企業的概況
中國電信股份有限公司馬鞍山分公司，受集團公司委托在馬鞍山市經營與通信及信息業務相關的技術開發、技術服務、設計施工、設備生產與銷售，信息咨詢，以及其他增值電信服務。我公司是馬鞍山市領先的全業務綜合智能信息服務運營商，下轄當涂、和縣、含山三個縣公司，擁有員工1300余人，收入規模6億元。
我公司始終以以“用戶至上、用心服務”服務理念為宗旨，踐行服務承諾，實施信息化建設，開展志愿援助，構建和諧勞動關系，用實際行動，以人為本，勇于創新，努力開創轉型發展新局面，實現物質文明與精神文明雙豐收，為城市發展注入新內容、新形式、新活力。先后被授予“全國用戶滿意電信服務明星企業”、“中央企業先進集體”、 “中央企業青年文明號”、“全國模范職工之家”； 省級“誠信單位”、 “文明單位”、“廉潔文化建設示范點”以及市級“服務窗口十佳單位”等榮譽稱號。
合作單位
安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司
中興通訊股份有限公司
慧拓智能機器有限公司
推薦理由
該項目是安徽省首個商用5G+ MEC在黑金屬礦山領域的成功示范，依托于中國電信的5G網絡建設能力，使用中興通訊5G基站設備+MEC高性能邊緣計算平臺，以及慧拓智能的無人駕駛平臺，在寶武馬鋼南山礦和尚橋露天采場成功實施了2臺露天礦坑5G無人駕駛礦車上線運行，實現了國內首創露天礦山多臺礦車無人駕駛與有人駕駛混編運行。
該項目是安徽省“5G+工業互聯網”十大創新應用。
解決方案基本情況
解決方案名稱：寶武馬鋼南山礦和尚橋露天采場5G+MEC無人駕駛礦車項目
解決方案涉及領域：工業制造
解決方案的目標和概述：
2017 年國家發改委發布《安全生產“十三五”規劃》，要求在礦山領域實施“機械化換人、自動化減人”，推廣應用工業機器人、智能裝備等，減少危險崗位人員數量和人員操作。在《“十三五”資源領域科技創新專項規劃》指出，為全面提升我國礦山行業的生產技術水平，推動傳統行業的轉型升級，充分利用現代通信、傳感、信息與通訊技術，實現礦山生產過程的自動檢測、智能監測、智能控制與智慧調度，有效提高礦山資源綜合回收利用率、勞動生產率和經濟效益收益率。在露天礦領域開展集成 AI、5G、機器人、自動駕駛等先進技術的礦卡無人駕駛項目，提供勞動生產率和人均產礦率，是智慧礦山重要的工作和發展方向。
和尚橋采場5G無人駕駛礦用卡車項目是和尚橋智慧礦山示范產線建設的一個重要支撐項目。相比于有人駕駛，無人駕駛具有工作效率更高、人力成本更低、安全性更高、運輸管理更為科學等一系列優勢。卡車無人駕駛技術的應用將有利于防范化解生產安全風險，減少直接參與生產的人員數量， 實現“少人則安、無人則安”的目標，加快實現露天礦減人、降本、增效。無人駕駛技術的研究與推廣將大大提高設備生產效率，減少設 備因人為操作不當造成的損耗，大幅度節約人工成本，解決運輸崗位 “招工難”問題，有效解決司機老齡化、年輕司機從業意愿低、人力及管理成本逐年增加等問題。
本項目是基于中國電信5G +MEC邊緣計算平臺無人駕駛礦車項目，中國電信提供5G基礎建設網絡，中興通訊提供基站設備+MEC邊緣計算設備，慧拓智能提供礦車無人駕駛平臺。2020年計劃投資2700萬元，分步實施10臺礦用卡車在和尚橋采場無人駕駛，首批2臺已成功試運行，實現國內首家冶金露天礦山多臺礦用卡車無人駕駛與有人駕駛混編運行，致力打造中國寶武“智慧礦山”樣本。
無人駕駛礦車主要是通過智能調度系統實現自動派單、自主規劃行駛路徑，通過無人駕駛系統實現自動駕駛、自動泊車、主動避障，通過挖機協同和卸載協同系統實現自動對位、自動卸載，通過路側感知和路面仿真系統實現路況實時感知、自動修正、主動修測，通過遠程遙控駕駛系統（模擬器裝置）實現遠程應急接管、保證無人礦車運行安全，通過V2X通訊系統實現無人駕駛所有指令信息互通、互聯，通過5G+MEC(移動邊緣計算）專網保證通訊網絡質量穩定、保障企業信息安全、提升（車）端到（指令）端延時）。
代表性及推廣價值：
截至2020年9月底，目前2臺無人駕駛礦車與其他有人駕駛礦車在一起混編運行累計里程1310公里、共計拉運礦石432車。2020年10月底前增加到5輛無人駕駛礦車，2020年底增加到10無人駕駛輛車。
該項目實現了國內首家冶金露天礦山多臺礦用卡車無人駕駛與有人駕駛混編運行。
該項目是安徽省首個商用5G+MEC下沉式部署落地項目。
該項目是安徽省“5G+工業互聯網”十大創新應用之一。
基于5G+MEC礦車無人駕駛技術，充分體現代通信、傳感、信息與5G通訊技術融合，5G+MEC工業互聯網可以實現礦山生產過程的自動檢測、智能監測、智能控制與智慧調度，有效提高礦山資源綜合回收利用率、勞動生產率和經濟效益收益率，并將全力提升我國礦山行業的生產技術水平，推動傳統行業的轉型升級。
該項目成功落地，可以解決礦山大車司機“招工難”，達到“無人則安”、保障本質安全、降低人工成本和動力柴油消耗。
該項目致力打造中國寶武“智慧礦山”樣本，可以在全國露天采礦場推廣，適用于金屬礦，煤礦，乃至水泥采石等露天采礦行業。
該項目只是寶武馬鋼南山礦“綠色發展、智慧制造”項目的其中之一，我們正5G+MEC工業互聯網應用到和尚橋產線采、運、選全流程作業，致力打造和尚橋智慧礦山示范產線。除了5G無人駕駛項目以外，我們已實現礦區5G無人機巡檢、礦區5G高清監控、5GVR參觀等5G應用。我們目前正在實施膠帶長廊5G智能巡檢機器人、選廠5G自動布料小車、料倉5G激光掃描測量、和尚橋廠線5G遠程設備健康診斷等項目。
解決方案詳細介紹：
1 總體建設方案
本項目是基于中國電信5G +MEC邊緣計算平臺在南山礦和尚橋鐵礦實現無人駕駛礦車項目，中國電信提供5G基礎建設網絡，中興通訊提供基站設備+MEC邊緣計算設備，慧拓智能提供礦車無人駕駛平臺。
總體方案由終端采集的數據通過5G基站接入無線網絡，通過網關截斷數據并進行本地分流到本地部署的MEC邊緣計算平臺（該邊緣計算平臺部署于工業園區內），實現數據不出場區，保證數據生產、使用的全業務流程均在園區內完成，保證數據的安全。實現公網數據與數據的隔離，保證數據傳輸的SLA性能保證（速率保證、時延保證），并配合邊緣計算技術實現高速率、低時延的應用，賦能信息化系統升級的同時，加速智慧工業快速發展，保障國家智慧工業戰略落地。
5G總體方案：5G采用三層組網，UPF下沉至MEC側。
核心網：采用安徽商用5GC核心網
無線側：本項目針對室外區域將采用BBU+AAU進行信號覆蓋，室內場景使用QCELL進行覆蓋。
引入MEC的優點：
（1）縮短傳輸時延：數據不需要經過核心網到因特網，傳輸路徑變短，時延減小。
（2）減輕傳輸網絡的壓力：數據直接本地卸載到工廠的數據中心，不需要經過回傳網絡，節省回傳網絡的帶寬。
（3）數據安全性：數據直接發送給本地網絡，減少在互聯網的傳輸，工廠數據更加安全。
2 MEC建設方案
2.1 MEC架構概述
MEC的架構如下圖所示：
2.2 MEC部署規劃
為滿足項目業務需求，在馬鋼礦業和尚橋鐵礦部署MEC平臺，UPF下沉邊緣DC，實現本地流量分流。
（1）終端通過5G基站接入到網絡中。
（2）MEC部署在基站BBU和核心網之間，礦區內機房。
（3）MEC出3個類型的對外接口，分別對接 BBU，核心網和工廠的數據中心。
（4）針對礦區終端的數據業務，數據不發送到核心網，直接通過MEC的本地分流功能送到礦區的數據中心。
（5）MEC和礦區數據中心之間，通過防火墻進行隔離，保證礦區數據的安全。
2.3 MEC帶寬及性能需求
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序號 |
分辨率名稱 |
業務類型 |
屏幕分辨率(pixel/frame) |
幀率 |
網絡速率要求 (Mbps) |
時延要求（ms） |
||
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|
|
H |
V |
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典型速率(Mbps) |
建議速率取值范圍 (Mbps) |
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|
1 |
1080P |
高清視頻 |
1920 |
1080 |
30 |
4 |
[2.5, 6] |
50 |
|
|
|
VR |
1920 |
1080 |
60 |
10 |
[6, 15] |
|
|
2 |
4K |
高清視頻 |
3840 |
2160 |
30 |
15 |
[10, 25] |
40 |
由上表常規視頻業務模型，參考本期智能采礦業務需求，本次MEC帶寬配置為5Gbps，滿足15臺高清攝像機及VR終端的接入需求。
后續根據園區其他典型應用，UPF及MEC現有配置可進行平滑擴容。
2.4 MEC網絡詳細架構
2.4.1 MEC組網
本期工程使用安徽電信商用5GC核心網，在礦區機房下沉部署UPF+MEC。其中：
1、UPF+MEC內部形成2*10GE無阻塞通道，出口上行至2臺業務交換機。
2、業務交換機經2*10GE口字型上聯就近STN-B節點，實現MEC與5GC及基站的組網。
? UPF-基站：通過STN-B——STN-A接入礦區5G基站。
3、本地轉發流量：業務數據經過UPF轉發后，經業務交換機設備流出，經專線接入礦區應用服務器（如智能采礦服務器等）內網，實現本地流量轉發。網絡架構如下圖所示：
2.4.2 MEC內部組網架構
考慮到安全性，不同用途的網絡規劃不同的物理網絡或者采用VLAN隔離，使用獨立的子網，建議管理網絡、業務網絡分離。每個子網都通過網關和現網設備或系統對接，不直接使用現網的子網。
邊緣組網如上圖所示，采用5960交換作為邊緣DC的網關，側掛防火墻作為東西向租戶間的防護。下行分別連接服務器管理/存儲（合一）、業務網絡。
2.4.3 硬件清單
本期項目使用UPF/GW-U+MEP部署，初步按照5Gbps吞吐量商用模型。使用R5300 G4服務器部署，配置如下表所示：
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3 礦車無人駕駛技術方案
和尚橋礦的無人駕駛系統建設內容包括智能調度與監管系統（涵蓋運輸智能化調度、設備監測安全管理、數據分析管理、地圖編輯管理）、無人運輸仿真系統、礦用寬體自卸車無人駕駛系統、協同裝載/ 卸載管理系統、應急接管系統、網絡傳輸與定位系統等。各系統之間的相互作用關系如下圖所示。
3.1 無人化作業智能調度與監管系統
智能調度與監管系統將礦用寬體自卸車、挖機/電鏟、推土機、其他輔助作業車輛等全部納入，是整個礦山無人化作業系統的控制中心、數據中心和決策中心。能夠進行車輛智能調度、交通管理、作業任務下發、地圖數據更新、實時狀態監控、作業數據統計與分析等。智能調度與監管系統能夠允許礦區內有人車與無人車混合作業，特別是和尚橋水礦實施無人運輸的前期階段，無人駕駛車輛與有人駕駛車輛可實現安全同步作業。
3.2 礦用卡車無人駕駛系統
礦用卡車無人駕駛系統使礦用寬體自卸車具備單車自動行駛能力，并能夠感知環境與障礙物信息、做出單車范圍內的決策命令、具備自動避障及控制能力。可接收調度中心發出的作業、行駛指令，以及與挖機、推土機的協同作業指令，進行自動駕駛行走。
3.3 協同裝載/卸載作業管理系統
協同裝載/卸載作業管理系統是安裝在裝載設備（電鏟、液壓鏟、履帶挖等）或推土機上的終端系統，結合中心端的作業指令，負責對裝載/卸載區作業流程進行協同管理，以使礦用寬體自卸車能夠高效、準確、安全的完成入場、裝載/卸載與離場等工作。
3.4 5G+V2X 無線通信系統
5G+V2X 無線通信系統是礦用寬體自卸車之間、監控中心通信的基礎設施。其主要功能包括保證礦用寬體自卸車的安全行駛，保證礦用寬體自卸車與監控中心的信息交互，以及為車輛差分定位信息的采集和傳輸提供技術保障。
3.5 無人運輸仿真系統
無人運輸仿真系統可先于礦用寬體自卸車在礦區運行之前完成， 特別是在礦區大范圍推廣無人運輸之前，可快速對無人駕駛礦用寬體自卸車在整個礦區的運行、以及所有設備的智能化調度進行快速仿真測試，可保證礦用寬體自卸車在測試期間的安全性與可靠性，并大幅提高系統開發效率。
3.6 車輛應急接管系統
在礦用寬體自卸車無人駕駛系統實施前期，仍然需要駕駛員在車端或遠程進行危險狀態下的干預。由于礦用寬體自卸車速度較低，可采用遠程安全員監管的方式，一方面可提高安全員工作環境，另一方面可減少安全員的數量、一個安全員可監控多臺車輛。特殊情況下， 遠程安全員可通過搖控平臺實現對無人駕駛車輛的遠程應急接管。
