為解決5G無(wú)線與UWB精確定位技術(shù)的統(tǒng)一融合，研發(fā)了監(jiān)測(cè)和管理的煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)。井下5G 通信基站與UWB 人員精確定位基站均采用無(wú)線通信技術(shù)，“一站式”解決5G通信與精確定位多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的共網(wǎng)傳輸和同距離覆蓋，構(gòu)建了井下應(yīng)用術(shù)深度融合的總體架構(gòu)5G+UWB，以及一體式本安融合基站在井下應(yīng)用和基于煤礦定位的融合調(diào)度平臺(tái)的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了基于5G+UWB技術(shù)的高精度實(shí)時(shí)定位與虛擬交互應(yīng)用，展望基于UWB融合技術(shù)的井下大數(shù)據(jù)交互、可視化遠(yuǎn)程操控、的融合應(yīng)用。

文章來(lái)源：《智能礦山》2026年第2期“學(xué)術(shù)園地”欄目

作者簡(jiǎn)介：崔含，工程師，現(xiàn)任陜西陜煤榆北煤業(yè)榆林信息化運(yùn)維分公司副總經(jīng)理，主要從事煤礦信息化系統(tǒng)運(yùn)維管理相關(guān)研究工作。E-mail：278406741@qq.com

作者單位：陜西陜煤榆北煤業(yè)榆林信息化運(yùn)維分公司

引用格式：崔含. 基于 5G+UWB 一體化融合系統(tǒng)及裝備研發(fā) [J]. 智能礦山，2026，7（2）：79-82.

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現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用將深度融合人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等高新技術(shù)，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能化生產(chǎn)模式。實(shí)現(xiàn)工業(yè)化與信息化的深度融合。有機(jī)融合無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)?G系統(tǒng)與人員精確定位系統(tǒng)，在陜煤榆北安山煤礦建設(shè)1套5G+UWB融合的創(chuàng)新型信息系統(tǒng)，“一站式”解決煤礦智能化生產(chǎn)對(duì)5G無(wú)線通信和煤礦安全生產(chǎn)對(duì)人員、設(shè)備、車輛精準(zhǔn)定位的需求，為煤礦智能化建設(shè)的深入拓展提供“新融合”的研究方向。

5G+UWB一體化融合的技術(shù)架構(gòu)

（1）研發(fā)1套煤礦專用的5G通信核心網(wǎng)，專為煤礦通信、數(shù)據(jù)傳輸、人機(jī)協(xié)同而服務(wù)，保證煤礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)的本地處理與轉(zhuǎn)發(fā)、遠(yuǎn)程控制的實(shí)時(shí)同步、煤礦井下通信的自主管理。

（2）在煤礦井下研發(fā)5G+UWB的融合基站，實(shí)現(xiàn)井下5G和UWB精確定位信號(hào)的覆蓋，完成高帶寬數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制的同時(shí)，同步實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備、人員、車輛等精準(zhǔn)定位。

（3）研發(fā)智能化融合調(diào)度平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全礦井對(duì)5G通信終端的調(diào)度管理功能，統(tǒng)一融合人員精確定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下局部重點(diǎn)分區(qū)的區(qū)域管理功能，形成“區(qū)域級(jí)+礦級(jí)”的融合調(diào)度管理模式。

5G+UWB融合技術(shù)路線選擇

2.1 基于5G+UWB融合通信技術(shù)的5G建設(shè)模式

（1）5G建設(shè)模式選擇

專為煤礦服務(wù)的5G通信系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)管理、維護(hù)、放號(hào)等均自主可控，靈活性較好，同時(shí)與公網(wǎng)物理隔離，安全性較高，5G獨(dú)立專網(wǎng)組網(wǎng)模型如圖1所示。

圖1 5G獨(dú)立專網(wǎng)組網(wǎng)模型

為保證煤礦內(nèi)部移動(dòng)通信需求，將5GC與IMS核心網(wǎng)進(jìn)行融合開發(fā)，IMS可以作為5GC的一部分，提供VoNR（基于5G的語(yǔ)音通話）等多媒體服務(wù)，借助5GC的高效網(wǎng)絡(luò)功能和低時(shí)延特性，實(shí)現(xiàn)更好的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障。

5G專網(wǎng)核心網(wǎng)可支持向下兼容4G、WiFi6、WiFi、SIP、IP等多種協(xié)議，支持礦用調(diào)度通信系統(tǒng)、礦用數(shù)字廣播系統(tǒng)、智能單兵裝備、智能車載臺(tái)、礦用數(shù)字對(duì)講機(jī)等設(shè)備的語(yǔ)音交換處理和調(diào)度功能，更能貼合煤礦井下的實(shí)際使用和智能礦山建設(shè)中井下多網(wǎng)融合通信的要求。

（2）5G網(wǎng)絡(luò)制式的選擇

目前，5G組網(wǎng)模式主要包括SA獨(dú)立組網(wǎng)和NSA非獨(dú)立組網(wǎng)。結(jié)合煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀，利用已有的通信設(shè)施。建設(shè)1套兼容現(xiàn)有4G的組網(wǎng)模式，最大效能利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可通過(guò)局部重要場(chǎng)所增加5G基站，滿足煤礦智能化建設(shè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、大帶寬、廣連接的傳輸需求，形成煤礦領(lǐng)域?qū)Ｓ械腘SA+SA的組網(wǎng)方式。5G核心網(wǎng)兼容NSA和SA的終端應(yīng)用設(shè)備，最大化利用已建設(shè)好的4G融合通信系統(tǒng)，避免資源浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)SA模式下引入的5G技術(shù)的新功能和新業(yè)務(wù)，為煤礦后期的智能化發(fā)展奠定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

2.2 5G+UWB融合通信技術(shù)5G頻段應(yīng)用

目前，5G行業(yè)中存在2種不同網(wǎng)絡(luò)頻段制式的5G頻段，分別為采用高頻TDD制式的2.6 G、3.5 G或3.6 G的中高頻5G組網(wǎng)，以及采用低頻FDD制式700 MHz的低頻5G組網(wǎng)。

采用700 MHz低頻段5G組網(wǎng)的解決方案，可解決煤礦井下行人、輔運(yùn)大巷、運(yùn)輸大巷等需要實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)全覆蓋時(shí)5G高頻段基站覆蓋距離短、成本過(guò)高的問(wèn)題。為后期擴(kuò)容和實(shí)際應(yīng)用需求，采用5G核心網(wǎng)支持?jǐn)U展中高頻組網(wǎng)的需求，解決綜掘、綜采工作面等的高帶寬信號(hào)覆蓋時(shí)700 MHz本安基站無(wú)法滿足高帶寬場(chǎng)景的需求，形成700 MHz+2.6 GHz高低頻混合組網(wǎng)的解決方案，通過(guò)高低頻混合組網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)全礦井不同應(yīng)用場(chǎng)景下的5G信號(hào)覆蓋。

2.3 基于UWB的煤礦井下精確定位系統(tǒng)

（1）UWB技術(shù)特點(diǎn)

超寬帶（UWB）技術(shù)以其高傳輸速率、短距離通信、良好共存性和保密性、多徑分辨能力強(qiáng)以及低功耗、小體積等優(yōu)點(diǎn)在高精度定位領(lǐng)域被廣泛關(guān)注。

UWB定位技術(shù)采用1 GHz以上頻率帶寬的無(wú)線載波通信技術(shù)，利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，解決信道窄、容量小、易受干擾等問(wèn)題。UWB技術(shù)具有傳統(tǒng)定位系統(tǒng)無(wú)法比擬的技術(shù)特點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、抗衰落和干擾性能強(qiáng)、定位精度高、保密性好等特點(diǎn)。因此，在煤礦井下封閉環(huán)境和惡劣條件下，具有精度更高、信號(hào)干擾抵抗性更強(qiáng)定位性能，特別適合于煤礦井下無(wú)線定位的應(yīng)用。

（2）5G+UWB本安融合基站的定位應(yīng)用效果

融合基站基于UWB技術(shù)+TDOA算法，井下人員靜態(tài)定位精度為0.3 m，動(dòng)態(tài)定位精度<7.3 m，UWB精確定位信號(hào)有效覆蓋半徑>400 m，實(shí)現(xiàn)與5G無(wú)線信號(hào)的同距離覆蓋。

融合基站同時(shí)可作為車輛精確定位基站使用，通過(guò)UWB精確定位信號(hào)與車輛定位卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同步解決車輛在井下行駛的位置監(jiān)測(cè)、速度監(jiān)測(cè)、紅綠燈控制等需求。

2.4 基于5G+UWB智能化融合調(diào)度平臺(tái)

煤礦特殊的生產(chǎn)調(diào)度環(huán)境，需要建設(shè)井下和地面通信系統(tǒng)種類較多，各通信系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)組網(wǎng)，系統(tǒng)間缺乏協(xié)同聯(lián)動(dòng)，制約了煤礦調(diào)度指揮、應(yīng)急指揮和維護(hù)的協(xié)同工作。

依據(jù)煤礦實(shí)際的通信聯(lián)絡(luò)和融合調(diào)度通信的需求，規(guī)劃地面建設(shè)1套融合通信智能調(diào)度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在智能調(diào)度平臺(tái)上通過(guò)融合調(diào)度通信技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)5G無(wú)線通信、調(diào)度通信系統(tǒng)、車載通信和人員定位、視頻監(jiān)控的有機(jī)融合，實(shí)時(shí)顯示各終端的狀態(tài)，并可以實(shí)現(xiàn)按系統(tǒng)或區(qū)域的多系統(tǒng)融合調(diào)度功能。

智能調(diào)度臺(tái)具備《煤礦安全規(guī)程》所要求無(wú)線通信系統(tǒng)的組呼、全呼、呼叫、掛斷、保持、代答、轉(zhuǎn)接、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、會(huì)議等全調(diào)度功能。智能調(diào)度臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，智能調(diào)度臺(tái)功能界面如圖3所示。

圖2 智能調(diào)度臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

圖3 智能調(diào)度臺(tái)功能界面

關(guān)鍵技術(shù)突破及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）基于“一站、一線、一網(wǎng)、一平臺(tái)”的設(shè)計(jì)理念，井下采用5G+UWB一體化本安融合基站，“一站式”解決5G無(wú)線通信和人員/車輛精確定位信號(hào)的同距離覆蓋，本安融合基站質(zhì)量<15kg，為井下設(shè)備安裝和日常運(yùn)維提供便利性；融合基站功耗<50 W，融合基站的低功耗設(shè)計(jì)后備時(shí)間更長(zhǎng)，方便融合基站在井下的應(yīng)用和實(shí)施；首次采用級(jí)聯(lián)形式組網(wǎng)架構(gòu)，支持不少于6級(jí)級(jí)聯(lián)，組網(wǎng)更加靈活，井下實(shí)施更高效。

（2）融合調(diào)度平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)5G本安手機(jī)的全呼、組呼、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等融合調(diào)度管理功能，深度融合了精確定位系統(tǒng)，基于礦井GIS一張圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的5G移動(dòng)終端、人員單兵裝備、車載通信終端的區(qū)域化集群調(diào)度，提高了煤礦應(yīng)急指揮調(diào)度水平。

（3）研究了5G相關(guān)頻段在煤礦井下特殊應(yīng)用環(huán)境下的優(yōu)劣勢(shì)，選擇更適合煤礦井下5G信號(hào)覆蓋和基站設(shè)備更容易實(shí)現(xiàn)本安化的700 MHz頻段。本安型融合基站結(jié)合實(shí)際需求，預(yù)留了千兆環(huán)網(wǎng)和交通管控的擴(kuò)展應(yīng)用模塊，千兆環(huán)網(wǎng)模塊支持視頻監(jiān)控、應(yīng)急廣播等系統(tǒng)設(shè)備的共網(wǎng)傳輸，交通管控模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)井下交通紅綠燈的聯(lián)動(dòng)控制。在井下平直巷道，“一站式”滿足800 m范圍內(nèi)的移動(dòng)通信、5G應(yīng)用交互、人員/車輛定位、廣播設(shè)備及視頻設(shè)備共網(wǎng)傳輸、井下交通管控的需求。減少了井下設(shè)備數(shù)量和線纜敷設(shè)，降低運(yùn)維工作量。

實(shí)際應(yīng)用效果分析

通過(guò)在陜煤榆北安山煤礦對(duì)5G+UWB一體化融合系統(tǒng)及裝備進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用，將5G無(wú)線通信技術(shù)與UWB精確定位技術(shù)進(jìn)行深度融合，5G+UWB本安一體化融合基站，減少了煤礦井下各系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量，節(jié)省智能化建設(shè)投入。融合系統(tǒng)充分兼容已建設(shè)的4G無(wú)線通信系統(tǒng)，避免資金的重復(fù)投入。

5G+UWB智能化調(diào)度平臺(tái)保障了安山煤礦在智能化建設(shè)中對(duì)各通信系統(tǒng)的終端設(shè)備的統(tǒng)一融合調(diào)度，提高了安山煤礦應(yīng)急指揮水平。5G+UWB融合一體化融合系統(tǒng)及裝備的創(chuàng)新應(yīng)用，為礦井智能化控制裝備、智能巡檢裝備落地打造信息化基礎(chǔ)，通過(guò)少人化和無(wú)人化的場(chǎng)景應(yīng)用，推動(dòng)煤礦實(shí)現(xiàn)“少人則安、無(wú)人則安”的安全生產(chǎn)理念。

總 結(jié)

（1）基于5G+UWB一體化融合系統(tǒng)及裝備研發(fā)，為5G技術(shù)在智能化礦山建設(shè)的應(yīng)用中提供融合構(gòu)想和技術(shù)路線，5G技術(shù)在煤礦的應(yīng)用不只是獨(dú)立的無(wú)線通信，可融合定位技術(shù)、AI分析技術(shù)、數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為煤礦的智能化發(fā)展提供創(chuàng)新性應(yīng)用。

（2）融合技術(shù)的研究實(shí)現(xiàn)了井下本安融合基站和地面融合調(diào)度平臺(tái)的應(yīng)用，下一步將針對(duì)5G+UWB融合的智能單兵裝備的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)融合型智能單兵裝備的移動(dòng)通信、定位、健康監(jiān)測(cè)、智能化運(yùn)維、環(huán)境檢測(cè)等需求，改善煤礦井下作業(yè)人員的生產(chǎn)作業(yè)條件，提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)“減人、增安、提效”的目標(biāo)。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊中心擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡(jiǎn)介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來(lái)，策劃出版了“中國(guó)煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì)，打造了“刊-網(wǎng)-號(hào)-群-庫(kù)”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺(tái)，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。

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