榮國慶

摘 要：隨著5G在的發(fā)展，利用5G的大帶寬、低時延、高可靠性及AI數(shù)據(jù)分析，建立全面感知、實時互聯(lián)智能化應急救援體系，通過井下生命體征采集系列化設備的研發(fā)與使用、AI醫(yī)學智能算法的設計與應用，提供面向煤礦井下的“5G+AI”急救援解決方案。

關鍵詞：5G;AI;MEC;分流

引言

煤礦作為一個高危行業(yè)，勞動作業(yè)環(huán)境相對惡劣，安全事故始終影響和制約著煤礦的生產建設，井下急診救治是長期困擾人類的的世紀難題， 進入21世紀以來，中國礦難遇難人數(shù)達5萬余人，占世界礦難死亡總人數(shù)的70%，近幾年我國針對煤礦急診救治進行了多次改革嘗試，取得了一定成績，不過大部分井下急診救治生命信息采集類設備以及應急救援模式沒有太大改觀，線上和線下基礎設施沒有有效的銜接，主要是現(xiàn)有煤礦井下數(shù)據(jù)影像基礎設備多基于4G、WiFi以及Zigbee網絡，基礎設施面臨帶寬受限、傳輸時延增加等方面的問題，無法滿足井下礦工創(chuàng)傷應急救治的實際需要。

1 必要性

經過調研礦區(qū)的現(xiàn)階段現(xiàn)有井下救援主要依賴救援隊人員把傷員運輸?shù)降孛婧笥杉本溶囁椭玲t(yī)院救治，缺少井下的快速采集和分析的救治裝備和遠程診療的醫(yī)療救治能力。而隨著第五代移動通信技術網絡在大數(shù)據(jù)， 云計算，人工智能等領域應用技術的出現(xiàn)，以其高可靠性，高可用性，低時延，低功耗，泛在網的特點可以解決上述技術瓶頸。

本方案基于5G技術，通過生命體征采集設備以及5G加邊緣計算的醫(yī)學人工智能算法于一體的“5G+AI”應用調度平臺，形成一套的“5G+AI” 的應急救治新模式。將給礦山的基礎設施帶來更具前瞻性的發(fā)展和建設， 助推礦山的應急救援的信息化，智能化程度提升。

2 組網方案

2.1 整體架構

井下應急救援方案分為以下幾個部分，井下5G覆蓋、井上MEC部署、生命體征采集設備、醫(yī)療AI智能算法部署，網絡對接等，系統(tǒng)的拓撲結構示意圖如下圖所示。

通過5G+MEC聯(lián)通井下到礦區(qū)，井下到醫(yī)院網絡互通，通過AI應急救援體系平臺的調用和分析，達到地面和醫(yī)院的專家及時有效的指導井下救護人員完成救援實施。

2.2 5G網絡覆蓋

井下基站的3級結構更符合井下復雜的巷道覆蓋特點。根據(jù)國內現(xiàn)有研究結果及實踐表明：無線信號的頻率越高，信號的衰減越大，通信距離越短。但由于巷道通信的特點，影響并不大。經井下現(xiàn)場測試，從400Mhz—4000Mhz的無線電頻率，信號傳輸距離基本都為300米左右，這是隧道通信的一個顯著特點。所以采用的低功率微站是目前井下覆蓋最為科學的選擇。

井下基站系統(tǒng)由隔爆型基站控制器A（BBU設備）、礦用隔爆型基站控制器B（RHUB設備）、礦用隔爆兼本安型無線基站（PRRU設備）組成， 主要功能和作用是提供井下5G無線信號覆蓋。

本方案真正實現(xiàn)井上井下無縫對接，將5G煤礦專網與運營商的公網實現(xiàn)信令的完整對接，進而實現(xiàn)專網與公網的無縫連接。通過雙注冊、雙連接方式既滿足井下內部移動通信的需要，也滿足井下與地面工業(yè)廣場移動通信的需要，同時也滿足煤礦專網與外網移動通信的需要。

本方案所有基站的信號覆蓋半徑按照半徑300米布放，條件較差巷道按照半徑200米布防，能夠滿足井下5G信號強度的需要。井下5G采用室內分布系統(tǒng)部署，基帶處理單元、射頻遠端匯聚單元，射頻拉遠單元.

3 5GMEC邊緣計算平臺

人工智能心電圖自動診斷云平臺，通過云平臺連接多種心臟數(shù)據(jù)采集設備，并通過5G網絡存儲在MEC上實現(xiàn)云存儲和云計算的功能，借由人工智能算法以及后臺服務團隊，實現(xiàn)了高效準確處理心電、血壓、呼吸等多參數(shù)數(shù)據(jù)，真正實現(xiàn)心血管疾病的全周期管理。云平臺將分散在礦井下的心電、血壓等設備，以多種方式連接組成網絡，形成以醫(yī)院為核心的心血管急性事件區(qū)域協(xié)同醫(yī)療平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和醫(yī)療資源共享，完成醫(yī)院心電數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，將心電數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲和管理，形成心電業(yè)務的診斷專業(yè)化—信息共享化—病例數(shù)字化—傳輸網絡化—管理效率化的整體效應。通過這些數(shù)據(jù)的調取和分析，借助遠程視頻分析，進行人員的綜合情況評定，指導現(xiàn)場救援人員進行正確的救援操作。

4 井下醫(yī)護采集設備部署

穿戴式采集設備，讓礦工的生命參數(shù)能夠實時顯示并傳輸?shù)竭h程的監(jiān)護中心和醫(yī)療機構，結合AI-ECG智能技術，能夠極大提高心電預警和診斷的效率。完成設備到監(jiān)護中心到診斷中心到監(jiān)護站的全閉環(huán)服務。不但能夠實時監(jiān)測，還能完成智能心電診斷，同時通過系統(tǒng)平臺大數(shù)據(jù)的收集， 對醫(yī)院覆蓋的佩戴人群進行心電全生命周期的維護和存儲。

心電貼采集，在大量緊急救助情況下，每名礦工佩戴心電貼，礦工的身份信息就對應一個編碼，手機將采集到的數(shù)據(jù)與該編碼對應起來，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，便可識別礦工的編號， 體征監(jiān)測等信息，并通過網絡實時的發(fā)送到手機上，對前方急救醫(yī)護人員進行醫(yī)護指導。同時，心電貼在佩戴結束后，心臟數(shù)據(jù)中心結合人工智能AI-ECG技術及后臺醫(yī)生服務團隊出具醫(yī)療級的心電報告服務，便于術后康復人群隨訪、慢病管理人群的日常監(jiān)測。

設備利用移動手持設備與5G互聯(lián)網技術，可以實現(xiàn)生理信息的實時傳輸。利用手持移動設備，還可以實現(xiàn)救援現(xiàn)場與指揮中心的信息實時交互。現(xiàn)場醫(yī)護人員利用移動醫(yī)護工作站，就可以通過該設備讀取病患信息。這些信息通過網絡傳回控制中心，控制中心可依據(jù)詳細記錄調整救助方案，并且實時下達各種指令，使后方醫(yī)院與控制中心更好的了解現(xiàn)場狀況。

結束語

“5G+AI”技術，相對于普通井下工作人員而言，其連接面更廣，時延更低，寬帶更便捷，一旦煤礦井下創(chuàng)傷事故，專用網絡根本無法滿足現(xiàn)場實際情況需要，而5G的超高性能有利于提升應急部門部署速度，實現(xiàn)通信區(qū)域信號覆蓋，方便對各個部門進行后勤指揮，以確保事故能夠被及時上報，優(yōu)化現(xiàn)場的調度指揮情況。5G技術的應用，有利于為應急產業(yè)提供發(fā)展機遇，未來的井下創(chuàng)傷救援管理也將依靠5G技術不斷優(yōu)化，提升井下創(chuàng)傷救援管理質量和水平。

社會效益：由于面向煤礦井下創(chuàng)傷的“5G+AI”應急救援新模式具備輕量級特點，其可復制性尤為突出，張雙樓礦作為示范基地順利完成試點任務，可全國范圍內推行。其中5G網絡提供網絡層面的保障，邊緣計算MEC平臺提供云環(huán)境，AI算法可以提供指揮救援應用快速部署、邊緣設備納管能力，讓邊緣設備快速成為智能指揮中心。充分發(fā)揮5G的高速率、低時延、大容量等優(yōu)勢，實現(xiàn)資源靠近客戶部署的分布式轉型，同時在云端實現(xiàn)邊緣計算能力的總體管控及大數(shù)據(jù)分析，對于應急現(xiàn)場信息進行采集，并經由5G網絡將圖像/視頻/數(shù)據(jù)進行回傳至醫(yī)院，進而實現(xiàn)醫(yī)院對于應急現(xiàn)場的人員創(chuàng)傷態(tài)勢分析和指揮信息的遠程下發(fā)。

參考文獻

[1]《煤礦安全規(guī)程》2016年版國家安全生產監(jiān)督管理局[2]《生命體征參數(shù)采集方案》中智訊科技有限公司

[3]《5G系統(tǒng)設計：端到端標準詳解》