榮國(guó)慶

摘 要：隨著5G在的發(fā)展，利用5G的大帶寬、低時(shí)延、高可靠性及AI數(shù)據(jù)分析，建立全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)智能化應(yīng)急救援體系，通過(guò)井下生命體征采集系列化設(shè)備的研發(fā)與使用、AI醫(yī)學(xué)智能算法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，提供面向煤礦井下的“5G+AI”急救援解決方案。

關(guān)鍵詞：5G;AI;MEC;分流

引言

煤礦作為一個(gè)高危行業(yè)，勞動(dòng)作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣，安全事故始終影響和制約著煤礦的生產(chǎn)建設(shè)，井下急診救治是長(zhǎng)期困擾人類的的世紀(jì)難題， 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)礦難遇難人數(shù)達(dá)5萬(wàn)余人，占世界礦難死亡總?cè)藬?shù)的70%，近幾年我國(guó)針對(duì)煤礦急診救治進(jìn)行了多次改革嘗試，取得了一定成績(jī)，不過(guò)大部分井下急診救治生命信息采集類設(shè)備以及應(yīng)急救援模式?jīng)]有太大改觀，線上和線下基礎(chǔ)設(shè)施沒(méi)有有效的銜接，主要是現(xiàn)有煤礦井下數(shù)據(jù)影像基礎(chǔ)設(shè)備多基于4G、WiFi以及Zigbee網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)設(shè)施面臨帶寬受限、傳輸時(shí)延增加等方面的問(wèn)題，無(wú)法滿足井下礦工創(chuàng)傷應(yīng)急救治的實(shí)際需要。

1 必要性

經(jīng)過(guò)調(diào)研礦區(qū)的現(xiàn)階段現(xiàn)有井下救援主要依賴救援隊(duì)人員把傷員運(yùn)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(yuǎn)程診療的醫(yī)療救治能力。而隨著第五代移動(dòng)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)在大數(shù)據(jù)， 云計(jì)算，人工智能等領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)的出現(xiàn)，以其高可靠性，高可用性，低時(shí)延，低功耗，泛在網(wǎng)的特點(diǎn)可以解決上述技術(shù)瓶頸。

本方案基于5G技術(shù)，通過(guò)生命體征采集設(shè)備以及5G加邊緣計(jì)算的醫(yī)學(xué)人工智能算法于一體的“5G+AI”應(yīng)用調(diào)度平臺(tái)，形成一套的“5G+AI” 的應(yīng)急救治新模式。將給礦山的基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)更具前瞻性的發(fā)展和建設(shè)， 助推礦山的應(yīng)急救援的信息化，智能化程度提升。

2 組網(wǎng)方案

2.1 整體架構(gòu)

井下應(yīng)急救援方案分為以下幾個(gè)部分，井下5G覆蓋、井上MEC部署、生命體征采集設(shè)備、醫(yī)療AI智能算法部署，網(wǎng)絡(luò)對(duì)接等，系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

通過(guò)5G+MEC聯(lián)通井下到礦區(qū)，井下到醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)互通，通過(guò)AI應(yīng)急救援體系平臺(tái)的調(diào)用和分析，達(dá)到地面和醫(yī)院的專家及時(shí)有效的指導(dǎo)井下救護(hù)人員完成救援實(shí)施。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋

井下基站的3級(jí)結(jié)構(gòu)更符合井下復(fù)雜的巷道覆蓋特點(diǎn)。根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究結(jié)果及實(shí)踐表明：無(wú)線信號(hào)的頻率越高，信號(hào)的衰減越大，通信距離越短。但由于巷道通信的特點(diǎn)，影響并不大。經(jīng)井下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，從400Mhz—4000Mhz的無(wú)線電頻率，信號(hào)傳輸距離基本都為300米左右，這是隧道通信的一個(gè)顯著特點(diǎn)。所以采用的低功率微站是目前井下覆蓋最為科學(xué)的選擇。

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

本方案真正實(shí)現(xiàn)井上井下無(wú)縫對(duì)接，將5G煤礦專網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)商的公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信令的完整對(duì)接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)與公網(wǎng)的無(wú)縫連接。通過(guò)雙注冊(cè)、雙連接方式既滿足井下內(nèi)部移動(dòng)通信的需要，也滿足井下與地面工業(yè)廣場(chǎng)移動(dòng)通信的需要，同時(shí)也滿足煤礦專網(wǎng)與外網(wǎng)移動(dòng)通信的需要。

本方案所有基站的信號(hào)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(hào)強(qiáng)度的需要。井下5G采用室內(nèi)分布系統(tǒng)部署，基帶處理單元、射頻遠(yuǎn)端匯聚單元，射頻拉遠(yuǎn)單元.

3 5GMEC邊緣計(jì)算平臺(tái)

人工智能心電圖自動(dòng)診斷云平臺(tái)，通過(guò)云平臺(tái)連接多種心臟數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)在MEC上實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)和云計(jì)算的功能，借由人工智能算法以及后臺(tái)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)了高效準(zhǔn)確處理心電、血壓、呼吸等多參數(shù)數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)心血管疾病的全周期管理。云平臺(tái)將分散在礦井下的心電、血壓等設(shè)備，以多種方式連接組成網(wǎng)絡(luò)，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(tái)，實(shí)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(chǔ)和管理，形成心電業(yè)務(wù)的診斷專業(yè)化—信息共享化—病例數(shù)字化—傳輸網(wǎng)絡(luò)化—管理效率化的整體效應(yīng)。通過(guò)這些數(shù)據(jù)的調(diào)取和分析，借助遠(yuǎn)程視頻分析，進(jìn)行人員的綜合情況評(píng)定，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)救援人員進(jìn)行正確的救援操作。

4 井下醫(yī)護(hù)采集設(shè)備部署

穿戴式采集設(shè)備，讓礦工的生命參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)顯示并傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的監(jiān)護(hù)中心和醫(yī)療機(jī)構(gòu)，結(jié)合AI-ECG智能技術(shù)，能夠極大提高心電預(yù)警和診斷的效率。完成設(shè)備到監(jiān)護(hù)中心到診斷中心到監(jiān)護(hù)站的全閉環(huán)服務(wù)。不但能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，還能完成智能心電診斷，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)大數(shù)據(jù)的收集， 對(duì)醫(yī)院覆蓋的佩戴人群進(jìn)行心電全生命周期的維護(hù)和存儲(chǔ)。

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(duì)應(yīng)一個(gè)編碼，手機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)與該編碼對(duì)應(yīng)起來(lái)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，便可識(shí)別礦工的編號(hào)， 體征監(jiān)測(cè)等信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的發(fā)送到手機(jī)上，對(duì)前方急救醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行醫(yī)護(hù)指導(dǎo)。同時(shí)，心電貼在佩戴結(jié)束后，心臟數(shù)據(jù)中心結(jié)合人工智能AI-ECG技術(shù)及后臺(tái)醫(yī)生服務(wù)團(tuán)隊(duì)出具醫(yī)療級(jí)的心電報(bào)告服務(wù)，便于術(shù)后康復(fù)人群隨訪、慢病管理人群的日常監(jiān)測(cè)。

設(shè)備利用移動(dòng)手持設(shè)備與5G互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)生理信息的實(shí)時(shí)傳輸。利用手持移動(dòng)設(shè)備，還可以實(shí)現(xiàn)救援現(xiàn)場(chǎng)與指揮中心的信息實(shí)時(shí)交互。現(xiàn)場(chǎng)醫(yī)護(hù)人員利用移動(dòng)醫(yī)護(hù)工作站，就可以通過(guò)該設(shè)備讀取病患信息。這些信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳回控制中心，控制中心可依據(jù)詳細(xì)記錄調(diào)整救助方案，并且實(shí)時(shí)下達(dá)各種指令，使后方醫(yī)院與控制中心更好的了解現(xiàn)場(chǎng)狀況。

結(jié)束語(yǔ)

“5G+AI”技術(shù)，相對(duì)于普通井下工作人員而言，其連接面更廣，時(shí)延更低，寬帶更便捷，一旦煤礦井下創(chuàng)傷事故，專用網(wǎng)絡(luò)根本無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況需要，而5G的超高性能有利于提升應(yīng)急部門部署速度，實(shí)現(xiàn)通信區(qū)域信號(hào)覆蓋，方便對(duì)各個(gè)部門進(jìn)行后勤指揮，以確保事故能夠被及時(shí)上報(bào)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)度指揮情況。5G技術(shù)的應(yīng)用，有利于為應(yīng)急產(chǎn)業(yè)提供發(fā)展機(jī)遇，未來(lái)的井下創(chuàng)傷救援管理也將依靠5G技術(shù)不斷優(yōu)化，提升井下創(chuàng)傷救援管理質(zhì)量和水平。

社會(huì)效益：由于面向煤礦井下創(chuàng)傷的“5G+AI”應(yīng)急救援新模式具備輕量級(jí)特點(diǎn)，其可復(fù)制性尤為突出，張雙樓礦作為示范基地順利完成試點(diǎn)任務(wù)，可全國(guó)范圍內(nèi)推行。其中5G網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)層面的保障，邊緣計(jì)算MEC平臺(tái)提供云環(huán)境，AI算法可以提供指揮救援應(yīng)用快速部署、邊緣設(shè)備納管能力，讓邊緣設(shè)備快速成為智能指揮中心。充分發(fā)揮5G的高速率、低時(shí)延、大容量等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)資源靠近客戶部署的分布式轉(zhuǎn)型，同時(shí)在云端實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算能力的總體管控及大數(shù)據(jù)分析，對(duì)于應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集，并經(jīng)由5G網(wǎng)絡(luò)將圖像/視頻/數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳至醫(yī)院，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)醫(yī)院對(duì)于應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的人員創(chuàng)傷態(tài)勢(shì)分析和指揮信息的遠(yuǎn)程下發(fā)。

參考文獻(xiàn)

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