中国移动江苏公司南京分公司 | 基于5G尊享专网的野外智能节点油气勘探系统落地探索
项目简介
南京移动与中石化物探院、中兴通讯等联合打造的“基于5G尊享专网的野外智能节点油气勘探系统”项目,采用5G专网方案,创新车载定制新模式,大幅提升5G网络柔性部署能力,成为全球首个基于5G专网的野外智能节点油气勘探系统,将引领5G油气勘探业务变革,助力中国能源勘探行业迈向价值链的最高端。
地震勘探是用于寻找石油、天然气、煤炭等矿产资源的主要手段,可以理解为给地球做CT,通过地震节点仪,记录模拟地震波,进而判断油气资源的储备情况。野外地震数据采集是油气地震勘探工程中的关键工序,勘探的运转主要基于有缆系统,该技术被海外企业垄断,我国的勘探装备严重依赖进口。勘探过程中需要通过线缆连接数以万计的地震仪,人力消耗巨大,地形适应性差,故障排除困难,在实际作业中,由于爆破模拟地震达数万次,地震仪数量超过数十万,数据量达PB级,作业周期长达数月,因此单项目作业成本高达亿元。如何更快捷高效地获取精准的地震数据,是国内油气勘探行业一大难题。
为解决此难题,南京移动与中石化物探院、中兴通讯等联合打造了“基于5G尊享专网的野外智能节点油气勘探系统”项目,项目中5G智能节点仪集成5G模组,可通过5G专网实时传送地震数据,打破了国际技术垄断,解决了卡脖子问题,首次实现了探勘装备的完全自主知识产权,做到了技术、研发双全球领先。
创新5G尊享模式,打造可移动柔性专网
本项目基于野外勘探应用场景,充分利用5G专网个性化、场景化特征,采用车载定制小型化核心网、车载5G基站、车载拉远基站等技术手段,为油气勘探提供深度定制的“全车载”网络服务,解决了偏远地区的网络覆盖问题,且5G本身具备的大带宽、大连接、低时延特性,为地震仪脱离线缆的束缚扫清了障碍。
智能勘探系统总体架构
组网架构上,由车载中央站、拉远站拖车和节点仪组成。车载中央站部署地球物理计算中心、控制中心,5G轻量化核心网和5G专网基站。拉远站拖车承载拉远5G基站,可根据业务需求增加一个或者多个拉远站扩展5G网络覆盖范围。实际作业中,节点仪通过5G空口将数据回传至车载中央站,由地球物理计算中心或野外营地进行数据处理,完成全流程本地作业。
智能勘探系统网络架构
频率选择上,考虑到作业区域为室外不固定场景,需考虑公网干扰及频率协同,利用中国移动2.6G和4.9GHz多频率优势,实现与公网隔离,保障与公网互不干扰。
该项目针对野外勘探的移动性和区域特点,创新了5G专网尊享模式,打造了可移动柔性专网。一是全独立组网,基站,核心网,频率全专用,具备端到端5G独立通信能力。二是基于野外作业特点,进行了全车载系统的改造,对通信设备进行了小型化定制开发,全部的设备装备在通信车上,满足现场组网需求。三是开发了部署5G基站的拖车,可以根据作业区大小灵活部署,以拓展5G覆盖范围,提升作业效率。
根据2021年3月位于油气资源大省四川省的中石化集团级先导示范勘探项目实测,数据传输效率、巡检效率、分析效率均有大幅提升,综合效率提升3倍。
如何快捷获取精准的地震数据,一直是油气勘探行业亟待解决的核心诉求。谢华介绍,该项目首创了5G智能地震节点仪,作为前端勘测获取数据的关键设备,5G智能地震节点仪选用了一款M.2封装的嵌入式工业级5G无线通讯模组,可以提供FDD-LTE、TDD-LTE、NR网络的数据连接,具有高可靠性,低功耗和小体积可插拔等特性,快速的集成整合到智能地震节点仪设备中去。主控制器芯片通过高速数据总线与5G模组相连,由AT指令集对其操作。同时云端服务器通过工业标准协议设置例如实时、分时传输间隔等一系列参数和命令对节点仪进行实时控制,据此订阅的高精度地震数据将按照符合油气自定义的格式主动上送后在后台进行处理解释。
在实际应用上,5G智能节点仪续航时间、勘探精度等性能与传统一线产品相当。一是实现了大规模地震节点仪集中接入,由5G智能节点仪进行数据采集,通过野外5G组网,回传至云端数据中心,仅需1-2秒钟就可以完成数万节点仪的接入、数据上传,大幅提升采集效率;二是通过部署在现场5G中央站的数据分析平台进行实时数据分析,再由5G回传至节点仪设备进行实时质量控制,可以对节点设备工作模式、参数进行精密调整,提升采集精度;三是基于5G实时上传的大数据分析,可以对油气勘探系统各部分工艺参数进行优化建议及分析,提升油气地震勘探作业及数据分析效率。
节点仪布放作业户外
据了解,目前5G智能节点仪已经处在产品化、规模化发展阶段,并在中国石化自有勘探项目中进行试点验证,效果达到预期。据初步测算“相较海外进口设备,新技术每节点可节约3000元,一千平方公里勘探作业中,可节约人力成本2000万元,节约设备采购成本3亿元”。从经济效益角度测算,仅中石化自有勘探区就达43.7万平方千米,通过基于5G专网的野外智能节点油气勘探系统,预计可节约勘探经费10亿元。2020年,全球物探收入约65亿美元,按目标占有率20%计算,每年可达收益约13亿美元,市场前景可观。从市场推广方面,优先从国内实现规模应用,未来计划沿“一带一路”走向世界。
5G实时数据采集和分析,带来了勘探业务流程的革命性改变,尤其在数据采集后的分析环节,突破了原来传统的数据收集、数据分析分离且长周期的限制。在该项目中,5G网元UPF(User Plane Function,用户面功能)成为连接5G核心网和MEC的纽带,可提供数据分流及流量统计等功能。项目基于专用核心网下沉,实现了5G专网和边缘计算1+1 大于2的能力。该项目在数据采集后的分析环节,基于移动5G专网,利用边缘计算搭建本地数据分析平台,实现地球物理计算中心部分功能,实时汇总、处理海量地震数据。一改以往数据先收集再处理的工作方式,实现数据边采集、边处理,助力油气勘探行业重构业务流程。实测显示数据分析效率提升了2倍。
此外,油气勘探作业除了面临室外不固定场景带来的极端环境影响外,还需考虑公网干扰及频率协同。谢华在采访中表示,户外5G尊享专网在这个过程中提供了0干扰的网络支撑:利用中国移动的频点优势,部署4.9G专用基站试点,采用切片部分硬隔离或切片完全隔离方案,避开大网2.6G频点干扰;并且无线支持多级级联的方案,可以无限扩展采集覆盖区域,保障与公网“0”干扰,支持灵活的上下行配置。由于频点较高和帧结构差异,4.9GHz在上行速率、用户面时延、控制面时延等方面优于2.6GHz,适合该项目节点采集业务。
硬件方面,采用核心网小型化和车载通信车设计,满足作业区域不固定,对通信要求高的应用场景。软件方面,网管软件定制化设计,核心网网管基于云计算、虚拟化、微服务、容器化和B/S架构,推出全新EMS,专用5GC EMS简化运营商大网EMS网管的配置,组件轻量化,降低网管部署资源。
5G尊享专网部署
当前,数字经济已成为我国经济增长的“新引擎”。以5G为代表的新一代数字技术正推动数字经济的蓬勃发展,并助力传统产业转型升级。中国移动以5G专网为抓手,联合业界伙伴创造多个第一。其中在能源领域,联合国家电网在山东打造了全国首套省域5G电力示范网,正携手国网和南网两大电网深度合作5G智慧电力应用;联合淮河能源集团在安徽落地了全国最深919米5G矿井,建设智慧矿山96家。5G与能源领域各行业深度融合,将有效带动能源生产和消费模式创新,为能源革命注入强大动力。
放眼未来,南京移动积极践行中国移动创世界一流“力量大厦”发展战略部署,一方面将进一步加快5G等新型基础设施建设,实现2.6G/4.9G/700M多网协同,扩大5G网络领先优势,截至2021年底南京移动开通5G基站超1.1万个,有效带动数字产业化发展。另一方面联合业界伙伴,推动5G等新一代信息技术深度融入生产运营各领域、各环节,推进产业数字化升级,在此过程中也积累了众多优秀实践案例,此次油气勘探项目就是其中之一。
谢华表示,下一步,南京移动将结合本地产业特色积极落实“智改数转”,聚焦先进制造、智慧城市、智慧医疗、智慧教育、智慧交通、乡村振兴等重点领域,加速推动5G融入千行百业,为数字经济增长带来“新红利”。
特邀专家
谢华 中国移动集团江苏公司南京分公司副总经理
《移动应用最前线》是移动Labs独家策划的创新技术应用成果专题系列内容,通过邀请项目专家开展访谈,对中国移动创新技术应用落地项目情况进行深度的观察和解读。目前已和广西移动、河南移动、江苏移动、天津移动等多个省公司开展专访合作,欢迎更多省公司参与分享。🤝🤝
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