国产化5G 防爆手持终端研发及其在石化企业的应用

宋昊爽，焦云强

（石化盈科信息技术有限责任公司，北京 100007）

5G技术具有网络带宽大、时延低、连接广等优势，能够为石化企业园区提供基础网络，催生更多的智能化、数字化产品，为石化企业提供低成本且满足安全隔离要求的网络承载，为行业数字化转型起到积极的推动作用。面向石化企业计划、调度、操作、工艺、能源、质量、安全、设备等生产管理业务，构建“5G＋平台＋终端应用”的新一代5G全连接智能工厂[1]，重塑石化企业生产管理流程，提升工作效率和企业效益。

1 行业背景及需求分析

石化行业是我国国民经济的重要支柱之一，长期以来，我国石化行业一直保持稳定增长。然而近几年行业开始面临各方面挑战，如，生产的快速扩张，在生产工艺、产品质量和安全环保等方面不断涌现的问题和高频需求[1]。截至目前，全国已发布认定的化工园区630家，其中国家级化工园区58 家，产值超过千亿元的超大型园区21 家，化工园区产值占行业总产值比重已超过60%[2]。化工园区现场有大量工艺、设备、环境等多节点、多参数的数据采集需求，以及多专业巡检、调度、定位等人员协同和管理需求。目前，手持终端是数据采集和人员协同的重要手段，根据功能不同，现场作业人员需配备对讲机、点检棒、定位卡、挥发性有机化合物（VOC）气体检测仪、红外热成像仪等多种终端设备，携带负担重、作业操作复杂，亟待设计和开发集成多功能的5G 智能终端，提高现场作业效率，满足智能巡检、特殊作业许可与作业过程电子化管理、人员定位、远程调度的生产需要，更好实现对厂区危险化学品的安全生产管控。目前，石化行业5G防爆手持终端需要实现硬件全面国产化替代，打破国外芯片垄断，降低“卡脖子”风险。研发自主可控、多功能集成、性能优良的国产化5G防爆手持终端，是石化企业的普遍需求。

2 5G 防爆手持终端研发现状

2.1 防爆手持终端

防爆手持终端是一种特殊的手持电气设备，在规定条件下不会引起周围爆炸性环境点燃，其主要目的是在易燃、易爆或有毒有害环境下进行数据采集和通信，通常具有防爆、防摔、防水、防尘等特性，以确保其在恶劣环境下的可靠性和安全性。防爆手持终端使用防爆电池和防爆外壳，以防止在潜在的爆炸危险环境中发生意外事故。此外，还配备了各种安全功能，如，紧急呼叫按钮等，以帮助人员在危险环境中快速报警并获得救援。根据易爆区域、气体组别、温度组别、防爆形式划分，防爆手持终端可分为若干个防爆类型，本文讨论的5G防爆手持终端是适用石化企业的Ⅱ类爆炸性气体环境的本质安全型防爆手持终端设备。

2.2 5G 技术现状

5G 技术，是继4G 之后的下一代移动通信技术，在速度、延迟、连接密度和网络容量等方面有显著提升。2019年，我国开始进行5G商用，促进各行各业的数字化转型和创新。5G技术将推动新一轮的技术革命和产业变革，为经济增长提供强大动力。5G 商用以来，全国已累计建设5G 基站近300万个，制造业等智慧园区大力发展5G技术，预计到2035 年，全球5G 产业市场规模将达到数万亿美元。

2.3 5G 防爆手持终端发展现状

随着我国5G 技术的快速发展、5G 民用手机的推广普及，我国5G手机产业供应链体系日益成熟。在国家“互联网＋安全生产”的政策推动以及企业数字化转型的背景下，石油石化、钢铁冶金、煤田矿山等行业企业对5G防爆手持终端的需求越来越大，5G防爆手持终端已经开始在油气勘探开发、化工冶金、矿山安全、物流仓储等行业得到应用。目前市场上的5G防爆手持终端多是在三防手机的基础上改造成防爆版本，防爆性能存在欠缺，缺少工业场景需要的测温、气体检测、对讲、精确定位等功能。受限于芯片技术、供应链限制，目前我国5G 防爆手持终端使用的5G 芯片也多为美国高通等，少有自主可控的国产化方案。

3 国产化5G 防爆手持终端研发探索

为了解决“卡脖子”问题，紫光展锐自主研发了国产5G芯片，从第一代T7510分离式芯片发展到T7520平台，性能、功耗及稳定性显著提升。可探索基于该平台开发一款5G防爆手持终端，响应自主创新的国产化国家战略，降低重要行业的产业链安全问题，破解石化企业安全生产的痛点、难点和堵点。

3.1 研发设计思路

通过分析行业需求以及梳理5G防爆手持终端的发展现状，研发创新的5G防爆手持终端，除了要考虑电池、外壳、电路板及整机功耗控制，满足按本质安全防爆要求设计外，还需重点关注以下几个方面：

1）国产化。我国部分领域技术和元器件仍依赖发达国家，面临“卡脖子”风险，加之供应链安全和数据可靠性考虑，设计和开发具有我国自主知识产权的产品是十分必要的。

2）集成化。石化园区应用场景众多，所需功能和模块存在差异，5G防爆手持终端需要具备更高的集成度，以减少设备体积和重量，提高设备的便携性和使用效率，以满足园区多样化需求。

3）模块化。5G 防爆手持终端需要具备更多的功能，如，高清视频监控、远程操作控制、数据采集、红外热成像、高精度定位和危险气体检测等。为适配多个场景，降低石化企业的采购成本，可采用模块化设计，方便进行灵活组合选配。

4）智能化。基于高性能和先进的人工智能技术，可以在防爆手持终端内嵌入设备缺陷分析、泄漏预测预警、图像识别、态势感知等多种人工智能应用。

3.2 研发设计创新

国产化5G防爆手持终端将多个功能模块深度集成、整合与应用，填补国内空白，其主要研发技术创新可以归纳以下几点：

1）基于国产化平台的智能降功耗技术：开发Smart Idle技术，建立自学习算法，预测用户的使用习惯和当前场景，通过检测手机运动状态、灭屏时长、时间、日期等条件，在不影响用户使用的情况下，关闭后台的一些耗电应用和外部设备，减少无效信息对CPU的唤醒。此技术对空闲待机功耗，尤其是夜间待机功耗有极大的优化。

2）国产化“5G＋硬对讲”一体化融合终端技术：开发国产化公网蜂窝通信到硬对讲集群专网通信转接链路及编解码转换技术，做到从公网蜂窝语音中转到数字集群专网对讲语音，实现公网蜂窝通信和对讲专网通信的融合贯通。

从文献的年份分布图(图1)看，核心期刊和硕博论文中的发表数量呈现一个波动过程.具体地，期刊发文量在2001—2005年呈上升趋势，2005年达到高峰.2005—2009年发文量逐年减少，2009—2012年又反弹上升，2012年达到最高峰，且多于2005年.两次上升都是在两个版本的义务教育数学课程标准颁布之后，这说明课标中提出统计观念、数据分析观念后引起了大家的关注.但是，之后的下降趋势说明统计观念、数据分析观念未引起大家的持续关注.

3）多重加密技术：解决工业5G 环境下单终端多业务跨生产网、管理网、控制网异构网络，差异化安全隔离要求问题。

4）北斗高精度定位技术：创新地在5G 防爆手持终端上集成北斗高精度定位双频模块，实现公网环境和企业专网环境下的亚米级定位效果，解决石化企业长期以来GPS定位漂移严重的难题。而且防爆手持终端支持关闭GPS、单北斗高精度定位模式，可提升工业定位应用的安全性。

5）集成国产专业级（192×256 分辨率）热成像模组：相比单一的热成像仪，功能更多，体积更小，红外热成像图像与可见光图像深度融合，助推热成像在工业领域的普及应用。

6）支持搭载华为鸿蒙智能终端操作系统：防爆手持终端从硬件到操作系统，全面实现国产化。

3.3 产品优势

1）5G 全网通：支持联通、电信、移动三大运营商5G网络制式，同时支持广电700M，5G网络制式全覆盖。

2）国产高性能5G 芯片：采用紫光展锐第二代移动开发平台虎贲T7520（T760）芯片采用6nm 极紫外光刻技术（EUV）工艺，性能大幅提升，功耗再创新低，是继华为、高通、三星、联发科之后的5G SoC新势力，并且在技术工艺、通信能力、人工智能、视觉能力、续航能力、安全性等六大方面都具有突出的优势。

3）一机多能：除手机基本功能外，还集成了硬对讲、专业级红外热成像、北斗高精度定位、NFC读卡等功能。

4）高精定位：集成北斗双频高精度定位模块，支持单北斗定位模式，在石化园区可达到亚米级精度，在空旷区域可达厘米级精度。

5）双模对讲：手持终端支持数字集群通信（DRM）对讲和广域集群通信（POC）对讲，且可实现不同对讲平台之间的转换互通。

6）防爆安全：手持终端按三防IP68 和本质安全防爆设计，满足石化企业工作场景防爆要求。

4 5G 防爆手持终端在企业中的应用

4.1 5G 防爆手持终端APP 开发及应用

1）移动巡检APP 开发。5G 防爆手持终端内置了巡检人员需佩戴的各种专业设备的功能，如NFC 打卡、测温、拍照、位置信息等数据采集模块，通过终端的移动巡检APP，可支持巡检人员按规定时间、规定位置、规定要求完成数据采集，并将设备设施运行状态、设备设施故障以及各类安全生产隐患等信息实时传输回管理后台，从而实现巡检任务的全面数字化管理。同时，基于5G网络的高带宽和低延时特性，可以在实时回传巡检数据的同时，实现对巡检过程中的全程高清图像和视频实时记录，后台与巡检线路人员可进行高清视频通信，提高工作效率和准确性。

2）电子作业开票APP开发。目前石化企业基本已完成了特殊作业许可与作业过程管理系统的建设，将特殊作业审批许可条目化、电子化、流程化。以防爆5G手持终端为载体[3]，通过信息化手段对作业全程进行过程和痕迹管理，从而实现特殊作业申请、预约、审查、安全条件确认、许可、监护、验收全流程的信息化、规范化、程序化管理，提高企业事故预防和风险管控能力。

3）融合通信调度指挥APP 开发。相比于传统通信技术，5G技术的应用可以实现信息的实时传输和处理，从而保证了数据的实时性和准确性。基于5G的低延时、高带宽特性，可以进行远程超高清视频通信，当现场遇到不确定问题时，可以通过防爆5G手持终端直接与相关专家和负责人等多方进行远程视频会议沟通，提高工作效率。5G防爆手持终端上集成的6 400万高清摄像头、数字对讲、POC 对讲功能将大幅提升调度指挥的效率和准确度。

4）人员定位APP开发。通过基于北斗高精度定位技术，不仅可保障操作工人的人身安全，同时可以精确获取巡检人员在使用过程中的位置数据，利用大数据分析技术，对同一巡检线路上的历史数据进行拟合和对比分析，有助于发现可能影响巡检效率的因素，帮助排查巡检人员可能未发现的隐患点，从而提高设备的可靠性和安全性，保障石化企业的生产安全。

在企业应用方面，基于“5G＋北斗＋硬对讲＋热成像”的国产防爆手持终端，内置融合通信、智能巡检、电子作业票、设备缺陷、双防等多个业务APP软件，应用在智能巡检业务中，实现点对点、点对中继2种对讲通话模式，采用数字通道测试，在装置现场110分贝以下的噪音区，机器最大对讲距离可达860 ～1 000 米；内嵌工业热成像模组，支持热成像与光学图像重叠成像等5 种成像模式，可以协助操作人员快速判断高温泵、热油泵、反应器等高温设备异常故障点，真正实现一机多用，可满足各类APP的人脸识别快速登录，打造了现场作业、人员和环境“三位一体”的闭环“智保安全”精准管控模式，扫除现场作业安全管理盲区。

4.2 5G 防爆手持终端在企业的应用价值

1）提高工作效率。5G 防爆手持终端增加了北斗高精度定位等，为石化企业量身打造，可以随时随地、高速传输数据，实现多种实时监测、通讯和协作，提高工作效率和质量。

2）提供增值服务。有针对性地内置多款石化工业应用APP 软件，如，巡检APP、作业票管理APP、泄漏检测APP等，为客户提供增值服务。

3）加强安全保障。5G 防爆手持终端严格按照国家防爆安全标准进行设计，确保终端的本质安全。终端具备的精确定位、红外热成像测温、泄漏检测能力，能够大大提升石化厂在应急救援、设备缺陷分析、泄漏预测预警等方面的能力，消除隐患、保障安全。

4）降低成本开支。5G 数据传输的高效率和高可靠性，以及设备一机多能的模块化设计，适用于石化企业多个场景，实现一机多用，直接降低石化企业业务运行和维护成本，减少携带设备的数量。

5 结语

国产化5G防爆手持终端以其高性能、大带宽和多功能在石化企业中具有广阔的应用前景。随着国家自主创新战略的不断推进以及5G技术在工业领域的推广应用，5G与工业互联网的融合将促进传统制造业的数字化转型，制造业正加速向数字化、网络化、智能化方向发展[4-5]。国产化5G防爆手持终端在石化工业现场边缘智能分析、便携产品检测等方面的功能设计开发和应用，值得不断研究探索。