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【世界机器人大会·应用案例】新岸线集团公司机器人场景

时间: 2022-07-12

一、 公司简介

新岸线集团公司创建于 2004 年,公司总部位于北京,在广州、 上海、深圳设有分公司,是一家主要业务为无线通信系统和 IC 芯片 设计等核心关键技术研发的高科技民营企业。公司有完善的企业管理 制度,公司核心技术团队 80%以上为硕士及以上学历。新岸线集团公 司目前拥有全球领先的超高速无线通信系统(EUHT, Enhanced Ultra High Throughput,增强型超高吞吐)技术,全面掌握 EUHT 核心标准、 专利和关键芯片。从 2016 年起,基于 EUHT 技术的产品就开始大规模 商业应用部署,涉及高速铁路、城市轨道交通、工业互联、车联网、 无线宽带等多个领域。 

二、 EUHT 技术简介

2.1 技术简介

EUHT(Enhanced Ultra-High Throughput)无线通信技术自 2007 年 开始研发,2010 年~2014 年,获得“新一代宽带无线移动通信网” 国家科技重大专项(03 专项)三轮六年连续支持,课题编号为: 2010ZX03005-001、2012ZX03004005、2014ZX03004001),分别涵盖EUHT 系统设计、关键技术、原型系统研发、核心芯片研发、大规模组网和 产业化等多方面。 

EUHT 技术从无线通信基本原理开始,对无线通信涉及的帧结构、 导频、预编码、信道估计、信道预测、物理层、MAC 层、协议层、同 步、控制、调度等进行了全系统创新设计。设计之初就考虑到应用场 景的多样性,系统设计简洁、灵活、高效,具有“三高一低” —高 吞吐、高可靠、高速移动性、低延时的特征,并同时具备低成本和低 功耗的优势。在国际上首次提出并实现了多项无线通信关键核心技术, 尤其是低丢包、低重传特性和在此基础上产生的高可靠、低时延 (URLLC)技术。 

系统设计方案以“三高一低”为系统追求的目标,物理帧结构上 设计采用了自包含的思想,可实现实时帧内实时调度和反馈;通过使 用定制优化设计的 LDPC 编译码方案,具备低译码延迟、高编码增益、 低误码平台和低复杂度的特征;支持对业务进行精准识别,采用业务 预留、结合无线信道环境跨层优化和多业务融合的基于优先级的 QoS 调度机制来保障系统内的时延和抖动性能;支持在高速移动场景 (300km/h)下的高可靠的切换机制和流程,满足高速移动下的高可 靠、低延迟和大带宽的性能指标要求。目前,EUHT 技术满足国际电信 联盟(ITU)提出的第五代移动通信技术的全部技术要求。 

2.2 技术标准 

2012 年开始,EUHT 技术先后成为工信部行业标准和国家等系列标 准,如下: 

1、2012 获得了工信部的通信标准:《高频谱利用率和高数据吞吐 的无线局域网技术要求》,标准号:YD/T 2394-2012。 

2、2014 获得了国标委国家标准:《合作式智能运输系统 专用短程 通信》,标准号:GB/T 31024-2014。 

3、2016 年获得了住建部行业标准:《城市轨道交通车地实时视频 传输系统》,标准号:CJ/T 500-2016。 

4、2018 年获得了无线通信国家标准:《信息技术 系统间远程通信 和信息交换中高速无线局域网媒体访问控制和物理层规范》,标准号: GB/T 36454-2018。 

5、公安部 PWL 标准(制定中):拟采用 EUHT 技术建立 PWL 标准解 决公安一直以来没有宽带无线网络可用的问题。 

2016 年~2018 年,EUHT 技术在高铁、地铁、车联网、工业互联、 农村宽带覆盖等典型 ITU 5G URLLC 应用场景陆续商用。 

2019 年 2 月,被誉为芯片领域奥林匹克会议的 ISSCC(国际固态 电路会议)年度会议在美国旧金山召开,EUHT 技术在本次会议上获得 技术创新大奖,被授予“全世界首个实际应用部署的高可靠低时延无 线通信系统和芯片”称号,这是 ISSCC 自 1953 年成立以来第一次将 技术创新大奖颁发给一家中国公司。

2019 年 6 月,由中国通信学会组织,“两院”院士为主任委员的 技术鉴定委员会对 EUHT 技术进行了鉴定,认为 EUHT 项目在高可靠、 低时延领域的关键核心技术属于重大突破,多项创新成果处于国际领 先水平。 

2019 年新岸线公司向 ITU(国际电信联盟)提交了基于 EUHT 的国 际 5G 标准提案,并且在 2019 年、2020 年召开的 ITU 大会上连续通 过各阶段评审和技术评估,成为 ITU-5G 候选标准。 

2.3 技术特点 

(一) 技术领先 

EUHT 技术全面实现并超越国际电联(ITU)设定的 5G 国际标准 超带宽、大容量(eMBB)、超高可靠、超低时延(uRLLC)、大规模机器 通信(mMTC),且为目前全球唯一解决超高可靠、超低时延(uRLLC) 的技术。满足高可靠、低时延、低丢包率、高速移动适应性需求,时 速 350 公里/小时下切换成功率大于 99. 9999%,平均时延小于 5ms, 传输丢包率小于 0.001%, 

基于 EUHT“双频、双网、双安全、双备份、双网同步”的轨道交 通解决方案,满足综合业务承载的要求,通过 1.8GHz+5.8GHz 宽窄带 融合方式既能保证安全业务稳定运行,又能兼顾大带宽数据业务。除 此之外,EUHT 技术还支持车车通信及精确定位需求,面向下一代列控 所需要的车车通信技术和精确定位技术已基本实现产品化,可支持更 小的行车间隔。 

(二) 性价比高 

EUHT 系统部署简单便捷,采用天线方案替代漏缆、波导、有线光 纤等方案,大幅节省建设成本;运营阶段维护简单,即通过集中实时 监控车地设备运行状态,大幅减少运维成本;功耗低,EUHT 基站设备 的功耗约 35 瓦,远低于传统通信设备,符合国家低碳减排政策要求。 

(三) 成熟稳定可靠 

2014 年至今,EUHT 技术先后完成赣闽粤原中央苏区县全域宽带 覆盖、广州地铁、北京地铁、京津高铁、广深高速等智能交通产业化 应用,以及广州数控、伯恩光学等一批工业互联专网建设;完成厦门 港、商用大飞机、国家电网、马坑铁矿等工业互联专网试点和实测; 启动北京高级别自动驾驶示范区 3.0 工程无线专网、公安部警务局域 网(PWL)组网建设;在北京冬奥会期间完成全球首例 5G+8K 高清直 播无线传输。多项应用和实测结果表明,EUHT 技术可高性能支撑工业 互联网、车联网、轨道交通列控等重点领域 5G 工业级垂直行业应用, 并满足上述应用对“无线光纤”的刚性需求(EUHT 丢包率约为十万分 之一、时延抖动约 4 毫秒,十分接近光纤)。 

EUHT 专网实际运行线路长期以来运行稳定,经历过暴雨、大风、 冰雹、大雪、高低温、高湿等极端天气的考验,系统运行稳定可靠。 

近年来,在轨道交通、车辆网、工业互联、无线宽带等行业,已 签订 40 余个 EUHT 设备销售合同并完成项目交付。 

(四) 自主可控 

EUHT 技术基于对无线网络的底层创新,其全套芯片和系统拥有 完全自主知识产权。EUHT 技术全套算法、芯片、设备由新岸线公司自 主设计和研发,产品全部自主可控。EUHT 技术标准独立自主,核心专 利全部自主可控。 

2.4 EUHT 技术性能指标 

EUHT 可以到达的关键技术指标 

采用高可靠、低时延的 EUHT 技术进行专网建设,EUHT 网络建成 后可以达到的关键技术指标如下: 

 切换成功率:>99.9999%;

 端到端时延:<5ms; 

 丢包率:<0.001%; 

 线多用户数:>500 个/公里; 

 面多用户数:>1000/平方公里; 

 5.8GHz 系统带宽:20MHz/40MHz/80MHz/160MHz; 

 1.8GHz 系统带宽:5MHz/10MHz/20MHz; 

 上行吞吐率(5.8GHz@80MHz):>300Mbps; 

 双频双网同步差:<50ms; 

 四终端动作时间抖动(电力):<10ms; 

 典型无线覆盖范围:>2 公里; 

 超远距离覆盖:>189 公里; 

 车速范围:0~350 km/h; 

 基站功耗:<60 瓦; 

2.5 EUHT 技术产业化应用 

EUHT 配套的基站、终端 SoC 芯片、产品和系统在高速铁路、城市 轨道交通、工业互联、无线宽带等多个领域已进行大规模商业应用。 

(一) 轨道交通产业化应用 

(1)高铁 

在中国铁路总公司和北京铁路局的组织下,按照工程标准设计的 京津城际高铁 EUHT 系统于 2017 年 1 月全线建成开通。2017 年 6 月, 由北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心对京津城 际高铁 EUHT 系统 80MHz 带宽进行了全面的测试,列车运行速度 300Km/h 上下行的平均吞吐达到 143Mbps,切换成功率 100%,丢包率 小于 0.41%,平均端到端传输时延 6ms,传输时延小于 150ms 的概率 大于 99.97%。 

(2)地铁 

广州地铁 14 号线知识城支线、14 号线一期、21 号线 EUHT 网络 分别于 2017 年、2018 年、2019 年建成并投入商业化运营,这是全球 范围内首次实现地铁车厢全车 30 路高清视频实时监控的地铁线路。 2018 年 12 月,EUHT 系统中标广州地铁 10 号线、12 号线、14 号 线二期、18 号线、22 号线工程。其中,18 号线已于 2021 年 9 月开 通,22 号线计划于 2021 年底开通。广州地铁 10 号线、12 号线、14 号线二期已完成 EUHT 系统设计,这些线路计划于 2022 年底至 2023 年陆续开通。 

2018 年 9 月,EUHT 系统中标天津地铁滨海轨道交通 Z4 线一期工 程项目,目前项目正在进行土建施工。 

北京地铁截止 2021 年底,完成北京地铁首都机场线(含西延段)、 11 号线、17 号线南段、19 号线一期等线路 EUHT 网络建设。 

2022-2023 年将完成北京 17 号线北段和中段、3 号线一期及 12 号线的 EUHT 专网建设。2022 年初,EUHT 系统中标北京地铁 13 号线 扩能提升工程,目前正在进行工程方案设计,预计 2025 年建成开通 运营。 

(二)车联网产业化应用 

2019年8月,北京市中关村环保园EUHT自动驾驶车联网示范园。 新岸线设计部署了 EUHT 车联网基础网络系统。解决了所有应用场景 下自动无人驾驶车辆之间的车与车(V2V)、车与路(V2I)、车与网(V2N) 等的互联互通。建立了无人驾驶车辆与周边智能交通设施、控制中心 的通信桥梁。实现了车辆自组网及多种异构网络之间的通信,和公网 与专网的统一融合。 

2019 年 10 月,世界智能网联汽车大会 EUHT V2V 通信和无人驾 驶编队演示。在 4 辆北汽 BJ80 组成的列队行驶车队的通信模块上加 装 EUHT V2V 设备,车辆之间进行数据交流,后车在自动驾驶模式下, 可以自动跟随头车的启动、刹车、转向、加减速等。车辆上的摄像头 连接到 EUHT V2N 车载设备,车内车外的视频数据可以实时回传指挥 中心,加强了车队安全保障,也有利于指挥中心的总体调度。 

2021 年 3 月,北京市亦庄开发区高级别自动驾驶示范区 1.0 版 本车联网建成并投入使用。亦庄车联网采用 EUHT 技术,网络覆盖里 程约 336 公里。EUHT 专网建成后,不仅可以满足车辆协同感知、远程 云驾控、自动泊车、编队行驶等对带宽、时延、可靠性要求较高的高 级别自动驾驶需求;并且带宽还有剩余,可以同时服务亦庄新型智慧 城市管理业务,如绿波通行、智慧红绿灯、智慧公交、智慧城管、智 慧环卫、智慧公安等业务。 

(三)工业互联产业化应用 

EUHT 技术具备实时性高、安全可控、上行带宽大、性价比高等 优势,可以实现生产制造流、产品生命周期流、价值创造流(仓储、 采购、销售、生产计划等)上下游数据的全面打通连接,打造人、机、 物全面互联的通信网络,实现从数据到知识再到工业智能的价值挖掘, 从而打造工业智能化发展的应用模式,促进工业的高质量发展。2018 年起,EUHT 技术已在生产型工厂、码头、矿场、冶金、汽车制造等行 业广泛应用,以下为一些典型案例。 

2018 年 EUHT 在广州数控、广州弘宇、广东志高、广东劲胜、东 莞金太阳等五家生产制造企业开展工业互联应用,覆盖了工业生产现 场数据采集、工业生产环境监控、SOP 电子化、物流和仓储管理等不 同类型的应用场景,项目均已通过验收。 

2019 年 EUHT 技术与华南知名品牌手机后壳玻璃生产制造公司合 作,通过 EUHT 网络实现车间 32 条产线共 1058 台精雕机床互联互通、 智能制造。基于第一期应用的试点成果,目前该企业正继续扩大 EUHT 网络的应用规模,逐步完成所有车间工业设备的互联互通,规划接入 机床设备数超过 10000 台。 

2020 年 4 月,EUHT 技术与东南沿海大型集装箱港口合作,在其 下属海润码头进行 EUHT 网络试点应用。试点对码头试点区域进行 EUHT 专网覆盖建设,提供安全可靠的无线通信服务,实现多路高清视 频回传、大型装备远程操控、内集卡覆盖等码头创新智能化应用。后 续采用 EUHT 技术对改造后的海润码头进行全面覆盖,可以综合承载 海润码头升级改造后的多项业务,并支持后续其他业务的应用拓展。 

首钢项目是冶金领域的典型应用项目,首钢在对比工业 WiFi 和 3GPP 5G 技术后,选定 EUHT 技术作为首钢冶炼生产线的主要无线支 撑技术。目前采用 EUHT 相关无线产品已经在首钢的冷轧库远程遥控 天车、原料库无人料车、炼钢监测、码头远程控制、智能推焦等十多 个工业场景投入生产使用。应用 EUHT 技术之后,大幅节省人力投资, 大大改善了工人的工作环境,提高了生产效率。下一步首钢已立项陆 续部署无人铁水车、厂区生产网无线覆盖、矿井无人化改造等项目。 首钢基金十分看好 EUHT 技术在工业互联的应用前景,正与新岸线洽 谈合资等深度合作的方式推进 EUHT 技术在冶金及相关工业互联网应 用。 

2021 年 1 月,东风日产 AEP 引入 EUHT 技术,在 AEP 焊装试制产 线试点,完成现场自动控制设备无线化通信改造,使 PLC、全自动焊 装机器人、HMI、IO 模块等设备无线互联互通,实现无线数据采集和 实时控制。2021 年 5 月~8 月,EUHT 技术被引入东风日产焊装车间 正式产线试点应用,经过长达几个月的生产验证,无线系统稳定可靠 运行,产出工件品质正常。东风日产项目是 EUHT 在汽车生产制造领 域的首次应用,能够助力未来汽车制造业的智能化与柔性化生产。 

(四)无线宽带产业化应用 

2015 年 12 月,在财政部的支持下,赣闽粤原中央苏区农村应用 试点以 EUHT 技术作为技术支撑,为赣闽粤原中央苏区提供低成本、 高性能无线互联网覆盖,解决偏远农村地区无线宽带上网难问题。, 网络覆盖 3 个省 9 个市 50 个县 5000 多个试点村,共安装中心接入设 备超过 10000 台,派发终端接入设备超过 150 万台,解决了原中央苏 区网络进村入户“最后一公里”的难题,改变当地农村宽带“没得用、 不好用、用不起”的局面,让广大农村用户共享优质上网服务,将广 泛服务于农民的信息获取、电商、农业生产、远程教育、远程医疗、 娱乐等领域。 

EUHT 技术在开放道路或封闭园区内的无线监控、视频回传等领 域,有大量应用,不做赘述。 

8K 超高清视频直播,要求传输带宽不小于 120Mbps,在不同码 率调制情况下,最高可超过 200Mbps。2022 年 2 月,EUHT 技术在北 京 2022 年冬奥会上成功实现了三个“全球首创”:全球首次规模化 使用 8K 技术直播体育赛事活动;奥运会历史上全球首次使用 8K 技术 进行开幕式直播;全球首次使用我国具有自主知识产权的高可靠、低 时延 EUHT 无线宽带技术,进行 8K 超高清直播无线传输展示。 

三、 机器人场景的 EUHT 技术方案 

3.1 网络组网方式 

EUHT中心接入设备通过EUHT天线辐射形成EUHT网络区域覆盖。 在 EUHT 网络覆盖范围内,支持 EUHT 网络的终端可直接接入 EUHT 网络。

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EUHT 网络覆盖范围为 500 米半径,单基站接入终端数 200 个, 根据机器人活动的空间范围及机器人数量,可酌情设置 1 台或多台基 站,机器人可在基站间移动,根据信号强度等信号指标完成自动切换. 

机器人之间可以为独立工作或协同工作,不同基站下的机器人也 可以进行协同工作。根据实测数据,机器人协同工作时的端到端通信 时延为 10ms,数据吞吐能力为 100Mbps。对于有更高要求的机器人, 可以配置吞吐能力为 400Mbps 的基站和终端。 

EUHT 基站与管理中心之间用网线或光缆通信,基站和终端只需 要设置管理 IP(用于远程设备管理),不需要设置转发 IP。 EUHT 终端与机器人之间用网线(或 Type-C 接口或 USB 接口,根 据机器人需要选择对应的接口终端)通信,机器人与管理中心之间设 置为同网段 IP,即可完成通信。

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3.2 基站和终端布署和安装方案 

基站一般部署于无遮挡的开阔地带,安装高度 10-12 米为佳, 最低不低于 6 米,基站天线方向朝向终端方向。EUHT 基站为 220V AC 供电。 

EUHT 终端一般与机器人固定在一起,终端与机器人之间用网线 (或 Type-C 接口或 USB 接口)进行数据通信。 

3.3 设备参数

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四、应用案例

4.1 精确控制 AGV 小车移动 

大飞机生产过程中,需要对大型零件的完整性进行自动化检测。 由于零件的大小体积、多样性和表面特殊性等原因,使得自动化检测 中对无线网络性能有着超高的要求,需要超低延迟、高可靠、低抖动、 大带宽的无线通信系统。精确控制 AGV 小车移动,实时传送定位杆的 位置信息,将激光扫描头的大数据流实时回传云端服务器做数据分析, 解决其他无线网络无法达到高性能问题。2020 年 06 月,新岸线公司 在商飞工厂进行双 AGV 小车搬运实测,两车延时稳定,抖动极低; 2021 年 3 月,新岸线公司又在生产车间进行了大型材料激光头扫描 实测,实测上行数据流达到 400Mbps 以上。

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图.双 AGV 小车搬运 

4.2 远程遥控无人天车

随着钢铁行业自动化程度的提高,首钢京唐诸多作业面如钢水 运输、成品钢圈转运、废钢处理等相继投入了天车调运作业,以提高 物料转运效率,但吊运作业还需要现场人工操作,通常运线至少需要 两名行车工和一名地面导装调度人员,现场作业环境及其恶劣,工作 繁重且危险。 

采用视觉检测、高精度定位+实时传输技术,配合智能库区管理 系统、天车调度系统、天车跟踪定位系统、智能吊具、人员安全防护 等系统,能够满足在恶劣的吊运环境中,实现禁吊区域避让、天车调 度任务分配、多台天车协同作业、夹取位置检测、防浪摆、运动检测、 安全联锁等应用,大大提高吊运作业智能化管理水平,并取消危险的 行车操作工,地面导装人员可以在操控室进行调度管理。

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图.钢卷装卸吊运现场图

4.3 通过 PLC 控制机器人 

在首钢钢轧连铸及 MCCR 运输链上有两套机器人:MCCR 运输链上 点焊机器人和连铸机加渣机器人。机器人作为一个单体设备,都有其 独立的控制系统,实现设备的单体动作;另外,这两个机器人都需要 与主生产线的控制系统进行通讯,将其状态及故障代码发送给主线系 统,接受主线系统发送的控制指令。以上两种操作均通过 EUHT 无线 通信系统完成数据传输,将 MCCR 产线下线钢卷运输至 MCCR 卷库,运 输途中完成将钢卷称重、喷号、打捆、钢卷对中、电焊等工作。

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图.首钢钢轧连铸及 MCCR 运输链机器人

4.4 远程控车 

高级别自动驾驶车辆在向无人化发展过程中对远程驾驶功能提 出更高需求,无人化乘用车、无人配送车在脱困及其他特定场景下需 要远程驾驶人协助操作。目前,已出现因公网不稳定导致的安全事故, 公网传输难以满足远程驾驶高可靠的需求。在北京市亦庄经开区,百 度无人驾驶车通过 EUHT 专网承载远程驾驶业务的功能已经通过了测 试验证,可解决无人化示范应用过程中的关键问题。

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图.远程控车操作坐席

主办单位

北京市人民政府 中华人民共和国工业和信息化部 中国科学技术协会

承办单位

中国电子学会 北京市经济和信息化局 北京经济技术开发区管委会
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