面向矿山行业的语音解决方案白皮书

中国移动面向矿山行业的语音解决方案白皮书 2023年 前言 矿山行业作为我国传统的能源行业，是国家经济的重要支柱之一。矿山行业具有高度复杂性和危险性，亟需结合5G、人工智能、边缘计算、大数据等新技术能力进行数字化、智能化改造，以提高矿山生产效率和安全性，实现矿山行业的数智化转型。其中语音通信是矿山领域中一个重要的应用场景，如何建立稳定、可靠的语音通信系统，实现更加便捷的交流和指挥调度，对矿山领域高效安全生产具有极其重要的意义。 本白皮书首先探讨分析了当前矿山行业中典型语音通信的应用场景和需求，并提出了中国移动面向矿山行业的语音“1+�+X”解决方案，重点描述了“1”张双驱5G专网、“�”大特性以及“X”种未来演进可能，最后对中国移动联合合作伙伴打造的�个矿山语音典型案例进行了介绍。 本白皮书由中国移动、华为、中兴共同编制。未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本白皮书之部分或全部内容。 背景介绍 政策背景 行业发展现状 典型语音通信业务场景及需求 中国移动矿山语音“�+�+X”解决方案 概述“1”张双驱5G专网“�”大特性 一号双域融合调度智慧管控无界互联 “X”种未来演进可能 中国移动矿山语音典型案例 华电煤业德隆煤矿晋能控股三元煤业 内蒙鄂尔多斯乌审旗中天合创煤矿 总结及展望 缩略语列表 联合撰写单位及作者 0�-�� 0� 0� 0�-0� 05-�0 05 06 0� 0� 0� 0� 0� �0 ��-�� �� �� �� �� �5 �6 政策背景 行业发展现状 矿业在我国国民经济中占有重要地位，是我国现代能源体系的“压舱石”。中国矿产资源丰富，储量排名世界前三，矿业年经济产值达万亿元，全国GDP占比超�%，在我国国民经济中占据重要地位。矿产资源在推动我国现代化发展中贡献巨大，同时我国经济增长也反向促进了矿业发展。随着数字经济时代的到来，国家相继出台一系列政策措施推进我国矿山的智能化转型，《“十四五”数字经济发展规划》中提出，要以数据为关键要素，以数字技术与实体经济深度融合为主线，协同推进数字产业化和产业数字化，为企业提高盈利能力、建立差异化竞争优势、应对激烈国际竞争指引了明确的方向。 5G作为“新基建”领头羊，是实现我国经济社会数字化转型的重要手段和新型信息基础设施。矿山行业的数智化也需要将5G、人工智能、工业物联网、云计算、大数据等现代化新技术与矿山行业深度融合。����年�月八部委联合印发《加快煤矿智能化发展的指导意见》，提出1�条主要任务，强调推广新一代信息技术应用，建设智能化示范煤矿。���1年�月，国家能源局、国家矿山安全监察局发布《煤矿智能化建设指南（���1年版）》，要求智能化煤矿将现代化新技术与现代煤炭开发技术进行深入融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统。 ���1年1�月国家能源局印发《智能化煤矿验收管理办法》，规划建设一批国家级智能化示范建设煤矿，推动智能化对煤矿生产效率、安全水平实现提升。����年�月应急管理部、国家矿山安全监察局印发《“十四五”矿山安全生产规划》，规划实施矿山智能化发展行动计划，推动大型煤矿、灾害严重煤矿实现智能化开采。����年1�月国家矿山安监局、财政部印发《煤矿及非煤矿山重大灾害风险防控建设总体方案》，计划����年前建设完成AI视频智能辅助监管监察系统、应急处置视频智能通讯系统、重大违法行为智能识别分析系统。 由于矿山生产条件、生产流程的特殊性，矿山行业一直以来存在着安全事故频发、人力成本高昂、生产效率低下、生产监控困难等问题。矿山智能化发展是助力矿企实现安全、绿色、智慧、无人化生产的最优路径。以5G为代表的矿业现代化新技术基础设施，在性能、安全、带宽、时延等方面，相比传统的工业环网、�G、WiFi等网络，具备极大优势，成为煤矿智能化转型的必要技术手段。当前，5G赋能矿山生产，实现5G无人矿卡作业、边坡监测、尾矿库监测、无人化采掘、矿用机械远程控制、高清视频监测、AI机器人巡检等业务场景。在5G网络的助力下，矿山生产不仅实现了少人化、无人化的安全生产，同时提升了生产效率。 但随着�G赋能矿山行业逐步进入深水区，尚存在以下挑战： 矿山行业的作业环境构造特殊以及网络承载业务的多样性、复杂性对于5G专网建设提出更高的要求。矿山行业涉及井上井下等多种复杂环境，同时需要满足多种环境下语音和调度业务协同的需求，亟需提供统一的语音解决方案，实现“一网多能”。 矿山存量设备及网络种类繁多，存在厂家接口、协议不统一等问题，较难实现信息联动和系统互通。 井下语音呼叫及互联网访问管理需求旺盛。为保障井下生产秩序和管理规则有序执行，矿方不同用户群有不同的业务需求，现有5G网络难以同时满足语音呼叫及互联网访问管理需求。 1 2 3 4 随着智慧矿山信息化技术的发展，结合5G具备的高可靠、大带宽和低时延特性，矿山语音通信业务将得到进一步的升级和优化。 矿山作为一个特殊的工业领域，其语音通信场景和需求也有其独特性。矿山语音通信场景覆盖矿山内和矿山外，而矿山内又包括井上和井下不同的场景： 井下/井工矿语音通信及调度 在井工矿进行作业时，采煤工、看护工、巡检工等员工之间需要进行井下通信，包括语音 通话、指挥调度、音视频会议、调度台语音广播、监测告警自动通知、应急救援等，其中调度系统需支持选呼、急呼、全呼、强插、强拆、监听、录音、代答、排队、保持等能力。 井上/露天矿语音通信及调度 井上包含矿区内部和矿区外部两个部分。在井上或者露天矿地表进行作业时，胶轮车司 机、调度员等员工之间需要进行通信及调度，完成指挥、协调和安全管理等工作；同时，井上矿区外部的供应商、上级管理者与井上矿区内部的管理者、调度员等人员之间也有通信需求。 井上和井下间语音通信及调度 在井工矿进行作业时，井上员工和井下员工需要进行通信及调度指挥；同时，在井上的 矿区外员工家属以及出差在外的管理者也有井上与井下间通话的需求。 针对以上场景，矿山行业存在实时高清音视频通信、跨地域协同通信、多地域共用号码、业务管控等需求： 跨地域协同通信： 矿山生产中存在同矿区不同矿井之间、井上井下间的联系和协作、与矿区外部供应商及 家属等人员进行语音互通等多种跨地域协同通信的需求。 多地域共用号码需求： 在跨地域协同通信场景下，在矿区内存在使用一张SIM卡和一个号码进行音视频互通的 需求，条件允许下需尽量复用矿区员工原有大网码号。矿区内部尽量使用简单易记的短号码通信，以提升内部通话的便捷性。 业务管控需求： 矿区需要针对不同人员实施接入访问控制、业务授权和呼叫限制等管控措施。 当前矿山领域除了语音需求外，还需满足数据业务的承载需求: 高带宽低时延： 大量的视频监控、传感器数据采集、远程操控等数据传输，需要大带宽低时延的网络来支持。 数据本地分流： 矿区业务数据需实现本地卸载，保障业务数据不出矿区。 群组通信： 当前综采面液压支架控制器存在无线化改造的需求，且综采面液压支架两两互连，形成 一个CAN总线，存在点到点的单播通信以及点到多点的多播通信需求。 高可靠： 矿山专网需要具有高可靠性，具有容灾备份机制，以保障数据传输的可靠和稳定。 概述 中国移动矿山“1+�+X”语音解决方案是面向矿山场景的专业定制化语音业务整体解决方案。该方案基于统一的语音和数据“双驱”5G专网架构，可支持“一号双域”、“融合调度”、“智慧管控”、“无界互联”�大特性，以满足矿山行业在音视频通话及调度、互联互通和业务管理等多方面需求。结合中国移动VoNR+的增强能力，矿山语音解决方案还能进一步向沉浸式全交互的下一代实时通信演进，提供未来演进的无限可能。 “1”张双驱5G专网 中国移动矿山语音解决方案基于定制化5GC和IMS的融合网络底座，可为矿山客户提供高质量的音视频通话和融合调度业务，以及本地分流、群组通信等增强数据业务。 “�”大特性 “一号双域”可实现井上井下一张卡一个号，井下专网和井上大网自由切换，同时支持高清音视频和高速数据业务。 “融合调度”可实现矿区内部统一调度指挥，支持固移融合的集成调度。 “智慧管控”可实现用户粒度的接入区域控制、呼叫业务授权、数据业务访问控制等灵活管控能力。 面向矿山场景的专业定制化语音业务整体解决方案基于数据和语音“双驱”5G专网架构，提供高速数据业务和高清音视频通信能力。 “1”张双驱5G专网 “双驱”5G专网通过部署定制化5G核心网和IMS核心网设备，支持井下基站的接入，实现井下语音和数据的通信；同时可扩展支持井上基站的接入，实现井上终端按需接入专网“。双驱”5G专网通过定制化5G核心网与矿区的数据网络对接，实现数据不出矿区，以满足矿区用户对数据安全隔离和边缘算力的需求；通过IMS核心网提供专网内高清音视频业务，并支持与矿山的调度系统进行对接，实现基于高清实时通信的融合调度新架构；支持与运营商网络互联互通，从而满足矿区内外语音互通需求。 “双驱”5G专网整体架构 5 6 “无界互联”基于标准开放接口实现异厂家调度系统的融合互通能力，实现多厂商灵活低成本的互联互通。 “X”种未来演进可能 通过引入VoNR+新能力，中国移动矿山语音解决方案可构建沉浸式、多模态、全交互的全新业务模式，在高质量音视频网络能力基础上，叠加XR、AI、元宇宙等新能力，为5G矿山场景带来更丰富的实时通信应用。 基于“双驱”5G专网架构的矿山话音解决方案可支持以下能力： 5G高清音视频能力（VoNR）：支持为矿区提供专用的VoNR能力，对接矿区的调度平台，满足音视频调度需求。VoNR语音采用超宽带编解码，MOS值约有�.1~�.�的增益提升，可为矿山用户提供更高清的语音质量；同时VoNR视频业务优先采用H.��51���P��FPS编解码，并支持H.������P15FPS编解码，可保证���P以上的高清视频画质。 多层级可靠能力“：双驱”5G专网具备多层级容灾机制，保证设备无单一故障点，实现单机故障稳态呼叫不中断，同时还支持惯性服务和本地应急接入能力，实现网断业不断，在大网中断时不影响矿区已有业务。 网络定制化能力：面向矿山的定制化、高可靠、高隔离等要求，可提供定制化轻量化的专用5G核心网，按需简化接入管理、会话管理、策略控制、用户面功能、数据存储、语音通话等功能；同时可提供极简的IMS核心网功能，支持固移终端多接入和极致的话音体验。 新技术演进能力：遵从�GPPR1�/R1�,以及到R1�的演进，可灵活提供更多新能力：支持5GLAN进一步简化设备间的组网，提供群组通信能力；支持本地定位提升井下的定位精度；支持RedCAP的低功耗本安设备接入；支持双发选收提供高可靠保障等新能力的扩展升级。这些新技术的不断引入和应用，有助于进一步扩展5G网络在智能矿山的新场景应用。 7 8 “�”大特性 一号双域 “一号双域”特性支持矿山专网用户不换卡不换号，使用公网号码即可实现矿山专网与大网“双域”自由切换和语音互通，同时享用高清音视频和高速数据的“双域”业务。 矿山专网用户进行语音业务时，无需更换个人公网号码即可实现井下与井上、井下与井下、井上井下与公网的高清音视频通话，同时可按需对专网用户进行外呼权限的设定。此外，通过与融合通信调度系统的对接，还可以实现井下车载终端、智能矿灯、防爆手机和调度台之间的语音通信及调度。 为了满足“一号双域”特性的实现，需要在政策允许和指导下将大网用户数据加密同步到矿区“双驱”5G专网。矿山专网用户进入矿区后注册到矿区“双驱”5G专网中，出矿区后再重新注册到大网。同时“双驱”5G专网中IMS网络和运营商IMS网络还需针对矿区“一号双域”用户设置呼转业务，从而实现专网用户和大网用户的语音互通。 “一号双域”应用场景 “一号双域”用户语音互通 融合调度 调度系统是矿山行业信息化系统的重要组成部分，对于保证