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博源国际起劲加入加入《5G+煤矿智能化白皮书》 标准制订。以下为《5G+煤矿智能化白皮书》转自其他网站。
5G+煤矿智能化白皮书
2020年10月
指导单位：
中国煤炭工业协会
中国煤炭学会
煤矿智能化立异同盟
起草成员单位：
阳泉煤业（集团）有限责任公司
中国移动通讯集团公司
国家能源投资集团有限责任公司
中国团结网络通讯集团有限公司
中国中煤能原集团有限公司
中国电信集团公司
中国煤炭科工集团有限公司
华为手艺有限公司
陕西煤业化工集团有限责任公司
煤炭科学研究总院
山东能源集团有限公司
安标国家矿用产品清静标记中心有限公司
中国平煤神马能源化工集团有限责任公司
煤炭科学手艺研究院有限公司
大同煤矿集团有限责任公司
国家能源集团神华信息手艺有限公司
陕西延伸石油（集团）有限责任公司
北斗天地股份有限公司
中国矿业大学
泰安宇祺通讯手艺有限公司
中国矿业大学（北京）
天津华宁电子有限公司
中国煤矿机械装备有限责任公司
上海山源电子科技股份有限公司
郑州煤矿机械股份有限公司
北京中电拓方科技股份有限公司
天地（常州）自动化股份有限公司
北京永安信通科技公司
中煤科工集团重庆研究院有限公司
博源国际
北京天地玛珂电液控制系统有限公司
山西科达自控股份有限公司
上海创力集团股份有限公司
华洋通讯科技股份有限公司
常州科研试制中心有限公司
畅加盛行苏州智能科技有限公司
目录
00.小序
01.矿井5G网络建设原则
02.矿井5G应用场景
2.1视频传输
2.2物联网
2.3装备数据传输
2.4移动巡检
2.5远程控制
03.矿井5G网络构架
3.1矿井5G专网典范构架
3.2矿并5G网络基本要求
04.矿井5G网络系统形貌
4.1总体架构
4.2运维平台
4.3焦点网网络
4.4传输网络
4.5无线接入网络
05.煤矿5G应用生态建设
06.附录
6.1规范性引用文件
6.2术语、界说和缩略语
小序
2020年2月 ，国家生长刷新委、国家能源局、应急管理部、国家煤矿清静监察局、工业和信息化部、 财务部、科技部、教育部等八部分团结印发了《关于加速煤矿智能化生长的指导意见》 ，明确了我国煤炭工业智能化生长的偏向 ，吹响了我国煤矿智能化建设的军号。2020年9月 ，应急管理部、国家能源局、国家煤矿清静监察局在山东邹城组织召开天下煤矿智能化建设现场推进会 ，加速推动新一代信息手艺与煤炭开发使用融合。
“5G+”是以5G通讯为基础 ，融合大数据、人工智能、区块链、边沿盘算、云盘算、工业互 联网等新一代信息手艺的统称。5G通讯手艺具备大带宽、低时延、广毗连的特征 ，是第一个从标准设计之初 ，就思量到行业应用需求的蜂窝网络手艺。现在 ，中国已经安排了全球最大的5G网络 ，网络能力基本完善 ，工业配套基本成熟 ，网络本钱一连下降 ，手艺盈利亟待释放。5G手艺赋能煤矿智能化 ，为解决好煤矿井上下的通讯问题提供了全新计划 ，为我国智能煤矿的建设注入了新动力和新活力。
我国现已研发出矿用5G系统 ，并在煤矿井下获得起源应用 ，展现出优异的“头雁效应“和广 阔的应用远景。5G+”新一代信息手艺在煤矿的融合应用 ，必将改变煤矿古板的生产组织与用工形式 ，同时突破清静、情形等对煤炭开发使用的制约。未来我国智能矿山将具备资源与开采情形数字化、手艺装备智能化、生产历程可视化、信息传输网络化、生产管理与决议自主化的能力。
煤矿智能化是新一代信息手艺和煤炭开发使用的深度融合 ，是开采工艺、智能装备、应用软件、 网络手艺、先进标准等多种要素的集成 ，更是一种网络化、平台化协同的合作生态。5G手艺在煤矿的应用将助力构建煤矿智能化开放合作生态 ，有力增进我国煤炭工业高质量生长。此白皮书基于目今5G手艺在煤矿的应用和实践履历 ，叙述了矿井5G网络建设原则、矿井5G应用场景、矿并5G网络构架、矿井5G网络系统要求等 ，建议建设煤矿5G应用生态 ，旨在进一步推动5G手艺在煤矿中的应用 ，加速我国煤矿智能化的建设历程。
01.矿井5G网络建设原则
现在 ，煤矿井下应用的通讯网络主要包括工业以太环网、4G无线网络、Wi-Fi无线网络、有 线调理通讯系统、应急广播、定位系统等� ？缶�5G网络是新一代矿用无线通讯网络 ，具备高可靠、大带宽、低时延、易安排、易维护的特点。
矿井5G网络建设应遵照如下原则：
清静原则
煤矿井下应用的5G通讯系统应知足安标国家矿用产品清静标记中心宣布的《煤矿5G通讯系 统清静手艺要求（试行）》和《煤矿5G通讯系统清静标记管理计划（试行）》划定 ，取得矿用清静标记。同时 ，网络建设应知足矿用网络清静与信息清静的相关划定。
可靠性原则
矿井5G网络应在矿井种种重大情形下长时间稳固运行 ，知足井下事人情、皮带巷、机电酮室 等特殊情形对网络传输高可靠性、高实时性、高上行带宽的需要 ，并能够支持上下行带宽时隙调解。
融合原则
矿井5G网络建设应与在用的矿井通讯网络实现高度融合。无论是依托运营商集成照旧矿井企 业自建 ，需遵照国家通讯规范及既有频谱举行合理妄想及安排实验。地面5G通讯接纳公网号码资源 ，井下5G通讯应与原有资源相团结� ？缶�5G通讯经由网络清静隔离后 ，可与公网毗连 ，在包管数据清静的条件下实现全方位的互联互通。
因矿施策原则
各煤矿应团结矿井详细情形 ，基于自身需要安排5G网络建设 ，如：
——以应用价值为优先思量 ，如采煤事人情、掘进事人情可优先应用；
——井下安排有线通讯网络难题的 ，可优先思量5G网络；
——多毗连视频类营业 ，可优先思量5G网络；
——工控装备低时延互联营业 ，可优先思量5G网络。
02.矿井5G应用场景
2.1视频传输
以300m采煤事人情为例 ，如需20路视频并发传输 ，每路为典范1080p ，网络带宽需求约为 120Mbps；以400m皮带监控区域为例 ，如需15路视频并发传输 ，每路为典范1080p ，网络需
2.2物联网
煤矿井下需要物联传输数据的场合主要包括：顶板离层监测、攻击地压监测、地应力监测 ，通 风监测系统的最大开路电压、最大输出电流、功耗、状态数据信息 ，非“四遥”读表（管道风量、风压、水量、水压等） ，立井、斜井井筒清静监测中的井壁和围岩应力、应变、温度、裂隙、渗流及其转变趋势 ，以及其它应用场景。
2.3装备数据传输
煤矿井下装备数据传输的应用场景主要包括：1）激光扫描成像 ，用于综采事人情、掘进巷道、 喷浆巷道等有三维扫描成像需求的场景 ，对点云数据实时传输； 2）惯性导航：对种种机载惯导装置 的数据交时传输； 3）疏散装备的监测数据：包括刮板运送机、转载机、破碎机、皮带机驱动部、乳 化液及喷雾泵、种种供电开关等装备的有关实时监测数据； 4）手持终端 ，包括手持检测终端以及交 互装备等； 5）其它应用场景。
2.4移动巡检
煤矿井下应用巡检装置的场合主要包括：变电所、水泵房、皮带机、大巷、井筒、管道、采煤 事人情等 ，主要收罗实时视频、热成像、情形气体参数、烟雾、装备运行工况等信息。
以实时信息移动巡检收罗为例 ，一台巡检装置最多设置4路高清摄像头 ，每路1080p ，网络需 求约24Mbps；情形参数检测、语音通话、红外热成像等网络需求约5Mbps；合计网络需求约为30Mbps。
2.5远程控制
基于5G高质量承载管道 ，未来井下种种工业装备 ，如采煤机、液压支架、掘进机等装备 ，可 以思量远程人工控制或基于Al的智能控制。
井下无轨胶轮车、电机车、单轨吊等为主的应用场景 ，可以思量基于5G手艺实现井下远程（无 人）驾驶。
以远程（无人）驾驶无轨胶轮车为例 ，一台车最多设置4个激光雷达、4路高清摄像头（每路 典范1080p）、2路毫米波雷达 ，网络需求约为40Mbps；5G网络控制时延要求不大于50ms。
以巷道掘进场景为例 ，需要思量6路1080P高清视频 ，思量综掘机截割速率、启停下令等控制 信号 ，通讯带宽上行可达50Mbps ，整体5G网络控制信号时延小于100ms。
03.矿井5G网络构架
3.1矿井5G专网典范构架
矿用5G专网系统主要由5G焦点网、5G网管平台、5G承载网装备、5G基站装备、5G本 安型无线网关（CPE）、5G终端装备等组成。
现阶段 ，矿井5G专网系统典范构架主要有两种方法：基于运营商的煤矿专网以及煤矿自身集 成管理的煤矿专网。
基于运营商的煤矿专网
煤矿外地安排MEC ，实现外地营业分流至矿山自有营业服务器 ，包管数据不出煤矿园区。同 时安排5G焦点网代理（和MEC共安排） ，当外部运营商网络爆发故障或断开时 ，5G焦点网代理+MEC确保5G系统能够清静、自力、稳固运行 ，包管无线通讯及数据传输的可靠、稳固 ，知足井上井下清静隔离的相关划定。如下图所示：
图1基于运营商的煤矿专网
煤矿专网
5G系统接纳矿用5G焦点网时 ，所有应用及控制面信息直接在煤矿园区内闭环 ，包管数据不出 煤矿园区。与运营商大网毗连包管与外网语音和数据的互联互通。
图2 煤矿专网
3.2矿井5G网络基本要求
5G组网架构
——5G组网宜优选SA架构一步到位 ，MEC就近安排。
——凭证井下营业场景和组网方法选择VoNR、EPS fallback（VoLTE/CSFB）的5G 语音 通话计划 ，优先接纳VoNR方法。
——能够实现井下5G无线笼罩 ，信号强度切合通讯要求。
——支持增强移动宽带场景（eMBB）、低功耗大毗连场景（mMTC）和低时延高可靠场景 (uRLLC)。
5G组网清静性
——清静战略：应充分思量NA/NSA切换包管、辖档痛路冗余等步伐。主要装备在停电的情形 下应有至少2小时的续航能力。
——装备入网与取证要求：凭证安标国家中心[2020]36号“关于宣布煤矿5G通讯系统清静 手艺要求、清静标记管理计划的通知”打点安标审核手续；5G系统中接入公网的装备应按国家有关划定打点进网允许证。
——组网装备审核指标：
◆矿用5G系统宜接纳实质清静型防爆 ，需要针对性举行研究设计开发 ，不应简朴把应用于地 面的装备加防爆外壳即视为刷新完毕。
◆用于控制的矿用5G系统应具有较强的抗滋扰能力 ，必需包管知足“GB/T 17626电磁兼容 试验及测试手艺”标准要求。
——基站布设规范需思量的因素：
◆5G信号吸收强度、尤其小区边沿知足的速率要求。
◆巷道条件（巷道类型、装置装备类型、断面、纵向导体、横向导体等）。
◆天线装置位置、偏向等。
——供电包管：参考“MT/T 1115-2011多基站矿井移动通讯系统通用手艺条件”标准� ？刹� 用统一供电法、隔离供电法、总线供电法对节点供电。
04.矿井5G网络系统形貌
4.1总体架构
矿井5G通讯系统总体架构需包括：
——5G网管平台（NMS）：至少支持矿山用户实现浅易的网元装备状态盘问和故障盘问 ，支 持外地装备的维护与操作。
——5G焦点网平台（5GC）：基于运营商集成及企业集成2种模式 ，无邪选择焦点网安排模式。 焦点网的安排需要思量集团下各个矿井的数据毗连及汇聚；同时 ，部分功效使用边沿盘算下沉到矿山园区 ，实现园区内的数据交流 ，包管数据不出园区 ，并知足低时延的营业要求 ，以及营业分层隔离的切片需求。
——5G传输网络：井下传输网络建议成环安排 ，一条光纤断路 ，可用另外一条链路传输 ，知足
可靠性要求。
——5G无线网络：基于井下无线应用场景（以上行为主） ，能支持时隙翻转功效（如 UL：DL=3：1的时隙配比） ，知足井下大容量的视频回传能力 ，知足装备远控的低时延等要求。
——5G终端：不但需要思量本安型的通讯智能手机、USB Dongle、CPE；还需要思量种种 模组内嵌或外接工业装备 ，以及情形感知等。未来随着5G终端成熟 ，可逐步把井下远控、情形数据监控、无人驾驶等营业迁徙到5G网络上来。
4.2运维平台
网络运维管理系统（NMS）的价值体现在对营业稳固、运行清静和提效降本三个方面的包管与 控制。包管营业稳固 ，确保信息系统及服务的7×24小时可用性及稳固性是运维的基本目的。包管运行清静 ，为企业提供清静、可控的信息系统是运维的主要职责。提效降本 ，通过提升效率降低企业信息系统的运行本钱是运维的事情偏向。
现阶段 ，面临第3方或企业自身管理网络诉求 ，矿用5G系统需要思量单独的运维管理平台 ， 对焦点网、传输、基站接入以及可能的终端举行管理 ，同时运营商也可以对并下网络举行远程的运维管理 ，协助煤矿解决外地无法解决的故障。其中 ，总体容量思量512小区以上的接入及管理；硬件思量基于×86或ARM的刀片服务器。
4.3焦点网网络
基于现有5G公网构建的能知足煤矿营业及清静需求 ，同时向行业用户提供部分网络管理、监测、 自力运维运营等能力的5G焦点网 ，5GC控制面遵照3GPP标准 ，同时5G UPF&MEC下沉到矿区。
另外 ，5G焦点网可以全手下沉到矿区 ，包括5GC控制面、UPF&MEC等。
功效要求：
——UPF支持煤矿数据分流功效：支持从煤矿终端、煤矿移动办公终端到煤矿应用系统的数据 分发。
——具备煤矿应用系统平台的能力：1）煤矿部分应用系统可安排在MEC平台上 ，支持煤矿应 用的生命周期管理功效；2）MEC应提供清静管理功效 ，包括煤矿应用系统认证和鉴权服务 ，组网清静防护能力 ，以及包管数据清静 ，包括数据加密、数据隔离、数据防靠改、数据会见控制、数据防走漏等。
——支持网络能力的开放：用户准确位置、带宽管理能力等毗连能力被煤矿应用系统挪用。
——宜提供盘算能力：编解码转换、加解密、GPU、Al等盘算能力被煤矿应用系统挪用。
——提供NAT功效：可以将分流用户的源地址按分派的煤矿专网地址池举行转换。隐藏了内部 网络结构 ，通过终端与煤矿服务端构建L2-LAN专线 ，利便煤矿应用对终端的操控管理。
性能要求：
——煤矿内接入MEC的同时在线会话数不低于1万。
——系统吞吐量不低于10Gbps。
——MEC平台支持APP应用以虚机模式安排 ，平台资源可凭证应用需求无邪扩容。
可靠性要求：
——系统要害软件、硬件应有一定的备份步伐 ，举行N+1或1+1冗余备份。包管系统的不中止 运行 ，系统应具有软件、硬件故障在线恢复的能力。
——当装备泛起故障后 ，能实现容灾备份包管营业不中止。建议与运营商大网系统间组成资源池 ， 实现容灾自动切换。
——当井上网络故障或井下井上传输中止时 ，矿区井下无线营业仍然能可靠稳固运行 ，至少2 小时以上。
4.4传输网络
关于小型煤矿 ，可思量无需切片的10Gbps传输网络；关于中大型煤矿 ，建议接纳50Gbps 及以上支持切片功效的传输网络。
功效要求：
——井下主干网络支持基于SDN管控融合架构 ，支持营业安排和运维的自动化能力 ，以及感 知网络状态并举行实时优化的网络自优化能力。
——井下主干网络支持基于无邪以太【FlexE】的切片手艺 ，接纳时分复用方法基于以太网物理 层提供硬管道隔离及监视手艺 ，遵从OIF FlexE规范；能够支持富厚的切片颗粒度好比1Gbps、5Gbps等。
——井下主干网络装备支持切片带宽的动态调解 ，且带宽调解时营业无损。
——井下主干网络支持电信级故障检测和性能管理。
——井下主干网络支持路径�；ず徒诘惚；� ，在爆发故障时能举行电信级快速�；さ够�。
——井下主干网络装备支持网络级就近转发和装备级物理层低时延转发能力 ，匹配时延敏感业 务的承载需求。
——井下主干网络装备支持二层和三层营业模子 ，知足点对点、点对多点、多点对多点营业承 载需求。
——井下主干网络装备支持同步以太网功效 ，实现稳固可靠的频率同步；支持1588等时间同 步协议 ，实现高精度的时间同步。
性能要求：
——井下主干网络装备支持100Mbps、1000Mbps的光接口和电接口以及10Gbps、 50Gbps的光接口；且10Gbps、50Gbps光端口最大传输距离不低于40km ，具备单纤双向能力。
——井下主干网络装备支持端到端或逐跳检测营业级性能指标（如：时延、流速、丢包等）。
可靠性要求：
——井下主干网络装备应支持交流单位、主控单位、信令控制单位（当支持控制平面时）等主 要功效单位的1+1冗余备份能力。在上述功效单位的冗余单位启动1+1�；ず� ，系统转发性能应不受影响。
4.5无线接入网络
矿井5G无线接入网络包括基站以及终端（含手机、CPE、USB dongle、AR路由器、模组等）。 基站形态可以多样化：1）漫衍式 ，分为基站控制器单位（BBU）以及基站射频单位（RRU） ，中心还可以有中继扩展单位（RHub）；2）集中式：基站控制单位与射频单位一体化 ，外接天线。
功效要求：
——基于5G基站×T×R的多通道特点 ，要求多路射频输出阈功率不大于6w。
——知足蜂窝系统通讯行业标准划定的蜂窝系统通讯功效要求。
——井下无线接入装备具备4G/5G多频多模硬件能力 ，以及eMBB、URLLC、mMTC营业 能力。
——5G终端接入支持5G蜂窝终端和loT模组的接入认证、会见和处置惩罚数据。
——支持数据路由功效 ，终端、基站到网络的数据路由设置管理。
——支持将工业应用映射为响应的服务品级 ，管道能力具备差别化SLA控制 ，能为差别营业如 数据传输类、远程控制类、视频类提供差别化服务品级。
——基站具备定位能力（可�。褐С肿氨浮⒅霸钡亩ㄎ� ，定位精度要求在米级。
——网络接入的管理要求：1）应支持对蜂窝网络装备的操作和管理功效 ，可对蜂窝网络功效进 行建设、删除、设置、监控和故障扫除；2）应支持对蜂窝网络的实时监控功效 ，包括要害应用的QoS、蜂窝网络装备的通讯和毗连状态及一样平常服务可用性等；3）应支持和工业网络管理系统的对接 ，宜支持工业网络的故障告警、拓扑天生及装备管理等；4）应支持营业质量可视、可评估（如5G毗连的时延、速率）。
性能要求：
——数据传输速率要求；单基站笼罩 ，最低要求平均吞吐率知足上行160Mbps；边沿上行吞 吐率大于10Mbps/用户。
——并发用户数要求（重点针对视频营业)：单基站笼罩 ，至少知足30-40个摄像头类终端数 据并发；多路视频并发传送基本无卡顿。
——网络时延要求：关于控制类营业 ，网络时延<50ms@99.99%。
05.煤矿5G应用生态建设
煤矿5G的深入应用 ，需要全行业包括煤炭生产企业、系统集成商、网络运营商、网络装备供应商、 煤机装备厂家以及科研院所、高等学校等的协力合作 ，配合构建立异、协同、开放、合作的煤矿5G应用生态。其中 ，
◆煤炭生产企业应凭证现真相形循序渐进、逐步推进5G在矿井的商业应用。
◆系统集成商需要端到端整合生态厂家 ，提升矿用5G系统的可用性和适用性。
◆网络装备供应商应针对煤矿特点 ，一连研发适合矿用的5G通讯产品。
◆煤机装备厂家应加大研发力度 ，提供具备5G通讯能力的种种矿用装备。
◆科研院所和高等学校应增强5G+煤矿智能化基础研究 ，为工业先进手艺提供原动力。
◆相关行业组织应加速推动对煤矿5G应用的场景细分、组网方法选择、建设验收、装备要求等方面的标准研究 ，增进装备间、平台间的兼容 ，指导智能煤矿通讯基础设施的建设。
煤炭行业应增强5G相关应用手艺的研发突破:
◆智能视频应用将从单路摄像机的应用逐步生长为多个摄像机协作与信息关联的全局态势监控。通过5G毗连能实现摄像机的快速安排、智能视频的端云协同。应构建行业视频监控数据集 ，推动矿井智能视频监控的评估标准化。
基于5G智能手机工业链定制的行业智能终端（移动装备/矿灯/AR眼镜） ，在基本通讯功效的基础上 ，增添矿井所需的生产管理/装备巡检/职员定位等种种功效。未来5G网络作为通讯基础设施 ，可无需安排特另外信标 ，提供米级的定位能力。
◆井下车辆可以通过5G网络实现车辆的管理/实时运行数据的收罗 ，车队的编排调理；实现车辆超视距的感知 ，降低交通事故隐患。
◆5G毗连可通过增强的5G LAN能力来实现集团下各个矿区之间的互联互通、营业隔离等。
◆基于5G NR的集群语音和调理通讯 ，可以融合现在基于4G专网的语音集群和调理通讯。
◆未来700MHz的5G装备及终端可在井下应用 ，思量其笼罩距离远 ，有较强的绕射能力 ，能够镌汰站点数目 ，增添矿用5G网络的适用性。
◆针对井下特殊生产控制场景焦点网的微型化、外地化安排与应用 ，有助于增进5G手艺与特定作业场合生产控制的深度团结；井下5G基站的一体化、小型化本安开发 ，推动与工业环网的逐步有机融合 ，能够提高井下5G系统的顺应性。
煤炭行业应增强矿用5G手艺的系统化测试研究 ，包括网络融合测试、装备功效性能评测、清静性测试评估等 ，推下手艺成熟；陪同着煤矿5G应用生态的成熟 ，团结煤矿5G应用种种场景 ，分阶段推动落实煤矿5G营业应用。
图3 矿井5G营业应用
06.附录
6.1规范性引用文件
通常注日期的引用文件 ，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本白皮书；通常不注日期的引用文件 ，其最新版本适用于本白皮书。
表1 规范性引用文件列表
6.2术语、界说和缩略语
下列术语、界说和缩略语适用于本白皮书。
表2 缩略表
