擁抱ICT，智享礦山未來

轉(zhuǎn)載自《華為技術(shù)》

煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心，其目標(biāo)是提升采煤效率，解決生產(chǎn)安全問題。煤礦智能化發(fā)展，必須依賴5G、F5G、云、大數(shù)據(jù)、AI等ICT技術(shù)，從而釋放更多的生產(chǎn)力。

中煤能源集團(tuán)首席專家 朱林

煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心，而煤礦的進(jìn)化需要在經(jīng)歷機(jī)械化、自動(dòng)化之后，才能到智能化。雖然我國煤礦智能化已提出多年，但眾多煤礦仍未能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集，這在一定程度上為我們智能化的進(jìn)程帶來阻礙。中國煤礦必須擁抱大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立起實(shí)時(shí)感知的智能化，突破聯(lián)合組網(wǎng)障礙，通過智慧大腦實(shí)現(xiàn)安全管理和高效發(fā)展。

云、大數(shù)據(jù)、AI等是智能化的必備條件，但就實(shí)際情況來看，國內(nèi)的任何一個(gè)煤礦都不具備大數(shù)據(jù)的條件。因?yàn)榫颅h(huán)境、設(shè)備、生產(chǎn)等大量數(shù)據(jù)并不是通過自動(dòng)化，而是通過人工的方式采集。人工采集的數(shù)據(jù)作為智能化控制系統(tǒng)的決策依據(jù)并不科學(xué)，存在不連續(xù)、不完整等問題。

所謂的大數(shù)據(jù)技術(shù)，必須在數(shù)據(jù)報(bào)表的自動(dòng)化采集、積累的基礎(chǔ)上，才能支撐起系統(tǒng)的自主分析、決策與控制。實(shí)現(xiàn)智能化的前提是要讓設(shè)備自我感知，即傳感器替代人工收集，同時(shí)，讓人眼視覺識別變成AI機(jī)器識別。

只有實(shí)時(shí)感知，才是智能化

煤礦智能化要求礦山透明，透明礦山是讓高精度的三維物探把整座礦山的各種構(gòu)造查清，要做到這點(diǎn)只有依靠先進(jìn)的通信技術(shù)。礦山是動(dòng)態(tài)的，只有讓設(shè)備連網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳送，實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)匯入數(shù)據(jù)湖，智能化決策系統(tǒng)才能知道井下每一寸地方正在發(fā)生的事情，從而做出決策。但一些所謂的智能礦，設(shè)備在線率僅有40%~50%。設(shè)備不在線無法實(shí)現(xiàn)智能化控制，更無法聯(lián)動(dòng)。

如何解決設(shè)備實(shí)時(shí)在線的問題？答案是有線和無線綜合的網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及設(shè)備自主組網(wǎng)。

有線網(wǎng)絡(luò)雖然覆蓋距離更廣，但它是插拔式的，而運(yùn)輸設(shè)備分散，且經(jīng)常處于移動(dòng)狀態(tài)，線路容易折斷，可靠性差。比如，在綜采面由于采煤機(jī)、電液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)時(shí)刻處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，傳統(tǒng)的光纖經(jīng)常折斷。

把井下的光纖網(wǎng)絡(luò)與5G、WiFi-6等結(jié)合起來，讓每臺設(shè)備無線上網(wǎng)，減少接插件的數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)可靠性將大幅提升。我們可以把無線接入點(diǎn)、基站融合到井下的各種設(shè)備中，采煤機(jī)、液壓支架等都可以成為各種無線網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)、基站，因?yàn)檫@些設(shè)備本身就已經(jīng)有電源、有防爆盒。

同時(shí)，建立了足夠的接入點(diǎn)后，需要讓設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)。這樣，即使掉線，也可以自我修復(fù)，大幅提升了在線率、保障設(shè)備的可靠性。

目前這類技術(shù)已經(jīng)被成熟應(yīng)用，如各類Wi-Fi模組、5G模組、藍(lán)牙模組、T-Box等。Wi-Fi模組與華為HiLink等生態(tài)平臺的結(jié)合，正在智能家居中大放異彩。只需嵌入一個(gè)小小的Wi-Fi模組，就能實(shí)現(xiàn)智能化改造，擁有智能控制、互聯(lián)互通互動(dòng)以及安全等關(guān)鍵能力。而且智能化的改造成本、門檻非常低，只需在華為HiLink的開發(fā)者平臺上，“一站式”地完成軟件和應(yīng)用開發(fā)即可，效率高、周期短。

聯(lián)合組網(wǎng)，突破障礙

關(guān)于建設(shè)智能煤礦的一個(gè)重要的思路，就是進(jìn)行煤礦井下的聯(lián)合組網(wǎng)。聯(lián)合組網(wǎng)主要分為兩個(gè)維度：第一是無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的融合，保障設(shè)備的高在線率，實(shí)現(xiàn)煤礦的全面感知，智能聯(lián)動(dòng)；第二是專網(wǎng)的融合，就是井下的多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用一張網(wǎng)來承載，在保障各個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定獨(dú)立地運(yùn)行前提下，業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可以按需靈活交互。

當(dāng)前，煤礦井下環(huán)網(wǎng)的數(shù)量眾多，有瓦斯監(jiān)控專網(wǎng)，還有有線調(diào)度通信專網(wǎng)、廣播通信專網(wǎng)、機(jī)電控制專網(wǎng)、視頻監(jiān)控專網(wǎng)等等。不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間均為獨(dú)立規(guī)劃建設(shè)，設(shè)備各自獨(dú)立供電，通信鏈路分離，互不聯(lián)動(dòng)。這種專網(wǎng)專用成為智能化最大障礙，急需突破。

形成專網(wǎng)專用的原因，是此前采用的傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)容易引起網(wǎng)絡(luò)擁塞，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生丟包。像瓦斯?jié)舛葯z測這樣涉及生產(chǎn)安全的系統(tǒng)，跟其他的業(yè)務(wù)跑在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，是不被接受的。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，融合網(wǎng)的可靠性早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過專網(wǎng)。當(dāng)前，像華為等廠家提供的基于SDN架構(gòu)的礦山融合IP工業(yè)網(wǎng)設(shè)備，骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到50Gbps，并支持平滑升級到100Gbps，滿足5~10年井下各類不同業(yè)務(wù)的帶寬訴求。其中的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，就是IP硬管道，如同在一條寬闊的馬路上劃分出一條條專用的BRT通道，讓不同的網(wǎng)絡(luò)切片承載不同的業(yè)務(wù)，可以保障瓦斯監(jiān)控、工業(yè)控制、語音通訊等高優(yōu)先級業(yè)務(wù)流量不受其他業(yè)務(wù)流量突發(fā)變動(dòng)的影響，使得遠(yuǎn)程控制更加平滑流暢，語音和視頻更加清晰，實(shí)現(xiàn)井下業(yè)務(wù)的可靠通信。

融合IP工業(yè)網(wǎng)的切片技術(shù)和5G無線網(wǎng)絡(luò)的切片技術(shù)一致，可以無縫連接，實(shí)現(xiàn)真正一張網(wǎng)。對于網(wǎng)絡(luò)的管理，通過iFIT隨流檢測技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)的健康度、業(yè)務(wù)流量的傳輸質(zhì)量都可以在集控中心的大屏上看得一清二楚。一旦業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量發(fā)生下降，工作人員可以進(jìn)行預(yù)測性的分析維護(hù)，幾分鐘就能定位到網(wǎng)絡(luò)哪個(gè)位置發(fā)生了問題，無需運(yùn)維人員下井逐一插拔光模塊查找問題，極大地提升了運(yùn)維效率。

未來，隨著智能煤礦應(yīng)用的不斷疊加，每新增一套系統(tǒng)就新增一張網(wǎng)絡(luò)的方式難以延續(xù)。不同系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)立安裝，獨(dú)立供電，會(huì)給煤礦帶來了極大的資源浪費(fèi)和多節(jié)點(diǎn)的設(shè)備故障隱患。另外，專網(wǎng)數(shù)量多，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的難度快速上升，雖然井下生產(chǎn)不斷在減人，但是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維仍需要人員頻繁下井，這與少人、無人的發(fā)展趨勢也是背道而馳的。所以，必須要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合。

煤礦井下大量專網(wǎng)的存在，抑制了煤礦數(shù)據(jù)的自由流動(dòng)，阻礙了煤礦智能化的發(fā)展。因此，建設(shè)智能煤礦，就應(yīng)當(dāng)跳出傳統(tǒng)煤礦建設(shè)的條條框框，充分借鑒信息通信行業(yè)的優(yōu)秀成果，為智能煤礦建設(shè)加速。

智能礦山需配置智慧大腦

真正的智能礦山，需要人工智能和大數(shù)據(jù)分析支撐的智慧大腦，并配置兩級智慧大腦，一個(gè)放在井上集控中心，一個(gè)放在井下設(shè)備列車。

比如，把瓦斯采集系統(tǒng)安裝在采煤機(jī)上，瓦斯?jié)舛雀吡?，設(shè)備停止工作，但是瓦斯抽走了，設(shè)備卻不能再次自啟動(dòng)，需要人工去操作。根本原因是沒有一個(gè)智慧大腦去判斷，采煤機(jī)是否滿足再次啟動(dòng)條件，需要人去分析和判斷。這樣的非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，可以把智慧決策大腦放在井上集控中心。

又比如，井下水位管理和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)場景。與人工相比，機(jī)器對數(shù)據(jù)的采集、分析、決策、控制，能讓整個(gè)環(huán)路更及時(shí)、可靠、高效。井下的水都要進(jìn)水倉，如果某一刻，水倉的水位突然異常，那么可以確定井下某些地方出現(xiàn)問題了。此時(shí)，智慧大腦會(huì)讓設(shè)備及時(shí)停止作業(yè)，并根據(jù)井下的全局?jǐn)?shù)據(jù)，找出問題所在。這種對實(shí)時(shí)性要求極高的智慧大腦，可以放在井下設(shè)備列車上。

目前行業(yè)正在大力研發(fā)推進(jìn)三機(jī)聯(lián)動(dòng)場景。過去，算力和通信速率都嚴(yán)重不足，雖然實(shí)現(xiàn)了三機(jī)聯(lián)動(dòng)，但是延遲非常大。20年過去，國內(nèi)自主研發(fā)的芯片和硬件已經(jīng)達(dá)到了很高的水平。華為礦鴻操作系統(tǒng)通過對三機(jī)的改造，讓過往三個(gè)分開的大腦，變成一個(gè)以采煤機(jī)為核心的超級大腦，協(xié)調(diào)和決策支配其他設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，這就是對實(shí)時(shí)性要求高的智慧大腦發(fā)揮作用的最合適的場景。

煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是ICT技術(shù)與煤礦行業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)深入融合的結(jié)果。這種融合以數(shù)字平臺、物聯(lián)網(wǎng)平臺為基礎(chǔ)，通過攜手工業(yè)應(yīng)用、設(shè)備廠家，打通跨系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)字孿生?；诮y(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，人工智能和大數(shù)據(jù)分析等就能為智能決策給予極大支撐。華為礦鴻作為“超級終端”的智慧大腦，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)互聯(lián)、機(jī)機(jī)互聯(lián)、萬物感知，而且支持煤礦行業(yè)統(tǒng)一架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同廠商各個(gè)設(shè)備下的統(tǒng)一管理，為煤礦設(shè)備智能協(xié)作提供業(yè)務(wù)基座。

行業(yè)一致認(rèn)同的“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一架構(gòu)”的煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)還在進(jìn)行中，但全面煤礦智能化的進(jìn)程有望在10年之內(nèi)完成，信心源于以下兩點(diǎn)：第一，ICT技術(shù)在飛速進(jìn)步，智能化的成本不斷下降；第二，中國在2030年“碳達(dá)峰”之后，煤炭總產(chǎn)量必然會(huì)不斷減少，非燃料的煤炭的價(jià)值隨之提升，企業(yè)為增加效益而實(shí)現(xiàn)智能化也是必然選擇。

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原文：https://www.huawei.com/cn/publications/huawei-tech/202204#ict-future-intelligent-mining

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