智能化煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系研究

張建明，曹文君，王景陽，楊 揚(yáng)

(1.中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)，北京市朝陽區(qū)，100013;2.中煤電氣有限公司，北京市順義區(qū)，101300)

0 引言

煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐[1]。2020年2月，國家發(fā)展改革委、應(yīng)急管理部、國家能源局、國家煤礦安全監(jiān)察局、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部、科技部、教育部等八部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出我國煤礦智能化建設(shè)的3個(gè)階段性目標(biāo)：到2021年建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，到2025年大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，到2035年各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化；并要求強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，開展煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，提升基礎(chǔ)保障能力。

煤礦智能化建設(shè)是新一代信息技術(shù)與煤炭開發(fā)利用的深度融合。當(dāng)前，煤礦智能化建設(shè)尚處于初級(jí)階段[2]，存在建設(shè)理念不夠清晰、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失、數(shù)據(jù)煙囪林立、信息難以共享等問題。王國法院士等在詳細(xì)分析煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系框架，提出了煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)路徑[3]。信息基礎(chǔ)設(shè)施是煤礦數(shù)據(jù)采集、傳輸、計(jì)算、應(yīng)用、管理的基礎(chǔ)，涉及通信、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、模型等多方面內(nèi)容，能夠?yàn)槊旱V的開采、掘進(jìn)、機(jī)電、運(yùn)輸、通風(fēng)、選煤等環(huán)節(jié)提供信息化基礎(chǔ)支撐。為此，筆者在文獻(xiàn)[3]提出的煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系基礎(chǔ)上，圍繞數(shù)據(jù)規(guī)范、通信接口、信息安全等重點(diǎn)要求，深入研究了智能化煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)體系，以期為煤礦智能化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提供參考和指導(dǎo)。

1 煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施

煤礦智能化是新一代ICT技術(shù)與煤炭開發(fā)利用的深度融合，煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施是煤礦智能化建設(shè)的底層支撐。當(dāng)前，由于缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)存的各個(gè)信息系統(tǒng)互聯(lián)互通難度大，各種設(shè)備接口不統(tǒng)一，嚴(yán)重制約了數(shù)據(jù)的流通和協(xié)同。因此，非常有必要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范和通訊接口，并提升智能化煤礦的信息安全性、系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性。

《煤礦智能化建設(shè)指南(2021年版)》在煤礦智能化建設(shè)目標(biāo)、總體設(shè)計(jì)、建設(shè)要求和建設(shè)內(nèi)容中均提出了信息基礎(chǔ)設(shè)施方面的要求，具體如下[4]所述。

井工煤礦應(yīng)統(tǒng)籌建設(shè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心，打通數(shù)據(jù)傳輸和利用通道。其中網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施包括但不限于辦公區(qū)網(wǎng)絡(luò)、生活福利區(qū)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和融合調(diào)度通信系統(tǒng)，鼓勵(lì)開展5G+礦山物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)；大數(shù)據(jù)服務(wù)中心應(yīng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和訪問接口標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建煤礦數(shù)據(jù)治理體系，并形成模型庫和知識(shí)庫。

露天煤礦應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)工藝流程，應(yīng)用自動(dòng)控制、智能感知技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化改造，完善工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及信息安全建設(shè)。在智能感知方面要實(shí)現(xiàn)礦山環(huán)境數(shù)據(jù)、采礦裝備狀態(tài)信息、工況參數(shù)、移動(dòng)巡檢數(shù)據(jù)等的全面采集；在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面要實(shí)現(xiàn)主要辦公區(qū)、主要采區(qū)、受控區(qū)域、裝備作業(yè)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

2 信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系框架

智能化煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、煤礦物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)、煤礦數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、信息安全標(biāo)準(zhǔn)等5個(gè)子體系。智能化煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可知，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)包括術(shù)語定義、通用要求、管理標(biāo)準(zhǔn)；通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)包括有線通信、無線通信、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；煤礦物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)包括標(biāo)識(shí)解析、設(shè)備互聯(lián)、邊緣計(jì)算；煤礦數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)；信息安全標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全。

圖1 智能化煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系框架結(jié)構(gòu)

3 信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

目前，煤炭行業(yè)已經(jīng)啟動(dòng)了煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)工作。信息基礎(chǔ)設(shè)施作為智能化煤礦建設(shè)的重要組成部分，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)和制定工作也已經(jīng)開始[5-7]。按照智能化煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系框架結(jié)構(gòu)，筆者給出目前急需制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。

3.1 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)子體系主要是規(guī)范智能化煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施的通用性要求。目前急需制定的相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容見表1。

表1 急需制定的相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

(1)術(shù)語定義標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范信息基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)概念，此部分內(nèi)容可包含在文獻(xiàn)[3]的煤礦智能化術(shù)語定義中。

(2) 通用要求標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范信息基礎(chǔ)設(shè)施的功能、性能、安全、可靠性等方面要求。

(3)管理標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、驗(yàn)收、運(yùn)行、維護(hù)等方面的管理要求。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)子體系主要規(guī)范智能化煤礦通信和網(wǎng)絡(luò)的要求。目前急需制定的通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容見表2。

表2 急需制定的相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表2

(1)有線通信標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范工業(yè)以太網(wǎng)、F5G等有線通信的硬件接口形式、通信協(xié)議規(guī)范，帶寬、速率、時(shí)延等分級(jí)指標(biāo)要求，以及性能、安全等方面要求。

(2)無線通信標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范5G、WiFi6等無線通信的頻譜使用規(guī)范、發(fā)射功率要求、天線指標(biāo)參數(shù)、通信協(xié)議規(guī)范，帶寬、速率、時(shí)延等分級(jí)指標(biāo)要求，以及性能、安全等方面要求。

(3)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范煤礦通信網(wǎng)絡(luò)的通信方式、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通信協(xié)議、硬件接口、指標(biāo)參數(shù)規(guī)范，井上、井下骨干網(wǎng)絡(luò)的帶寬、速率、時(shí)延等指標(biāo)等級(jí)規(guī)范，骨干網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)能力，下級(jí)網(wǎng)絡(luò)帶寬、速率、時(shí)延等指標(biāo)等級(jí)規(guī)范，網(wǎng)絡(luò)傳輸端到端速率、時(shí)延指標(biāo)要求，以及性能、安全等方面要求。

3.3 煤礦物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)

煤礦物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)子體系主要規(guī)范煤礦設(shè)備的互聯(lián)要求。目前急需制定的煤礦物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容見表3。

表3 急需制定的相關(guān)煤礦物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表3

(1)標(biāo)識(shí)解析標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范煤礦生產(chǎn)過程中的“人、機(jī)、環(huán)”狀態(tài)信息的編碼與描述要求，包括時(shí)間、位置、傳感數(shù)據(jù)、指標(biāo)參數(shù)、狀態(tài)等信息，并規(guī)范相應(yīng)的采集、解析、處理和應(yīng)用要求。

(2)設(shè)備互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范各類設(shè)備互聯(lián)需要的操作系統(tǒng)、接口協(xié)議等方面的要求，包括多系統(tǒng)之間交互信息的編碼標(biāo)準(zhǔn)、連接服務(wù)要求、數(shù)據(jù)接口要求以及信息交互協(xié)議要求等。

(3)邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范煤礦設(shè)備邊緣端的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邊緣設(shè)備計(jì)算能力、云邊協(xié)同等方面的要求，包括邊緣端針對主要子系統(tǒng)的計(jì)算服務(wù)范圍、相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理能力要求與邊界、邊緣端的服務(wù)能力等級(jí)評價(jià)等內(nèi)容。

3.4 煤礦數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

煤礦數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)子體系主要規(guī)范煤炭企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交換、分析、管理、服務(wù)等要求。目前急需制定的煤礦數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容見表4。

表4 急需制定的相關(guān)煤礦數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)存儲(chǔ)交換標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及各種系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的互操作、性能等方面的要求，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模、存取速度、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)接入能力、信息交互能力等評價(jià)指標(biāo)。

(2)數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范數(shù)據(jù)分析流程、不同場景下數(shù)據(jù)分析方法等方面的要求，以及數(shù)據(jù)分析算法、模型、業(yè)務(wù)場景模型的能力評價(jià)指標(biāo)。

(3)數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)字典、元數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、生命周期管理等方面的要求。

(4)數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范提供數(shù)據(jù)服務(wù)的能力，包括數(shù)據(jù)分析服務(wù)、可視化服務(wù)等方面的要求。

3.5 信息安全標(biāo)準(zhǔn)

信息安全標(biāo)準(zhǔn)子體系主要規(guī)范信息基礎(chǔ)設(shè)施中的數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全等要求。目前急需制定的信息安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容見表5。

表5 急需制定的相關(guān)信息安全標(biāo)準(zhǔn)

(1)數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范數(shù)據(jù)的安全防護(hù)要求及分類分級(jí)等管理及技術(shù)要求。

(2)網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)：主要規(guī)范邊緣設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息安全方面的要求。

4 結(jié)語

智能化煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系是煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分，鼓勵(lì)煤炭生產(chǎn)企業(yè)先行創(chuàng)新性探索制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)：一是制定統(tǒng)一的設(shè)備接入接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；二是圍繞煤礦生產(chǎn)、機(jī)電、安監(jiān)、環(huán)保等要求，制定智能化煤礦統(tǒng)一數(shù)據(jù)編碼；三是制定統(tǒng)一的工業(yè)信息化模型標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范設(shè)備編碼、設(shè)備數(shù)據(jù)釆集、二次計(jì)算等；四是制定統(tǒng)一的集成規(guī)范，包括應(yīng)用風(fēng)格設(shè)計(jì)規(guī)范、應(yīng)用移動(dòng)端APP融合集成規(guī)范、用戶管理規(guī)范等。