建設(shè)智能礦山云的探討與分析

范宏杰，程瑞鵬

(潞安集團(tuán) 信息科技分公司,山西 長(zhǎng)治 046204)

1 現(xiàn)狀分析

全球云計(jì)算市場(chǎng)迅速增長(zhǎng)，世界信息產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)和地區(qū)對(duì)云計(jì)算給予了高度關(guān)注，已把云計(jì)算作為未來(lái)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)，紛紛研究制定并出臺(tái)云計(jì)算發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，加快部署國(guó)家級(jí)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，并加快推動(dòng)云計(jì)算的應(yīng)用，搶占云計(jì)算產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。云計(jì)算的出現(xiàn)將全球化的概念帶入了新的層次，它成為了創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)“增強(qiáng)劑”，是能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)具有競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)設(shè)施。

目前很多煤企正大力推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建了以優(yōu)勢(shì)煤炭產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)，新型高端現(xiàn)代煤化工為主導(dǎo)的中高端現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，致力全面建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的一流能化企業(yè)集團(tuán)。但是，黨建、辦公自動(dòng)化、人力資源、財(cái)務(wù)、運(yùn)銷、供應(yīng)、調(diào)度和安全監(jiān)控等信息系統(tǒng)處于分散建設(shè)和分散管理的狀態(tài)，各系統(tǒng)由各業(yè)務(wù)處室獨(dú)立規(guī)劃、建設(shè)。各系統(tǒng)分別進(jìn)行所需數(shù)據(jù)的采集與匯聚，重復(fù)且獨(dú)立的數(shù)據(jù)匯聚與業(yè)務(wù)整合，導(dǎo)致各系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致、數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，難以有效進(jìn)行跨業(yè)務(wù)共享。同時(shí)，由于缺乏各類數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)支撐工具，對(duì)已有的各類異構(gòu)數(shù)據(jù)難以進(jìn)行深度分析、挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，形成大量的信息壁壘和信息孤島，數(shù)據(jù)不能共享，業(yè)務(wù)協(xié)同不足，不能滿足集團(tuán)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級(jí)要求。

因此，做好頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)，按照“標(biāo)準(zhǔn)化、集中化”，打造“縱向集成，橫向貫通”的集團(tuán)管控平臺(tái)建設(shè)需求，建設(shè)支持集團(tuán)管控應(yīng)用子系統(tǒng)的統(tǒng)一云數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一IT基礎(chǔ)設(shè)施，統(tǒng)一運(yùn)維管理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源及網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化聚合部署，各應(yīng)用子系統(tǒng)進(jìn)行資源按需分配，建立符合等級(jí)保護(hù)要求的安全體系，有助于提升總部和各子分公司提升數(shù)智化水平，提升生產(chǎn)效率，提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和利用率，為集團(tuán)管理和生產(chǎn)決策提供有益參考，為智能化礦井的建設(shè)提供堅(jiān)強(qiáng)的基礎(chǔ)保障。

2 智能礦山云價(jià)值

云是智能礦山的核心基礎(chǔ)，通過(guò)基于云的數(shù)字平臺(tái)，將原本孤立的管控、生產(chǎn)等業(yè)務(wù)子系統(tǒng)統(tǒng)一接入后綜合分析展示、集成聯(lián)動(dòng)和統(tǒng)一服務(wù)，能夠打通集團(tuán)各離散子系統(tǒng)信息孤島、融合所需數(shù)據(jù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)出口，數(shù)據(jù)調(diào)用化繁為簡(jiǎn)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)更敏捷；縮短開(kāi)發(fā)上線部署周期、最高效率擴(kuò)展新業(yè)務(wù)。

1) 實(shí)現(xiàn)服務(wù)集成、消息集成、數(shù)據(jù)集成，支撐跨“多云”應(yīng)用、數(shù)據(jù)、服務(wù)、資源等的協(xié)同，以達(dá)到企業(yè)的內(nèi)部互通、內(nèi)外互通、多云互通。

2) 通過(guò)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)全連接，建設(shè)人員，設(shè)備，環(huán)境，空間四大主題庫(kù)，提供面向煤礦主題的數(shù)據(jù)服務(wù)。量化數(shù)據(jù)質(zhì)量，讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值；打造煤礦數(shù)據(jù)底座，提升煤礦的運(yùn)營(yíng)效率。

3) 通過(guò)智慧礦山建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式，以此驅(qū)動(dòng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和智慧化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘，將海量信息和行業(yè)智慧，經(jīng)過(guò)智能計(jì)算分析服務(wù)于企業(yè)安全生產(chǎn)、分析決策。

4) 通過(guò)視頻全面云化，實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)網(wǎng)和資源共享，統(tǒng)一智能分析，實(shí)現(xiàn)視頻的全生命周期管理，讓視頻產(chǎn)生更多的價(jià)值。

5) 提供面向煤礦主題的數(shù)據(jù)服務(wù)。搭建事故風(fēng)險(xiǎn)分析平臺(tái)，讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值，為安全生產(chǎn)決策分析提供參考，打造煤礦數(shù)據(jù)底座，提升煤礦的運(yùn)營(yíng)效率。

3 智能礦山云的總體架構(gòu)

智能礦山整體架構(gòu)，以云數(shù)據(jù)中心和云平臺(tái)為基礎(chǔ)，利用智能融合平臺(tái)集成整合各類系統(tǒng)，打通各類數(shù)據(jù)，使終端數(shù)據(jù)源源不斷地傳輸?shù)街腔鄞竽X—智慧礦山云當(dāng)中加以分析回饋和利用，如圖1所示。

圖1 潞安云數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)示意

設(shè)備感知層包括井下井上各類傳感器數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層包括 4G/5G/WiFi 等無(wú)線和有線接入以及作為統(tǒng)一業(yè)務(wù)承載的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，不同的接入終端按照帶寬需求、接口需求選擇不同接入技術(shù)，然后通過(guò)統(tǒng)一切片網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄瞎歉晒?jié)點(diǎn)，再由井上骨干節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)郊瘓F(tuán)云數(shù)據(jù)中心。

IT 基礎(chǔ)設(shè)施層(云數(shù)據(jù)中心)包括：獨(dú)立服務(wù)器，虛擬化資源池，數(shù)通設(shè)備，備份相關(guān)軟硬件等，不同應(yīng)用基于應(yīng)用需求選擇部署。

平臺(tái)部分分為綜合管控平臺(tái)和智能礦山數(shù)字平臺(tái)，綜合管控平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)接各工業(yè)自動(dòng)化控制相關(guān)子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集和解析，解析好的數(shù)據(jù)一方面推送到綜合管控平臺(tái)，同時(shí)推送到智能礦山數(shù)字平臺(tái)做數(shù)據(jù)的進(jìn)一步治理和數(shù)據(jù)挖掘，信息化子系統(tǒng)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)可以直接和數(shù)字平臺(tái)集成完成數(shù)據(jù)采集。

應(yīng)用層包括傳統(tǒng)的自動(dòng)化子系統(tǒng)，信息化子系統(tǒng)和基于云的數(shù)字化應(yīng)用，基于云的數(shù)字化應(yīng)用有：綜合管控平臺(tái)，AI井口安防，智能倉(cāng)儲(chǔ)等其他井上智能應(yīng)用。

3.1 系統(tǒng)集成架構(gòu)

OT數(shù)據(jù)統(tǒng)一由IOT 平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和解析，推送給綜合管控系統(tǒng)。IT數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)融合集成平臺(tái)直接和應(yīng)用集成抽取，完成入湖。實(shí)時(shí)場(chǎng)景視頻數(shù)據(jù)在井下完成推理后轉(zhuǎn)發(fā)到井上視頻管理平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，視頻管理平臺(tái)同步視頻數(shù)據(jù)到集團(tuán)云進(jìn)行遠(yuǎn)端訓(xùn)練，遠(yuǎn)端訓(xùn)練完以后并將訓(xùn)練結(jié)果同步到礦側(cè)邊端推理平臺(tái)。非實(shí)時(shí)場(chǎng)景視頻數(shù)據(jù)直接在井上視頻管理平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，在井上進(jìn)行AI推理。其他應(yīng)用通過(guò)數(shù)據(jù)融合集成平臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)消費(fèi)，GIS 服務(wù)由其他應(yīng)用直接集成。

3.2 架構(gòu)優(yōu)勢(shì)

煤礦的信息基礎(chǔ)設(shè)施包括云、AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、視頻、集成通信等，這些都是支撐煤礦各種業(yè)務(wù)應(yīng)用所需要具備的能力。通過(guò)智能礦山云軟硬結(jié)合把所有平臺(tái)基礎(chǔ)能力集成起來(lái)，通過(guò)統(tǒng)一的接口向外輸出數(shù)據(jù)提供給各類應(yīng)用。各個(gè)業(yè)務(wù)部門和煤礦企業(yè)只要聚焦于業(yè)務(wù)應(yīng)用，把業(yè)務(wù)做好，而不需要去考慮平臺(tái)能力建設(shè)。

所有的智能礦山基礎(chǔ)能力全部通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)字平臺(tái)層輸出，包括AI使能、數(shù)據(jù)使能、業(yè)務(wù)使能、集成使能、開(kāi)發(fā)使能等能力，業(yè)務(wù)應(yīng)用所需要的云的資源數(shù)據(jù)的資源和視頻的資源，全部統(tǒng)一調(diào)度，大大降低了系統(tǒng)對(duì)接的難度。

通過(guò)智能礦山數(shù)字平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了共性基礎(chǔ)能力的有序融合。數(shù)字平臺(tái)不是一個(gè)無(wú)序的堆砌，整個(gè)功能模塊是有機(jī)融合的統(tǒng)一IT架構(gòu)，通過(guò)這個(gè)架構(gòu)把共性能力構(gòu)建起來(lái)，去支撐整個(gè)應(yīng)用的集成創(chuàng)新。

帶來(lái)了煤礦應(yīng)用的創(chuàng)新和價(jià)值提升。當(dāng)構(gòu)建了這種共性平臺(tái)，所有的應(yīng)用都可以去使用，獲取到下面這些平臺(tái)的能力，它還能夠基于業(yè)務(wù)應(yīng)用通過(guò)使能層對(duì)這些能力進(jìn)行優(yōu)化組合。比如原來(lái)在進(jìn)行應(yīng)急視頻會(huì)商時(shí)，需要分別通過(guò)集成通信平臺(tái)、GIS平臺(tái)和視頻平臺(tái)調(diào)用所需的集成通信服務(wù)、GIS服務(wù)和視頻服務(wù)，現(xiàn)在智能平臺(tái)可以基于視頻會(huì)商場(chǎng)景對(duì)上述服務(wù)進(jìn)行業(yè)務(wù)編排，打包形成一個(gè)視頻會(huì)商API進(jìn)行直接調(diào)用，對(duì)于數(shù)據(jù)服務(wù)的調(diào)用也一樣，真正帶來(lái)了煤礦應(yīng)用的創(chuàng)新和價(jià)值提升。

重新盤活煤礦的數(shù)字資產(chǎn)。數(shù)字平臺(tái)運(yùn)營(yíng)的核心是數(shù)字資產(chǎn)。過(guò)去，煤礦的數(shù)字資源主要是人、機(jī)、環(huán)數(shù)據(jù)；現(xiàn)在，基于數(shù)字平臺(tái)不僅實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、環(huán)數(shù)據(jù)(管理數(shù)據(jù))的融合，給煤礦的經(jīng)營(yíng)管理提供數(shù)據(jù)支撐，基于數(shù)字平臺(tái)來(lái)沉淀、盤活業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)模型。一方面通過(guò)數(shù)字平臺(tái)的業(yè)務(wù)編排能力對(duì)智能綜采、智能儲(chǔ)運(yùn)等生產(chǎn)過(guò)程的一些典型業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行梳理、抽象和固化。另一方面， 通過(guò)數(shù)字平臺(tái)的資產(chǎn)工具支持?jǐn)?shù)字孿生煤礦的構(gòu)建。

降低了新技術(shù)的駕馭難度：通過(guò)數(shù)字平臺(tái)進(jìn)一步降低新技術(shù)的駕馭難度。同時(shí)希望通過(guò)數(shù)字平臺(tái)的使能層，把所有的能力向ISV(業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)商)輸出。以前ISV需要和云平臺(tái)單獨(dú)對(duì)接，和大數(shù)據(jù)平臺(tái)單獨(dú)對(duì)接，和集成通信平臺(tái)單獨(dú)對(duì)接，現(xiàn)在希望通過(guò)使能層來(lái)簡(jiǎn)化這種對(duì)接難度，支撐ISV能夠快速地開(kāi)發(fā)新的業(yè)務(wù)應(yīng)用，構(gòu)建創(chuàng)新能力。

釋放了行業(yè)的創(chuàng)新活力：通過(guò)智能礦山數(shù)字平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的開(kāi)放，比如一些煤礦可以舉辦數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)意大賽，釋放社會(huì)的創(chuàng)新活力。同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)開(kāi)放，也可以進(jìn)一步發(fā)揮群體智慧，讓ISV參與應(yīng)用開(kāi)發(fā)。另外，數(shù)字平臺(tái)人工智能能力的開(kāi)放，也將對(duì)煤礦各種各樣的應(yīng)用帶來(lái)更高的價(jià)值。

4 智能礦山云的效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

集團(tuán)總部建設(shè)智能礦山云避免了各子分公司自建的重復(fù)投資與資源浪費(fèi)，能加快智能化改造和部署的速度，其直接經(jīng)濟(jì)效益明顯；通過(guò)流程優(yōu)化、閉環(huán)管控，可以減少中間環(huán)節(jié)，其間接經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯；此外，云數(shù)據(jù)中心、調(diào)度指揮平臺(tái)等項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集中管理，減少維護(hù)與運(yùn)行成本，其直接經(jīng)濟(jì)效益也很突出。

集團(tuán)端建智能礦山云，可以使各礦井全身心的投入的礦井生產(chǎn)的提質(zhì)增效和技術(shù)研究當(dāng)中，甩掉了信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的包袱，可以有效增加生產(chǎn)效率，達(dá)到減人增產(chǎn)增效的目的。

4.2 社會(huì)效益

在當(dāng)前數(shù)智支撐、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)下起到示范效應(yīng)，通過(guò)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與智能管控平臺(tái)建設(shè)，可以改變傳統(tǒng)的開(kāi)采模式與管理模式，未來(lái)煤礦從業(yè)人員屬于具有“云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能裝備”現(xiàn)代化技術(shù)的踐行者。

4.3 安全效益

通過(guò)平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中展示、突發(fā)事件的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)與指揮，快速獲取各類數(shù)據(jù)信息，為安全事件的應(yīng)急處置贏得時(shí)間，提升礦井安全可靠性。

通過(guò)平臺(tái)管控可實(shí)現(xiàn)安全信息一體化，進(jìn)而提高礦井安全系數(shù)；基于人員與設(shè)備的精確定位、一張網(wǎng)通信融合以及礦井“一張圖”等可實(shí)現(xiàn)“人、機(jī)、環(huán)、管”融合、位置服務(wù)與區(qū)域協(xié)同，進(jìn)而提高突發(fā)應(yīng)急事件的處置效率，其安全效益巨大。根據(jù)歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)的安全生產(chǎn)形勢(shì)進(jìn)行預(yù)判和預(yù)警，有效避免因事故造成的生產(chǎn)中斷甚至人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

智能礦山云的構(gòu)建是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)步驟，能夠?qū)崒?shí)在在地提升生產(chǎn)效率，真正提升數(shù)據(jù)的價(jià)值，徹底激發(fā)應(yīng)用價(jià)值。基于煤礦數(shù)字平臺(tái)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)可以完全具備大數(shù)據(jù)、視頻、GIS、集成通信、IOT 甚至AI的全部能力。而按照傳統(tǒng)方式開(kāi)發(fā)的應(yīng)急系統(tǒng)，基本上不會(huì)具備所有能力，應(yīng)用效果差異明顯。所以智能礦山數(shù)字平臺(tái)能讓業(yè)務(wù)應(yīng)用價(jià)值最大化，使集團(tuán)資產(chǎn)使用效率最大化，建設(shè)智能礦山云是可行的，也是必要的。