擁抱ICT，智享礦山未來

轉載自《華為技術》

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

中煤能源集團首席專家 朱林

煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質量發(fā)展的核心，而煤礦的進化需要在經歷機械化、自動化之后，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現數據的自動化采集，這在一定程度上為我們智能化的進程帶來阻礙。中國煤礦必須擁抱大數據技術，建立起實時感知的智能化，突破聯(lián)合組網障礙，通過智慧大腦實現安全管理和高效發(fā)展。

云、大數據、AI等是智能化的必備條件，但就實際情況來看，國內的任何一個煤礦都不具備大數據的條件。因為井下環(huán)境、設備、生產等大量數據并不是通過自動化，而是通過人工的方式采集。人工采集的數據作為智能化控制系統(tǒng)的決策依據并不科學，存在不連續(xù)、不完整等問題。

所謂的大數據技術，必須在數據報表的自動化采集、積累的基礎上，才能支撐起系統(tǒng)的自主分析、決策與控制。實現智能化的前提是要讓設備自我感知，即傳感器替代人工收集，同時，讓人眼視覺識別變成AI機器識別。

只有實時感知，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造查清，要做到這點只有依靠先進的通信技術。礦山是動態(tài)的，只有讓設備連網進行數據采集和傳送，實時把數據匯入數據湖，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，設備在線率僅有40%~50%。設備不在線無法實現智能化控制，更無法聯(lián)動。

如何解決設備實時在線的問題？答案是有線和無線綜合的網絡覆蓋以及設備自主組網。

有線網絡雖然覆蓋距離更廣，但它是插拔式的，而運輸設備分散，且經常處于移動狀態(tài)，線路容易折斷，可靠性差。比如，在綜采面由于采煤機、電液壓支架、刮板運輸機時刻處于運動狀態(tài)，傳統(tǒng)的光纖經常折斷。

把井下的光纖網絡與5G、WiFi-6等結合起來，讓每臺設備無線上網，減少接插件的數量，網絡可靠性將大幅提升。我們可以把無線接入點、基站融合到井下的各種設備中，采煤機、液壓支架等都可以成為各種無線網絡的接入點、基站，因為這些設備本身就已經有電源、有防爆盒。

同時，建立了足夠的接入點后，需要讓設備之間實現自動組網。這樣，即使掉線，也可以自我修復，大幅提升了在線率、保障設備的可靠性。

目前這類技術已經被成熟應用，如各類Wi-Fi模組、5G模組、藍牙模組、T-Box等。Wi-Fi模組與華為HiLink等生態(tài)平臺的結合，正在智能家居中大放異彩。只需嵌入一個小小的Wi-Fi模組，就能實現智能化改造，擁有智能控制、互聯(lián)互通互動以及安全等關鍵能力。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”地完成軟件和應用開發(fā)即可，效率高、周期短。

聯(lián)合組網，突破障礙

關于建設智能煤礦的一個重要的思路，就是進行煤礦井下的聯(lián)合組網。聯(lián)合組網主要分為兩個維度：第一是無線網絡和有線網絡的融合，保障設備的高在線率，實現煤礦的全面感知，智能聯(lián)動；第二是專網的融合，就是井下的多種業(yè)務系統(tǒng)使用一張網來承載，在保障各個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定獨立地運行前提下，業(yè)務系統(tǒng)之間的數據可以按需靈活交互。

當前，煤礦井下環(huán)網的數量眾多，有瓦斯監(jiān)控專網，還有有線調度通信專網、廣播通信專網、機電控制專網、視頻監(jiān)控專網等等。不同網絡系統(tǒng)之間均為獨立規(guī)劃建設，設備各自獨立供電，通信鏈路分離，互不聯(lián)動。這種專網專用成為智能化最大障礙，急需突破。

形成專網專用的原因，是此前采用的傳統(tǒng)工業(yè)以太網容易引起網絡擁塞，嚴重的還會發(fā)生丟包。像瓦斯?jié)舛葯z測這樣涉及生產安全的系統(tǒng)，跟其他的業(yè)務跑在一個網絡上，是不被接受的。

隨著網絡技術的進步，融合網的可靠性早已遠遠超過專網。當前，像華為等廠家提供的基于SDN架構的礦山融合IP工業(yè)網設備，骨干網絡帶寬達到50Gbps，并支持平滑升級到100Gbps，滿足5~10年井下各類不同業(yè)務的帶寬訴求。其中的網絡切片技術，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，讓不同的網絡切片承載不同的業(yè)務，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)務流量不受其他業(yè)務流量突發(fā)變動的影響，使得遠程控制更加平滑流暢，語音和視頻更加清晰，實現井下業(yè)務的可靠通信。

融合IP工業(yè)網的切片技術和5G無線網絡的切片技術一致，可以無縫連接，實現真正一張網。對于網絡的管理，通過iFIT隨流檢測技術，網絡的健康度、業(yè)務流量的傳輸質量都可以在集控中心的大屏上看得一清二楚。一旦業(yè)務的傳輸質量發(fā)生下降，工作人員可以進行預測性的分析維護，幾分鐘就能定位到網絡哪個位置發(fā)生了問題，無需運維人員下井逐一插拔光模塊查找問題，極大地提升了運維效率。

未來，隨著智能煤礦應用的不斷疊加，每新增一套系統(tǒng)就新增一張網絡的方式難以延續(xù)。不同系統(tǒng)的網絡設備獨立安裝，獨立供電，會給煤礦帶來了極大的資源浪費和多節(jié)點的設備故障隱患。另外，專網數量多，網絡運維的難度快速上升，雖然井下生產不斷在減人，但是網絡運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，必須要進行網絡的聯(lián)合。

煤礦井下大量專網的存在，抑制了煤礦數據的自由流動，阻礙了煤礦智能化的發(fā)展。因此，建設智能煤礦，就應當跳出傳統(tǒng)煤礦建設的條條框框，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據分析支撐的智慧大腦，并配置兩級智慧大腦，一個放在井上集控中心，一個放在井下設備列車。

比如，把瓦斯采集系統(tǒng)安裝在采煤機上，瓦斯?jié)舛雀吡?，設備停止工作，但是瓦斯抽走了，設備卻不能再次自啟動，需要人工去操作。根本原因是沒有一個智慧大腦去判斷，采煤機是否滿足再次啟動條件，需要人去分析和判斷。這樣的非實時性業(yè)務，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)動場景。與人工相比，機器對數據的采集、分析、決策、控制，能讓整個環(huán)路更及時、可靠、高效。井下的水都要進水倉，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問題了。此時，智慧大腦會讓設備及時停止作業(yè)，并根據井下的全局數據，找出問題所在。這種對實時性要求極高的智慧大腦，可以放在井下設備列車上。

目前行業(yè)正在大力研發(fā)推進三機聯(lián)動場景。過去，算力和通信速率都嚴重不足，雖然實現了三機聯(lián)動，但是延遲非常大。20年過去，國內自主研發(fā)的芯片和硬件已經達到了很高的水平。華為礦鴻操作系統(tǒng)通過對三機的改造，讓過往三個分開的大腦，變成一個以采煤機為核心的超級大腦，協(xié)調和決策支配其他設備的聯(lián)動，這就是對實時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)網平臺是ICT技術與煤礦行業(yè)實際業(yè)務深入融合的結果。這種融合以數字平臺、物聯(lián)網平臺為基礎，通過攜手工業(yè)應用、設備廠家，打通跨系統(tǒng)業(yè)務數據流、生產數據，構建數字孿生。基于統(tǒng)一的數據平臺和數據標準，人工智能和大數據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，不僅能夠實現人機互聯(lián)、機機互聯(lián)、萬物感知，而且支持煤礦行業(yè)統(tǒng)一架構，實現不同廠商各個設備下的統(tǒng)一管理，為煤礦設備智能協(xié)作提供業(yè)務基座。

行業(yè)一致認同的“統(tǒng)一標準、統(tǒng)一架構”的煤礦工業(yè)互聯(lián)網架構還在進行中，但全面煤礦智能化的進程有望在10年之內完成，信心源于以下兩點：第一，ICT技術在飛速進步，智能化的成本不斷下降；第二，中國在2030年“碳達峰”之后，煤炭總產量必然會不斷減少，非燃料的煤炭的價值隨之提升，企業(yè)為增加效益而實現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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