煤礦智慧礦山建設(shè)在技術(shù)層面如何實(shí)現(xiàn)？

近年來，智慧礦山逐漸成為煤炭行業(yè)的一個(gè)熱詞。然而智慧礦山到底是什么樣？在技術(shù)層面該如何實(shí)現(xiàn)？業(yè)內(nèi)專家理解角度不同，說法不一。

近日，記者就煤礦智慧礦山建設(shè)采訪了華夏天信集團(tuán)智能低碳技術(shù)研究院院長(zhǎng)高強(qiáng)。

“我們對(duì)煤礦智慧礦山的定義就是智能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦的全面應(yīng)用。”高強(qiáng)介紹，“煤礦智慧礦山就是在特定礦山工業(yè)場(chǎng)景下，將人、設(shè)備、環(huán)境通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)及智能感知系統(tǒng)聯(lián)通起來，實(shí)現(xiàn)硬件資源的虛擬化，使所有煤礦都可以借助智慧礦山操作系統(tǒng)開放平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各種定制化功能，也就是開發(fā)各類子系統(tǒng)應(yīng)用程序（APP），及礦山端局云的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，形成數(shù)據(jù)價(jià)值最大化，具有自學(xué)習(xí)、自演化以及快速迭代能力的礦山人工智能系統(tǒng)。”

三層級(jí)技術(shù)群構(gòu)建智慧礦山體系

高強(qiáng)介紹，智慧礦山是一個(gè)非常大的架構(gòu)體系，涉及的技術(shù)眾多且十分復(fù)雜。在他們提出的智慧礦山建設(shè)中，主要可分為三個(gè)層級(jí)的技術(shù)群，分別是位于底層的感知執(zhí)行層、位于中間的網(wǎng)絡(luò)傳輸層和位于頂端的智能應(yīng)用層。

感知執(zhí)行層的眾多技術(shù)是煤礦智慧礦山建設(shè)的基礎(chǔ)。“首先我們要知道井下的人員狀況、設(shè)備及其運(yùn)行參數(shù)、作業(yè)場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)、災(zāi)害識(shí)別監(jiān)測(cè)參數(shù)等內(nèi)容，并對(duì)人員、設(shè)備和傳感器等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確三維定位。”高強(qiáng)說，“同時(shí)，我們會(huì)對(duì)設(shè)備及其通信的所有參數(shù)進(jìn)行編碼。機(jī)器之間要溝通，所有信息都需要唯一編碼，只有這樣才能識(shí)別。如今很多企業(yè)都已具備了相應(yīng)技術(shù)，各個(gè)企業(yè)比拼的就是誰能做得更準(zhǔn)確、更完善。”

位于中間的網(wǎng)絡(luò)傳輸層由軟件定義工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（RED—SDN）和強(qiáng)實(shí)時(shí)傳輸控制技術(shù)（RED—DDS）構(gòu)成。這兩項(xiàng)技術(shù)是智慧礦山建設(shè)中最核心的，它們承擔(dān)了煤礦網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸和控制等關(guān)鍵任務(wù)。

再往上就是智能應(yīng)用層。煤礦井下有很多系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)中都有大量數(shù)據(jù)，以前這些數(shù)據(jù)基本都是相互獨(dú)立的。“如果能把所有系統(tǒng)聯(lián)起來，把所有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，建立智慧礦山操作系統(tǒng)（RED—MOS），在此基礎(chǔ)上，各廠商可以像開發(fā)手機(jī)APP一樣，在我們的平臺(tái)上開發(fā)各自擅長(zhǎng)的應(yīng)用子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)底層數(shù)據(jù)互動(dòng)。”高強(qiáng)說，“這樣就能獲得煤礦安全生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)，建設(shè)礦區(qū)的端局云平臺(tái)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人工智能分析和決策。”

高強(qiáng)介紹：“比如井下某個(gè)地方瓦斯爆炸了，原來需要地面電話通知井下人員撤離。應(yīng)用該平臺(tái)后，應(yīng)急廣播可以立刻自動(dòng)通知人員撤離，還能根據(jù)井下巷道情況自動(dòng)規(guī)劃出一條最合理的逃生路線，對(duì)可能擴(kuò)大危險(xiǎn)的設(shè)備采取斷電等措施，在事故后計(jì)算出最短的救援通道等。”

兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)聯(lián)接井下設(shè)備、系統(tǒng)

在華夏天信集團(tuán)提出的煤礦智慧礦山建設(shè)中，最核心的技術(shù)是能把井下各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)在一起的RED—DDS技術(shù)和RED—SDN技術(shù)。

通過RED—DDS技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。“一個(gè)煤礦至少有十個(gè)系統(tǒng)，如排水、供電、人員定位、瓦斯抽采、運(yùn)輸、安監(jiān)等，各個(gè)系統(tǒng)可能由不同公司施工建設(shè)。每個(gè)公司的系統(tǒng)都需要在地面裝2臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器，每個(gè)系統(tǒng)都要聯(lián)網(wǎng)，各公司往往會(huì)采用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、參數(shù)編碼等。時(shí)間久了，煤礦井下同時(shí)有幾十個(gè)不同公司的系統(tǒng)在運(yùn)行，整個(gè)礦山的安全及數(shù)據(jù)互動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)很多問題。”高強(qiáng)說，“我們通過RED—DDS技術(shù)能讓不同系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)話。這樣， A公司的安監(jiān)系統(tǒng)，B公司的人員定位系統(tǒng)，C公司的瓦斯抽采系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)有效聯(lián)通。”

“通過RED—SDN技術(shù)可以監(jiān)控聯(lián)在一起的不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。”高強(qiáng)介紹，“以往各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立時(shí)，如果遇到外部網(wǎng)絡(luò)攻擊，有時(shí)候單個(gè)設(shè)備、服務(wù)器不能快速識(shí)別攻擊。等網(wǎng)絡(luò)攻擊擴(kuò)大到一定程度時(shí)，網(wǎng)絡(luò)才知道，但這已經(jīng)造成了一定損失。而在RED—SDN監(jiān)控下，網(wǎng)絡(luò)里每一臺(tái)設(shè)備發(fā)送的流量、數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男?、帶寬都?shí)時(shí)被監(jiān)控著，系統(tǒng)能第一時(shí)間判斷出是否被攻擊或有病毒侵入，并及時(shí)處理，保障整個(gè)井下網(wǎng)絡(luò)安全。”

同時(shí)，RED—SDN技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)帶寬的動(dòng)態(tài)分配。煤礦井下有很多數(shù)據(jù)需要傳到地面的監(jiān)控室和調(diào)度室，有些設(shè)備要求數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸，發(fā)生任何事情，地面操作系統(tǒng)都能及時(shí)對(duì)其進(jìn)行控制并采取措施，而有些數(shù)據(jù)不需要實(shí)時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)量卻很大，如井下的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。原來的網(wǎng)絡(luò)無法保障數(shù)據(jù)的快速實(shí)時(shí)傳輸，延遲時(shí)間不固定且量很大。這也是煤礦遠(yuǎn)程開采或無人開采難以真正實(shí)現(xiàn)的重要原因之一。

“通過RED—SDN技術(shù)，再結(jié)合相關(guān)技術(shù)，可以從總帶寬中為需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分配專門的帶寬，并對(duì)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行定義，這樣就可以保證實(shí)時(shí)指令快速交互傳輸。”高強(qiáng)說。

平臺(tái)化不足制約智慧礦山建設(shè)

高強(qiáng)介紹，煤礦智慧礦山建設(shè)是一步步發(fā)展起來的，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從局部子系統(tǒng)到整個(gè)礦山系統(tǒng)。煤礦智慧礦山建設(shè)的第一個(gè)階段是軟件基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)化，第二個(gè)階段是單系統(tǒng)智能化，第三個(gè)階段是多系統(tǒng)智能化，第四個(gè)階段才是礦區(qū)全系統(tǒng)的智能化。

“礦山全系統(tǒng)的智能化和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開采是我們的終極目標(biāo)。全國(guó)煤礦的發(fā)展水平各異，我們從設(shè)備層、礦山內(nèi)部的系統(tǒng)融合等出發(fā)，將根據(jù)不同企業(yè)、不同需求，一步一步去實(shí)現(xiàn)。不過所有的工作都將圍繞著我們煤礦智慧礦山建設(shè)的整體框架進(jìn)行?，F(xiàn)在實(shí)現(xiàn)不了的，就先把接口留著。”高強(qiáng)說。

目前，煤礦智慧礦山還處于建設(shè)中，很多問題需要解決，這些技術(shù)的全面實(shí)現(xiàn)，還需要突破一些技術(shù)上的難關(guān)。

“一方面是技術(shù)開發(fā)的工作量還很大，另一方面則是需要健全設(shè)備、技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等行業(yè)相關(guān)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。但只要行業(yè)所有公司聯(lián)合起來，結(jié)合其他物聯(lián)網(wǎng)公司的大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，我相信在不遠(yuǎn)的將來我們一定能建成煤礦智慧礦山。”高強(qiáng)表示。