智能化開采已成為我國(guó)煤炭工業(yè)的第四次技術(shù)革命，是煤炭業(yè)落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。
為助力煤礦實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化發(fā)展，華為技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱：華為）于2021年成立了華為煤礦軍團(tuán)，依托其自身在信息與通信技術(shù)（ICT，information and communications technology）方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造性地提出了“一網(wǎng)一云一平臺(tái)”的智能煤礦總體架構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，國(guó)家能源神東煤炭集團(tuán)攜手華為于2021年9月14日推出了華為礦鴻，為智能礦山建設(shè)賦能。華為礦鴻是對(duì)“一網(wǎng)一云一平臺(tái)”架構(gòu)的繼承和迭代升級(jí)，具有里程碑意義，開辟了煤礦智能化建設(shè)的新紀(jì)元?；谌A為在ICT方面的強(qiáng)大賦能能力，以及華夏天信智能物聯(lián)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱：華夏天信）在煤炭行業(yè)多年積累的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，在第十九屆中國(guó)國(guó)際煤炭采礦技術(shù)交流會(huì)及設(shè)備展覽會(huì)上，華為與華夏天信雙方共同推出了以礦鴻為核心的智能礦山解決方案，本文重點(diǎn)討論基于華為礦鴻的智能礦山建設(shè)架構(gòu)設(shè)計(jì)、合作規(guī)劃及其礦鴻物聯(lián)應(yīng)用實(shí)踐。
一、華為礦鴻是什么？
煤礦智能化建設(shè)的核心業(yè)務(wù)是裝備智能化及其工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)連接，然而煤礦井下的設(shè)備來(lái)自不同的廠商，每個(gè)不同的系統(tǒng)都有自己的接口與協(xié)議，甚至存在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)與操作系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)間互通、對(duì)接與協(xié)同十分困難，且不自主可控。
華為礦鴻是基于鴻蒙操作系統(tǒng)，面向煤礦工業(yè)領(lǐng)域打造的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；是新一代通信技術(shù)、云計(jì)算、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，與煤礦工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際業(yè)務(wù)進(jìn)行深度的有機(jī)融合；是真正國(guó)產(chǎn)的自主可控的煤礦行業(yè)終端設(shè)備操作系統(tǒng)。華為礦鴻系統(tǒng)首先定義物聯(lián)接口規(guī)范：統(tǒng)一接口，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，簡(jiǎn)化互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)礦山設(shè)備超級(jí)互聯(lián)；其次建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和框架：通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議框架，進(jìn)一步形成一套煤礦物聯(lián)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；最終將所有數(shù)據(jù)匯入統(tǒng)一的“數(shù)據(jù)湖”，支撐煤礦領(lǐng)域各業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)應(yīng)用與價(jià)值挖掘?？傊?，華為礦鴻系統(tǒng)向下可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種軟硬件資源接入、控制和管理；向上可提供開發(fā)接口、存儲(chǔ)計(jì)算及工具資源等支持，并以工業(yè)APP的形式提供各種各樣的服務(wù)。基于此平臺(tái)，華為攜手工業(yè)應(yīng)用伙伴以及裝備制造伙伴，為用戶提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整體解決方案。
二、基于華為礦鴻的整體架構(gòu)
華為“一網(wǎng)一云一平臺(tái)”的智能煤礦總體架構(gòu)，是基于統(tǒng)一的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一的云計(jì)算服務(wù)與統(tǒng)一的數(shù)字管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)煤礦全業(yè)務(wù)融合與管理，是IT與CT的融合；與此同時(shí)，華為礦鴻的推出，也實(shí)現(xiàn)了與OT（Operational Technology）技術(shù)的融合。智能礦山就是將IT、CT和OT技術(shù)深度融合，并將融合成果在礦山領(lǐng)域全面應(yīng)用。簡(jiǎn)而言之，就是ICOT技術(shù)在礦山領(lǐng)域的全面應(yīng)用。
華為礦鴻整體技術(shù)架構(gòu)分為四層，即礦鴻物聯(lián)層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)字平臺(tái)層與智能應(yīng)用層（見圖1）。
圖1 基于華為礦鴻的智能礦山建設(shè)整體技術(shù)架構(gòu)
一是礦鴻物聯(lián)層，利用礦鴻操作系統(tǒng)統(tǒng)一井上井下感知設(shè)備的操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)感知設(shè)備之間的實(shí)時(shí)互聯(lián)，全面感知人、機(jī)、環(huán)等安全生產(chǎn)要素的位置、狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能控制。
二是基礎(chǔ)設(shè)施層，主要包括自主可控的云服務(wù)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施等。其中，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施主要構(gòu)建統(tǒng)一的工業(yè)承載網(wǎng)，并提供多樣化接入方式；云服務(wù)平臺(tái)采用華為云計(jì)算等技術(shù)，統(tǒng)一承載礦山全場(chǎng)景業(yè)務(wù)。
三是數(shù)字平臺(tái)層，智能礦山建設(shè)的核心，關(guān)系到數(shù)據(jù)的接入與應(yīng)用的擴(kuò)展，具有良好的開放性與可擴(kuò)展特性，向下實(shí)現(xiàn)各種感知數(shù)據(jù)的接入，向上為智能礦山開發(fā)提供各種服務(wù)，實(shí)現(xiàn)煤礦應(yīng)用使能、數(shù)據(jù)共享與資產(chǎn)沉淀。
四是智能應(yīng)用層，主要面向礦井安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)與決策分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和信息化的融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用資源的集成融合、智能聯(lián)動(dòng)與動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。
在上述架構(gòu)中，礦鴻物聯(lián)層主要應(yīng)用OT技術(shù)，基礎(chǔ)設(shè)施層主要應(yīng)用CT技術(shù)，數(shù)字平臺(tái)層和智能應(yīng)用層主要應(yīng)用IT技術(shù)。由此可見，智能礦山建設(shè)必須將IT、CT與OT融合，首先是通過安全可信的網(wǎng)絡(luò)，將OT感知數(shù)據(jù)傳輸至IT數(shù)字平臺(tái)層與智能應(yīng)用層；其次是將IT數(shù)字平臺(tái)層與智能應(yīng)用層的數(shù)據(jù)處理與分析結(jié)果，高效下發(fā)至礦鴻物聯(lián)層OT裝備執(zhí)行智能化控制。IT、CT與OT融合的核心關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)層面的融合，即構(gòu)建統(tǒng)一的通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，打破數(shù)據(jù)壁壘，打通數(shù)據(jù)上行和下行的通道，并將全部數(shù)據(jù)整理匯聚，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、綜合分析和建模預(yù)測(cè)。
基于華為礦鴻的智能礦山建設(shè)整體技術(shù)架構(gòu)，充分考慮到華夏天信與華為的各自技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提供面向煤礦的全面解決方案。其中，華為在5G、F5G、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI、數(shù)字孿生等方面能力突出、業(yè)內(nèi)領(lǐng)先；華夏天信在礦鴻物聯(lián)層的UWB精準(zhǔn)定位、安全監(jiān)控、煤機(jī)裝備控制、數(shù)字平臺(tái)層的GIS、設(shè)計(jì)協(xié)同，以及智能應(yīng)用層的地質(zhì)保障、綜合管控平臺(tái)等方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和多年的積累。雙方基于華為礦鴻的有機(jī)融合，在智能礦山建設(shè)上預(yù)期可產(chǎn)生1+1＞2的化學(xué)反應(yīng)，將在礦鴻物聯(lián)層的裝備生態(tài)合作、數(shù)字平臺(tái)層的能力共建以及智能應(yīng)用層的創(chuàng)新應(yīng)用聯(lián)合孵化上形成生態(tài)效應(yīng)，為煤礦智能化建設(shè)行業(yè)生態(tài)合作形成示范。
三、基于架構(gòu)的實(shí)踐規(guī)劃
基于華為礦鴻的智能礦山建設(shè)整體架構(gòu)，華夏天信與華為煤礦軍團(tuán)重點(diǎn)圍繞礦鴻物聯(lián)的裝備生態(tài)合作、數(shù)字平臺(tái)能力共建與創(chuàng)新應(yīng)用聯(lián)合孵化等方面進(jìn)行規(guī)劃實(shí)踐，重點(diǎn)解決合作中涉及的關(guān)鍵核心技術(shù)與問題。
首先是礦鴻物聯(lián)的裝備生態(tài)合作。
礦鴻物聯(lián)層面，當(dāng)前煤礦智能生產(chǎn)與智能安全的裝備子系統(tǒng)基本上都是獨(dú)立建設(shè)，且系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間由于耦合度較高，系統(tǒng)間難以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。改變此類現(xiàn)狀的唯一途徑，就是利用華為礦鴻OS系統(tǒng)和數(shù)字平臺(tái)對(duì)各類割裂的智能感知與控制設(shè)備進(jìn)行賦能。華為礦鴻OS系統(tǒng)具備自主可控、設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)化、信息交互智能化等諸多優(yōu)勢(shì)，而數(shù)字平臺(tái)具備數(shù)據(jù)治理和融合能力。通過利用華為礦鴻OS系統(tǒng)對(duì)智能感知與控制設(shè)備及其子系統(tǒng)進(jìn)行賦能，可按照智能礦山建設(shè)整體架構(gòu)的四層體系，將智能感知與控制設(shè)備及其子系統(tǒng)的各個(gè)組成部分進(jìn)行分層解耦，在一個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)IT、CT和OT的融合，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)自身設(shè)備之間、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)互聯(lián)和聯(lián)動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的智能化升級(jí)。華夏天信原本具備采煤機(jī)電控、礦用變頻器、精確定位以及安全監(jiān)控等感知執(zhí)行設(shè)備，已著手利用礦鴻對(duì)相關(guān)感知物聯(lián)設(shè)備進(jìn)行賦能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化及其鴻蒙化，同時(shí)自主可控，為煤礦行業(yè)的裝備生態(tài)合作提供示范，其實(shí)現(xiàn)途徑如圖2所示。
圖2 華夏天信感知設(shè)備的礦鴻物聯(lián)實(shí)現(xiàn)路徑
其次是數(shù)字平臺(tái)1.0能力共建。
為解決煤炭行業(yè)在智能感知與控制設(shè)備及其子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入、GIS應(yīng)用、組態(tài)編輯、協(xié)同設(shè)計(jì)等方面缺乏平臺(tái)支持的問題，華夏天信于2018年10月推出了智慧礦山操作系統(tǒng)平臺(tái)（RED-MOS）。2021年9月，在和華為合作后，華夏天信把RED-MOS的能力進(jìn)行整合遷移，與華為一起打造適應(yīng)礦山場(chǎng)景的專業(yè)化數(shù)字平臺(tái)。目前，華為數(shù)字平臺(tái)已具備人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、融合通訊、物聯(lián)網(wǎng)、敏捷開發(fā)、時(shí)空位置與視頻監(jiān)控等8類技術(shù)服務(wù)與能力，已在智慧城市、智慧交通、智慧園區(qū)等領(lǐng)域有非常成功應(yīng)用實(shí)踐。為滿足礦山領(lǐng)域行業(yè)特點(diǎn)，華為煤礦軍團(tuán)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和研發(fā)具有行業(yè)屬性的集成服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，在此基礎(chǔ)上，和華夏天信合作孵化出了8大類，100多種的業(yè)務(wù)服務(wù)（圖3），以更便捷、更友好、更接地氣的方式服務(wù)于礦山智能應(yīng)用。
圖3 華為&華夏天信數(shù)字平臺(tái)1.0的能力共建規(guī)劃
其三，是創(chuàng)新應(yīng)用孵化。
華夏天信多年來(lái)一直致力于煤礦各類應(yīng)用的研發(fā)和實(shí)踐，如綜合管控平臺(tái)、全息一張圖、地質(zhì)保障系統(tǒng)、安全生產(chǎn)協(xié)同管理系統(tǒng)等。在當(dāng)前全國(guó)推動(dòng)煤礦智能化建設(shè)的形勢(shì)下，華夏天信將充分利用華為數(shù)字平臺(tái)的能力，和華為攜手進(jìn)行各類應(yīng)用系統(tǒng)的迭代和智能化升級(jí)。華夏天信和華為將結(jié)合客戶需求，針對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的智能化應(yīng)用場(chǎng)景，在關(guān)鍵算法/模型、AI及大數(shù)據(jù)分析賦能等方面進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)，共同孵化出實(shí)用、好用的創(chuàng)新應(yīng)用。
四、華夏天信在礦鴻物聯(lián)層的應(yīng)用實(shí)踐
通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口和格式，實(shí)現(xiàn)礦山萬(wàn)物互聯(lián)；通過數(shù)據(jù)互通和共享，實(shí)現(xiàn)不同廠商的設(shè)備之間的互通和智能協(xié)作，是構(gòu)建智能煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系的堅(jiān)實(shí)、可靠的基石。自2021年9月，國(guó)家能源神東煤炭集團(tuán)推廣應(yīng)用華為礦鴻，各智能裝備廠商緊鑼密鼓地在神東煤炭集團(tuán)開展適配工作。
華夏天信率先推出了基于“鴻蒙”底座的采煤機(jī)智能電控系統(tǒng)及乳化液泵站智能控制系統(tǒng)，并在2021北京國(guó)際煤機(jī)展亮相，展示了智能裝備在礦鴻物聯(lián)應(yīng)用合作上的第一步。同時(shí)，在采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)及乳化液泵站智能控制系統(tǒng)的研發(fā)上，華夏天信與神東高端研發(fā)中心一直緊密合作，已完全實(shí)現(xiàn)進(jìn)口采煤機(jī)及泵站電控系統(tǒng)由國(guó)產(chǎn)化替代。2022年1月，搭載礦鴻系統(tǒng)的乳化液泵站智能控制系統(tǒng)在神東維修一廠試機(jī)成功，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首套搭載礦鴻操作系統(tǒng)的液壓泵站正式投入使用，目前已在神東集團(tuán)烏蘭木倫礦正式運(yùn)行。
除泵站智能控制外，華夏天信目前在自有的安全監(jiān)控系統(tǒng)、精確人員定位系統(tǒng)和井下通信系統(tǒng)方面積極和華為礦鴻進(jìn)行對(duì)接和適配工作。同時(shí)，華夏天信也正在與國(guó)內(nèi)硬件系統(tǒng)廠商合作，建立生態(tài)伙伴，從智能感知、底層控制、人機(jī)交互及網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域，合力打造基于“礦鴻”底座的采煤機(jī)智能電控系統(tǒng)、礦用防爆變頻器控制系統(tǒng)、礦用防爆變頻一體機(jī)控制系統(tǒng)。
五、“軟總線”技術(shù)及其在設(shè)備感知層的應(yīng)用展望
近些年，圍繞智慧礦山實(shí)施過程中的一片陰霾，就是眾多供應(yīng)商設(shè)備在協(xié)調(diào)工作中，數(shù)據(jù)無(wú)法互聯(lián)互通，大量時(shí)間浪費(fèi)在多家設(shè)備商的協(xié)調(diào)通信和數(shù)據(jù)解釋上。在礦山設(shè)備全面具有礦鴻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，就可以采用華為的“軟總線”技術(shù)，通過協(xié)議貨架和軟硬協(xié)同層屏蔽各種設(shè)備的協(xié)議差別，總線中樞模塊負(fù)責(zé)解析命令完成設(shè)備間發(fā)現(xiàn)和連接，通過任務(wù)和數(shù)據(jù)兩條總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備間文件傳輸、消息傳輸?shù)裙δ堋?
圖4 軟總線技術(shù)結(jié)構(gòu)圖
軟總線的核心技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備間無(wú)感發(fā)現(xiàn)，零等待傳輸，這正與智慧礦山的發(fā)展目標(biāo)不謀而合。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)需要解決3個(gè)問題：
（1）設(shè)備間如何發(fā)現(xiàn)和連接？
（2）多設(shè)備互聯(lián)后如何組網(wǎng)？
（3）多設(shè)備多協(xié)議間如何實(shí)現(xiàn)傳輸？
傳統(tǒng)的設(shè)備發(fā)現(xiàn)是手動(dòng)的，需要人為干預(yù)，比如手機(jī)照片需要傳送到個(gè)人PC上，我們可以采用藍(lán)牙傳輸，首先要打開手機(jī)和PC的藍(lán)牙發(fā)現(xiàn)功能，手機(jī)或者PC點(diǎn)擊搜索設(shè)備，然后互相配對(duì)授權(quán)連接，成功連接后就可以正常收發(fā)數(shù)據(jù)。在分享照片這個(gè)場(chǎng)景中有很多人為的動(dòng)作：開啟藍(lán)牙發(fā)現(xiàn)功能、搜索設(shè)備、配對(duì)授權(quán)，過程繁瑣且耗費(fèi)大量時(shí)間，煤礦設(shè)備之間的互聯(lián)比之更要復(fù)雜。軟總線提出了自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的概念，實(shí)現(xiàn)用戶零等待的自發(fā)現(xiàn)體驗(yàn)，附近同賬號(hào)的設(shè)備自動(dòng)發(fā)現(xiàn)無(wú)需等待。手機(jī)傳送照片是通過藍(lán)牙，假如PC沒有藍(lán)牙功能而只有WIFI，在傳統(tǒng)的場(chǎng)景中可能就無(wú)法實(shí)現(xiàn)分享傳輸了。軟總線提出了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，可以很好解決設(shè)備間不同協(xié)議如何交互的問題。設(shè)備上線后會(huì)向網(wǎng)絡(luò)層注冊(cè)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)層會(huì)與設(shè)備建立通道連接，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備的變換。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)管理設(shè)備的上線下線變換，設(shè)備間可以監(jiān)聽自己感興趣的設(shè)備，設(shè)備上線后可以立即與其建立連接，實(shí)現(xiàn)零等待體驗(yàn)。軟總線可以自動(dòng)構(gòu)建一個(gè)邏輯全連接網(wǎng)絡(luò)，用戶或者業(yè)務(wù)開發(fā)者無(wú)需關(guān)心組網(wǎng)方式與物理協(xié)議。對(duì)于軟件開發(fā)者來(lái)說，軟總線異構(gòu)組網(wǎng)可以大大降低其開發(fā)成本。以后礦山的設(shè)備將自動(dòng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，幾乎無(wú)需大量的網(wǎng)絡(luò)管理和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)工作。
相信在未來(lái)，依靠鴻蒙和軟總線技術(shù)加持，智能礦山的所有設(shè)備將自成網(wǎng)絡(luò)，智能管控平臺(tái)也將大大提高實(shí)用性。
智能礦山的建設(shè)，非朝夕之功。華夏天信與華為及其生態(tài)合作伙伴將聯(lián)合協(xié)作，為井下無(wú)人的煤礦夢(mèng)，為智能礦山的可靠落地，為實(shí)現(xiàn)煤礦安全、集約、高效、綠色開采做出更加積極、有效的貢獻(xiàn)。
來(lái)源：華為技術(shù)
