建设智能矿山云的探讨与分析

范宏杰，程瑞鹏

(潞安集团 信息科技分公司,山西 长治 046204)

1 现状分析

全球云计算市场迅速增长，世界信息产业强国和地区对云计算给予了高度关注，已把云计算作为未来战略产业的重点，纷纷研究制定并出台云计算发展战略规划，加快部署国家级云计算基础设施，并加快推动云计算的应用，抢占云计算产业制高点。云计算的出现将全球化的概念带入了新的层次，它成为了创新和经济发展的一个“增强剂”，是能够为企业带来具有竞争力的基础设施。

目前很多煤企正大力推进数字化转型，构建了以优势煤炭产业为基础，新型高端现代煤化工为主导的中高端现代产业体系，致力全面建设高质量发展的一流能化企业集团。但是，党建、办公自动化、人力资源、财务、运销、供应、调度和安全监控等信息系统处于分散建设和分散管理的状态，各系统由各业务处室独立规划、建设。各系统分别进行所需数据的采集与汇聚，重复且独立的数据汇聚与业务整合，导致各系统数据标准不一致、数据质量参差不齐，难以有效进行跨业务共享。同时，由于缺乏各类数据开发支撑工具，对已有的各类异构数据难以进行深度分析、挖掘数据价值，形成大量的信息壁垒和信息孤岛，数据不能共享，业务协同不足，不能满足集团战略转型升级要求。

因此，做好顶层架构设计，按照“标准化、集中化”，打造“纵向集成，横向贯通”的集团管控平台建设需求，建设支持集团管控应用子系统的统一云数据中心，统一IT基础设施，统一运维管理，实现计算资源、存储资源及网络资源的虚拟化聚合部署，各应用子系统进行资源按需分配，建立符合等级保护要求的安全体系，有助于提升总部和各子分公司提升数智化水平，提升生产效率，提升数据的准确性和利用率，为集团管理和生产决策提供有益参考，为智能化矿井的建设提供坚强的基础保障。

2 智能矿山云价值

云是智能矿山的核心基础，通过基于云的数字平台，将原本孤立的管控、生产等业务子系统统一接入后综合分析展示、集成联动和统一服务，能够打通集团各离散子系统信息孤岛、融合所需数据，统一数据出口，数据调用化繁为简，应用开发更敏捷；缩短开发上线部署周期、最高效率扩展新业务。

1) 实现服务集成、消息集成、数据集成，支撑跨“多云”应用、数据、服务、资源等的协同，以达到企业的内部互通、内外互通、多云互通。

2) 通过大数据实现数据集成、数据全连接，建设人员，设备，环境，空间四大主题库，提供面向煤矿主题的数据服务。量化数据质量，让数据产生价值；打造煤矿数据底座，提升煤矿的运营效率。

3) 通过智慧矿山建设，实现数据统一格式，以此驱动大数据的应用和智慧化，实现数据价值挖掘，将海量信息和行业智慧，经过智能计算分析服务于企业安全生产、分析决策。

4) 通过视频全面云化，实现视频联网和资源共享，统一智能分析，实现视频的全生命周期管理，让视频产生更多的价值。

5) 提供面向煤矿主题的数据服务。搭建事故风险分析平台，让数据产生价值，为安全生产决策分析提供参考，打造煤矿数据底座，提升煤矿的运营效率。

3 智能矿山云的总体架构

智能矿山整体架构，以云数据中心和云平台为基础，利用智能融合平台集成整合各类系统，打通各类数据，使终端数据源源不断地传输到智慧大脑—智慧矿山云当中加以分析回馈和利用，如图1所示。

图1 潞安云数据中心结构示意

设备感知层包括井下井上各类传感器数据、视频数据。

网络层包括 4G/5G/WiFi 等无线和有线接入以及作为统一业务承载的工业环网，不同的接入终端按照带宽需求、接口需求选择不同接入技术，然后通过统一切片网络传输到井上骨干节点，再由井上骨干节点传输到集团云数据中心。

IT 基础设施层(云数据中心)包括：独立服务器，虚拟化资源池，数通设备，备份相关软硬件等，不同应用基于应用需求选择部署。

平台部分分为综合管控平台和智能矿山数字平台，综合管控平台负责对接各工业自动化控制相关子系统完成数据采集和解析，解析好的数据一方面推送到综合管控平台，同时推送到智能矿山数字平台做数据的进一步治理和数据挖掘，信息化子系统数据和视频数据可以直接和数字平台集成完成数据采集。

应用层包括传统的自动化子系统，信息化子系统和基于云的数字化应用，基于云的数字化应用有：综合管控平台，AI井口安防，智能仓储等其他井上智能应用。

3.1 系统集成架构

OT数据统一由IOT 平台进行数据采集和解析，推送给综合管控系统。IT数据由数据融合集成平台直接和应用集成抽取，完成入湖。实时场景视频数据在井下完成推理后转发到井上视频管理平台进行统一存储和管理，视频管理平台同步视频数据到集团云进行远端训练，远端训练完以后并将训练结果同步到矿侧边端推理平台。非实时场景视频数据直接在井上视频管理平台进行存储管理，在井上进行AI推理。其他应用通过数据融合集成平台统一进行数据消费，GIS 服务由其他应用直接集成。

3.2 架构优势

煤矿的信息基础设施包括云、AI、大数据、物联网、视频、集成通信等，这些都是支撑煤矿各种业务应用所需要具备的能力。通过智能矿山云软硬结合把所有平台基础能力集成起来，通过统一的接口向外输出数据提供给各类应用。各个业务部门和煤矿企业只要聚焦于业务应用，把业务做好，而不需要去考虑平台能力建设。

所有的智能矿山基础能力全部通过统一的数字平台层输出，包括AI使能、数据使能、业务使能、集成使能、开发使能等能力，业务应用所需要的云的资源数据的资源和视频的资源，全部统一调度，大大降低了系统对接的难度。

通过智能矿山数字平台实现了共性基础能力的有序融合。数字平台不是一个无序的堆砌，整个功能模块是有机融合的统一IT架构，通过这个架构把共性能力构建起来，去支撑整个应用的集成创新。

带来了煤矿应用的创新和价值提升。当构建了这种共性平台，所有的应用都可以去使用，获取到下面这些平台的能力，它还能够基于业务应用通过使能层对这些能力进行优化组合。比如原来在进行应急视频会商时，需要分别通过集成通信平台、GIS平台和视频平台调用所需的集成通信服务、GIS服务和视频服务，现在智能平台可以基于视频会商场景对上述服务进行业务编排，打包形成一个视频会商API进行直接调用，对于数据服务的调用也一样，真正带来了煤矿应用的创新和价值提升。

重新盘活煤矿的数字资产。数字平台运营的核心是数字资产。过去，煤矿的数字资源主要是人、机、环数据；现在，基于数字平台不仅实现人、机、环数据(管理数据)的融合，给煤矿的经营管理提供数据支撑，基于数字平台来沉淀、盘活业务逻辑和数据模型。一方面通过数字平台的业务编排能力对智能综采、智能储运等生产过程的一些典型业务逻辑进行梳理、抽象和固化。另一方面， 通过数字平台的资产工具支持数字孪生煤矿的构建。

降低了新技术的驾驭难度：通过数字平台进一步降低新技术的驾驭难度。同时希望通过数字平台的使能层，把所有的能力向ISV(业务应用开发商)输出。以前ISV需要和云平台单独对接，和大数据平台单独对接，和集成通信平台单独对接，现在希望通过使能层来简化这种对接难度，支撑ISV能够快速地开发新的业务应用，构建创新能力。

释放了行业的创新活力：通过智能矿山数字平台实现各种数据的开放，比如一些煤矿可以举办数据应用创意大赛，释放社会的创新活力。同时通过数据开放，也可以进一步发挥群体智慧，让ISV参与应用开发。另外，数字平台人工智能能力的开放，也将对煤矿各种各样的应用带来更高的价值。

4 智能矿山云的效益分析

4.1 经济效益

集团总部建设智能矿山云避免了各子分公司自建的重复投资与资源浪费，能加快智能化改造和部署的速度，其直接经济效益明显；通过流程优化、闭环管控，可以减少中间环节，其间接经济效益也十分明显；此外，云数据中心、调度指挥平台等项目建设，实现网络、系统、数据集中管理，减少维护与运行成本，其直接经济效益也很突出。

集团端建智能矿山云，可以使各矿井全身心的投入的矿井生产的提质增效和技术研究当中，甩掉了信息系统基础设施运维的包袱，可以有效增加生产效率，达到减人增产增效的目的。

4.2 社会效益

在当前数智支撑、数字化转型的大趋势下起到示范效应，通过信息化基础设施建设与智能管控平台建设，可以改变传统的开采模式与管理模式，未来煤矿从业人员属于具有“云计算、大数据、物联网、智能装备”现代化技术的践行者。

4.3 安全效益

通过平台建设，实现各类系统数据的集中展示、突发事件的应急联动与指挥，快速获取各类数据信息，为安全事件的应急处置赢得时间，提升矿井安全可靠性。

通过平台管控可实现安全信息一体化，进而提高矿井安全系数；基于人员与设备的精确定位、一张网通信融合以及矿井“一张图”等可实现“人、机、环、管”融合、位置服务与区域协同，进而提高突发应急事件的处置效率，其安全效益巨大。根据历史和实时数据对未来的安全生产形势进行预判和预警，有效避免因事故造成的生产中断甚至人身伤害和财产损失。

智能矿山云的构建是数字化转型的基础步骤，能够实实在在地提升生产效率，真正提升数据的价值，彻底激发应用价值。基于煤矿数字平台开发的应用系统可以完全具备大数据、视频、GIS、集成通信、IOT 甚至AI的全部能力。而按照传统方式开发的应急系统，基本上不会具备所有能力，应用效果差异明显。所以智能矿山数字平台能让业务应用价值最大化，使集团资产使用效率最大化，建设智能矿山云是可行的，也是必要的。