智能化開采已成為我國煤炭工業(yè)的第四次技術(shù)革命，是煤炭業(yè)落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。
為助力煤礦實現(xiàn)數(shù)字化、智能化發(fā)展，華為技術(shù)有限公司（以下簡稱：華為）于2021年成立了華為煤礦軍團，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，創(chuàng)造性地提出了“一網(wǎng)一云一平臺”的智能煤礦總體架構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，國家能源神東煤炭集團攜手華為于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“一網(wǎng)一云一平臺”架構(gòu)的繼承和迭代升級，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（以下簡稱：華夏天信）在煤炭行業(yè)多年積累的專業(yè)經(jīng)驗，在第十九屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流會及設(shè)備展覽會上，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，本文重點討論基于華為礦鴻的智能礦山建設(shè)架構(gòu)設(shè)計、合作規(guī)劃及其礦鴻物聯(lián)應(yīng)用實踐。
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)備來自不同的廠商，每個不同的系統(tǒng)都有自己的接口與協(xié)議，甚至存在不同的數(shù)據(jù)庫與操作系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)間互通、對接與協(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；是新一代通信技術(shù)、云計算、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，與煤礦工業(yè)領(lǐng)域的實際業(yè)務(wù)進行深度的有機融合；是真正國產(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，簡化互聯(lián)，實現(xiàn)礦山設(shè)備超級互聯(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)用與價值挖掘?？傊?，華為礦鴻系統(tǒng)向下可實現(xiàn)對各種軟硬件資源接入、控制和管理；向上可提供開發(fā)接口、存儲計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)?；诖似脚_，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”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)一的云計算服務(wù)與統(tǒng)一的數(shù)字管理平臺，實現(xiàn)煤礦全業(yè)務(wù)融合與管理，是IT與CT的融合；與此同時，華為礦鴻的推出，也實現(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)，實現(xiàn)感知設(shè)備之間的實時互聯(lián)，全面感知人、機、環(huán)等安全生產(chǎn)要素的位置、狀態(tài)，并實現(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)平臺采用華為云計算等技術(shù)，統(tǒng)一承載礦山全場景業(yè)務(wù)。
三是數(shù)字平臺層，智能礦山建設(shè)的核心，關(guān)系到數(shù)據(jù)的接入與應(yīng)用的擴展，具有良好的開放性與可擴展特性，向下實現(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)營與決策分析，實現(xiàn)自動化和信息化的融合應(yīng)用，實現(xiàn)應(yīng)用資源的集成融合、智能聯(lián)動與動態(tài)擴展。
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)字平臺層與智能應(yīng)用層；其次是將IT數(shù)字平臺層與智能應(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，進行數(shù)據(jù)挖掘、綜合分析和建模預(yù)測。
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，提供面向煤礦的全面解決方案。其中，華為在5G、F5G、云平臺、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、煤機裝備控制、數(shù)字平臺層的GIS、設(shè)計協(xié)同，以及智能應(yīng)用層的地質(zhì)保障、綜合管控平臺等方面具有豐富的經(jīng)驗和多年的積累。雙方基于華為礦鴻的有機融合，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重點圍繞礦鴻物聯(lián)的裝備生態(tài)合作、數(shù)字平臺能力共建與創(chuàng)新應(yīng)用聯(lián)合孵化等方面進行規(guī)劃實踐，重點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)基本上都是獨立建設(shè)，且系統(tǒng)各個組成部分之間由于耦合度較高，系統(tǒng)間難以實現(xiàn)聯(lián)動。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)字平臺對各類割裂的智能感知與控制設(shè)備進行賦能。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，而數(shù)字平臺具備數(shù)據(jù)治理和融合能力。通過利用華為礦鴻OS系統(tǒng)對智能感知與控制設(shè)備及其子系統(tǒng)進行賦能，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)的各個組成部分進行分層解耦，在一個子系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)IT、CT和OT的融合，實現(xiàn)子系統(tǒng)自身設(shè)備之間、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的實時互聯(lián)和聯(lián)動控制，從而實現(xiàn)子系統(tǒng)的智能化升級。華夏天信原本具備采煤機電控、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，已著手利用礦鴻對相關(guān)感知物聯(lián)設(shè)備進行賦能，實現(xiàn)設(shè)備的智能化及其鴻蒙化，同時自主可控，為煤礦行業(yè)的裝備生態(tài)合作提供示范，其實現(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)實現(xiàn)路徑
其次是數(shù)字平臺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)計等方面缺乏平臺支持的問題，華夏天信于2018年10月推出了智慧礦山操作系統(tǒng)平臺（RED-MOS）。2021年9月，在和華為合作后，華夏天信把RED-MOS的能力進行整合遷移，與華為一起打造適應(yīng)礦山場景的專業(yè)化數(shù)字平臺。目前，華為數(shù)字平臺已具備人工智能、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)用實踐。為滿足礦山領(lǐng)域行業(yè)特點，華為煤礦軍團規(guī)劃、設(shè)計和研發(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。
華夏天信多年來一直致力于煤礦各類應(yīng)用的研發(fā)和實踐，如綜合管控平臺、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)前全國推動煤礦智能化建設(shè)的形勢下，華夏天信將充分利用華為數(shù)字平臺的能力，和華為攜手進行各類應(yīng)用系統(tǒng)的迭代和智能化升級。華夏天信和華為將結(jié)合客戶需求，針對應(yīng)用系統(tǒng)的智能化應(yīng)用場景，在關(guān)鍵算法/模型、AI及大數(shù)據(jù)分析賦能等方面進行聯(lián)合研發(fā)，共同孵化出實用、好用的創(chuàng)新應(yīng)用。
四、華夏天信在礦鴻物聯(lián)層的應(yīng)用實踐
通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口和格式，實現(xiàn)礦山萬物互聯(lián)；通過數(shù)據(jù)互通和共享，實現(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)體系的堅實、可靠的基石。自2021年9月，國家能源神東煤炭集團推廣應(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北京國際煤機展亮相，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，在采煤機智能控制系統(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，已完全實現(xiàn)進口采煤機及泵站電控系統(tǒng)由國產(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成功，標(biāo)志著國內(nèi)首套搭載礦鴻操作系統(tǒng)的液壓泵站正式投入使用，目前已在神東集團烏蘭木倫礦正式運行。
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行對接和適配工作。同時，華夏天信也正在與國內(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)無法互聯(lián)互通，大量時間浪費在多家設(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)是實現(xiàn)設(shè)備間無感發(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。要實現(xiàn)這個目標(biāo)需要解決3個問題：
（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)議間如何實現(xiàn)傳輸？
傳統(tǒng)的設(shè)備發(fā)現(xiàn)是手動的，需要人為干預(yù)，比如手機照片需要傳送到個人PC上，我們可以采用藍牙傳輸，首先要打開手機和PC的藍牙發(fā)現(xiàn)功能，手機或者PC點擊搜索設(shè)備，然后互相配對授權(quán)連接，成功連接后就可以正常收發(fā)數(shù)據(jù)。在分享照片這個場景中有很多人為的動作：開啟藍牙發(fā)現(xiàn)功能、搜索設(shè)備、配對授權(quán)，過程繁瑣且耗費大量時間，煤礦設(shè)備之間的互聯(lián)比之更要復(fù)雜。軟總線提出了自動發(fā)現(xiàn)的概念，實現(xiàn)用戶零等待的自發(fā)現(xiàn)體驗，附近同賬號的設(shè)備自動發(fā)現(xiàn)無需等待。手機傳送照片是通過藍牙，假如PC沒有藍牙功能而只有WIFI，在傳統(tǒng)的場景中可能就無法實現(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)備上線后會向網(wǎng)絡(luò)層注冊，同時網(wǎng)絡(luò)層會與設(shè)備建立通道連接，實時檢測設(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，實現(xiàn)零等待體驗。軟總線可以自動構(gòu)建一個邏輯全連接網(wǎng)絡(luò)，用戶或者業(yè)務(wù)開發(fā)者無需關(guān)心組網(wǎng)方式與物理協(xié)議。對于軟件開發(fā)者來說，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)備將自動構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，幾乎無需大量的網(wǎng)絡(luò)管理和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)工作。
相信在未來，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)，智能管控平臺也將大大提高實用性。
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，為井下無人的煤礦夢，為智能礦山的可靠落地，為實現(xiàn)煤礦安全、集約、高效、綠色開采做出更加積極、有效的貢獻。
來源：華為技術(shù)
