煤矿智慧矿山建设在技术层面如何实现？

近年来，智慧矿山逐渐成为煤炭行业的一个热词。然而智慧矿山到底是什么样？在技术层面该如何实现？业内专家理解角度不同，说法不一。

近日，记者就煤矿智慧矿山建设采访了华夏天信集团智能低碳技术研究院院长高强。

“我们对煤矿智慧矿山的定义就是智能工业物联网技术在煤矿的全面应用。”高强介绍，“煤矿智慧矿山就是在特定矿山工业场景下，将人、设备、环境通过软件定义网络及智能感知系统联通起来，实现硬件资源的虚拟化，使所有煤矿都可以借助智慧矿山操作系统开放平台实现各种定制化功能，也就是开发各类子系统应用程序（APP），及矿山端局云的大数据分析应用，形成数据价值最大化，具有自学习、自演化以及快速迭代能力的矿山人工智能系统。”

三层级技术群构建智慧矿山体系

高强介绍，智慧矿山是一个非常大的架构体系，涉及的技术众多且十分复杂。在他们提出的智慧矿山建设中，主要可分为三个层级的技术群，分别是位于底层的感知执行层、位于中间的网络传输层和位于顶端的智能应用层。

感知执行层的众多技术是煤矿智慧矿山建设的基础。“首先我们要知道井下的人员状况、设备及其运行参数、作业场所的环境参数、灾害识别监测参数等内容，并对人员、设备和传感器等进行实时准确三维定位。”高强说，“同时，我们会对设备及其通信的所有参数进行编码。机器之间要沟通，所有信息都需要唯一编码，只有这样才能识别。如今很多企业都已具备了相应技术，各个企业比拼的就是谁能做得更准确、更完善。”

位于中间的网络传输层由软件定义工业物联网（RED—SDN）和强实时传输控制技术（RED—DDS）构成。这两项技术是智慧矿山建设中最核心的，它们承担了煤矿网络安全监控、实现异构网络融合、远距离实时传输和控制等关键任务。

再往上就是智能应用层。煤矿井下有很多系统，每个系统中都有大量数据，以前这些数据基本都是相互独立的。“如果能把所有系统联起来，把所有数据关联起来，建立智慧矿山操作系统（RED—MOS），在此基础上，各厂商可以像开发手机APP一样，在我们的平台上开发各自擅长的应用子系统，实现平台内底层数据互动。”高强说，“这样就能获得煤矿安全生产的大数据，建设矿区的端局云平台，进一步实现人工智能分析和决策。”

高强介绍：“比如井下某个地方瓦斯爆炸了，原来需要地面电话通知井下人员撤离。应用该平台后，应急广播可以立刻自动通知人员撤离，还能根据井下巷道情况自动规划出一条最合理的逃生路线，对可能扩大危险的设备采取断电等措施，在事故后计算出最短的救援通道等。”

两项关键技术联接井下设备、系统

在华夏天信集团提出的煤矿智慧矿山建设中，最核心的技术是能把井下各个系统联在一起的RED—DDS技术和RED—SDN技术。

通过RED—DDS技术，可以实现异构网络的互联。“一个煤矿至少有十个系统，如排水、供电、人员定位、瓦斯抽采、运输、安监等，各个系统可能由不同公司施工建设。每个公司的系统都需要在地面装2台或多台服务器，每个系统都要联网，各公司往往会采用不同的网络协议、参数编码等。时间久了，煤矿井下同时有几十个不同公司的系统在运行，整个矿山的安全及数据互动就会出现很多问题。”高强说，“我们通过RED—DDS技术能让不同系统进行对话。这样， A公司的安监系统，B公司的人员定位系统，C公司的瓦斯抽采系统就能实现有效联通。”

“通过RED—SDN技术可以监控联在一起的不同网络系统。”高强介绍，“以往各个系统独立时，如果遇到外部网络攻击，有时候单个设备、服务器不能快速识别攻击。等网络攻击扩大到一定程度时，网络才知道，但这已经造成了一定损失。而在RED—SDN监控下，网络里每一台设备发送的流量、数据以及网络传输的效率、带宽都实时被监控着，系统能第一时间判断出是否被攻击或有病毒侵入，并及时处理，保障整个井下网络安全。”

同时，RED—SDN技术还可以实现带宽的动态分配。煤矿井下有很多数据需要传到地面的监控室和调度室，有些设备要求数据能够实时传输，发生任何事情，地面操作系统都能及时对其进行控制并采取措施，而有些数据不需要实时传输，数据量却很大，如井下的视频监控数据等。原来的网络无法保障数据的快速实时传输，延迟时间不固定且量很大。这也是煤矿远程开采或无人开采难以真正实现的重要原因之一。

“通过RED—SDN技术，再结合相关技术，可以从总带宽中为需要实时传输的数据分配专门的带宽，并对优先级进行定义，这样就可以保证实时指令快速交互传输。”高强说。

平台化不足制约智慧矿山建设

高强介绍，煤矿智慧矿山建设是一步步发展起来的，从简单到复杂，从局部子系统到整个矿山系统。煤矿智慧矿山建设的第一个阶段是软件基础设施物联网化，第二个阶段是单系统智能化，第三个阶段是多系统智能化，第四个阶段才是矿区全系统的智能化。

“矿山全系统的智能化和实现远程开采是我们的终极目标。全国煤矿的发展水平各异，我们从设备层、矿山内部的系统融合等出发，将根据不同企业、不同需求，一步一步去实现。不过所有的工作都将围绕着我们煤矿智慧矿山建设的整体框架进行。现在实现不了的，就先把接口留着。”高强说。

目前，煤矿智慧矿山还处于建设中，很多问题需要解决，这些技术的全面实现，还需要突破一些技术上的难关。

“一方面是技术开发的工作量还很大，另一方面则是需要健全设备、技术、网络协议等行业相关统一标准。但只要行业所有公司联合起来，结合其他物联网公司的大数据分析、人工智能等技术，我相信在不远的将来我们一定能建成煤矿智慧矿山。”高强表示。