華夏天信智能物聯(lián)股份有限公司是擁有自主知識產(chǎn)權(quán)及核心技術(shù)的高新技術(shù)企業(yè),是能源行業(yè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引領(lǐng)者之一。公司以自主開發(fā)且具有國際領(lǐng)先水平的智慧礦山操作系統(tǒng)平臺為核心,主營業(yè)務(wù)包括智慧礦山操作系統(tǒng)平臺,感知執(zhí)行層的智能傳動設(shè)備、智能控制終端、智能傳感器、礦用特種機(jī)器人等產(chǎn)品,以及智能應(yīng)用APP層的智慧安全、智慧生產(chǎn)等應(yīng)用服務(wù)。
華夏天信是一個跨領(lǐng)域、跨專業(yè)的集團(tuán)公司,擁有眾多博士和煤炭領(lǐng)域資深專家,專業(yè)包括采礦、電力電子、通信網(wǎng)絡(luò)、軟件、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等。相關(guān)核心研發(fā)博士團(tuán)隊,主要來自清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、北京郵電大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)等。
華夏天信立足自主創(chuàng)新,應(yīng)用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、信息物理系統(tǒng)等相關(guān)前沿技術(shù),定制開發(fā)了系列化的軟硬件產(chǎn)品,致力于為能源行業(yè)具體應(yīng)用場景提供智慧化轉(zhuǎn)型升級、新舊動能轉(zhuǎn)換的整體解決方案,重塑能源領(lǐng)域的經(jīng)營決策和生產(chǎn)管理方式。公司通過構(gòu)建開放式的深層次合作,和礦山用戶及所有合作伙伴一起打造合作共贏的智慧礦山生態(tài)圈,促進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定,促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新,加快研發(fā)成果應(yīng)用實(shí)施,攜手努力為中國礦山行業(yè)技術(shù)發(fā)展和智慧化建設(shè)貢獻(xiàn)力量!
華夏天信愿景:創(chuàng)新驅(qū)動,做能源領(lǐng)域智慧工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(AI IIOT)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者!
井工煤炭資源開采是人類在地下進(jìn)行的生產(chǎn)活動。礦山地質(zhì)條件復(fù)雜多變,為創(chuàng)建適于設(shè)備運(yùn)行與人員工作的安全可靠的開采環(huán)境,井下需同時運(yùn)行探測、通風(fēng)、排水、防火、供電、工作面開采裝備、運(yùn)輸?shù)榷噙_(dá)90 多個子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)就像人體的器官,共同形成了一個大規(guī)模復(fù)雜運(yùn)行體系。經(jīng)過多年發(fā)展,這一體系先后經(jīng)歷了機(jī)械化、單機(jī)自動化、綜合自動化、數(shù)字化等階段。目前,煤礦安全高效礦井系統(tǒng)的機(jī)械化程度達(dá)到 90% 以上,單機(jī)自動化也日趨完善,建成了一批千萬噸級礦井群,并開發(fā)了初級的多系統(tǒng)數(shù)字礦山綜合自動化系統(tǒng)。然而,目前煤礦總體的信息化程度還有待進(jìn)一步提高,生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)和信息還無法實(shí)現(xiàn)有效關(guān)聯(lián),還缺乏“智慧的大腦”對所有子系統(tǒng)實(shí)施協(xié)調(diào)、聯(lián)控,因而生產(chǎn)的過程控制、設(shè)備健康管理、安全風(fēng)險防控、生態(tài)環(huán)保等都還沒有實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的管控。
智慧化是礦山技術(shù)發(fā)展的最高形式,只有實(shí)現(xiàn)了智慧化才能從根本上實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的生產(chǎn)方式、最佳的運(yùn)行效率和最安全的生產(chǎn)保障。
2016年3月以來,國家發(fā)改委、國家能源局、自然資源部等相繼出臺了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃》(2016-2030年)、《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》、《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》等眾多綱領(lǐng)性文件,分別對礦山自動化、信息化、數(shù)字化、智能化提出了指導(dǎo)要求,為礦山企業(yè)今后的綠色發(fā)展指明了方向。
基于上述分析,可以明顯看出智慧礦山建設(shè)是發(fā)展趨勢與必然方向。智慧礦山是在礦山自動化、信息化、數(shù)字化的基礎(chǔ)上,推動云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動通信等新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在礦山領(lǐng)域的全面應(yīng)用。
綜合國內(nèi)外學(xué)者的研究成果,結(jié)合我司在礦山領(lǐng)域多年的經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為:智慧礦山是智能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及軟件定義技術(shù)在礦山領(lǐng)域的全面應(yīng)用,是典型的信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical Systems,簡稱:CPS)。通過集成先進(jìn)的感知、計算、通信、控制等信息技術(shù)和自動控制技術(shù),構(gòu)建礦山物理世界與信息世界中人、機(jī)、環(huán)、管等安全、生產(chǎn)要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)。
圖1 智慧礦山的定義
智慧礦山具有四個方面的特征,即萬物互聯(lián)、時空服務(wù)、融合聯(lián)動和智慧決策。
(1)萬物互聯(lián):利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),全面感知井下人、機(jī)、環(huán)等的位置、狀態(tài),并可以對設(shè)備進(jìn)行控制。
(2)時空服務(wù):利用GIS和BIM技術(shù),構(gòu)建基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的、以空間地理位置為主線、以分圖層管理為組織形式、以打造礦山5D數(shù)字孿生為目標(biāo)的礦山綜合數(shù)據(jù)庫,為智慧礦山應(yīng)用提供二三維一體化的位置服務(wù)、協(xié)同設(shè)計服務(wù)、組態(tài)化服務(wù)、三維可視化仿真模擬、礦山工程及設(shè)備的全生命周期管理等服務(wù)和工具,實(shí)現(xiàn)一張圖集成融合、一張圖協(xié)同設(shè)計、一張圖協(xié)同管理和一張圖決策分析。
(3)融合聯(lián)動:通過軟件定義,實(shí)現(xiàn)井上下各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合與智能聯(lián)動,達(dá)到人、機(jī)、環(huán)、管信息的強(qiáng)實(shí)時關(guān)聯(lián)。
(4)智慧決策:利用大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù),迭代升級煤礦安全、生產(chǎn)、經(jīng)營的智能分析與輔助決策。
智慧礦山整體架構(gòu)基于華夏能源工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)體系,主要由感知執(zhí)行層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、智慧礦山操作系統(tǒng)平臺層(RED-MOS)和智能應(yīng)用APP層(RED-AppStore)組成,如圖2所示。
圖2 智慧礦山整體架構(gòu)
(1)感知執(zhí)行層:利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),全面感知井下人、機(jī)、環(huán)等的位置、狀態(tài),并可以對設(shè)備進(jìn)行控制。
(2)網(wǎng)絡(luò)傳輸層:礦山有線和無線傳輸網(wǎng)絡(luò),除安全監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)外,其它系統(tǒng)均采用現(xiàn)場總線融合組網(wǎng)模式,在網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸。
(3)智慧礦山操作系統(tǒng)平臺層(RED-MOS):是基于礦山云數(shù)據(jù)中心的開放式、可擴(kuò)展的智慧礦山內(nèi)核與操作系統(tǒng),向下實(shí)現(xiàn)各種感知數(shù)據(jù)的接入,向上為智慧礦山APP開發(fā)提供服務(wù)和工具。
(4)智能應(yīng)用APP層(RED-AppStore):面向礦井生產(chǎn)、安全、經(jīng)營管理、決策分析實(shí)現(xiàn)自動化和信息化融合應(yīng)用,同時可基于智能終端實(shí)現(xiàn)移動互聯(lián)應(yīng)用與服務(wù)。最終實(shí)現(xiàn)應(yīng)用資源的集成融合、智能聯(lián)動與動態(tài)擴(kuò)展,真正做到用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)服務(wù)。
總之,智慧礦山建設(shè)通過對各子系統(tǒng)縱向貫通、橫向關(guān)聯(lián)、綜合集成、融合創(chuàng)新,形成企業(yè)的安全、生產(chǎn)、經(jīng)營管理的綜合性智慧礦山管控平臺。平臺能夠整體安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行,子系統(tǒng)也能夠獨(dú)立運(yùn)行,平臺發(fā)生故障不得影響子系統(tǒng)運(yùn)行,子系統(tǒng)發(fā)生故障不能影響平臺運(yùn)行。
公司對標(biāo)ABB、西門子等國際知名企業(yè)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺,成功研發(fā)了智慧礦山操作系統(tǒng)平臺(RED-MOS)。智慧礦山操作系統(tǒng)平臺(RED-MOS)是智慧礦山建設(shè)的核心,不僅實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的集成和融合,打通了感知數(shù)據(jù)和基于感知數(shù)據(jù)的智能應(yīng)用之間的屏障,而且在一個平臺內(nèi)實(shí)現(xiàn)了信息化與自動化的深度融合,為能源行業(yè)實(shí)現(xiàn)兩化融合提供了技術(shù)保障,如圖3所示。平臺于2018年10月,通過中國煤炭工業(yè)協(xié)會的科技成果鑒定,鑒定評委由網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)<?span>劉韻潔院士與國內(nèi)采礦及智慧礦山領(lǐng)域?qū)<?span>王國法院士等專家組成,專家委員會一致認(rèn)為平臺達(dá)到國際領(lǐng)先水平、填補(bǔ)了國內(nèi)空白。
圖3 智慧礦山操作系統(tǒng)平臺界面
(1)數(shù)據(jù)綜合服務(wù):通過實(shí)時數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺和后端即服務(wù)平臺,提供安全生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)和礦山業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集、存儲、查詢、統(tǒng)計、訂閱與推送等全系列綜合服務(wù),為數(shù)據(jù)融合聯(lián)動與大數(shù)據(jù)分析奠定了基礎(chǔ)。
(2)時空位置服務(wù):通過RED-GIS服務(wù)平臺和GIM時空一張圖平臺,構(gòu)建基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的、以空間地理位置為主線、以分圖層管理為組織形式、以打造礦山5D數(shù)字孿生為目標(biāo)的礦山綜合數(shù)據(jù)庫,為智慧礦山應(yīng)用提供全時全域時空位置服務(wù)。
(3)可視化展示工具:通過RED-GIS服務(wù)平臺、GIM時空一張圖平臺、組態(tài)化平臺和BI及報表服務(wù)平臺,為智慧礦山應(yīng)用提供二三維一體化、組態(tài)圖形、自定義可視化組件等豐富的可視化展示工具。
(4)協(xié)同設(shè)計:通過GIM時空一張圖平臺、協(xié)同設(shè)計和工作流引擎,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)、測量、水文、采掘、供電、生產(chǎn)等部門的數(shù)據(jù)共享與協(xié)同設(shè)計。
(5)業(yè)務(wù)流程自動化:通過設(shè)計協(xié)同平臺、后端即服務(wù)平臺、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺和工作流引擎,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的協(xié)同管理與自動化,為實(shí)現(xiàn)礦山回采、掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、壓風(fēng)、排水、供電等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化決策和自動化運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。
(6)大數(shù)據(jù)分析服務(wù):通過實(shí)時數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺、后端即服務(wù)平臺、BI及報表服務(wù)平臺和大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺,實(shí)現(xiàn)礦山業(yè)務(wù)的智慧化服務(wù)、設(shè)備故障與重大隱患的實(shí)時預(yù)警、主動預(yù)防和應(yīng)急處置與聯(lián)動,為創(chuàng)建高效與本質(zhì)安全型礦山奠定基礎(chǔ)。
(1)采用了“一平臺 多工業(yè)應(yīng)用APP”的系統(tǒng)設(shè)計思想。通過協(xié)同調(diào)度與彈性伸縮技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)共享同步及網(wǎng)內(nèi)融合技術(shù)、以及高性能服務(wù)編排技術(shù)和具有隔離功能及資源控制功能的容器虛擬化技術(shù),構(gòu)建了面向礦山應(yīng)用研發(fā)的微服務(wù)多層次混合架構(gòu)。
(2)通過內(nèi)置的平臺和工具,為智慧礦山應(yīng)用子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)綜合服務(wù)、時空服務(wù)、可視化服務(wù)、協(xié)同設(shè)計服務(wù)、業(yè)務(wù)流程服務(wù)和大數(shù)據(jù)分析服務(wù)等服務(wù)和工具,為最終實(shí)現(xiàn)礦山萬物互聯(lián)、平臺融合、系統(tǒng)聯(lián)動與智慧運(yùn)營提供支撐。
(3)為大數(shù)據(jù)分析提供了有力的支撐。支持全維度數(shù)據(jù)管理,實(shí)現(xiàn)同大數(shù)據(jù)分析應(yīng)有的計算框架、可視化及數(shù)據(jù)應(yīng)用迭代的對接,保障大數(shù)據(jù)分析的有效運(yùn)行。
(4)采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù),提高了智慧礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可管性、可控性和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的安全性,預(yù)防和阻斷了非法網(wǎng)絡(luò)入侵與攻擊,降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成和運(yùn)維成本。
(5)采用高性能強(qiáng)實(shí)時傳輸控制技術(shù)(RED-DDS),實(shí)現(xiàn)了智慧礦山操作系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離強(qiáng)實(shí)時控制,滿足了智慧礦山建設(shè)中分布式設(shè)備的互操作性、可擴(kuò)展性、協(xié)同處理等要求。
(6)創(chuàng)造性地將全時全域數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與展示技術(shù)內(nèi)置到RED-MOS平臺中,能夠?yàn)橹腔鄣V山中的人員、設(shè)備、傳感器等提供了動態(tài)、實(shí)時的空間位置服務(wù)。
華夏天信憑借擁有構(gòu)建智慧礦山系統(tǒng)系列化前沿核心技術(shù)以及整體解決方案,包括
RED-MOS?(智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)開放平臺)、
RED-SDN?(軟件定義工業(yè)物聯(lián)網(wǎng))、
RED-DDS?(強(qiáng)實(shí)時傳輸控制技術(shù))、
RED-Cloud?(端局/邊緣云平臺)、
RED-Coding? (標(biāo)準(zhǔn)及映射編碼技術(shù))、
RED-GIM?(GIS BIM)時空一張圖、
RED-GIS?(智能井下動態(tài)北斗系統(tǒng))、
RED-Sensing?(泛在感知傳感技術(shù))、
RED-Defense? (物聯(lián)網(wǎng)天穹安防系統(tǒng))、
RED-MagicV?(智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng))、
RED-ControlCenter ?(智能調(diào)度指揮中心)、
基于人工智能(AI)的安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)(RED-BigData?)等,2018年開始已在全國煤炭行業(yè)諸如潞安集團(tuán)高河能源有限公司等多個大中型礦井取得成功應(yīng)用。
(1)通過RED-DDS技術(shù)、RED-SDN技術(shù)、RED-GIS技術(shù)與資源虛擬化技術(shù)構(gòu)建潞安集團(tuán)公司分布式礦山異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能融合平臺。
(2)基于建成的融合平臺,根據(jù)礦山各個子系統(tǒng)的接口開放情況,實(shí)現(xiàn)煤礦井下人員、環(huán)境、設(shè)備的實(shí)時感知與定位;實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的有效融合、實(shí)時聯(lián)動;實(shí)現(xiàn)對煤礦安全監(jiān)控及各類危險源的實(shí)時監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析、聯(lián)動預(yù)警、報警功能,在災(zāi)害發(fā)生時引導(dǎo)逃生。
(3)制定潞安礦業(yè)集團(tuán)礦山異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能融合平臺技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),并在高河礦建立項(xiàng)目示范。
圖4 高河能源智慧礦山建設(shè)效果-基于3DGIS的展示
圖5 高河能源智慧礦山建設(shè)效果-基于2DGIS的融合與聯(lián)動
圖6 高河能源智慧礦山建設(shè)效果-智慧生產(chǎn)監(jiān)控應(yīng)用
圖7 高河能源智慧礦山建設(shè)效果-基于“一張圖”的智能搜索
隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展和互聯(lián)互通,煤礦通信需求已經(jīng)從語音為主的通信方式,向即時消息、語音、視頻、會議、廣播、定位、遠(yuǎn)程控制等多種通信方式融合的方向發(fā)展。此外,多業(yè)務(wù)、多部門間協(xié)同作戰(zhàn)能力要求越來越高,統(tǒng)一通信需求已日益迫切。整體看來,加快煤礦智能化建設(shè)需要著力發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)。要對智慧煤礦復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行總體規(guī)劃并建設(shè)綜合管控平臺,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全面標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲和實(shí)時傳輸并可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析;探索實(shí)現(xiàn)配套裝備自動化、智能化、一體化模式;此外,還要加快研發(fā)和應(yīng)用智能無人工作面協(xié)同控制系統(tǒng)、智能化運(yùn)輸管理系統(tǒng)、煤礦井下環(huán)境感知及安全管控系統(tǒng)、固定場所無人值守系統(tǒng)。而這些都必須建立在海量數(shù)據(jù)低時延高可靠傳輸及處理基礎(chǔ)上,因此發(fā)展5G專網(wǎng)是當(dāng)前智慧礦山建設(shè)的一個熱點(diǎn)。
華夏天信率先與國內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)供應(yīng)商合作,布局煤礦井下5G專網(wǎng)建設(shè)及其應(yīng)用研究,將覆蓋煤礦井下全部區(qū)域,實(shí)現(xiàn)有線、無線、語音、視頻綜合傳輸,人、車、物、環(huán)境的精準(zhǔn)感知,移動、固定設(shè)備的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制,通過萬兆SDN交換機(jī) 5G專網(wǎng),建設(shè)煤礦智能型通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一傳輸、智能接入,打破信息孤島,降低礦井建設(shè)投資,提高煤礦安全管理水平。