智能化開采已成為我國煤炭工業的第四次技術革命，是煤炭業落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰略，實現高質量發展的必由之路。
為助力煤礦實現數字化、智能化發展，華為技術有限公司（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（ICT，information and communications technology）方面的領先優勢，創造性地提出了“一網一云一平臺”的智能煤礦總體架構；在此基礎上，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，為智能礦山建設賦能。華為礦鴻是對“一網一云一平臺”架構的繼承和迭代升級，具有里程碑意義，開辟了煤礦智能化建設的新紀元?；谌A為在ICT方面的強大賦能能力，以及華夏天信智能物聯股份有限公司（以下簡稱：華夏天信）在煤炭行業多年積累的專業經驗，在第十九屆中國國際煤炭采礦技術交流會及設備展覽會上，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架構設計、合作規劃及其礦鴻物聯應用實踐。
一、華為礦鴻是什么？
煤礦智能化建設的核心業務是裝備智能化及其工業物聯網連接，然而煤礦井下的設備來自不同的廠商，每個不同的系統都有自己的接口與協議，甚至存在不同的數據庫與操作系統，導致系統間互通、對接與協同十分困難，且不自主可控。
華為礦鴻是基于鴻蒙操作系統，面向煤礦工業領域打造的工業互聯網平臺；是新一代通信技術、云計算、人工智能和大數據技術等，與煤礦工業領域的實際業務進行深度的有機融合；是真正國產的自主可控的煤礦行業終端設備操作系統。華為礦鴻系統首先定義物聯接口規范：統一接口，統一數據格式，簡化互聯，實現礦山設備超級互聯；其次建立數據標準和框架：通過標準協議框架，進一步形成一套煤礦物聯和數據標準；最終將所有數據匯入統一的“數據湖”，支撐煤礦領域各業務的數據應用與價值挖掘?？傊?，華為礦鴻系統向下可實現對各種軟硬件資源接入、控制和管理；向上可提供開發接口、存儲計算及工具資源等支持，并以工業APP的形式提供各種各樣的服務?；诖似脚_，華為攜手工業應用伙伴以及裝備制造伙伴，為用戶提供工業互聯網整體解決方案。
二、基于華為礦鴻的整體架構
華為“一網一云一平臺”的智能煤礦總體架構，是基于統一的基礎網絡、統一的云計算服務與統一的數字管理平臺，實現煤礦全業務融合與管理，是IT與CT的融合；與此同時，華為礦鴻的推出，也實現了與OT（Operational Technology）技術的融合。智能礦山就是將IT、CT和OT技術深度融合，并將融合成果在礦山領域全面應用。簡而言之，就是ICOT技術在礦山領域的全面應用。
華為礦鴻整體技術架構分為四層，即礦鴻物聯層、基礎設施層、數字平臺層與智能應用層（見圖1）。
圖1 基于華為礦鴻的智能礦山建設整體技術架構
一是礦鴻物聯層，利用礦鴻操作系統統一井上井下感知設備的操作系統與數據標準，實現感知設備之間的實時互聯，全面感知人、機、環等安全生產要素的位置、狀態，并實現設備的智能控制。
二是基礎設施層，主要包括自主可控的云服務平臺和網絡傳輸設施等。其中，網絡基礎設施主要構建統一的工業承載網，并提供多樣化接入方式；云服務平臺采用華為云計算等技術，統一承載礦山全場景業務。
三是數字平臺層，智能礦山建設的核心，關系到數據的接入與應用的擴展，具有良好的開放性與可擴展特性，向下實現各種感知數據的接入，向上為智能礦山開發提供各種服務，實現煤礦應用使能、數據共享與資產沉淀。
四是智能應用層，主要面向礦井安全、生產、經營與決策分析，實現自動化和信息化的融合應用，實現應用資源的集成融合、智能聯動與動態擴展。
在上述架構中，礦鴻物聯層主要應用OT技術，基礎設施層主要應用CT技術，數字平臺層和智能應用層主要應用IT技術。由此可見，智能礦山建設必須將IT、CT與OT融合，首先是通過安全可信的網絡，將OT感知數據傳輸至IT數字平臺層與智能應用層；其次是將IT數字平臺層與智能應用層的數據處理與分析結果，高效下發至礦鴻物聯層OT裝備執行智能化控制。IT、CT與OT融合的核心關鍵在于數據層面的融合，即構建統一的通訊協議和數據標準體系，打破數據壁壘，打通數據上行和下行的通道，并將全部數據整理匯聚，進行數據挖掘、綜合分析和建模預測。
基于華為礦鴻的智能礦山建設整體技術架構，充分考慮到華夏天信與華為的各自技術優勢，提供面向煤礦的全面解決方案。其中，華為在5G、F5G、云平臺、物聯網、大數據、AI、數字孿生等方面能力突出、業內領先；華夏天信在礦鴻物聯層的UWB精準定位、安全監控、煤機裝備控制、數字平臺層的GIS、設計協同，以及智能應用層的地質保障、綜合管控平臺等方面具有豐富的經驗和多年的積累。雙方基于華為礦鴻的有機融合，在智能礦山建設上預期可產生1+1＞2的化學反應，將在礦鴻物聯層的裝備生態合作、數字平臺層的能力共建以及智能應用層的創新應用聯合孵化上形成生態效應，為煤礦智能化建設行業生態合作形成示范。
三、基于架構的實踐規劃
基于華為礦鴻的智能礦山建設整體架構，華夏天信與華為煤礦軍團重點圍繞礦鴻物聯的裝備生態合作、數字平臺能力共建與創新應用聯合孵化等方面進行規劃實踐，重點解決合作中涉及的關鍵核心技術與問題。
首先是礦鴻物聯的裝備生態合作。
礦鴻物聯層面，當前煤礦智能生產與智能安全的裝備子系統基本上都是獨立建設，且系統各個組成部分之間由于耦合度較高，系統間難以實現聯動。改變此類現狀的唯一途徑，就是利用華為礦鴻OS系統和數字平臺對各類割裂的智能感知與控制設備進行賦能。華為礦鴻OS系統具備自主可控、設備接入標準化、信息交互智能化等諸多優勢，而數字平臺具備數據治理和融合能力。通過利用華為礦鴻OS系統對智能感知與控制設備及其子系統進行賦能，可按照智能礦山建設整體架構的四層體系，將智能感知與控制設備及其子系統的各個組成部分進行分層解耦，在一個子系統內部實現IT、CT和OT的融合，實現子系統自身設備之間、子系統與子系統之間的實時互聯和聯動控制，從而實現子系統的智能化升級。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控等感知執行設備，已著手利用礦鴻對相關感知物聯設備進行賦能，實現設備的智能化及其鴻蒙化，同時自主可控，為煤礦行業的裝備生態合作提供示范，其實現途徑如圖2所示。
圖2 華夏天信感知設備的礦鴻物聯實現路徑
其次是數字平臺1.0能力共建。
為解決煤炭行業在智能感知與控制設備及其子系統數據接入、GIS應用、組態編輯、協同設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礦山場景的專業化數字平臺。目前，華為數字平臺已具備人工智能、大數據、數字孿生、融合通訊、物聯網、敏捷開發、時空位置與視頻監控等8類技術服務與能力，已在智慧城市、智慧交通、智慧園區等領域有非常成功應用實踐。為滿足礦山領域行業特點，華為煤礦軍團規劃、設計和研發具有行業屬性的集成服務、數據服務和應用服務，在此基礎上，和華夏天信合作孵化出了8大類，100多種的業務服務（圖3），以更便捷、更友好、更接地氣的方式服務于礦山智能應用。
圖3 華為&華夏天信數字平臺1.0的能力共建規劃
其三，是創新應用孵化。
華夏天信多年來一直致力于煤礦各類應用的研發和實踐，如綜合管控平臺、全息一張圖、地質保障系統、安全生產協同管理系統等。在當前全國推動煤礦智能化建設的形勢下，華夏天信將充分利用華為數字平臺的能力，和華為攜手進行各類應用系統的迭代和智能化升級。華夏天信和華為將結合客戶需求，針對應用系統的智能化應用場景，在關鍵算法/模型、AI及大數據分析賦能等方面進行聯合研發，共同孵化出實用、好用的創新應用。
四、華夏天信在礦鴻物聯層的應用實踐
通過統一數據接口和格式，實現礦山萬物互聯；通過數據互通和共享，實現不同廠商的設備之間的互通和智能協作，是構建智能煤礦工業互聯網架構體系的堅實、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及乳化液泵站智能控制系統，并在2021北京國際煤機展亮相，展示了智能裝備在礦鴻物聯應用合作上的第一步。同時，在采煤機智能控制系統及乳化液泵站智能控制系統的研發上，華夏天信與神東高端研發中心一直緊密合作，已完全實現進口采煤機及泵站電控系統由國產化替代。2022年1月，搭載礦鴻系統的乳化液泵站智能控制系統在神東維修一廠試機成功，標志著國內首套搭載礦鴻操作系統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控系統、精確人員定位系統和井下通信系統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硬件系統廠商合作，建立生態伙伴，從智能感知、底層控制、人機交互及網絡通訊等領域，合力打造基于“礦鴻”底座的采煤機智能電控系統、礦用防爆變頻器控制系統、礦用防爆變頻一體機控制系統。
五、“軟總線”技術及其在設備感知層的應用展望
近些年，圍繞智慧礦山實施過程中的一片陰霾，就是眾多供應商設備在協調工作中，數據無法互聯互通，大量時間浪費在多家設備商的協調通信和數據解釋上。在礦山設備全面具有礦鴻系統的基礎上，就可以采用華為的“軟總線”技術，通過協議貨架和軟硬協同層屏蔽各種設備的協議差別，總線中樞模塊負責解析命令完成設備間發現和連接，通過任務和數據兩條總線實現設備間文件傳輸、消息傳輸等功能。
圖4 軟總線技術結構圖
軟總線的核心技術目標是實現設備間無感發現，零等待傳輸，這正與智慧礦山的發展目標不謀而合。要實現這個目標需要解決3個問題：
（1）設備間如何發現和連接？
（2）多設備互聯后如何組網？
（3）多設備多協議間如何實現傳輸？
傳統的設備發現是手動的，需要人為干預，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的藍牙發現功能，手機或者PC點擊搜索設備，然后互相配對授權連接，成功連接后就可以正常收發數據。在分享照片這個場景中有很多人為的動作：開啟藍牙發現功能、搜索設備、配對授權，過程繁瑣且耗費大量時間，煤礦設備之間的互聯比之更要復雜。軟總線提出了自動發現的概念，實現用戶零等待的自發現體驗，附近同賬號的設備自動發現無需等待。手機傳送照片是通過藍牙，假如PC沒有藍牙功能而只有WIFI，在傳統的場景中可能就無法實現分享傳輸了。軟總線提出了異構網絡組網，可以很好解決設備間不同協議如何交互的問題。設備上線后會向網絡層注冊，同時網絡層會與設備建立通道連接，實時檢測設備的變換。網絡層負責管理設備的上線下線變換，設備間可以監聽自己感興趣的設備，設備上線后可以立即與其建立連接，實現零等待體驗。軟總線可以自動構建一個邏輯全連接網絡，用戶或者業務開發者無需關心組網方式與物理協議。對于軟件開發者來說，軟總線異構組網可以大大降低其開發成本。以后礦山的設備將自動構成網絡，幾乎無需大量的網絡管理和異構網絡協調工作。
相信在未來，依靠鴻蒙和軟總線技術加持，智能礦山的所有設備將自成網絡，智能管控平臺也將大大提高實用性。
智能礦山的建設，非朝夕之功。華夏天信與華為及其生態合作伙伴將聯合協作，為井下無人的煤礦夢，為智能礦山的可靠落地，為實現煤礦安全、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
