智能化开采已成为我国煤炭工业的第四次技术革命，是煤炭业落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略，实现高质量发展的必由之路。
为助力煤矿实现数字化、智能化发展，华为技术有限公司（以下简称：华为）于2021年成立了华为煤矿军团，依托其自身在信息与通信技术（ICT，information and communications technology）方面的领先优势，创造性地提出了“一网一云一平台”的智能煤矿总体架构；在此基础上，国家能源神东煤炭集团携手华为于2021年9月14日推出了华为矿鸿，为智能矿山建设赋能。华为矿鸿是对“一网一云一平台”架构的继承和迭代升级，具有里程碑意义，开辟了煤矿智能化建设的新纪元。基于华为在ICT方面的强大赋能能力，以及华夏天信智能物联股份有限公司（以下简称：华夏天信）在煤炭行业多年积累的专业经验，在第十九届中国国际煤炭采矿技术交流会及设备展览会上，华为与华夏天信双方共同推出了以矿鸿为核心的智能矿山解决方案，本文重点讨论基于华为矿鸿的智能矿山建设架构设计、合作规划及其矿鸿物联应用实践。
一、华为矿鸿是什么？
煤矿智能化建设的核心业务是装备智能化及其工业物联网连接，然而煤矿井下的设备来自不同的厂商，每个不同的系统都有自己的接口与协议，甚至存在不同的数据库与操作系统，导致系统间互通、对接与协同十分困难，且不自主可控。
华为矿鸿是基于鸿蒙操作系统，面向煤矿工业领域打造的工业互联网平台；是新一代通信技术、云计算、人工智能和大数据技术等，与煤矿工业领域的实际业务进行深度的有机融合；是真正国产的自主可控的煤矿行业终端设备操作系统。华为矿鸿系统首先定义物联接口规范：统一接口，统一数据格式，简化互联，实现矿山设备超级互联；其次建立数据标准和框架：通过标准协议框架，进一步形成一套煤矿物联和数据标准；最终将所有数据汇入统一的“数据湖”，支撑煤矿领域各业务的数据应用与价值挖掘。总之，华为矿鸿系统向下可实现对各种软硬件资源接入、控制和管理；向上可提供开发接口、存储计算及工具资源等支持，并以工业APP的形式提供各种各样的服务。基于此平台，华为携手工业应用伙伴以及装备制造伙伴，为用户提供工业互联网整体解决方案。
二、基于华为矿鸿的整体架构
华为“一网一云一平台”的智能煤矿总体架构，是基于统一的基础网络、统一的云计算服务与统一的数字管理平台，实现煤矿全业务融合与管理，是IT与CT的融合；与此同时，华为矿鸿的推出，也实现了与OT（Operational Technology）技术的融合。智能矿山就是将IT、CT和OT技术深度融合，并将融合成果在矿山领域全面应用。简而言之，就是ICOT技术在矿山领域的全面应用。
华为矿鸿整体技术架构分为四层，即矿鸿物联层、基础设施层、数字平台层与智能应用层（见图1）。
图1 基于华为矿鸿的智能矿山建设整体技术架构
一是矿鸿物联层，利用矿鸿操作系统统一井上井下感知设备的操作系统与数据标准，实现感知设备之间的实时互联，全面感知人、机、环等安全生产要素的位置、状态，并实现设备的智能控制。
二是基础设施层，主要包括自主可控的云服务平台和网络传输设施等。其中，网络基础设施主要构建统一的工业承载网，并提供多样化接入方式；云服务平台采用华为云计算等技术，统一承载矿山全场景业务。
三是数字平台层，智能矿山建设的核心，关系到数据的接入与应用的扩展，具有良好的开放性与可扩展特性，向下实现各种感知数据的接入，向上为智能矿山开发提供各种服务，实现煤矿应用使能、数据共享与资产沉淀。
四是智能应用层，主要面向矿井安全、生产、经营与决策分析，实现自动化和信息化的融合应用，实现应用资源的集成融合、智能联动与动态扩展。
在上述架构中，矿鸿物联层主要应用OT技术，基础设施层主要应用CT技术，数字平台层和智能应用层主要应用IT技术。由此可见，智能矿山建设必须将IT、CT与OT融合，首先是通过安全可信的网络，将OT感知数据传输至IT数字平台层与智能应用层；其次是将IT数字平台层与智能应用层的数据处理与分析结果，高效下发至矿鸿物联层OT装备执行智能化控制。IT、CT与OT融合的核心关键在于数据层面的融合，即构建统一的通讯协议和数据标准体系，打破数据壁垒，打通数据上行和下行的通道，并将全部数据整理汇聚，进行数据挖掘、综合分析和建模预测。
基于华为矿鸿的智能矿山建设整体技术架构，充分考虑到华夏天信与华为的各自技术优势，提供面向煤矿的全面解决方案。其中，华为在5G、F5G、云平台、物联网、大数据、AI、数字孪生等方面能力突出、业内领先；华夏天信在矿鸿物联层的UWB精准定位、安全监控、煤机装备控制、数字平台层的GIS、设计协同，以及智能应用层的地质保障、综合管控平台等方面具有丰富的经验和多年的积累。双方基于华为矿鸿的有机融合，在智能矿山建设上预期可产生1+1＞2的化学反应，将在矿鸿物联层的装备生态合作、数字平台层的能力共建以及智能应用层的创新应用联合孵化上形成生态效应，为煤矿智能化建设行业生态合作形成示范。
三、基于架构的实践规划
基于华为矿鸿的智能矿山建设整体架构，华夏天信与华为煤矿军团重点围绕矿鸿物联的装备生态合作、数字平台能力共建与创新应用联合孵化等方面进行规划实践，重点解决合作中涉及的关键核心技术与问题。
首先是矿鸿物联的装备生态合作。
矿鸿物联层面，当前煤矿智能生产与智能安全的装备子系统基本上都是独立建设，且系统各个组成部分之间由于耦合度较高，系统间难以实现联动。改变此类现状的唯一途径，就是利用华为矿鸿OS系统和数字平台对各类割裂的智能感知与控制设备进行赋能。华为矿鸿OS系统具备自主可控、设备接入标准化、信息交互智能化等诸多优势，而数字平台具备数据治理和融合能力。通过利用华为矿鸿OS系统对智能感知与控制设备及其子系统进行赋能，可按照智能矿山建设整体架构的四层体系，将智能感知与控制设备及其子系统的各个组成部分进行分层解耦，在一个子系统内部实现IT、CT和OT的融合，实现子系统自身设备之间、子系统与子系统之间的实时互联和联动控制，从而实现子系统的智能化升级。华夏天信原本具备采煤机电控、矿用变频器、精确定位以及安全监控等感知执行设备，已着手利用矿鸿对相关感知物联设备进行赋能，实现设备的智能化及其鸿蒙化，同时自主可控，为煤矿行业的装备生态合作提供示范，其实现途径如图2所示。
图2 华夏天信感知设备的矿鸿物联实现路径
其次是数字平台1.0能力共建。
为解决煤炭行业在智能感知与控制设备及其子系统数据接入、GIS应用、组态编辑、协同设计等方面缺乏平台支持的问题，华夏天信于2018年10月推出了智慧矿山操作系统平台（RED-MOS）。2021年9月，在和华为合作后，华夏天信把RED-MOS的能力进行整合迁移，与华为一起打造适应矿山场景的专业化数字平台。目前，华为数字平台已具备人工智能、大数据、数字孪生、融合通讯、物联网、敏捷开发、时空位置与视频监控等8类技术服务与能力，已在智慧城市、智慧交通、智慧园区等领域有非常成功应用实践。为满足矿山领域行业特点，华为煤矿军团规划、设计和研发具有行业属性的集成服务、数据服务和应用服务，在此基础上，和华夏天信合作孵化出了8大类，100多种的业务服务（图3），以更便捷、更友好、更接地气的方式服务于矿山智能应用。
图3 华为&华夏天信数字平台1.0的能力共建规划
其三，是创新应用孵化。
华夏天信多年来一直致力于煤矿各类应用的研发和实践，如综合管控平台、全息一张图、地质保障系统、安全生产协同管理系统等。在当前全国推动煤矿智能化建设的形势下，华夏天信将充分利用华为数字平台的能力，和华为携手进行各类应用系统的迭代和智能化升级。华夏天信和华为将结合客户需求，针对应用系统的智能化应用场景，在关键算法/模型、AI及大数据分析赋能等方面进行联合研发，共同孵化出实用、好用的创新应用。
四、华夏天信在矿鸿物联层的应用实践
通过统一数据接口和格式，实现矿山万物互联；通过数据互通和共享，实现不同厂商的设备之间的互通和智能协作，是构建智能煤矿工业互联网架构体系的坚实、可靠的基石。自2021年9月，国家能源神东煤炭集团推广应用华为矿鸿，各智能装备厂商紧锣密鼓地在神东煤炭集团开展适配工作。
华夏天信率先推出了基于“鸿蒙”底座的采煤机智能电控系统及乳化液泵站智能控制系统，并在2021北京国际煤机展亮相，展示了智能装备在矿鸿物联应用合作上的第一步。同时，在采煤机智能控制系统及乳化液泵站智能控制系统的研发上，华夏天信与神东高端研发中心一直紧密合作，已完全实现进口采煤机及泵站电控系统由国产化替代。2022年1月，搭载矿鸿系统的乳化液泵站智能控制系统在神东维修一厂试机成功，标志着国内首套搭载矿鸿操作系统的液压泵站正式投入使用，目前已在神东集团乌兰木伦矿正式运行。
除泵站智能控制外，华夏天信目前在自有的安全监控系统、精确人员定位系统和井下通信系统方面积极和华为矿鸿进行对接和适配工作。同时，华夏天信也正在与国内硬件系统厂商合作，建立生态伙伴，从智能感知、底层控制、人机交互及网络通讯等领域，合力打造基于“矿鸿”底座的采煤机智能电控系统、矿用防爆变频器控制系统、矿用防爆变频一体机控制系统。
五、“软总线”技术及其在设备感知层的应用展望
近些年，围绕智慧矿山实施过程中的一片阴霾，就是众多供应商设备在协调工作中，数据无法互联互通，大量时间浪费在多家设备商的协调通信和数据解释上。在矿山设备全面具有矿鸿系统的基础上，就可以采用华为的“软总线”技术，通过协议货架和软硬协同层屏蔽各种设备的协议差别，总线中枢模块负责解析命令完成设备间发现和连接，通过任务和数据两条总线实现设备间文件传输、消息传输等功能。
图4 软总线技术结构图
软总线的核心技术目标是实现设备间无感发现，零等待传输，这正与智慧矿山的发展目标不谋而合。要实现这个目标需要解决3个问题：
（1）设备间如何发现和连接？
（2）多设备互联后如何组网？
（3）多设备多协议间如何实现传输？
传统的设备发现是手动的，需要人为干预，比如手机照片需要传送到个人PC上，我们可以采用蓝牙传输，首先要打开手机和PC的蓝牙发现功能，手机或者PC点击搜索设备，然后互相配对授权连接，成功连接后就可以正常收发数据。在分享照片这个场景中有很多人为的动作：开启蓝牙发现功能、搜索设备、配对授权，过程繁琐且耗费大量时间，煤矿设备之间的互联比之更要复杂。软总线提出了自动发现的概念，实现用户零等待的自发现体验，附近同账号的设备自动发现无需等待。手机传送照片是通过蓝牙，假如PC没有蓝牙功能而只有WIFI，在传统的场景中可能就无法实现分享传输了。软总线提出了异构网络组网，可以很好解决设备间不同协议如何交互的问题。设备上线后会向网络层注册，同时网络层会与设备建立通道连接，实时检测设备的变换。网络层负责管理设备的上线下线变换，设备间可以监听自己感兴趣的设备，设备上线后可以立即与其建立连接，实现零等待体验。软总线可以自动构建一个逻辑全连接网络，用户或者业务开发者无需关心组网方式与物理协议。对于软件开发者来说，软总线异构组网可以大大降低其开发成本。以后矿山的设备将自动构成网络，几乎无需大量的网络管理和异构网络协调工作。
相信在未来，依靠鸿蒙和软总线技术加持，智能矿山的所有设备将自成网络，智能管控平台也将大大提高实用性。
智能矿山的建设，非朝夕之功。华夏天信与华为及其生态合作伙伴将联合协作，为井下无人的煤矿梦，为智能矿山的可靠落地，为实现煤矿安全、集约、高效、绿色开采做出更加积极、有效的贡献。
来源：华为技术
