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        權威探討

        智能化煤礦信息基礎設施標準體系研究

        張建明1,曹文君1,王景陽2,楊 揚1

        (1.中國煤炭工業協會,北京市朝陽區,100013;2.中煤電氣有限公司,北京市順義區,101300)

        摘 要 按照《煤礦智能化建設指南(2021年版)》要求,研究了智能化煤礦信息基礎設施的標準體系,提出了相應的標準體系框架,涵蓋了基礎標準、通信網絡、煤礦物聯、煤礦數據、信息安全等領域,并給出目前急需制定的標準明細。該標準體系不僅是煤礦智能化標準體系的重要組成部分,還可為煤礦智能化建設中信息基礎設施的升級改造提供指導。

        關鍵詞 信息基礎設施;標準體系;通信網絡標準;煤礦物聯標準;智能化煤礦

        0 引言

        煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐[1]。2020年2月,國家發展改革委、應急管理部、國家能源局、國家煤礦安全監察局、工業和信息化部、財政部、科技部、教育部等八部門聯合印發了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》,提出我國煤礦智能化建設的3個階段性目標:到2021年建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦,到2025年大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現智能化,到2035年各類煤礦基本實現智能化;并要求強化標準引領,開展煤礦智能化標準體系建設,提升基礎保障能力。

        煤礦智能化建設是新一代信息技術與煤炭開發利用的深度融合。當前,煤礦智能化建設尚處于初級階段[2],存在建設理念不夠清晰、標準規范缺失、數據煙囪林立、信息難以共享等問題。王國法院士等在詳細分析煤礦智能化標準現狀的基礎上,構建了煤礦智能化標準體系框架,提出了煤礦智能化標準體系建設路徑[3]。信息基礎設施是煤礦數據采集、傳輸、計算、應用、管理的基礎,涉及通信、網絡、平臺、模型等多方面內容,能夠為煤礦的開采、掘進、機電、運輸、通風、選煤等環節提供信息化基礎支撐。為此,筆者在文獻[3]提出的煤礦智能化標準體系基礎上,圍繞數據規范、通信接口、信息安全等重點要求,深入研究了智能化煤礦信息基礎設施的標準體系,以期為煤礦智能化相關標準的制修訂提供參考和指導。

        1 煤礦信息基礎設施

        煤礦智能化是新一代ICT技術與煤炭開發利用的深度融合,煤礦信息基礎設施是煤礦智能化建設的底層支撐。當前,由于缺少行業標準,現存的各個信息系統互聯互通難度大,各種設備接口不統一,嚴重制約了數據的流通和協同。因此,非常有必要建立統一的數據規范和通訊接口,并提升智能化煤礦的信息安全性、系統靈活性和可擴展性。

        《煤礦智能化建設指南(2021年版)》在煤礦智能化建設目標、總體設計、建設要求和建設內容中均提出了信息基礎設施方面的要求,具體如下[4]所述。

        井工煤礦應統籌建設網絡系統和數據中心,打通數據傳輸和利用通道。其中網絡基礎設施包括但不限于辦公區網絡、生活福利區網絡、工業控制網絡、視頻監控網絡、安全監控網絡、無線網絡和融合調度通信系統,鼓勵開展5G+礦山物聯網系統建設;大數據服務中心應統一數據采集、傳輸、存儲和訪問接口標準,構建煤礦數據治理體系,并形成模型庫和知識庫。

        露天煤礦應結合生產工藝流程,應用自動控制、智能感知技術對生產設備設施進行數字化改造,完善工業網絡及信息安全建設。在智能感知方面要實現礦山環境數據、采礦裝備狀態信息、工況參數、移動巡檢數據等的全面采集;在網絡建設方面要實現主要辦公區、主要采區、受控區域、裝備作業區等重點區域的網絡全覆蓋。

        2 信息基礎設施標準體系框架

        智能化煤礦信息基礎設施標準體系包括基礎標準、通信網絡標準、煤礦物聯標準、煤礦數據標準、信息安全標準等5個子體系。智能化煤礦信息基礎設施標準體系框架結構如圖1所示。

        從圖1可知,基礎標準包括術語定義、通用要求、管理標準;通信網絡標準包括有線通信、無線通信、網絡系統;煤礦物聯標準包括標識解析、設備互聯、邊緣計算;煤礦數據標準包括數據交換、數據分析、數據管理、數據服務;信息安全標準包括數據安全、網絡安全。

        圖1 智能化煤礦信息基礎設施標準體系框架結構

        3 信息基礎設施標準內容

        目前,煤炭行業已經啟動了煤礦智能化標準體系的建設工作。信息基礎設施作為智能化煤礦建設的重要組成部分,相關標準立項和制定工作也已經開始[5-7]。按照智能化煤礦信息基礎設施標準體系框架結構,筆者給出目前急需制定的相關標準內容。

        3.1 基礎標準

        基礎標準子體系主要是規范智能化煤礦信息基礎設施的通用性要求。目前急需制定的相關基礎標準內容見表1。

        表1 急需制定的相關基礎標準

        類別內容狀態術語定義標準煤礦科技術語、煤礦智能化中國煤炭學會團體標準立項通用要求標準煤礦信息基礎設施建設要求待立項煤礦信息基礎設施工業互聯總體架構待立項管理標準煤礦信息基礎設施建設規范待立項煤礦信息基礎設施運行與維護要求待立項煤礦信息基礎設施驗收規范待立項智能化煤礦云計算部署與管理技術條件中國煤炭學會團體標準立項煤礦有線通信網絡運行管理規范待立項煤礦數據中心運行管理規范待立項煤礦綜合管控平臺運行管理規范待立項煤礦數字資產管控體系及要求待立項

        (1)術語定義標準:主要規范信息基礎設施的相關概念,此部分內容可包含在文獻[3]的煤礦智能化術語定義中。

        (2) 通用要求標準:主要規范信息基礎設施的功能、性能、安全、可靠性等方面要求。

        (3)管理標準:主要規范信息基礎設施的建設、驗收、運行、維護等方面的管理要求。

        3.2 通信網絡標準

        通信網絡標準子體系主要規范智能化煤礦通信和網絡的要求。目前急需制定的通信網絡標準內容見表2。

        表2 急需制定的相關通信網絡標準

        類別內容狀態有線通信標準煤礦用骨干網絡系統技術條件待立項煤礦用骨干網絡系統服務能力規范待立項煤礦用分支網絡系統技術條件待立項煤礦用分支網絡系統服務能力規范待立項煤礦用網絡通信接口標準待立項無線通信標準煤礦用5G通信系統通用技術條件國家能源局行業標準立項煤礦用5G通信基站國家能源局行業標準立項煤礦用5G通信基站控制器國家能源局行業標準立項煤礦5G通信系統通信終端國家能源局行業標準立項礦用5G通信系統使用及管理規范國家能源局行業標準立項煤礦5G通信網絡設備接入通用技術條件中國煤炭學會團體標準立項礦用短距離無線寬帶通信技術要求中國煤炭學會團體標準立項F5G網絡功能技術要求中國煤炭學會團體標準立項煤礦用WiFi6通信系統通用技術條件待立項

        續表2

        類別內容狀態網絡系統標準煤礦通信接口與協議 通用技術要求中國煤炭學會團體標準立項煤礦融合通信系統安全技術要求中國煤炭學會團體標準立項煤礦通信網絡系統架構規范待立項煤礦通信網絡服務技術指標規范待立項煤礦網絡通信接口技術規范待立項

        (1)有線通信標準:主要規范工業以太網、F5G等有線通信的硬件接口形式、通信協議規范,帶寬、速率、時延等分級指標要求,以及性能、安全等方面要求。

        (2)無線通信標準:主要規范5G、WiFi6等無線通信的頻譜使用規范、發射功率要求、天線指標參數、通信協議規范,帶寬、速率、時延等分級指標要求,以及性能、安全等方面要求。

        (3)網絡系統標準:主要規范煤礦通信網絡的通信方式、網絡架構、通信協議、硬件接口、指標參數規范,井上、井下骨干網絡的帶寬、速率、時延等指標等級規范,骨干網絡容災能力,下級網絡帶寬、速率、時延等指標等級規范,網絡傳輸端到端速率、時延指標要求,以及性能、安全等方面要求。

        3.3 煤礦物聯標準

        煤礦物聯標準子體系主要規范煤礦設備的互聯要求。目前急需制定的煤礦物聯標準內容見表3。

        表3 急需制定的相關煤礦物聯標準

        類別內容狀態標識解析標準礦山物聯網構建基本要求國家能源局行業標準立項煤礦物聯網統一標識編碼規則國家能源局行業標準立項基于本體的礦山“人、機、環”生產過程信息統一描述指南國家能源局行業標準立項工業互聯網標識解析能源(煤炭)標識編碼規范中國煤炭工業協會團體標準立項煤礦物聯網主數據編碼標準待立項煤礦物聯網“人、機、環”感知信息描述規范待立項煤礦物聯網“人、機、環”安全狀態描述規范待立項煤礦物聯網數據采集管理標準待立項煤礦物聯網數據應用服務管理標準待立項設備互聯標準煤礦物聯網融合通信網絡通用網關技術條件國家能源局行業標準立項煤礦物聯網信息交互技術要求國家煤礦安全監察局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第1部分 以太網EtherNet/IP協議規范總則國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第2部分 擴展對象庫國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第3部分 采煤機設備行規國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第4部分 液壓支架設備行規國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第5部分 饋電開關設備行規國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第6部分 移動變電站設備行規國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第7部分 乳化液及噴霧泵站設備行規國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第8部分 運輸三機設備行規國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第9部分 照明信號綜合保護裝置設備行規國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第10部分 磁力起動器設備行規國家能源局行業標準立項礦山機電設備通信接口和協議 第11部分 組合開關設備行規國家能源局行業標準立項煤礦物聯網交互信息編碼規范待立項煤礦物聯網信息交互服務標準待立項煤礦物聯網系統數據接口標準待立項煤礦物聯網數據交互協議規范待立項

        續表3

        類別內容狀態邊緣計算標準智能化礦山邊緣數據中心通用技術條件中國煤炭學會團體標準立項煤礦物聯網邊緣計算服務規范待立項煤礦物聯網邊緣計算數據接口規范待立項煤礦物聯網邊緣計算能力評價標準待立項煤礦物聯網邊緣計算云邊協同服務規范待立項煤礦用智能邊緣網關待立項

        (1)標識解析標準:主要規范煤礦生產過程中的“人、機、環”狀態信息的編碼與描述要求,包括時間、位置、傳感數據、指標參數、狀態等信息,并規范相應的采集、解析、處理和應用要求。

        (2)設備互聯標準:主要規范各類設備互聯需要的操作系統、接口協議等方面的要求,包括多系統之間交互信息的編碼標準、連接服務要求、數據接口要求以及信息交互協議要求等。

        (3)邊緣計算標準:主要規范煤礦設備邊緣端的數據采集、數據處理、邊緣設備計算能力、云邊協同等方面的要求,包括邊緣端針對主要子系統的計算服務范圍、相關業務數據的處理能力要求與邊界、邊緣端的服務能力等級評價等內容。

        3.4 煤礦數據標準

        煤礦數據標準子體系主要規范煤炭企業數據存儲、交換、分析、管理、服務等要求。目前急需制定的煤礦數據標準內容見表4。

        表4 急需制定的相關煤礦數據標準

        類別內容狀態存儲交換標準煤礦數據中心存儲服務規范待立項煤礦數據中心存儲能力評價規范待立項煤礦數據中心數據交互規范待立項煤礦數據中心數據接口協議規范待立項數據分析標準煤礦數據中心數據分析流程規范待立項煤礦數據中心算法模型管理規范待立項煤礦數據中心數據分析能力評價標準待立項數據管理標準井工煤礦智能化第4部分 礦山建設數據源的數據格式規范國家能源局行業標準立項智能化煤礦數據治理通用技術要求中國煤炭學會團體標準立項煤礦數據管理標準 煤礦數據分類與數據編碼中國煤炭學會團體標準立項煤礦數據管理標準 煤礦主數據管理規范中國煤炭學會團體標準立項煤礦數據管理標準 煤礦元數據管理規范中國煤炭學會團體標準立項智能化煤礦數據管理標準 數據質量技術規范中國煤炭學會團體標準立項煤炭工業露天礦信息模型設計技術規范中國煤炭工業協會團體標準立項煤炭工業露天礦信息模型分類和編碼規則中國煤炭工業協會團體標準立項煤炭行業工業數據分類分級指南中國煤炭工業協會團體標準立項數據服務標準煤礦數據中心數據服務流程規范待立項煤礦數據中心數據服務能力評價規范待立項煤礦數據中心數據應用規范待立項煤礦數據中心數據可視化規范待立項煤炭工業露天礦數字化交付平臺基本功能與技術要求中國煤炭工業協會團體標準立項煤炭洗選工程數字化交付要求中國煤炭工業協會團體標準立項煤礦安全生產綜合管控平臺建設規范中國煤炭學會團體標準立項智能化煤礦工業軟件開發接口規范中國煤炭學會團體標準立項煤礦地理信息平臺服務接口規范中國煤炭學會團體標準立項煤礦智能化雙重預防技術規范中國煤炭學會團體標準立項智能化煤礦設備全生命周期管理系統技術規范中國煤炭學會團體標準立項煤礦智能防突信息系統通用技術要求中國煤炭學會團體標準立項

        (1)存儲交換標準:主要規范數據存儲以及各種系統之間數據交換的互操作、性能等方面的要求,以及數據存儲規模、存取速度、系統響應時間、系統接入能力、信息交互能力等評價指標。

        (2)數據分析標準:主要規范數據分析流程、不同場景下數據分析方法等方面的要求,以及數據分析算法、模型、業務場景模型的能力評價指標。

        (3)數據管理標準:主要規范數據的存儲結構、數據字典、元數據格式、數據表結構、數據質量、生命周期管理等方面的要求。

        (4)數據服務標準:主要規范提供數據服務的能力,包括數據分析服務、可視化服務等方面的要求。

        3.5 信息安全標準

        信息安全標準子體系主要規范信息基礎設施中的數據安全、網絡安全等要求。目前急需制定的信息安全標準內容見表5。

        表5 急需制定的相關信息安全標準

        類別內容狀態數據安全標準煤礦工業控制數據加密和數據完整性技術要求待立項煤礦工業控制數據備份和恢復技術要求待立項煤礦數據安全防護技術要求待立項煤礦數據分級分類管理技術要求待立項煤礦數據安全風險評估方法待立項網絡安全標準煤炭企業生產系統網絡安全防護要求中國煤炭工業協會團體標準立項煤礦通信網絡安全技術要求待立項煤礦工業控制網絡安全技術要求待立項煤礦無線接入網絡安全技術要求待立項煤礦物聯網終端設備安全技術要求待立項

        (1)數據安全標準:主要規范數據的安全防護要求及分類分級等管理及技術要求。

        (2)網絡安全標準:主要規范邊緣設備、現場設備、工業網絡的信息安全方面的要求。

        4 結語

        智能化煤礦信息基礎設施標準體系是煤礦智能化標準體系的重要組成部分,鼓勵煤炭生產企業先行創新性探索制定企業標準,為制定行業標準奠定基礎:一是制定統一的設備接入接口和協議標準;二是圍繞煤礦生產、機電、安監、環保等要求,制定智能化煤礦統一數據編碼;三是制定統一的工業信息化模型標準,規范設備編碼、設備數據釆集、二次計算等;四是制定統一的集成規范,包括應用風格設計規范、應用移動端APP融合集成規范、用戶管理規范等。

        參考文獻:

        [1] 王國法,劉峰,龐義輝,等.煤礦智能化:煤炭工業高質量發展的核心技術支撐[J].煤炭學報,2019,44(2):349-357.

        [2] 王國法,劉峰,孟祥軍,等.煤礦智能化(初級階段)研究與實踐[J].煤炭科學技術,2019,47(8):1-36.

        [3] 王國法,杜毅博.煤礦智能化標準體系框架與建設思路[J].煤炭科學技術, 2020, 48(1): 1-9.

        [4] 國家能源局,國家礦山安全監察局. 國家能源局 國家礦山安全監察局關于印發《煤礦智能化建設指南(2021年版)》的通知(國能發煤炭規〔2021〕29號)[EB/OL]. (2021-06-05)[2021-11-05]. http://zfxxgk.nea.gov.cn/2021-06/05/c_1310015723.htm.

        [5] 中國煤炭學會. 中國煤炭學會關于2021年第一批煤礦智能化標準研制項目的通知[EB/OL]. (2021-05-27)[2021-11-05].http://www.chinacs.org.cn/a1741.html.

        [6] 國家能源局. 國家能源局綜合司關于下達2021年能源領域行業標準制修訂計劃及外文版翻譯計劃的通知(國能綜通科技〔2021〕92號)[EB/OL].(2021-09-30)[2021-11-05]. http://zfxxgk.nea.gov.cn/2021-09/30/c_1310257326.htm.

        [7] 中國煤炭工業協會. 關于下達2021年中國煤炭工業協會團體標準制定計劃項目的通知(中煤協會科技函〔2021〕154號)[EB/OL].(2021-10-25)[2021-11-05].http://www.coalchina.org.cn/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=61&id=134264

        Research on information infrastructure standard system for intelligent coal mine

        ZHANG Jianming1, CAO Wenjun1, WANG Jingyang2, YANG Yang1

        (1. China National Coal Association, Chaoyang, Beijing 100013, China;2. China Coal Electric Co., Ltd., Shunyi, Beijing 101300, China)

        Abstract According to the Guide for Construction of Coal Mine Intelligence (2021 Edition), the standard system of information infrastructure for intelligent coal mine was deeply studied, and the corresponding standard system framework was put forward, the main contents covered by the information infrastructure standard were expounded including standards of basic standards, communication network, coal mine IOT, coal mine data and information security, etc. The details of standards urgently needed to be formulated were given. The presented standard system was not only an important part of the standard system for intelligent coal mine, but also provided guidance for the upgrading and transformation of information infrastructure in the intelligent construction of coal mine.

        Key words information infrastructure; standard system; communication network standard, coal mine IOT standard; intelligent coal mine

        中圖分類號 TD65;TP2

        文獻標志碼 A

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        引用格式:張建明,曹文君,王景陽,等. 智能化煤礦信息基礎設施標準體系研究[J].中國煤炭,2021,47(11):1-6. doi:10.19880/j.cnki.ccm. 2021.11. 001

        ZHANG Jianming, CAO Wenjun, WANG Jingyang, et al. Research on information infrastructure standard system for intelligent coal mine[J]. China Coal, 2021,47(11):1-6. doi:10.19880/j.cnki.ccm. 2021.11. 001

        作者簡介:張建明(1973-),男,漢族,山西文水人,教授級高工,中國煤炭工業協會科技發展部副主任,主要從事煤炭科技、標準、智能化、碳減排等領域的政策和規劃研究。E-mail:515478289@qq.com

        (責任編輯 康淑云)

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