張建明，曹文君，王景陽，楊 揚

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

0 引言

煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的核心技術支撐[1]。2020年2月，國家發(fā)展改革委、應急管理部、國家能源局、國家煤礦安全監(jiān)察局、工業(yè)和信息化部、財政部、科技部、教育部等八部門聯合印發(fā)了《關于加快煤礦智能化發(fā)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(fā)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(guī)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(huán)節(jié)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(guī)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(fā)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(yè)標準，現存的各個信息系統(tǒng)互聯互通難度大，各種設備接口不統(tǒng)一，嚴重制約了數據的流通和協(xié)同。因此，非常有必要建立統(tǒng)一的數據規(guī)范和通訊接口，并提升智能化煤礦的信息安全性、系統(tǒng)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(tǒng)籌建設網絡系統(tǒng)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(qū)網絡、生活福利區(qū)網絡、工業(yè)控制網絡、視頻監(jiān)控網絡、安全監(jiān)控網絡、無線網絡和融合調度通信系統(tǒng)，鼓勵開展5G+礦山物聯網系統(tǒng)建設；大數據服務中心應統(tǒng)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(yè)網絡及信息安全建設。在智能感知方面要實現礦山環(huán)境數據、采礦裝備狀態(tài)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(qū)、主要采區(qū)、受控區(qū)域、裝備作業(yè)區(qū)等重點區(qū)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(tǒng)；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(yè)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(guī)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

(1)術語定義標準：主要規(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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

續(xù)表2

(1)有線通信標準：主要規(guī)范工業(yè)以太網、F5G等有線通信的硬件接口形式、通信協(xié)議規(guī)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(guī)范5G、WiFi6等無線通信的頻譜使用規(guī)范、發(fā)射功率要求、天線指標參數、通信協(xié)議規(guī)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(tǒng)標準：主要規(guī)范煤礦通信網絡的通信方式、網絡架構、通信協(xié)議、硬件接口、指標參數規(guī)范，井上、井下骨干網絡的帶寬、速率、時延等指標等級規(guī)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(guī)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(guī)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

續(xù)表3

(1)標識解析標準：主要規(guī)范煤礦生產過程中的“人、機、環(huán)”狀態(tài)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(tài)等信息，并規(guī)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(guī)范各類設備互聯需要的操作系統(tǒng)、接口協(xié)議等方面的要求，包括多系統(tǒng)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(xié)議要求等。

(3)邊緣計算標準：主要規(guī)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(xié)同等方面的要求，包括邊緣端針對主要子系統(tǒng)的計算服務范圍、相關業(yè)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(guī)范煤炭企業(yè)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

(1)存儲交換標準：主要規(guī)范數據存儲以及各種系統(tǒng)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(guī)模、存取速度、系統(tǒng)響應時間、系統(tǒng)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(guī)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(yè)務場景模型的能力評價指標。

(3)數據管理標準：主要規(guī)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(guī)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(guī)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

(1)數據安全標準：主要規(guī)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(guī)范邊緣設備、現場設備、工業(yè)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(yè)先行創(chuàng)新性探索制定企業(yè)標準，為制定行業(yè)標準奠定基礎：一是制定統(tǒng)一的設備接入接口和協(xié)議標準；二是圍繞煤礦生產、機電、安監(jiān)、環(huán)保等要求，制定智能化煤礦統(tǒng)一數據編碼；三是制定統(tǒng)一的工業(yè)信息化模型標準，規(guī)范設備編碼、設備數據釆集、二次計算等；四是制定統(tǒng)一的集成規(guī)范，包括應用風格設計規(guī)范、應用移動端APP融合集成規(guī)范、用戶管理規(guī)范等。