煤炭工业互联网技术研究综述

煤炭工业互联网是加速煤炭领域高质量发展的重要引擎,可有效驱动能源领域设备智能化、产业数字化。给出了煤炭工业互联网体系架构,从感知层、传输层、赋能平台、工业APP、信息安全5个方面分析了煤炭工业互联网技术研究现状和发展方向。感知层在实现超低功耗、精准感知、高可靠性、能量自动捕获等方面取得进步,但仍存在感知手段单一、易受环境因素影响等问题,目前还无法充分满足矿井泛在感知需求,可从新型传感器研发、低功耗和能量收集技术、抗电磁干扰技术、智能感知技术等方面进一步提高感知层智能化水平。传输层现有的以太网、4G、WiFi等技术无法满足智慧矿山高可靠、高带宽、低延迟的传输要求,5G技术可满足全矿井泛在感知需求,但在井下应用中仍存在最大射频功率受限、无法可靠应对井下应急场景等问题,因此目前井下还不能完全使用5G替代传统通信网络。赋能平台是煤炭工业互联网推动智能化的中枢和核心,指出大数据是赋能平台的关键要素,煤炭工业机理模型和诊断决策模型是赋能平台的灵魂,数字孪生技术可为煤炭行业生产、决策、管理等环节赋能。工业APP可为煤炭产业链各环节提供服务,帮助煤炭行业攻克高风险、工艺继承创新难、产业链协同难等难题,但是煤炭领域工业APP的发展应用仍不成熟。信息安全是煤矿智能化建设的保障,需要从物理信息安全、网络信息安全、系统信息安全、数据信息安全和应用信息安全等方面采取措施,提升安全防护水平。

煤炭工业互联网及其关键技术

煤炭工业互联网(Coal Industry Internet,CII)拥有快速、安全、绿色等优点,是煤炭行业向智能化转型的重要支撑。我国煤炭工业互联网尚处在初级阶段,存在技术体系不明晰、信息交互时延高、信息安全保障难等问题。针对以上问题,首先分析了煤炭工业互联网对煤炭行业及保障国民经济发展的重要意义;总结了煤炭工业互联网的国内外研究现状,归纳出国内外研究人员在煤炭工业互联网领域进行的探索及取得的研究成果。根据我国智慧矿山建设实际需求,构建了煤炭工业互联网体系架构,分为设备感知层、IaaS层、PaaS层、SaaS层和云边端协同5个层次,推动形成涵盖煤炭生产、物流、消费等领域的工业生产制造和服务体系;进一步明确煤炭工业互联网信息安全、技术体系、信息传输、生态环境等重点发展领域,指出了我国煤炭工业互联网在上述领域中存在的问题,并总结分析了解决上述问题的发展方向。最后,提出了煤炭工业互联网安全防护、数字矿山基础信息平台、煤炭工业互联网数据中台、矿山中央控制系统、5G+煤炭工业互联网等关键技术及其发展思路,以推动矿山智能化建设,促进煤炭行业高质量发展。

智慧矿山数字孪生技术研究综述

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。数字孪生面向煤炭工业互联互通及智能化应用,发挥连接物理世界和信息世界的桥梁与纽带作用,将在煤炭开采、视频监控、人机交互等方面提供更加实时、智能、高效的服务。面向智慧矿山技术需求,提出了基于数字孪生+5G的智慧矿山建设新思路,将"数字孪生+5G"与AI技术相结合,为实现智慧矿山提供一种创新的方法。首先从智慧矿山建设进展及应用方面存在的问题入手,系统地梳理和分析了当前智慧矿山研究和发展现状,通过研究新一代信息技术与工业技术融合应用,阐述了数字孪生的概念内涵,指出数字孪生是智慧矿山发展的必然趋势并将为智慧矿山赋能;然后针对智慧矿山建设的难点和痛点问题,提出了基于"数字孪生+5G"的智慧矿山体系架构理论,通过构建矿山数字孪生模型(MDTM)实现物理矿山实体与数字矿山孪生体之间的虚实映射与实时交互。聚焦智慧矿山建设目标,以智慧矿山系统建设、优化和关键技术为核心,基于矿山信息物理空间的数字孪生和深度学习方法,以实际矿井为原型设计了智能开采的数字孪生一体化方案,构建了全域感知、边缘计算、数据驱动和辅助决策的智慧矿山平台。最后针对智慧矿山的数字孪生应用需求,提出并探讨了数字孪生赋能智慧矿山的关键技术问题,并指出了未来需要实现的关键技术路径。旨在通过对智慧矿山的数字孪生技术研究,为数字孪生模型构建、协同控制与交互优化等提供思路,为未来智慧矿山建设与设计提供理论借鉴。

煤矿安全智能化及其关键技术

煤矿安全智能化技术是指与煤矿安全相关的智能化技术,是实现煤矿典型灾害智能感知和精准预警的必要技术手段,也是煤矿安全生产的重要支撑。分析了煤矿安全智能化对煤炭行业发展的重要意义,总结了煤矿安全智能化的研究现状及成果。针对我国煤矿安全智能化发展中存在的技术体系不明、信息融合交互少、技术发展不平衡等问题,构建了煤矿安全智能化体系架构,包括智能传感数字化、设备物联网络化、安全融合智能化等层次,明确了依托煤炭工业互联网实现安全智能化体系建设与信息融合的思路。以传感器的数字化、可靠性等关键技术为切入点,重点分析了安全传感技术的智能化发展问题;提出了推进煤矿安全智能化的数字化、网络化、智能化等关键技术及其发展思路,以推动煤矿安全智能化建设,促进煤炭行业高质量发展。