李宏超，劉 永，王宇江，白云升

（中煤平朔集團有限公司信息中心，山西 朔州 036006）

根據(jù)國家能源局等部委對智能化煤礦建設(shè)指南中指出，露天生產(chǎn)煤礦智能化的建設(shè)目標要重點提升露天礦內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、感知系統(tǒng)的建設(shè)工作，重點建設(shè)可以遠程操控的系統(tǒng)、無人駕駛的系統(tǒng)、遠程運維的系統(tǒng)等，實現(xiàn)開采環(huán)境的數(shù)字化、采掘裝備的智能化、生產(chǎn)過程的遙控化、信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化和經(jīng)營管理的信息化。

露天礦開采相較于井工開采空間更加開放，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它包含人機要素、環(huán)境要素、管理要素等多種要素。平朔集團東露天礦作為平朔集團下屬的特大型露天礦，隨著智能化的發(fā)展，正在把以往以人為經(jīng)驗控制的操作思想轉(zhuǎn)往以智能化代替經(jīng)驗的操控思想，利用云服務(wù)能力，并融合自動化、信息化系統(tǒng)體系，通過智能化的基礎(chǔ)支撐架構(gòu)，構(gòu)建一個全新的智能化的煤礦業(yè)務(wù)承載平臺，向?qū)崿F(xiàn)智慧礦山建設(shè)的總體目標邁進一步。

1 基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺認知

1.1 智能化應(yīng)用平臺概述

要想將一個露天礦實現(xiàn)智能化、智慧化管控能力前，首先想到的就是要構(gòu)建一個優(yōu)秀的基礎(chǔ)智能化支撐平臺，智能露天煤礦的內(nèi)涵就在于針對整個開采過程中“人員、機器、環(huán)境、管理”構(gòu)成的一個復(fù)雜的系統(tǒng)，需要利用先進的傳感技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)，使系統(tǒng)具備相對應(yīng)的“狀態(tài)感知、實時分析、科學決策、精準執(zhí)行”[8]的應(yīng)用能力，而這些應(yīng)用能力是要承載在一個基礎(chǔ)智能化的支撐平臺上，同時由此平臺提供云化服務(wù)的保障。

基于以上認識，智能化露天煤礦規(guī)劃建設(shè)可分為5 個大方面來分別建設(shè)系統(tǒng)：設(shè)備及工藝智能化的系統(tǒng)、生產(chǎn)計劃與工程管理智能化的系統(tǒng)、透明地質(zhì)智能化的系統(tǒng)、綜合管理智能化的系統(tǒng)、基礎(chǔ)支撐智能化的系統(tǒng)。那么要支撐起如此龐大的智能化露天礦山，就一定要搭建一些基礎(chǔ)平臺：網(wǎng)絡(luò)及通信平臺、大數(shù)據(jù)應(yīng)用云平臺、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)[1]。

未來建設(shè)一個融合智能化生產(chǎn)、安全保障、經(jīng)營管理等多系統(tǒng)、多功能融合的一體化平臺將成為露天煤礦智能化建設(shè)發(fā)展的主要方向，而所有保障露天礦生產(chǎn)、安全的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)搭建在一個統(tǒng)一的平臺上，將這個平臺定義為基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺，通過基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺的搭建，需要將以大數(shù)據(jù)、數(shù)字化、智能化為基礎(chǔ)的融合多種功能的平臺滲透到在“人員、機器、環(huán)境、管理”各主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，創(chuàng)造一個全新的露天礦智能化管理模式，基座平臺應(yīng)提供靈活的應(yīng)用策略配置功能，服務(wù)器資源池優(yōu)化功能，滿足高并發(fā)、高吞量的訪問需求。超融合架構(gòu)很好的滿足了以上各種需要，它融合了大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺、云計算技術(shù)、各種安全保障服務(wù)。

1.2 應(yīng)用平臺建設(shè)的難點

在平朔集團東露天礦智能化建設(shè)時需要重點解決以下2 大問題。

1）基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面。①實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能擴展性：露天礦區(qū)隨著智能化的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有著各種各樣不同種類的應(yīng)用，超大帶寬與超低時延的礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)將成為標配，同時還應(yīng)當充分考慮未來網(wǎng)絡(luò)的擴展性能，以滿足不斷增長的業(yè)務(wù)接入需求，如何將網(wǎng)絡(luò)性能在“無感知狀態(tài)”下逐步提升成為建設(shè)的一個難點；②提升運維管理的便捷性：隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的逐步增多，網(wǎng)絡(luò)的靈活性、安全性、易維護性都將直接影響業(yè)務(wù)的使用效率，隨著轉(zhuǎn)控分離技術(shù)的逐步成熟，網(wǎng)絡(luò)更加趨向于集中的控制、集中的管理、集中的策略分發(fā)，如何通過一個統(tǒng)一的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的實時偵查與網(wǎng)絡(luò)權(quán)限的集中下發(fā)成為又一大難點；③重視網(wǎng)絡(luò)中的安全性：近年來，勒索病毒事件頻發(fā)，以往的網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)，管理人員更加注重的是露天礦網(wǎng)絡(luò)出口區(qū)域的安全防護，內(nèi)網(wǎng)缺乏有效的風險識別系統(tǒng)及風險阻隔機制。現(xiàn)如今的網(wǎng)絡(luò)安全形式，管理人員不僅要關(guān)注出口區(qū)域，更應(yīng)該加強數(shù)據(jù)安全建設(shè)，將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程中所有環(huán)節(jié)進行相應(yīng)的安全防護，防止數(shù)據(jù)泄密，對于管理、生產(chǎn)內(nèi)網(wǎng)安全防護體系的建設(shè)同樣重要，合理的規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)安全區(qū)域，增強網(wǎng)絡(luò)邊界的安全防護、綜合審計、漏洞掃描、主機安全防護、主機加固、WEB 防護、身份認證等安全技術(shù)措施都應(yīng)該作為管理人員關(guān)注的重點，如何通過一個統(tǒng)一的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全的防護能力，成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的研究方向。

2）基礎(chǔ)平臺建設(shè)方面。①可靠性要保障：露天礦各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)能否連續(xù)運行直接關(guān)系到煤礦正常生產(chǎn)業(yè)務(wù)的開展，管理人員需要方方面面考慮到煤礦業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)服務(wù)能力，因此基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺底層的架構(gòu)必須保證十分高的可靠性，這就需要平臺不僅要在硬件故障時可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)實時自動切換，同時還應(yīng)該在邏輯故障例如勒索病毒、刪庫等事件發(fā)生時，保障應(yīng)用和數(shù)據(jù)的可恢復(fù)性；②業(yè)務(wù)性能要保障：煤礦生產(chǎn)管理、操作人員使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)時候，除了要保障系統(tǒng)運行的可靠性以外，使用體驗一定要流暢，如何保障業(yè)務(wù)使用的流程性呢？基礎(chǔ)平臺的快速實時的響應(yīng)變得尤為重要，因此在基礎(chǔ)平臺的建設(shè)過程中，一定要考慮到平臺運行能力，滿足生產(chǎn)業(yè)務(wù)流暢使用的需求，而且隨著5G 等先進技術(shù)的在露天礦生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，未來的各種生產(chǎn)系統(tǒng)對于業(yè)務(wù)處理速度的需求更是快速增長的，所以基礎(chǔ)智能化平臺的建設(shè)不僅僅需要滿足現(xiàn)有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，還要可以支撐長期的性能發(fā)展，實現(xiàn)性能的可擴展；③擴展能力要保障：露天礦山的智能化正在迅猛的發(fā)展，業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷的升級改造，同生產(chǎn)開采相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)變化極其快速，要保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)在產(chǎn)生更高的性能、數(shù)據(jù)存儲容量需求時候，不需要重新立項、重新設(shè)計方案?；A(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺需要一個可以提供平滑擴展能力的基礎(chǔ)架構(gòu)，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)的計算資源、內(nèi)存、存儲空間等可以按需擴展，通過增加基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺相應(yīng)的基礎(chǔ)模塊，就可以做到業(yè)務(wù)系統(tǒng)在線的線性擴展能力。

2 平朔集團東露天礦所面臨的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)

1）技術(shù)路線及發(fā)展趨勢。隨著云技術(shù)的不斷發(fā)展、成熟，云計算等技術(shù)進入產(chǎn)業(yè)化階段，大多煤礦企業(yè)將摒棄傳統(tǒng)IT 架構(gòu)，逐步轉(zhuǎn)向云架構(gòu)?，F(xiàn)階段的煤礦企業(yè)實踐中，暴露出了一系列問題，包括數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)遷移等等眾多方面，因此，在平朔集團東露天礦基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺有2 個方面是必須要考慮的，一是實現(xiàn)國產(chǎn)化來徹底解決數(shù)據(jù)安全性的顧慮，二是通過統(tǒng)一的平臺標準實現(xiàn)煤礦企業(yè)在不同硬件資源的環(huán)境下，實現(xiàn)融合兼容不同設(shè)備的架構(gòu)模式。

2）新技術(shù)架構(gòu)挑戰(zhàn)。在構(gòu)建智能化煤炭生產(chǎn)建設(shè)的大背景下，平朔集團東露天礦同樣面臨新的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)，就是如何將之前傳統(tǒng)IT 架構(gòu)過渡到擁有多類型應(yīng)用承載的云架構(gòu)服務(wù)體系上。目前，平朔集團東露天礦區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用因為傳統(tǒng)IT 技術(shù)架構(gòu)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求特性等原因，已經(jīng)形成了運轉(zhuǎn)特性差異極大的應(yīng)用系統(tǒng)，那么如何保障可以支撐不同運轉(zhuǎn)特性的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性成為基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺建設(shè)中要解決的問題。

3）多類型應(yīng)用承載挑戰(zhàn)。露天礦業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)一般包含如多種場景類型，其主要類型總結(jié)如下：算力密集型，多是基于視頻監(jiān)控類的AI 風險識別，要求邊緣側(cè)具備數(shù)據(jù)算力能力及海量數(shù)據(jù)的存儲能力；容量密集型，多是基于設(shè)備實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)，該類型業(yè)務(wù)場景需要全量數(shù)據(jù)的采集與存儲、傳輸及轉(zhuǎn)換，多以分布式架構(gòu)為主；GPU 特性承載，業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用GIS 渲染，該類型業(yè)務(wù)場景對承載能力中的GPU 要求極高；SCADA 體系，該應(yīng)用體系所屬是基于PLC 及單片機架構(gòu)的自動化控制類系統(tǒng)，是礦區(qū)的核心應(yīng)用，場景特點是不間斷運轉(zhuǎn)，對中心側(cè)能力依賴較低；最后一類是純管理軟件體系，該類應(yīng)用具有不定時性的高并發(fā)量及吞吐量要求，對于基礎(chǔ)平臺要求具備靈活的資源配置能力。露天礦業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要類型如圖1。

圖1 露天礦業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要類型

3 超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)應(yīng)用

平朔集團東露天礦針對礦區(qū)現(xiàn)狀通過招標方式構(gòu)建了以超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺[2-9]。

3.1 云服務(wù)能力

超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)具備云主機計算服務(wù)、云存儲服務(wù)、鏡像管理等服務(wù)功能，業(yè)務(wù)管理人員可以通過云管理平臺快速的構(gòu)建自己需求的業(yè)務(wù)?；诔诤象w系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)可以對包括X86、ARM、VMware 等不同類型構(gòu)建的資源池，同時對資源具備統(tǒng)一的管理能力，解決了早期煤礦企業(yè)對信息化建設(shè)采用傳統(tǒng)的IT 架構(gòu)，造成的大量服務(wù)器資源浪費問題。

1）云主機計算。超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)中的云主機計算服務(wù)通過基于超融合基礎(chǔ)設(shè)施、底層的計算虛擬化技術(shù)，向管理人員提供便捷的向?qū)降牟渴?，實現(xiàn)對鏡像選擇、資源池定義、云存儲添加、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等多種業(yè)務(wù)操作，極大地提高了運維管理人員的運維便捷性。同時，當運行在平臺中的主機數(shù)規(guī)模較大時，管理人員可對其進行分組管理，并滿足跨資源池分組。

2）云存儲。超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)中的云存儲服務(wù)是通過基于超融合基礎(chǔ)設(shè)施、底層的存儲能力，實現(xiàn)了平臺底層多副本、條帶化等功能，保障了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可靠性。超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)內(nèi)置高性能存儲、容量型存儲、性能型存儲等多種類型的存儲，滿足管理人員各種各樣存儲標簽需求。

3）鏡像管理。超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)中的鏡像服務(wù)可提供簡單方便的鏡像管理功能，管理人員可以靈活便捷的使用公有鏡像和私有鏡像來申請云主機。同時，通過云主機或者外部鏡像文件來創(chuàng)建私有鏡像或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏡像。

3.2 云安全服務(wù)能力

超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)支持安全虛擬化，通過網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化將原來的網(wǎng)絡(luò)安全硬件設(shè)備的硬件和軟件分離開，使硬件網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備功能利用虛擬化軟件的方式實現(xiàn)，虛擬化組件融合在超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)中，通過這種方式，充分利用了基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺的硬件資源，降低傳統(tǒng)IT 架構(gòu)中硬件網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備的昂貴費用、極大的減少了運維人員的人力成本，快速部署、彈性伸縮、分布式的高可靠、故障自愈等特性也為企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)需求帶來極大的滿足度。

3.3 彈性伸縮服務(wù)能力

超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)具備按需自動調(diào)整主機規(guī)模的服務(wù)，為滿足管理、使用人員各種業(yè)務(wù)需求、保證較高質(zhì)量的服務(wù)、降低服務(wù)成本，超融合架構(gòu)的彈性伸縮功能就顯得尤為重要，它能有效地應(yīng)對各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)的劇烈波動情形，在業(yè)務(wù)負載達到較高的使用需求時候擴大部署規(guī)模，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)的正常運行，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求低谷期時縮減部署規(guī)模，避免平臺性能及資源的浪費。

3.4 運維管理能力

超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)的管理平臺提供全方位、立體化的安全運行監(jiān)控功能，運維人員可以對平臺中一切的資源使用情況、告警信息、運行性能和剩余容量等進行監(jiān)控，實時了解超融合一體機、虛擬化主機、業(yè)務(wù)系統(tǒng)和虛擬化網(wǎng)絡(luò)接口的健康狀態(tài)。幫助管理人員降低IT 成本，提升運維效率。

3.5 容災(zāi)備份能力

煤礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)對于企業(yè)來說是至關(guān)重要，超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)可以建立“本地備份－異地容災(zāi)”的備份方案，當運行在主站點云主機出現(xiàn)系統(tǒng)故障或業(yè)務(wù)丟失時，平臺可以快速優(yōu)先選擇從本地備份數(shù)據(jù)中恢復(fù)整臺云主機及系統(tǒng)業(yè)務(wù)，或者在異地備份站點拉起已經(jīng)備份的云主機進行云主機及系統(tǒng)業(yè)務(wù)恢復(fù)，后將業(yè)務(wù)回遷到主站點，實現(xiàn)異地的容災(zāi)功能。超融合備份方案如圖2。

圖2 超融合備份方案

4 結(jié)語

通過基于超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺構(gòu)建，可以實現(xiàn)礦區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用承載、網(wǎng)絡(luò)安全體系建立及智能化改造的要素指標，讓管理人員簡化日常工作內(nèi)容，提高效能。

1）提升組織的運營效率。通過基于超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺建設(shè)，實現(xiàn)系統(tǒng)原有業(yè)務(wù)架構(gòu)遷移、優(yōu)化了運行能效。另一方面，通過基礎(chǔ)架構(gòu)的建設(shè)，強化露天開采智能化管控手段，提高人員安全管控能力。

2）提升對礦山安全的監(jiān)管能力。在平臺的支撐下，礦區(qū)監(jiān)管組織能夠隨時看到各項生產(chǎn)安全系統(tǒng)運行實時信息，并可通過對信息的監(jiān)控、整理與挖掘，為企業(yè)安全生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)提供決策支持，尤其是可對未知的因素提供準確判斷依據(jù)，可視化的聯(lián)動操作場景，從而提高決策的科學性；也能通過平臺數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)各項監(jiān)控指標，對礦山安全事件有效的進行預(yù)警與必要管控。