煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的核心技術支撐，也是煤礦實現(xiàn)轉型升級發(fā)展的新機遇。作為我國能源支柱產(chǎn)業(yè)，煤炭工業(yè)亟需在煤炭“測-掘-采-運-選-銷”各大關鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn)安全、高效、智能化的創(chuàng)新突破。

長城超云基于多年煤礦行業(yè)服務經(jīng)驗，積極響應礦山智能化變革的需求，推出完善的“長城超云智慧礦山解決方案”，助力中國煤炭科工集團(簡稱中國煤科)加速建設“煤智云”，推動礦山生產(chǎn)向著數(shù)字化、智能化邁進。

項目背景

2020年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等8個部門聯(lián)合發(fā)布《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，明確了我國煤礦智能化的發(fā)展方向和技術路徑。目前，我國煤礦智能化發(fā)展尚處于初級階段，智慧礦山、智能開采的相關概念、構建框架、關鍵技術等研究正逐步開展并深入探索。

作為我國煤炭工業(yè)科技創(chuàng)新的國家隊和排頭兵，中國煤科應用數(shù)字化、智能化技術，打造“煤智云”生態(tài)系統(tǒng)，助力煤炭行業(yè)全面數(shù)字化轉型提速。“煤智云”煤炭行業(yè)大數(shù)據(jù)中心建設項目由中國煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)起，中國煤科牽頭，聯(lián)合行業(yè)內(nèi)外優(yōu)勢資源共同打造，該項目包含基礎設施層、平臺支撐層、智能應用層、運營運維體系、安全管理體系、信息集成與應用服務等六大模塊。

三大問題成為傳統(tǒng)模式礦山數(shù)字平臺發(fā)展桎梏

從企業(yè)現(xiàn)狀和自身需求來看，目前煤礦智能化平臺建設面臨著很多痛點，傳統(tǒng)模式的礦山數(shù)字平臺主要存在以下問題：

一是礦井與數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)絡傳輸資源有限，傳輸延遲較高，因此很難做到在云上集中對大量檢測數(shù)據(jù)進行實時存儲、處理、計算，需要采用云+邊模式，充分利用邊緣計算對數(shù)據(jù)進行實時處理、卸載、存儲等工作。

二是礦井內(nèi)自然條件苛刻，普遍存在供電、空間、散熱等各方面問題，并且難于管理維護，因此對于邊緣計算設備，就需要提供更優(yōu)的功效，并且部署、維護、使用要盡可能簡單方便。

三是云數(shù)據(jù)中心在集中進行檢測數(shù)據(jù)分析、處理時，現(xiàn)有的云存儲基礎架構需要進一步優(yōu)化，實現(xiàn)GIS系統(tǒng)海量時空數(shù)據(jù)的一體化綜合管理。

超云針對性解決方案助力中國煤科智慧礦山建設

鑒于傳統(tǒng)模式礦山數(shù)字平臺存在的問題，超云在總結眾多智慧礦山建設實踐經(jīng)驗的基礎上，協(xié)同中國煤科基于業(yè)務實際，多次調(diào)研，制定了完善的智慧礦山解決方案，助力中國煤科智慧礦山建設。

超云采用“云+邊”的數(shù)據(jù)中心基礎架構，在礦井及數(shù)據(jù)處理中心建設面向海量結構化及非結構化數(shù)據(jù)進行優(yōu)化的云計算數(shù)據(jù)中心。

在數(shù)據(jù)中心端，通過部署領先的FS-SDS低延遲軟件定義存儲引擎，并結合高性能的英特爾® 傲騰™ 數(shù)據(jù)中心固態(tài)盤(SSD)、第二代英特爾®至強®可擴展處理器 Gold 5117，軟件和硬件緊密結合，顯著提升大量時空數(shù)據(jù)并發(fā)場景下讀寫及處理速率性能。

在礦井邊緣，超云專為邊緣計算打造了超融合產(chǎn)品FS5000 Express，基于同云計算數(shù)據(jù)中心一致的核心組件及系統(tǒng)架構，內(nèi)嵌Intel OpenVINO深度學習加速套件，通過軟件同硬件的深度結合及負載優(yōu)化，實現(xiàn)在邊緣對多路時空數(shù)據(jù)進行并行的實時存儲、實時推理，滿足推理性能的需求，從而助力實現(xiàn)甲烷、一氧化碳、二氧化碳、溫度、液位、負壓、氧氣、頂板離層儀、錨桿、錨索拉力監(jiān)測，液壓支架工作阻力等傳感器數(shù)據(jù)的可靠上傳。

基于獨立自組網(wǎng)的5G網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)，結合VR虛擬現(xiàn)實形式，可對煤礦采區(qū)變電所等場景進行實時監(jiān)控取代人工巡檢，實現(xiàn)井下關鍵區(qū)域的24 小時連續(xù)巡檢，在提高工作效率、降低巡檢人員勞動強度的同時，增強井下環(huán)境的安全保障;同時，可利用5G無線高清攝像機進行實時視頻監(jiān)控，通過礦用5G工業(yè)網(wǎng)關對局扇的啟停進行遠程控制。

此外，在眾多礦區(qū)MEC中心的應用中，通過中心云與邊緣云一體化部署，使得礦井數(shù)據(jù)通信業(yè)務在地面核心機房落地處理，不需要傳輸?shù)焦W(wǎng)，在提高數(shù)據(jù)安全性的同時，進一步降低數(shù)據(jù)傳輸時延性。

FS5000 Express 超融合一體機

FS5000 Express超融合系統(tǒng)讓智慧礦山解決方案優(yōu)勢凸顯

長城超云采用FS-SDS軟件定義存儲引擎，同時提供高性能、低延遲的文件及塊存儲服務，徹底解決各類大數(shù)據(jù)應用，尤其是實時性處理所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。在視頻大數(shù)據(jù)應用場景中，用戶需要處理的數(shù)據(jù)絕大多數(shù)都是各類視頻、圖像等非結構化數(shù)據(jù)，一方面需要解決多路視頻流高并發(fā)穩(wěn)定讀寫，另外一方面還需要解決視頻圖像在大數(shù)據(jù)應用、尤其是像AI訓練過程中所產(chǎn)生的海量小文件并發(fā)讀寫性能瓶頸。

FS-SDS軟件定義存儲引擎在標準NFS協(xié)議下，實際測試單節(jié)點(配置單顆Intel Gold 5117處理器，128GB內(nèi)存，1塊375GB Optane P4800X SSD，8塊3.84TB Intel S4510 SSD)可提供每秒30000+文件并發(fā)隨機讀寫，以及超大目錄(單層單個目錄千萬級文件)每秒10000+文件并發(fā)隨機讀寫，支持多達數(shù)百乃至上千個高性能服務器節(jié)點進行并行滿載訓練或視頻分析處理。

部署于邊緣的FS5000 Express超融合系統(tǒng)，基于FS-SDS實現(xiàn)兩節(jié)點高可用、零接觸運維的云計算環(huán)境，存儲利用率高達80%以上，并實現(xiàn)高效、透明的在線數(shù)據(jù)壓縮;此外，F(xiàn)S5000 Express內(nèi)嵌Intel OpenVINO工具套件，提供高度優(yōu)化且經(jīng)濟有效的神經(jīng)網(wǎng)絡計算能力，并對模型進行壓縮和加速，無需昂貴專用的GPU處理單元，即可提供強大的推理計算能力。

實際測試表明，F(xiàn)S5000 Express兩節(jié)點(每節(jié)點配置兩顆Gold 5117)可支持120路以上每秒25幀1080P視頻進行持續(xù)的實時推理、分析，同Tensorflow、PyTorch等框架相比，平均處理性能提升200%以上;FS5000 Express還對資源開銷進行了顯著優(yōu)化，單節(jié)點基礎服務資源開銷僅相當于同類產(chǎn)品50%，且連接千兆以太網(wǎng)即可使用并提供良好的性能。高集成度、低資源開銷、良好的網(wǎng)絡適應性、各類數(shù)據(jù)及應用承載、極高的存儲容量及利用率、便捷部署及運維，這些特性都使FS5000 Express極為適合邊緣計算、尤其是礦山云的邊緣計算場景。

FS5000 Express 超融合架構

從云到邊緣，基于一致的軟硬件架構及核心組件，無論是礦井邊緣云，還是MEC中心云，都可以獲得一致的使用體驗，更易于管理維護，并且顯著降低學習成本。

超云解決方案符合智慧礦山、國家“十四五”規(guī)劃目標以及安全防護等政策的發(fā)展需求及合規(guī)需求，從根本上提升資源利用率，為客戶節(jié)約成本、提升效率、保障安全。未來的智慧礦山場景，將是礦產(chǎn)資源開發(fā)與新一代信息技術的深度融合。長城超云愿攜手更多行業(yè)客戶，賦能智慧礦山的建設，逐步推進礦山智能化改造和數(shù)字化應用，助推礦業(yè)經(jīng)濟高質量發(fā)展。

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