煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐，也是煤礦實現轉型升級發展的新機遇。作為我國能源支柱產業，煤炭工業亟需在煤炭“測-掘-采-運-選-銷”各大關鍵環節實現安全、高效、智能化的創新突破。
長城超云基于多年煤礦行業服務經驗，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”，推動礦山生產向著數字化、智能化邁進。
項目背景
2020年2月，國家發展改革委、國家能源局等8個部門聯合發布《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，明確了我國煤礦智能化的發展方向和技術路徑。目前，我國煤礦智能化發展尚處于初級階段，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。
作為我國煤炭工業科技創新的國家隊和排頭兵，中國煤科應用數字化、智能化技術，打造“煤智云”生態系統，助力煤炭行業全面數字化轉型提速。“煤智云”煤炭行業大數據中心建設項目由中國煤炭工業協會發起，中國煤科牽頭，聯合行業內外優勢資源共同打造，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。
三大問題成為傳統模式礦山數字平臺發展桎梏
從企業現狀和自身需求來看，目前煤礦智能化平臺建設面臨著很多痛點，傳統模式的礦山數字平臺主要存在以下問題：
一是礦井與數據中心之間的網絡傳輸資源有限，傳輸延遲較高，因此很難做到在云上集中對大量檢測數據進行實時存儲、處理、計算，需要采用云+邊模式，充分利用邊緣計算對數據進行實時處理、卸載、存儲等工作。
二是礦井內自然條件苛刻，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，就需要提供更優的功效，并且部署、維護、使用要盡可能簡單方便。
三是云數據中心在集中進行檢測數據分析、處理時，現有的云存儲基礎架構需要進一步優化，實現GIS系統海量時空數據的一體化綜合管理。
超云針對性解決方案助力中國煤科智慧礦山建設
鑒于傳統模式礦山數字平臺存在的問題，超云在總結眾多智慧礦山建設實踐經驗的基礎上，協同中國煤科基于業務實際，多次調研，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”的數據中心基礎架構，在礦井及數據處理中心建設面向海量結構化及非結構化數據進行優化的云計算數據中心。
在數據中心端，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™ 數據中心固態盤（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據并發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品FS5000 Express，基于同云計算數據中心一致的核心組件及系統架構，內嵌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化，實現在邊緣對多路時空數據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、錨索拉力監測，液壓支架工作阻力等傳感器數據的可靠上傳。
基于獨立自組網的5G網絡傳輸系統，結合VR虛擬現實形式，可對煤礦采區變電所等場景進行實時監控取代人工巡檢，實現井下關鍵區域的24 小時連續巡檢，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控，通過礦用5G工業網關對局扇的啟停進行遠程控制。
此外，在眾多礦區MEC中心的應用中，通過中心云與邊緣云一體化部署，使得礦井數據通信業務在地面核心機房落地處理，不需要傳輸到公網，在提高數據安全性的同時，進一步降低數據傳輸時延性。
FS5000 Express 超融合一體機
FS5000 Express超融合系統讓智慧礦山解決方案優勢凸顯
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，徹底解決各類大數據應用，尤其是實時性處理所面臨的嚴峻挑戰。在視頻大數據應用場景中，用戶需要處理的數據絕大多數都是各類視頻、圖像等非結構化數據，一方面需要解決多路視頻流高并發穩定讀寫，另外一方面還需要解決視頻圖像在大數據應用、尤其是像AI訓練過程中所產生的海量小文件并發讀寫性能瓶頸。
FS-SDS軟件定義存儲引擎在標準NFS協議下，實際測試單節點（配置單顆Intel Gold 5117處理器，128GB內存，1塊375GB Optane P4800X SSD，8塊3.84TB Intel S4510 SSD）可提供每秒30000+文件并發隨機讀寫，以及超大目錄（單層單個目錄千萬級文件）每秒10000+文件并發隨機讀寫，支持多達數百乃至上千個高性能服務器節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，基于FS-SDS實現兩節點高可用、零接觸運維的云計算環境，存儲利用率高達80%以上，并實現高效、透明的在線數據壓縮；此外，FS5000 Express內嵌Intel OpenVINO工具套件，提供高度優化且經濟有效的神經網絡計算能力，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，FS5000 Express兩節點（每節點配置兩顆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化，單節點基礎服務資源開銷僅相當于同類產品50%，且連接千兆以太網即可使用并提供良好的性能。高集成度、低資源開銷、良好的網絡適應性、各類數據及應用承載、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”規劃目標以及安全防護等政策的發展需求及合規需求，從根本上提升資源利用率，為客戶節約成本、提升效率、保障安全。未來的智慧礦山場景，將是礦產資源開發與新一代信息技術的深度融合。長城超云愿攜手更多行業客戶，賦能智慧礦山的建設，逐步推進礦山智能化改造和數字化應用，助推礦業經濟高質量發展。
