矿山物联网云计算与平台技术.pdf

第 4 4卷 第 2期 2 0 1 8年 2月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Au t or na t i on Vo 1 ． 4 4 NO ．2 F e b ． 2 0 1 8 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 o 1 8 O 2 0 0 0 1 0 5 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 1 7 3 0 8 矿山物联网云计算与平台技术 卢新明 ， 阚淑婷 ， 张杏莉 1 ． 山东科技大学 计算机科学与工程学院，山东 青 岛2 6 6 5 1 0 ； 2 ． 山东 蓝光 软件 有 限公 司 ，山东 泰 安2 7 1 0 0 0 摘 要 指 出矿 山物联 网云 计 算与平 台技 术在 矿 山物联 网 系统 中起 核 心支撑 作 用 ； 介 绍 了矿 山物联 网云计 算平 台的技术 目标和主要功能； 论述 了建设矿山物联网云计算平台的关键技术， 包括以云交互数据管道为核 心的平 台架构、 资源智能管控模型及 负载均衡 算法、 任务调度及资源分配策略、 矿山实时异构数据 交换 、 控制 命令快速编码及批量发送 、 数据快速提取及批量打 包、 面向矿 山应 用的推送等 ， 给 出了各技术的研 究方法和 技术路线， 为搭建一个完整、 先进、 具有普适性的矿山物联 网云计算平 台奠定 了技术基础 。 关键词 矿 山物联网；感知矿 山；云计算；云交互；云平台；平台架构 ；资源管控；异构数据交换 中图分类号 T D6 7 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 8 0 1 1 1 1 7 3 5 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 8 0 1 1 1 ． 1 7 0 7 ． 0 0 2 ． h t ml Cl o u d c o mp u t a t i o n a n d p l a t f o r m t e c h n o l o g y f o r mi n e I n t e r n e t o f t h i n g s LU Xi n mi n g ， KAN S h u t i n g ， Z HANG Xi n g l i 1 ． Co l l e g e o f Co mp u t e r S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g，S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， Qi n g d a o 2 6 6 5 1 0，Ch i n a；2 ． S h a n d o n g Li o n k i n g S o f t wa r e Co ． ，Lt d ． ，Ta i a n 2 7 1 0 0 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t I t wa s p o i n t e d o u t t h a t c l o u d c o mp u t a t i o n a n d p l a t f o r m t e c h n o l o g y wa s c o r e o f s y s t e m o f mi n e I n t e r n e t o f t h i n g s ．Te c h n i c a l o b j e c t i v e s a n d ma i n f u n c t i o n s o f t h e c l o u d c o mp u t a t i o n p l a t f o r m o f mi n e I n t e r n e t o f t h i n g s we r e i n t r o d u c e d ．Ke y t e c h n o l o g i e s o f t h e c l o u d c o mp u t a t i o n p l a t f o r m o f mi n e I n t e r n e t o f t h i n g s we r e e x p o u n d e d i n c l u d i n g p l a t f o r m a r c h i t e c t u r e b a s e d o n c l o u d i n t e r a c t i o n d a t a p i p e l i n e ，i n t e l l i g e n t r e s o u r c e ma n a g e me n t a n d c o n t r o l mo d e l a n d l o a d b a l a n c i n g a l g o r i t h m， t a s k s c h e d u l i n g a n d r e s o u r c e d i s p a t c h i n g s c h e me ，r e a l t i me a n d h e t e r o g e n e o u s d a t a e x c h a n g e o f mi n e ，q u i c k c o d i n g a n d s e n d i n g i n t h e b a t c h o f c o n t r o l c o mma n d ，q u i c k d a t a e x t r a c t i o n a n d p a c k i n g i n t h e h a t c h ，a n d mi n e a p p l i c a t i o n o r i e n t e d pu s hi ng．Re s e a r c h me t h od a nd t e c hn i c a l r ou t e o f e a c h t e c h no l og y we r e g i ve n．The p ap e r l a y s a t e c hni c a l f o u n d a t i o n f o r b u i l d i n g a c o mp l e t e ，a d v a n c e d a n d u n i v e r s a l c l o u d c o mp u t a t i o n p l a t f o r m o f mi n e I n t e r n e t o f t h i ngs ． Ke y wor d s mi ne I nt e r n e t o f t h i ngs；pe r c e p t i o n mi ne； c l ou d c ompu t a t i on 9’ c l ou d i n t e r a c t i o n； c l o ud p l a t f o r m ；p l a t f o r m a r c h i t e c t u r e ；r e s o u r c e ma n a g e me n t a n d c o n t r o l ；h e t e r o g e n e o u s d a t a e x c h a n g e 收稿 日期 2 0 1 7 1 2 2 8 ； 修回 日期 2 0 1 7 0 1 0 4 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 国家重点研 发计划资助项 目 2 0 1 7 Y F C 0 8 0 4 4 0 6 ； 山东省重点研发计划 资助项 目 2 0 1 6 Z D J S 0 2 A0 5 。 作者 简介 卢新 明 1 9 6 1 一 ， 男 ， 河 南 济源 人 ， 教授 ， 博 士研 究 生 导师 ， 博 士 ， 主要 从 事 矿 山信 息 化 、 矿 山物 联 网技 术 的 研究 工 作 ， E ma i l 1 3 8 5 3 8 0 3 2 9 7 1 3 9 ． c o rn。 引用格式 卢新 明， 阚淑婷 ， 张杏莉 ， 等． 矿山物联网云计算 与平 台技术 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 8 ， 4 4 2 ； 1 - 5 ． L U X i n mi n g ， KAN S h u t i n g ， Z HANG X i n g l i ． C l o u d c o mp u t a t i o n a n d p l a t f o r m t e c h n o l o g y f o r mi n e I n t e r n e t o f t h i n g s [- J ] ． I n d u s t r y a n d M i n e Aut o m a t i o n． 2 0 1 8， 4 4 Z 1 - 5 ． 2 工矿 自动化 2 0 1 8年 第 4 4卷 0 弓 I 言 关 于矿 山物 联 网 的技 术 内涵 及 其在 感 知矿 山、 精准 开采 、 透 明管 控 、 设 备 管 理 、 安 全管 理 乃 至智 慧 矿 山等系 统建设 中 的地 位 和作用 在文 献 E 1 一 l O ] 中都 有较详细的论述 。文献[ 1 ] 回顾了“ 十二五” 期间矿 山物 联 网建设情 况 ， 指 出 了加 快 矿 山物 联 网建设 的 理 由和“ 十三五 ” 期 间矿 山物 联 网建 设 重 点 布局 ， 提 出了我国矿山物联网建设的总体 目标 ； 文献[ 2 ] 给出 了矿 山物联 网的总体架 构 、 关 键技 术 、 顶 层设计 和建 设路线； 文献[ 3 ] 全面论述了面向煤炭精准开采 的物 联 网架构及 关键 技 术 ， 指 出 了基 于 透 明地 球 的煤 炭 精准 开采 和基 于物联 网的智 能感 知是实 现未来 无人 矿 山的两 大技术 体 系 ， 为实 现 煤 炭精 准 开 采 科学 构 想提 出 了明确技 术路径 ； 文献 [ 4 ] 讨 论 了矿 山物联 网 的结 构性平 台与 服 务性 平 台 ， 提 出了矿 山物 联 网平 台性与服务性需求 ， 描述 了矿 山物联 网的平台性与 服务性 特征 ， 给 出 了矿 山物 联 网结构 性 平 台的层 次 结构和云计算平台的服务内容和服务方式 ； 文献[ 5 ] 从感知矿山出发 ， 给出了矿山物联网的愿景， 即实现 矿山物与物相连 ， 消除监测盲区， 运用云计算和大数 据技术提取有用信息 ， 真正实现本质安全矿山， 并从 技术 和服务模 式 2个方 面梳 理 了矿 山物联 网的发展 趋势 ， 对 矿 山物联 网的协 同工 作模 式 和 购 买 服务 模 式进行了展望； 文献[ 6 ] 从云计算 的概念 、 服务模式 及其优势出发 ， 讨论了云服务的形式 ， 结合几种矿山 物 联 网中云计 算 的应 用 场景 ， 讨论 了感 知 矿 山物 联 网中云计算的必要性与合理性 ； 文献[ 7 ] 将矿山物联 网 主 要 技 术 融 合 到 智 慧 矿 山 的 各 个 层 面 ； 文 献[ 8 1 0 ] 给出了矿 山物联网的一些具体应用。 本 文重点 讨论 矿 山物 联 网中云计 算与 平 台技 术 的地位 和作用 ， 论 述矿 山物 联 网 云计 算 平 台 的技 术 目标 、 平 台架构 、 关 键 技术 、 服务 方 式 、 服务 内容 、 研 究方 法 和技术路 线 ， 为搭 建 一个 完 整 、 先 进 、 具 有普 适性 的矿 山物联 网云计算 平 台奠 定 了技 术基 础 。 智慧矿山软件系统等信息化系统列入了推广实施 目 录， 在 2 0 1 6 年 7 月 1日出台了 安全生产信息化领 域 1 0 项 技 术 规 范 ， 在 2 0 1 6年 1 2月 2 7日出 台 了 煤矿 安全生 产在 线监 测 联 网备 查 系 统 通用 技 术 要 求 和数 据采集 标准 试行 。科 技部 、 国家 安全生 产 监 督管 理总局 在 2 0 1 7年 4月 1 2日发 布 了 安 全 生 产先进适用技术与产品指导 目录 第一批 ， 其中列 入 了煤矿四维灾 害模拟与预警 系统等信 息系统产 品 。国家标 准 化 管理 委员 会 在 2 0 1 7年 1 O月 1 4 日 发 布 了 G B ／ T 3 4 6 7 9 --2 0 1 7 智 慧 矿 山信 息 系 统 通 用 技术 规范 。无论 是政 策性或 指导性 文件 ， 还是 矿 山企业的信息化系统 ， 矿 山物联 网技术都是重要 内 容之一 。但是综观企业或政府已建或在建的信息化 系统， 都只强调单一系统或集成 用 连接方式集成 平 台 的功能 ， 低水平 重复 建设较 多 ， 信 息孤 岛现象 大 量 存在 ， 无法 满足矿 山安 全生产 的实 时感知 、 快速 处 理 和综 合决策 需求 ， 缺 少 微 观 和宏 观 各层 面 的互 操 作 ， 很难发挥矿山物联网的优势和作用 。究其原因， 主要是 缺少 矿 山物 联 网 系统 的统 一 管 控 平 台 和 中 枢 ， 即矿山物联网云计算平台。 矿山物联 网技术架构如图 1所示 。可见矿山物 联网云计算与平台技术在矿山物联网系统中起核心 支 撑作 用 。 l 矿山物联网全方位深度应用 l I 赛 璺 嚣 篓 孽 I I 矿 山 安 全 态 势 分 析1j l在 慧 全 l I Ii l 圭 塑 鳇 塑 鏖墨 堑 J I竺 三 竺 竺 J 应用层 矿山物联网云计算与平台技术 1 支撑层 匿匾圆 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯- }⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ I II 层 l 和 无 线 智 能 传 感 l1 I感 知 层 l 技 术 与 装 备 研 发 J【 。 目 7乙 J 图 1 矿 山物联 网技术架构 1 云 计 算 与 平 台技 术在 矿 山物 联 网 中的 地 位 和 F i g T h n i c 1 a r c h i e c u r e 。 f m i n e I n e r n e 。 f h i n g s 作 用 2 矿 山物联 网云计算 平 台的技术 目标及 主要功 能 伴 随着计算机 、 物联网、 大数据 、 云计算和人工 智能等技术的进步 ， 以及现代采矿技术 的发展和安 全、 高效、 低耗、 绿色开采的需要 ， 以智能开采、 精准 开采 、 透明开采为 目标 ， 以地理信息系统和矿山物联 网技术 为基 础 的安全监 测监 控和工 业 自动化 系统应 运而生 ， 带动了我国矿山信息化建设如火如荼 的发 展 。国家安 全 生 产 监 督 管 理 总 局 在 2 0 1 5年 1 O月 1 4日发布的 第三批安全科技“ 四个一批” 项 目 将 矿山物联网云计算平 台的主要技术 目标是解决 实时异构数据快速可靠交换、 多源／ 多层次数据快速 接人、 分布式协同处理及服务等难题 ， 提供数据快速 处 理 与全息 主动服 务 ， 实 现 矿 山物 联 网从 感 知 到 应 用 的互 联互通 和信 息智 能交换 。其 主要功 能包括 1 通过矿山物联网融合通信系统和矿山物联 网协议 ， 快 速 接 入各 种 专 用 计 算 节 点 如 以 激 光 雷 达 、 激光罗盘和激光扫描等 自动测量数据为基础的 矿 山 智 能 时 空 信 息 模 型 管 理 系 统 2 0 1 8年 第 2期 卢新明等 矿山物联 网云计算与平台技术 3 空 间定位和空间建模计算节点 ， 以微震、 地音为探测 技 术 的震 源定 位和 岩层 运动 反演 节点 ， 以 电法 、 磁 法 为监 测手段 的富水 区域 和 富 水 性 动 态 建模 节 点 ， 以 高清摄像仪 和摄影测量为信息源的图像处理和模式 识别节点 ， 以光纤多气 体和温度连续测量为基础的 火 灾演 化分 析 节点 ， 以应 力 和 钻 屑 监 测 为 基 础 的 地 应力反演节点等 采集或预处理的数据， 按照平 台的 资源调度策略和时效要求进行分布式存储 ， 并 自动 建立元数据和抽取索引。 2 实时监测分布式存储 器中数据 包括 内外 存储器的分布数据 的更新和变化情况， 按照数据索 引结构、 挖掘算法和矿山智 能信息模型管理系统中 增强现实技术的建模和绘制需要 ， 随时抽取、 整理矿 山空间数据和物性数据 的演化过程 ， 并及时推送 到 变化增量矿山智能信息模型管控节点 ， 以便其他 节 点 能 够得 到最 新 的矿 山三维 场 景和模 型 数据 。 3 按 照矿 山安全 态势 分 析及 预 测 预警 系 统 的 需要 ， 以及各种灾害的发生机理和前兆信息特征 ， 及 时抽取和整理相关 的实 时数据和历史数据， 并按照 大数据分析的要求 ， 分别 推送到相应 的灾害预警和 防治决策工作站， 以便及时生成预警信息 、 解警信息 和灾害防治方案或救灾指挥方案。 4 对 于重 大关键设 备 包括 采煤机 、 液压 支 架 、 通风机 、 水泵、 运输设备 、 提升机等 ， 矿山物联网 云计算平台能够按照全生命周期健康管理理念 ， 不 断抽取各台设备的运行状态和故障诊 断信息 包括 振动信息 、 轴温、 油脂参数 、 电流 、 电压、 功率等 实时 数据和历史数据 ， 及时为设备 的远程诊断节点提供 服务 ， 以实现 矿 山重大 设备 无缺 陷运 行 。 5 根据各种系统和设备 的控制方式和命令格 式 ， 对各类设备 组 控制节点命令序列进行批量处 理和打包 ， 并按照命令编码规范 ， 通过物联网推送到 各现场智能控制单元或执行单元 ， 以满足整个矿山 远程 调度 和 自动 化精 准采 矿 的需要 。 矿 山物联 网云计算 平 台是 整个 矿 山物联 网应 用 的指 挥 中心 和调 度枢 纽 ， 矿 山 物联 网 云计 算 与 平 台 技术 的先进性和成熟度直接关系到矿山物联 网的应 用 效果 。 3矿山物联 网云计算平台的关键技术 在整个矿山开采过程 ， 无论是空间数据 、 环境数 据、 设施数据还是人员分布， 都是随时间的变化而变 化的。矿 山物联 网云计算平 台面 向的是一个海量 、 异 构 、 多元 、 时变 的物 物相 连 、 人 人 相连 、 物人 相连 的 复杂网络 ， 且数据流的每次接人、 存储 、 抽取 和推送 都有时效性要求 。要建立一个完全实用的矿 山物联 网云计算平 台， 必须解决 以下关键技术 问题。 1 以云 交互 数据 管道 为 核心 的矿 山物 联 网云 计算平 台架构 。该技术通过设计一个智能的云交互 数据管道 ， 实现 以矿山物联网感知数据接人、 存储、 抽取 、 转发和推送为主线 的快速通道 ， 实现矿山物联 网从感知到应用 的互联互通和信息智能交换 。 该 技术 的研 究 方法 与 技术 路 线 ① 针对 矿 山企 业的技术特征研究数据接人 、 存储 、 抽取 、 转发和推 送 的 功能需 求 、 数 据 流 内容 、 时效 性 指 标 ， 并 进 行 架 构设计。② 建立分 布式存储模型、 数据接人端 口、 信息 抽 取 算法 、 转发 打 包策 略 、 推 送 服务 机 制。 ③ 选择开发速度快、 适合 团队开发 、 能跨平台部署、 可借鉴开源资源的开发、 测试平台。④ 设计智能管 道及其端 口的结构 ， 进行软件组件分解及功能定义。 ⑤ 采用分组件开发 、 系统集成、 跨平 台部署、 模拟与 真 实现 场相 结合 的性 能 测 试 技术 ， 保 证 软件 的安 全 性 、 可靠 性 和可 用性 。 2 矿山物联网云计算平台的资源智能管控模 型及负载均衡算法 。该技术实现矿山物联网云计算 平台存储资源 、 计算资源和执行资源的多层次 、 细粒 度智能管控 ， 以及各类资源的均衡利用 ， 满足矿山物 联网数据快速接人 、 存储 、 处理 、 交换的高效性。 该技术 的研究方法 与技术路线 ① 分析存储资 源 、 计算资源、 执行资源的性能和特征 ， 建立多层次 细粒度资源组织模型。② 利用虚拟化和池化技术 ， 将各种物理资源抽象形成可管理、 可调度的逻辑资 源 ， 并汇聚成资源池 ， 实现平台资源的统一管理和操 作 。③ 借鉴主流技术体系， 采用层次化、 模块化 、 分 布式计算等技术 ， 设计跨平 台、 易扩容 、 开放式 的资 源管控策略。④ 分析任务和资源特征 ， 以负载均衡 为主要 目标 ， 并综合考虑时间、 成本、 能耗等 ， 建立资 源调度数学模型， 提出高效解决算法。⑤ 通过理论 分析 、 仿真／ 模拟实验等方法实现上述算法， 并在矿 山物 联 网云计 算平 台 中进行 应用 验证 和分 析 。 3 用于流的树状层次分解模型的任务调度及 资源分配策略 。该技术通过建立基于树状模型的分 级任务调度、 数据存储策略和算法 ， 实现存储资源 、 计算资源 、 执行资源的优化配置 ， 满足矿山物联 网异 构 、 海 量 、 实时 感知 数据 的快 速接 人要 求 。 该技术的研究方法与技术路线 ① 面 向矿 山物 联 网流数据输入端 口， 建立不同级别的任务节点、 存 储节点、 计算节点的树状层次分解模型。② 建立基 于树 状层 次分 解模 型 的作业 ／ 进 程／ 线 程创 建 、 终止 、 状态转换机制 ， 以及基 于优 先级 的优化 调度策 略。 ③ 建立基 于树状层次分 解模型 的 C a c h e ／ 内存／ b 存／ 磁盘阵列／ 数据 中心分级存储 、 替换策略。④ 创 4 工矿 自动 化 2 0 1 8年 第 4 4卷 建基于分布式 内存／ 共享内存的多线程／ 进程、 多核／ 众 核 、 多 C P U／ GP U、 集 群计 算资 源 的树 状层 次优 化 调度策略。⑤ 通过理论分 析、 仿真／ 模拟实验等方 法实现上述算法， 并在矿 山物联网云计算平台中进 行 应用 验证 和分 析 。 4 基 于 内存数据 库 和 内存 计算 的矿 山实 时异 构数据 交换技 术 。该技 术通过 分布 式 内存 计算 实现 矿山实时异构数据的快速交换， 为设备协 同管控提 供高效 的服 务支 撑 。 该技术 的研究方法与技术路线 ① 在分布式缓 存服务器中， 基于 C a c h e 技术实现矿山实时数据存 储 ， 采 用 L R U L e a s t R e c e n t l y Us e d ， 最近最 少使 用 算法及到期失效策略实现数据替换。② 通过在 内存 中维 护一 个 统一 的存 储 键／ 值 对 h a s h表 ， 来存 储各种异构数据 ； 采用基于 l i b e v e n t的事件处理机 制 ； 制订基于文本行的简单通信协议 ， 用于服务器一 客户端通信。③ 在服务器中创建守护进程 ， 用于监 听来 自客户端 的请求 。④ 基于通信协议实现客户 端与守护进程的及时通信 。 5 控制 命令 的快 速编码 及 批量 发送 技 术 。该 技术通过研发编码 、 打包 、 分发策略和算法 ， 解决批 量 控制命 令 的快速 编 码及 批 量 发 送难 题 ， 为矿 山多 类／ 多台／ 多参数设备的实时协同控制提供保 障。 该技术的研究方法与技术路线 ① 基于矿山生 产设备编码规范， 建立控制命令的分级 、 分层 、 标志 编码策 略 。② 利 用分 布 式 内存 计 算 ， 实 现 多 级 、 多 组 、 多 台分布 式并行 编码 。③ 采 用基 于优 先 级 的控 制命令过滤、 打包策略 ， 实现控制命令 的流式快速打 包 。④ 采用多通道逐级分流方式实现控 制命令批 量快速发送 ， 满足生产系统各环节的系统控制和每 台设备各种动作的实效性要求 。 6 矿 山物 联 网数 据 的 快 速 提取 、 批 量 打包 技 术 。该技 术 通过 建 立矿 山物联 网数 据 的快 速 提 取 、 批量 打包策 略 ， 利 用分 布式存 储索 引结构 、 分 布式挖 掘技术 和层 层汇集 技 术 ， 解 决 矿 山物 联 网综合 应 用 数据服 务 的实时性 问题 。 该 技术 的研究 方 法与 技术 路线 ① 分 析矿 山物 联 网各 种深 层应 用 所需 要 的 数 据 内容 、 结 构 特征 和 质量要求。② 制定矿山物联 网深层应用所需数据 的检索策略、 快速定位所需数据 的抽取方法 。③ 开 发多源、 异构、 分布式数据抽取、 数据汇聚和析构 引 擎。④ 基于树状层次模型， 实现矿 山物联网海量数 据的分类快速提取。⑤ 利用分布式内存计算 ， 采用 多级 流式 打包技 术 ， 实 现 矿 山物 联 网数 据 的 快 速批 量 打包 。 7 面向矿山自动控制及智能决策等应用 的推 送技 术 。该技 术建立 按需 即时 推送和事 件 驱动 的主 动式激活机制及主动服务模式 ， 以满足矿山安全态 势分析和灾害预警 、 大型设备远程故障诊断和缺陷 辨识 、 正 常生 产时期 的智 能 调度 和 灾 变 时期 的应 急 指挥等特定应用系统的信息需求。 该技术 的研究 方 法 与技术 路 线 ① 通 过 研究 现 代通信技 术和远程异构 系统的互操作 方法 ， 建 立按需 推送和事件驱动的主动式激活机制。② 根据矿 山物 联网各应用系统的数据存储方式， 利用信号量同步机 制进行数据实时写入。③ 建立矿山物联网信号异常 特征发现、 捕获 、 处理 、 重建和即时推送策略 。④ 通 过仿真／ 模拟实验等方法实现上述算法 ， 并在矿 山物 联网云计算平台中进行应用验证和分析。 4 结 语 按 照矿 山物 联 网 云计 算 平 台的技 术 目标 ， 根 据 关键技术设定的研究方法与技术路线 ， 只需遵循 软 件项 目管理理论和过程要求 ， 采用通用的标准、 主流 的技 术 和开放 的接 口， 遵循 国家 和行业 的相关 标准 ， 基 于现有技 术 ， 确保 矿 山 云分 布 式 架 构是 面 向监 测 与控制的矿山实时异构数据交换、 矿山综合应用的 数据处理与服务 的， 所采用的理论、 方法 、 模型和算 法是 先进 的 、 规 范 的 、 完整 的和 适 用 的 ， 即可 开 发 出 满足矿山安全、 高效 、 透明、 精准和智能开采所需要 的矿 山物联 网云计算 平 台 。 参考文献 R e f e r e n c e s [1 ] 施卫祖． 加快矿 山物联网建设E J 1 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 1 1 - 4 ． S HI W e i z u ． Ac c e l e r a t i n g c o n s t r u c t i o n o f mi n e I n t e r n e t o f t h i n g s [ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o m a t i o n ， 2 0 1 7。 4 3 1 1 1 1 4 ． [2] 丁恩杰 ， 施卫祖 ， 张申 ， 等 ． 矿 山物联 网顶层 设计 [ J 3 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 9 1 - 1 1 ． DI NG Enj i e ，SHI W e i z u，ZHANG Sh e n，e t a 1 ．Top - d o w n d e s i g n o f mi n e I n t e r n e t o f t h i n g s E J ] ． I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 7 ， 4 3 9 卜1 1 ． [3] 袁亮． 面 向煤炭 精准 开采 的物联 网架 构及关 键 技术 E J 3 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 O 1 - 5 ． YUAN Li a ng．Fr a me wor k an d ke y t e c hn ol o gy of I n t e r n e t o f t h i n g s f o r p r e c i s i o n c o a l mi n i n g[ J ] ． I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n， 2 0 1 7 ， 4 3 1 O 1 5 ． [ 4] 张 申， 张滔． 论矿 山物联 网的结构性平 台与 服务性平 台E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 i 3 4 3 8 ． ZHANG S h e n， Z HANG Ta o ． Di s c u s s i o n o f s t r u c t u r e d pl at f o r m a nd s e r v i c e p l a t f o r m o f mi ne I nt e r ne t of t h i n g s [ J ] ．I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 3 ， 39 1 3 4 3 8． 第 4 4卷 第 2期 2 0 1 8年 2月 工矿 自 动化 I n d u s t c y a n d M i n e Au t o ma t i o n V01 ． 4 4 NO ． 2 Fe b ．2 01 8 ’ ” “ 科研成果 { -_ ，◆ ． ． 1．◆ l’ 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 8 0 2 0 0 0 5 0 8 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 1 7 3 0 7 煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望 王 国法 ， 范 京道 ， 徐 亚 军 ， 任 怀伟 。 1 ． 天 地科 技股 份有 限公 司 开采 设 计事 业部 ，北京 1 0 0 0 1 3 ； 2 ． 煤炭科学研究总院 开采设计研究 院， 北京1 0 0 0 1 3 ； 3 ． 国家安全生产监督管理总局 煤矿智能化开采技术创新中心技术委员会 ， 陕西 黄陵7 2 7 3 0 0 ； 4 ． 陕西煤业化工集团有限责任公司 黄陵矿业集团有限责任公司 ， 陕西 黄陵 7 2 7 3 0 0 摘要 全面总结 了薄煤层和较薄煤层智能化开采 、 厚煤层大采高和超 大采 高智能化 开采、 特厚煤层综放 开采 智 能化技 术的创 新 与 实践 ， 分 析 了存 在 的 不足 ； 提 出了综 采 装备适 应 围岩 活动 及环 境动 态变化 所 需攻克 的 采煤机 智 能调 高控 制 、 液压 支 架群组 与 围岩 的智 能耦 合 自适 应 控 制 、 工作 面直 线度 智 能控 制 、 基 于 系统 多 信 息融合 的协 同控 制 、 超 前 支护及 辅助 作业 的 智能化 控 制 5项 关键 技 术 ， 为将 智 能开采 由 目前 的初级 阶段 升 级 为 自学 习 、 自决策 、 自修 正 的 高级阶段 奠 定技 术基 础 ； 对 煤炭 行 业 近期 、 中期 和远 期 提 出 了智 能化 、 有 限无 人化 和 流 态化 的技 术发 展 方 向和 目标 ， 展 望 了可能 的发展 路径 及 需要 突破 的 关键 技 术 和发展 方向 。 关 键词 煤 炭 开采 ；智 能化 开采 ；无人化 开采 ；流 态 化 开采 ；采 煤 机 智 能 调 高；智 能耦 合 自适 应 控 制 ； 工作 面直线度 智能控 制 ；协 同控 制 中图分类号 T D8 2 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 8 0 1 1 1 1 4 1 6 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 8 0 1 0 9 ． 1 8 4 9 ． 0 0 3 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 7 1 2 - 2 8 ； 修 回日期 2 0 1 7 0 1 0 8 ； 责任编辑 李 明。 基金项 目 国家重点基础研 究发展计 划 9 7 3 计划 资助项 目 2 O 1 4 C B O 4 6 3 O 2 ； 国家 自然科 学基金 重点支 持项 目 U1 6 1 0 2 5 1 。 作者简介 王国法 1 9 6 0 一 ， 男 ， 山东文登 人 ， 中国工程院院士， 研 究员 ， 博士研 究生导 师 ， 中国煤 炭科工 集团首席 科学 家 ， E ma i l wa n g g u o f a t d k c ． c o m。 引用格式 王国法 ， 范京道 ， 徐亚军 ， 等． 煤 炭智能化开采关键技术 创新 进展与展望[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 8 ， 4 4 2 5 - 1 2 ． WANG Gu o f a ， F AN J i n g d a o ， XU Ya j u n ， e t a 1 ． I n n o v a t i o n p r o g r e s s a n d p r o s p e c t o n k e y t e c h n o l o g i e s o f i n t e l l i g e n t c o a l mi n i n g [ J ] ． I n d u s t r y a nd Mi ne Au t o ma t i o n， 2 01 8， 4 4 2 5 - 1 2 ． [5 ] [6] [7] [8] 姚健铨 ， 丁恩杰 ， 张 申 ， 等 ． 感知 矿 山物联 网愿景 与发 展趋势r j ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 9 1 - 4 ． YAO J i a n q u a n， DI NG En j ，Z HANG S h e n，e t a 1 ． Pr o s pe c t o f pe r c e pt i o n mi ne I nt e r n