煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，也是煤矿实现转型升级发展的新机遇。作为我国能源支柱产业，煤炭工业亟需在煤炭“测-掘-采-运-选-销”各大关键环节实现安全、高效、智能化的创新突破。
长城超云基于多年煤矿行业服务经验，积极响应矿山智能化变革的需求，推出完善的“长城超云智慧矿山解决方案”，助力中国煤炭科工集团(简称中国煤科)加速建设“煤智云”，推动矿山生产向着数字化、智能化迈进。
项目背景
2020年2月，国家发展改革委、国家能源局等8个部门联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了我国煤矿智能化的发展方向和技术路径。目前，我国煤矿智能化发展尚处于初级阶段，智慧矿山、智能开采的相关概念、构建框架、关键技术等研究正逐步开展并深入探索。
作为我国煤炭工业科技创新的国家队和排头兵，中国煤科应用数字化、智能化技术，打造“煤智云”生态系统，助力煤炭行业全面数字化转型提速。“煤智云”煤炭行业大数据中心建设项目由中国煤炭工业协会发起，中国煤科牵头，联合行业内外优势资源共同打造，该项目包含基础设施层、平台支撑层、智能应用层、运营运维体系、安全管理体系、信息集成与应用服务等六大模块。
三大问题成为传统模式矿山数字平台发展桎梏
从企业现状和自身需求来看，目前煤矿智能化平台建设面临着很多痛点，传统模式的矿山数字平台主要存在以下问题：
一是矿井与数据中心之间的网络传输资源有限，传输延迟较高，因此很难做到在云上集中对大量检测数据进行实时存储、处理、计算，需要采用云+边模式，充分利用边缘计算对数据进行实时处理、卸载、存储等工作。
二是矿井内自然条件苛刻，普遍存在供电、空间、散热等各方面问题，并且难于管理维护，因此对于边缘计算设备，就需要提供更优的功效，并且部署、维护、使用要尽可能简单方便。
三是云数据中心在集中进行检测数据分析、处理时，现有的云存储基础架构需要进一步优化，实现GIS系统海量时空数据的一体化综合管理。
超云针对性解决方案助力中国煤科智慧矿山建设
鉴于传统模式矿山数字平台存在的问题，超云在总结众多智慧矿山建设实践经验的基础上，协同中国煤科基于业务实际，多次调研，制定了完善的智慧矿山解决方案，助力中国煤科智慧矿山建设。
超云采用“云+边”的数据中心基础架构，在矿井及数据处理中心建设面向海量结构化及非结构化数据进行优化的云计算数据中心。
在数据中心端，通过部署领先的FS-SDS低延迟软件定义存储引擎，并结合高性能的英特尔® 傲腾™ 数据中心固态盘(SSD)、第二代英特尔®至强®可扩展处理器 Gold 5117，软件和硬件紧密结合，显著提升大量时空数据并发场景下读写及处理速率性能。
在矿井边缘，超云专为边缘计算打造了超融合产品FS5000 Express，基于同云计算数据中心一致的核心组件及系统架构，内嵌Intel OpenVINO深度学习加速套件，通过软件同硬件的深度结合及负载优化，实现在边缘对多路时空数据进行并行的实时存储、实时推理，满足推理性能的需求，从而助力实现甲烷、一氧化碳、二氧化碳、温度、液位、负压、氧气、顶板离层仪、锚杆、锚索拉力监测，液压支架工作阻力等传感器数据的可靠上传。
基于独立自组网的5G网络传输系统，结合VR虚拟现实形式，可对煤矿采区变电所等场景进行实时监控取代人工巡检，实现井下关键区域的24 小时连续巡检，在提高工作效率、降低巡检人员劳动强度的同时，增强井下环境的安全保障;同时，可利用5G无线高清摄像机进行实时视频监控，通过矿用5G工业网关对局扇的启停进行远程控制。
此外，在众多矿区MEC中心的应用中，通过中心云与边缘云一体化部署，使得矿井数据通信业务在地面核心机房落地处理，不需要传输到公网，在提高数据安全性的同时，进一步降低数据传输时延性。
FS5000 Express 超融合一体机
FS5000 Express超融合系统让智慧矿山解决方案优势凸显
长城超云采用FS-SDS软件定义存储引擎，同时提供高性能、低延迟的文件及块存储服务，彻底解决各类大数据应用，尤其是实时性处理所面临的严峻挑战。在视频大数据应用场景中，用户需要处理的数据绝大多数都是各类视频、图像等非结构化数据，一方面需要解决多路视频流高并发稳定读写，另外一方面还需要解决视频图像在大数据应用、尤其是像AI训练过程中所产生的海量小文件并发读写性能瓶颈。
FS-SDS软件定义存储引擎在标准NFS协议下，实际测试单节点(配置单颗Intel Gold 5117处理器，128GB内存，1块375GB Optane P4800X SSD，8块3.84TB Intel S4510 SSD)可提供每秒30000+文件并发随机读写，以及超大目录(单层单个目录千万级文件)每秒10000+文件并发随机读写，支持多达数百乃至上千个高性能服务器节点进行并行满载训练或视频分析处理。
部署于边缘的FS5000 Express超融合系统，基于FS-SDS实现两节点高可用、零接触运维的云计算环境，存储利用率高达80%以上，并实现高效、透明的在线数据压缩;此外，FS5000 Express内嵌Intel OpenVINO工具套件，提供高度优化且经济有效的神经网络计算能力，并对模型进行压缩和加速，无需昂贵专用的GPU处理单元，即可提供强大的推理计算能力。
实际测试表明，FS5000 Express两节点(每节点配置两颗Gold 5117)可支持120路以上每秒25帧1080P视频进行持续的实时推理、分析，同Tensorflow、PyTorch等框架相比，平均处理性能提升200%以上;FS5000 Express还对资源开销进行了显著优化，单节点基础服务资源开销仅相当于同类产品50%，且连接千兆以太网即可使用并提供良好的性能。高集成度、低资源开销、良好的网络适应性、各类数据及应用承载、极高的存储容量及利用率、便捷部署及运维，这些特性都使FS5000 Express极为适合边缘计算、尤其是矿山云的边缘计算场景。
FS5000 Express 超融合架构
从云到边缘，基于一致的软硬件架构及核心组件，无论是矿井边缘云，还是MEC中心云，都可以获得一致的使用体验，更易于管理维护，并且显著降低学习成本。
超云解决方案符合智慧矿山、国家“十四五”规划目标以及安全防护等政策的发展需求及合规需求，从根本上提升资源利用率，为客户节约成本、提升效率、保障安全。未来的智慧矿山场景，将是矿产资源开发与新一代信息技术的深度融合。长城超云愿携手更多行业客户，赋能智慧矿山的建设，逐步推进矿山智能化改造和数字化应用，助推矿业经济高质量发展。
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