一种基于边缘云的煤矿智能管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于边缘云的煤矿智能管理系统及方法，包括地面系统，通信网络模块和井下系统；地面系统用于训练煤矿数据模型，并通过云技术传输至井下系统；快速通信网络用于对地面系统和井下系统提供数据传输通道；井下系统用于接受地面系统传输的训练后的煤矿数据模型，并进行应用。步骤1，在煤矿地面系统中，交互模块获取训练请求，训练模块根据训练请求进行算法模型开发训练；步骤2，将开发训练后的算法模型发送至中心云，中心云通过快速通信网络获取对应的软硬件设备接口，将开发训练后的算法模型至井下的边缘云系统；步骤3，将开发训练后的算法模型部署至井下系统进行应用。发训练后的算法模型部署至井下系统进行应用。发训练后的算法模型部署至井下系统进行应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘云的煤矿智能管理系统及方法


[0001]本专利技术属于煤矿智能化
，具体属于一种基于边缘云的强实时性煤矿智能应用系统及方法。

技术介绍

[0002]随着智能矿山建设的不断推进，煤矿智能应用在煤矿的生产、经营、管理等各环节不断普及。这些智能应用在大幅度提升生产效率，改善经营及管理效能方面发挥了重要作用。但是，由于煤炭业务中存在大量的特殊智能应用，例如矿井火灾预测、涌水突水预测、闸瓦间隙预测等对监测数据处理的时效性要求非常高的强实时性智能应用，给智能应用的实现提出了很多挑战。
[0003]煤炭智能算法在被应用前，必须经过长时间基于大规模数据的训练，这些训练过程会耗费大量的计算资源。因此，需要高性能的计算设备进行支撑。然而，煤矿的生产场景通常分为井下工作区域和地面工作区域。煤矿的井下工作区域狭窄，井下环境恶劣，不适合计算机服务器之类的设备进行部署，存在粉尘、散热等不利条件，只能部署一些低功耗、小体积的计算设备，这些设备的计算资源相对于智能算法的训练来讲，是远远不够的。并且，如果在井下复杂环境下专门增加满足需求的计算设备又会对井下工作环境造成影响，井下复杂多变环境也会增加计算设备的不稳定性。在地面工作区域，虽然具有部署计算资源的环境条件，但是，由于排水、通风、开采、尤其安全监测等工作需要对数据进行强实时性的处理，且这些系统都在井下运行，如果采集相关数据传送到地面进行处理后再返回井下，势必会带来较大的传输延迟，这对于上述业务来讲是不可接受的。因此，智能算法的地面训练需求和井下运行需求给应用系统的设计与实现带来了困难。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于边缘云的强实时性煤矿智能应用系统及方法，通过边缘云技术，将煤矿异构设备和系统形成的边缘云与煤矿分布式中心云结合，实现了煤矿地面生产环境智能应用和煤矿井下生产环境智能应用的并行处理，提高了煤矿智能应用的适用性、强实时性和易维护性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于边缘云的煤矿智能管理系统，包括地面系统，通信网络模块和井下系统；
[0007]所述地面系统用于训练煤矿数据模型，并通过中心云传输至井下系统；
[0008]所述快速通信网络用于对地面系统和井下系统提供数据传输通道；
[0009]所述井下系统用于接受地面系统传输的训练后的煤矿数据模型，并通过边缘云进行应用。
[0010]优选的，还包括调度监控组件，用于监控地面系统，快速通信网络模块和井下系统的运行传输过程。
[0011]优选的，所述地面系统包括交互模块、开发模块、训练模块、智能应用推送模块、虚
拟资源控制模块、编译模块、负载均衡模块、虚拟机资源管理模块、远程过程调用模块和远程方法调用模块、任务部署模块和数据源采集中间件模块；
[0012]所述交互模块用于进行人机交互；
[0013]所述开发模块用于提供算法和应用开发环境和开发功能；
[0014]所述训练模块用于训练煤矿数据模型；
[0015]所述智能应用推送模块用于将训练出的煤矿数据模型进行推送；
[0016]所述虚拟资源控制模块用于提供训练模块进行算法训练所需资源；
[0017]所述编译模块用于对训练模块的训练结果进行编译；
[0018]所述负载均衡模块用于对已部署应用合理分配并动态调整物理资源的；
[0019]所述虚拟机资源管理模块用于在虚拟化环境下开辟为用户提供虚拟机的虚拟机资源管理模块；
[0020]所述远程过程调用模块和远程方法调用模块用于对智能应用或智能算法间功能调用的；
[0021]所述任务部署模块用于发布训练任务及部署任务的；
[0022]所述数据源采集中间件用于负责源数据获取的。
[0023]优选的，所述地面系统中还包括分布式存储资源池用于存储煤矿设备和系统的数据。
[0024]优选的，所述井下系统包括智能应用交互模块、数据源采集中间件、异构软硬件设备接口、通信模块、编译模块、边缘云控制模块；
[0025]所述智能应用交互模块用于实现应用交互功能的；
[0026]所述数据源采集中间件用于源数据获取的；
[0027]所述异构软硬件设备接口用于将异构设备连入系统网络的；
[0028]所述通信模块用于设备及系统件通信的；
[0029]所述编译模块用于对训练结果或用户的自定义功能代码进行编译形成可用的智能算法或应用的；
[0030]所述边缘云控制模块用于对边缘云进行管理和使用。
[0031]优选的，地面系统和井下系统中均包括通信模块，所述地面系统的通信模块通过通信网络模块连接井下系统的通信模块传输数据。
[0032]一种基于边缘云的煤矿智能管理方法，包括以下过程，
[0033]在煤矿地面上进行算法模型的开发训练，将开发训练后的算法模型传输至中心云；
[0034]中心云将地面上开发的算法模型传输至井下系统通过边缘云进行应用。
[0035]优选的，具体包括以下步骤，
[0036]步骤1，在煤矿地面系统中，交互模块获取训练请求，训练模块根据训练请求进行算法模型开发训练；
[0037]步骤2，将开发训练后的算法模型发送至中心云，中心云通过快速通信网络获取对应的软硬件设备接口，将开发训练后的算法模型至井下的边缘云系统；
[0038]步骤3，将开发训练后的算法模型部署至井下系统进行应用。
[0039]优选的，步骤1中具体包括以下过程，交互模块负责对用户的输入数据进行转化，
根据用户操作调用训练模块。训练模块根据训练请求，调用虚拟资源控制模块开辟对应的虚拟资源并进行训练任务，在资源开辟和训练过程中会用到负载均衡模块在合适的物理机上开辟资源。训练结束后根据用户请求，调用编译模块，对训练结果进行编译并形成系统可用的智能模型，存入模型库中。最后根据用户请求，通过智能应用推送模块对算法模型进行发布。
[0040]优选的，步骤3中，部署过程中，井下操作人员依据对井下环境调整算法模型进行数据更新包括增加、减少或参数调整。
[0041]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0042]本专利技术的一种基于边缘云的煤矿智能管理系统。根据煤矿生产环境的特点，通过边缘云技术，将煤矿异构设备和系统形成的边缘云与煤矿分布式中心云结合，实现了煤矿地面生产环境智能应用和煤矿井下生产环境智能应用的并行处理，提高了煤矿智能应用的适用性、强实时性和易维护性。
[0043]本专利技术一种基于边缘云的煤矿智能管理系统，利用云技术和虚拟化技术，分别将地面和井下工作环境下的煤矿系统和设备整合为地面边缘云系统设备和井下边缘云系统设备。这些边缘云系统设备可以暴露相应的软硬件接口，从而让地面的云中心识别，并且可以在虚拟化环境下作为单个虚拟节点进行的统一管理。另外，可通过计算机网络技术，将在中心云中完成训练的算法模型产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘云的煤矿智能管理系统，其特征在于，包括地面系统，通信网络模块和井下系统；所述地面系统用于训练煤矿数据模型，并通过中心云传输至井下系统；所述快速通信网络用于对地面系统和井下系统提供数据传输通道；所述井下系统用于接受地面系统传输的训练后的煤矿数据模型，并通过边缘云进行应用。2.根据权利要求1所述的一种基于边缘云的煤矿智能管理系统，其特征在于，还包括调度监控组件，用于监控地面系统，快速通信网络模块和井下系统的运行传输过程。3.根据权利要求1所述的一种基于边缘云的煤矿智能管理系统，其特征在于，所述地面系统包括交互模块、开发模块、训练模块、智能应用推送模块、虚拟资源控制模块、编译模块、负载均衡模块、虚拟机资源管理模块、远程过程调用模块和远程方法调用模块、任务部署模块和数据源采集中间件模块；所述交互模块用于进行人机交互；所述开发模块用于提供算法和应用开发环境和开发功能；所述训练模块用于训练煤矿数据模型；所述智能应用推送模块用于将训练出的煤矿数据模型进行推送；所述虚拟资源控制模块用于提供训练模块进行算法训练所需资源；所述编译模块用于对训练模块的训练结果进行编译；所述负载均衡模块用于对已部署应用合理分配并动态调整物理资源的；所述虚拟机资源管理模块用于在虚拟化环境下开辟为用户提供虚拟机的虚拟机资源管理模块；所述远程过程调用模块和远程方法调用模块用于对智能应用或智能算法间功能调用的；所述任务部署模块用于发布训练任务及部署任务的；所述数据源采集中间件用于负责源数据获取的。4.根据权利要求1所述的一种基于边缘云的煤矿智能管理系统，其特征在于，所述地面系统中还包括分布式存储资源池用于存储煤矿设备和系统的数据。5.根据权利要求1所述的一种基于边缘云的煤矿智能管理系统，其特征在于，所述井下系统包括智能应用交互模块、数据源采集中间件、异构软硬件设备接口、通信模块、编译模块、边缘云控制模块；所述智能应用交互模块用于实现应用交互功能的；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟，邴喆，汪海涛，张光磊，谈娌娜，张阳，王星，董振良，董洛兵，秦一帆，许向安，段明东，
申请(专利权)人：西安梅隆控制工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：