基于WebGIS 的煤矿多系统融合联动设计_王勇.pdf

第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines Vol．51No．2 Feb． 2020 基于 WebGIS 的煤矿多系统融合联动设计 王勇 1， 2， 3 （1．煤炭科学技术研究院有限公司， 北京 100013； 2．煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室， 北京 100013； 3．北京市煤矿安全工程技术研究中心， 北京 100013） 摘要 针对煤矿安全监控系统升级改造融合联动的要求， 提出了基于 WebGIS 技术的多系统融 合联动方案和 “一张图” 模式的应用架构， 在统一 GIS 平台上设计了系统之间的数据交互和关联 报警流程， 开发了包括环境监测、 人员定位、 视频图像等系统的集中展示平台， 在二维 GIS 地图 上实现了各系统深层次的数据集成和功能整体应用， 提升了煤矿安全监测的效率和应急处理的 速度。 关键词 煤矿安全监控系统； WebGIS； 一张图； 多系统融合； 联动报警 中图分类号 TD76文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020 ） 02-0132-03 Design of Coal Mine Multi-system Integration and Linkage Based on WebGIS WANG Yong1．2．3 （1．China Coal Research Institute, Beijing 100013, China;2．State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization, Beijing 100013, China;3.Research Center of Mine Safety Engineering and Technology, Beijing 100038, China） Abstract In view of the requirements of coal mine safety monitoring system upgrade and reconstruction fusion linkage, the application architecture of multi-system fusion linkage and “one picture”mode based on WebGIS technology is proposed． On the unified GIS plat, the data interaction and correlation alarm process between the systems are designed, and the centralized display plat including environmental monitoring, personnel positioning, video image and other systems is developed． On the two-dimensional GIS map, the deep data integration and the overall application of functions of various systems are realized, which improves the efficiency of coal mine safety monitoring and the speed of emergency treatment． Key words coal mine safety monitoring system; WebGIS; one map; fusion plat for multiple systems; linkage alarm 为满足安全生产的需要，近年来煤矿企业已建 设了安全监控、 人员定位、 视频监控、 井下广播等系 统。为及时获取各安全系统的状况，监控人员需要 随时关注来自不同屏幕的数据，但煤矿的数据量往 往很大，通常无法在一个屏幕里完整的展现，而图 形界面可以呈现出系统的全景，给人带来直观的感 受；部分安全系统虽然提供图形界面，但各厂商的 标准不一致，显示的效果差别很大，有时甚至连巷 道图的方向都不统一，更遑论将各系统的数据叠加 在一张图上展示了。分散的数据、 迥异的图形， 使各 系统成为 “信息孤岛” ， 无法实现联动效应。 提出了基于 WebGIS 的煤矿安全多系统融合技 术， 将安全监控、 人员定位、 视频监控、 井下广播等 系统的信息集中在 WebGIS 界面中统一展示，并从 各系统设备之间的逻辑关系层次进行了关联，使得 各种煤矿安全系统融合为一个整体，为进一步促进 煤矿安全生产提供了技术支持。 1在 WebGIS 中展示多系统数据的方法 基于 GeoServer、 OpenLayers 等开源软件构建 WebGIS 平台的研究[1-3]， 为煤矿安全领域的图形监 控系统提供了开放的、低成本的解决方案。使用 DOI10．13347/j．cnki．mkaq．2020．02．030 王勇．基于 WebGIS 的煤矿多系统融合联动设计 ［J］ ．煤矿安全， 2020， 51 （2） 132-134， 138． WANG Yong． Design of Coal Mine Multi-system Integration and Linkage Based on WebGIS ［J］ ． Safety in Coal Mines, 2020, 51 （1） 132-134, 138． 基金项目 国家重点研发计划资助项目 （2018YFC0808304） 移动扫码阅读 132 ChaoXing Vol.51No.2 Feb. 2020 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines WebGIS 平台来展示安全监控系统设备的实时状态 或者展示人员定位系统的人员运行轨迹[4-5]的研究， 为在一张图中展示多系统数据的方法奠定了基础。 1.1按系统分组的 WebGIS 应用 在 GeoServer 中有工作区 （Workspace） 、 数据源 （Store） 、 图层 （Layer） 、 图层组 （Layer Group）和样式 （Style） 的概念[6]， 理论上， 可以为煤矿创建 1 个工作 区，在这个工作区里将各系统使用的巷道、文字等 Shape 数据源发布成图层， 并组合为图层组。按系统 分组的 WebGIS 应用如图 1，前端各系统分别调用 OpenLayers 来访问 GeoServer 提供的网络地图服务 （Web Map Service， WMS） ， 在浏览器中显示巷道、 文 字等图层；通过访问网络要素服务 （Web Feature Service， WFS） 来获取设备的位置和基本信息； 使用 自定义样式来控制各系统中不同设备在 WebGIS 中 显示的图标；设备的实时数据和状态可根据设备信 息通过后端的业务服务获取。 该方案有 3 大不足之处①需要为每个系统单 独发布包括巷道和文字在内的底图，如各系统底图 不一致，叠加在一起显示会出现混乱；②伴随着井 下生产活动， 底图需要经常更新， 系统数量越多， 更 新复杂度越高；③煤矿往往无法提供井下设备安装 位置的坐标数据， 前端系统无法通过 WFS 服务自动 安排设备位置。 1.2 “一张图” 模式的 WebGIS 应用 为了解决按系统分组带来的不便，对以上方案 进行了调整。 “一张图” 模式的 WebGIS 应用如图 2， 在 GeoServer 的工作区中发布 1 套公用的底图， 前端 通过地图管理器调用 OpenLayers 访问 WMS， 将底图 在浏览器中显示出来。 在 WebGIS 上展示的各系统被抽象成系统服 务， 可根据煤矿实际情况配置是否启用， 由服务管理 器来启动或停止； 每个服务至少包含 1 个设备图层， 可根据使用者的需要显示或隐藏；为减少系统的耦 合性， 各服务完全独立， 仅通过消息与其他服务通信。 前端分为编辑和监控 2 种模式。 在编辑模式下， 管理员从设备树中将各系统的设备拖拽到底图相应 的位置上，设备管理器会把该设备添加到系统对应 的设备图层中，并通过 Ajax 请求将设备的编号、 系 统、坐标等信息发送给后端的位置服务，保存在数 据库中。在监控模式下，各系统已安排位置的设备 会显示在对应的设备图层中，并定时更新数据和状 态， 实现在一张图上展示多系统数据。 该方案的优点如下①管理员只需维护 1 份底 图， 工作量大幅减小， 也不会出现底图互相冲突的情 况；②管理员能够以所见即所得的方式安排设备位 置， 解决了因缺少设备坐标而无法自动布置的问题， 后期维护的工作量很小； ③各业务系统可独立运行， 减少了系统的耦合性， 方便部署、 维护和扩展。 2在 WebGIS 中实现多系统融合的方法 各系统的设备之间存在一定的逻辑关联，比如 某个区域的瓦斯超限，应该触发该区域的井下广播 设备播报警告，并通过该区域的人员定位基站向周 图 1按系统分组的 WebGIS 应用 Fig.1WebGIS application grouped by system 图 2 “一张图” 模式的 WebGIS 应用 Fig.2Application of“one map”model in WebGIS 133 ChaoXing 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.2 Feb. 2020 （下转第 138 页） 图 4前端监控模式融合报警 Fig.4Fusion alarm of front-end monitoring mode 围的人员发送撤离通知。 2.1通过 WebGIS 设置多系统的关联关系 要实现多系统之间的关联，首先要从区域中筛 选出相关的设备， 步骤如下 ①在 WebGIS 中绘制 1 个区域，由于区域可能是不规则图形，这里调用 OpenLayers 的绘图交互功能（ol.interaction.Draw） 绘 制 1 个多边形 （ol.geom.Polygon） ； ②获取这个多边形 的几何形状 （ol.geom.Geometry） ； ③通过该几何形状 的 intersectsCoordinate 方法， 与某一设备图层中所有 设备的坐标进行对比，将坐标在区域中的设备加入 集合中； ④重复步骤③） ， 直到所有的设备图层都检 查完毕； ⑤返回坐标在区域中的设备集合。 该方法的优点是， 计算完全在前端实现， 无需使 用网络要素服务 （Web Feature Service， WFS） ， 简单 灵活。不过， 因为二维 GIS 的局限， 有时看起来在平 面上距离接近的设备，可能会处于不同的水平位 置，实际上并不在同一区域，此时需要辅以人工判 断。接下来设置设备之间的逻辑关系，发送给后端 的业务服务， 保存在数据库中。这里， 安全监控系统 的传感器是关联的发起者，其他系统的设备是关联 的响应者。 2.2在 WebGIS 中展现多系统融合的效果 当后端的业务服务监测到煤矿安全监控系统的 关键传感器发生报警时，将关联报警消息通过 WebSockets[7]推送给前端的安全监控服务， 该消息包 含触发报警的传感器编号、报警内容、关联系统的 设备编号。使用 WebSockets 实现事件驱动的响应， 前端无需通过轮询后端服务获取数据，可以大幅减 少前端的等待时间， 提升服务器的响应能力[8-9]。 在 WebGIS 中展示的关联报警流程如图 3。 安全监控服务通过 CustomEvent[10]广播 “联动报 警” 消息， 所有监听 “联动报警” 消息的服务都会收 到该消息，根据消息中包含的编号查找本系统设备 图层中的设备，并执行相应的报警动作。当后端监 测到安全监控系统的关键传感器报警停止时，通过 WebSockets 把报警停止消息推送给前端，安全监控 服务通过 CustomEvent 广播 “停止报警” 消息， 各服 务接收到消息后停止报警。 当安全监控系统的高浓激光甲烷传感器超限报 警时 （图 4） ， 高浓激光甲烷传感器、 人员定位系统的 关联读卡器、井下广播系统的关联扩播器、视频监 控系统的关联摄像头均产生报警动画，提醒监控人 员注意；同时，视频监控系统的关联摄像头还自动 弹出实时监控视频。 3结语 基于 WebGIS 技术， 在 “一张图” 平台上展现煤 矿安全监控、 人员定位、 视频监控、 井下广播等安全 系统的信息， 从逻辑层次实现各系统的联动， 解决了 煤矿不同监控系统在同一 GIS 平台上的整体应用， 以较低的代价提升了煤矿安全生产管理的层次。 参考文献 ［1］ 李锦．基于 GIS 的图形信息展示平台的研究与实现 ［D］ ．西安 西安工程大学， 2012． ［2］ 闫石磊．基于 GeoServer 的 WebGIS 共享数据平台 ［D］ ． 图 3在 WebGIS 中展示的关联报警流程 Fig.3Displaying associated alarm in WebGIS 134 ChaoXing 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.2 Feb. 2020 了从煤层到泥岩层再回到煤层的这种变化趋势。 4结语 煤矿井下随钻伽马测井技术是煤矿井下地层岩 性探测、确保顺煤层钻进的有效手段；煤矿井下随 钻伽马测井系统在山西伯方矿顺煤层瓦斯抽放孔中 的应用，验证了其能实时提供地质信息指导顺煤层 钻进，提高了顺煤层定向钻进的效率；目前该套系 统中伽马参数测量单元距离钻头较远， 下一步计划研 制近钻头随钻伽马测井系统， 进一步提高探测效率。 参考文献 ［1］ 宋吉曜， 张军， 林府进， 等．顺煤层钻孔成孔工艺技术 ［J］ ．煤矿安全， 2010， 41 （5 ） 32－34． ［2］ 段勋兴， 陶勇， 李开万， 等．煤矿井下顺煤层长钻孔施工 工艺技术及设备选型探讨 ［J］ ．煤矿安全， 2011， 42 （12 ） 104－106． ［3］ 陈爱和， 张昌虎， 刘延俊， 等．煤矿顺煤层钻孔施工新工 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