WEBGIS在煤矿防救灾管理系统开发中的引用.pdf

技术经验 WebGIS在煤矿防救灾管理系统 开发中的应用 杨建军,王天保 河北峰峰集团公司 安全监督局,河北 邯郸056201 摘 要通过WebGIS在煤矿防救灾系统的开发、 应用,系统地介绍了WebGIS的开发过程,实现 了与煤矿井下各种危险源及相应的应急救援预案数据库的无缝连接,以及客户端实时更新We2 bGIS数据库数据,动态模拟演示各种事故的避灾线路,完成了煤矿防救灾地理信息系统的开发。 关键词WebGIS;煤矿;管理;开发;应用 中图分类号TD76 文献标识码B 文章编号1003 - 496X200508 - 0029 - 04 1 引 言 目前,在美国、 日本等先进国家,已建立了技术 先进、 成熟的灾害应急救援联动系统,我国一些城市 已经或正在建立城市应急联动系统。我国早在九十 年代已经提出,建立各行业特别是高危行业的重大 事故应急救援预案。一些石油、 化工、 电力的企业率 先建立了重大危险源监控及事故应急响应系统。煤 炭行业特大生产安全事故应急联动系统的工作开展 较晚,技术手段比较落后,大部分还停留在应急救援 程序上墙,事故发生后手工操作阶段,效率低、 效果 差,在一定程度上制约了煤矿重大事故抢救工作的 开展,事故造成的影响及损失巨大。 WebGIS是Internet和WWW技术应用于GIS 开发的产物,是实现GIS互操作的一条最佳解决途 径。WebGIS提供了一种易于维护的分布式GIS解 决方案。尽管目前的WebGIS软件提供的空间分析 功能很难满足专业应用的需要,但是随着技术的发 展,WebGIS终将取代传统的GIS。 2 WebGIS地理信息系统设计及开发 峰峰集团公司防救灾联动系统包括矿山应急救 援体系、 重大危险源辨识专家系统、 应急救援地理信 息系统平台、 应急救援决策支持平台、 防救灾应急救 援智能联动系统、 安全生产及应急救援网络平台、 应 急救援无线通信系统等7个子系统的庞大系统,其 中应急救援地理信息系统平台,采用了面向对象、 分 布式和互操作为关键特征的WebGIS。 2. 1 WebGIS开发基本思想 WebGIS是基于浏览器/服务器模式的地理信 息系统,客户端仅需通过通用的浏览器进行系统操 作,简单易用,使得不仅是专业人员,而且普通用户 也能方便地获取所需的信息,使得任一Internet用 户均可获得WebGIS服务器提供的服务;同时,具有 良好的可扩展性和开放性。 WebGIS从逻辑上可分为三层客户、Web应用 服务器和GIS系统服务器。 客户使用Internet标准如TCP/ IP、HTTP、 HTML和XML与Web应用服务器通信来获取 GIS应用数据和应用逻辑; Web服务器为WebGIS应用提供数据存取和 应用继承等服务,对客户端通过Web页面产生的用 户请求根据业务逻辑进行分析处理,产生新的页面, 并送回到客户端; GIS系统服务器通过连接器与Web服务器连 接,与Web服务器集成起来为客户服务。 2. 2 WebGIS开发环境 WebGIS的开发环境根据各行业的需求有所不 同,WebGIS的开发环境依赖于服务器的操作系统、 地理信息系统平台、 所用的数据库类型和所用的开 发语言。目前WebGIS系统从实现模式上主要可以 分为两类采用服务器端策略和采用客户端策略。 在河北峰峰集团的WebGIS系统开发中,根据 集团的需求拟出如下开发环境 92 第36卷 第8期 煤 矿 安 全 2005年8月 1 WebGIS平台。根据平台的选择原则,对比 了国内外的GIS厂商的产品,我们选择国产的地网 GeoBeans作为GIS开发平台。 2服务器操作系统。 根据操作系统的直观性、 普遍性、 稳定性、 安全性和易用性原则,我采用了美 国微软的Windows操作系统。 3数据库平台。 在性能价格比以及考虑到稳 定性、 兼容性、 稳定性、 安全性和易用性,我们选择美 国微软的Sql Server2000数据库平台。 4开发语言。根据Web编程的特点、 各支撑 平台的选择以及综合考虑集团公司的需求和系统的 稳定性、 易扩展性及跨平台性,我们拟采用服务器端 策略和客户端策略相结合的系统实现模式,所以在 开发语言中,服务器端开发语言采用HTML4语言 和Javascript语言;客户端开发语言采用当前流行而 且成熟的asp语言。 5其他支撑的软件。本系统的客户端采用Ja2 va Applet策略,需要JAVA虚拟机来支撑运行。由 于集团的图形数据大多是用AutoCAD来做,所以在 导入数据方面采用c/ s结构。 2. 3 系统总体结构设计 系统的基本框架采用B/ S和C/ S相结合的结 构,空间数据的更新部分及系统维护部分采用C/ S 结构,用户查询统计部分采用B/ S结构,三层结构 的浏览器/服务器模型B/ S是当前网络应用程序 的主要开发模型见图1 ,这种方案将系统划分为 三 “层”,客户机、 网络应用服务器和数据库服务器。 图1 峰峰集团WebGIS地理信息系统体系结构图 1浏览器。进行Web - GIS的设计最重要的 一点是在客户端如何显示地图,无论是矢量还是栅 格,对于Web - GIS来说,客户端的程序在浏览器中 运行,如IE、Netscape等,为用户服务提供一个可视 化的界面,用来接收用户输入以及最终的信息表示。 应用IE等浏览器,从Web服务器卸载程序和数据, 进行地理信息服务。GeoBeans图形浏览模块,是以 Java软件包的形式提供给用户的JavaBeans组件。 用户利用这些软件包与HTML、JavaScript、VB2 Script语言开发网页。在客户端使用本系统时,尽 量不下载控件及安装本系统的软件,保证系统的安 全及客户方软件系统的独立性,尽量在客户方做到 零维护,同时使客户方的软硬件资源得到充分的利 用,以减轻服务端的负担,客户方通过服务方提供服 务,通过应用服务器访问数据库。 用户界面可以通过标准的HTML的表元素的 组合来实现,如按纽、 文本框、 下拉框等,但标准的 HTML语言只支持GIF、J PEG格式的图像,而不能 读取矢量图形,因此必须将矢量地图在服务器上转 换成栅格形式才能下载到客户机上显示。每次客户 对地图的操作都要传回到服务器,等待服务器生成 新的栅格图像传回来显示,这种方法兼容性强,适用 于各种浏览器,对于客户端要求不高,但操作和数据 显示不够直观,而JavaBeans组件正好可以解决这个 问题。 2分布式应用服务器。服务器端要负责Web 服务器与数据库服务器之间的通信,负担比较大。 可以考虑多台应用服务器,进行负载均衡,负责服务 端的计算、 与数据库服务器交换数据,Web服务,空 间数据的发布。多台服务器可以分担不同的任务, 如GIS应用服务器,属性数据搜索、 统计计算应用 服务器,也可设多台GIS应用服务器,多台Web服 务器,系统根据用户访问的数量及系统运算量,进行 负载均衡,以确保系统的速度和安全可靠,安装系统 的服务端控件及数据库接口,如JDBC、ADO. NET 等安装在应用服务器上。 系统采用的物理结构如图2所示前台信息服 务部分由数据库系统、WebGIS应用服务器、Web服 务器和浏览器组成。 系统由下列几部分组成后台维护计算机组、 网 络服务器群、 应用服务器群、 数据库服务器群和用户 端,如图3所示。各类用户通过安全认证访问系统, 由安全机制作保障。 3系统界面采用框架结构。 2. 4 源数据库设计 根据集团公司对WebGIS能进行在线编辑的需 求,考虑到当前WebGIS原有平台不支持在线编辑 03 第36卷 第8期 煤 矿 安 全 2005年8月 图2 系统物理结构图 图3 系统总体结构示意图 的局限性,本系统决定在图形数据的存取方式采用 脱离原有平台的文件格式,把所有数据全部放在数 据库中。由于地理信息图形存储的特殊性,所以涉 及到图形存储的数据库表结构设置应该是层次性 的、 关联性的。整个系统设计了矿区表、 子系统表 集团公司称之为项目、 图层集信息表、 动态演示路 线图层集信息表、 点、 线、 面图层表、 注记图层表、 设 备配件表、 与图层关联表的信息表、 与图层关联表的 字段信息表。 3 系统的应用及主要功能 3. 1 系统应用 河北峰峰集团的WebGIS项目的主要目的是依 托于GIS平台,将峰峰集团范围内包括地上和地 下的电子地图、 属性数据以及统计数据相结合,构 成峰峰集团WebGIS地理信息系统平台,并将此平 台集成到集团公司的门户网站中。通过此平台,实 现峰峰集团管辖范围内的地理数据、 井下巷道、 采掘 工作面和各种机械设备数据及其他数据的全面整 合,达到数据统一管理和资源共享。同时在此基础 上,系统将面向局领导和相关职能部门及时准确的 提供统计、 分析资料,防救灾模拟及对应采取的方案 为领导决策和职能部门办公提供辅助决策手段和辅 助分析数据,提高集团公司行政管理工作的科学性、 规范性、 准确性和及时性。 WebGIS系统在煤矿中可包括多个子系统,如 采掘工程、 运输系统、 供电系统、 避灾系统、 提升系统 等。在此,避灾系统在煤矿企业的放救灾管理中尤 为重要,该系统可以灵活与现成的安监系统无缝挂 接,当发生事故时,能够根据安监系统中的事故类型 和发生地点立即在图上显示定位。也能与各个现有 系统直接挂接,共享现有系统的数据资源。 峰峰集团的WebGIS能在线绘制、 编辑多条避 灾与救灾路线路径 ; 路线可放在不同的图层,可沿 事先设定的避灾路线动态模拟显示避灾人群,能根 据可调的速度自动计算避灾所需的时间。河北省峰 峰集团的WebGIS项目一开始就考虑到系统的可扩 展性,一次编程,多个项目发布,元数据管理模式,在 线动态配置。目前该系统应用于集团公司的采掘工 程、 运输系统、 供电系统、 避灾系统、 提升系统、 通风 系统,系统运行良好,特别是2004年9月26日集团 公司牛儿庄矿,由于小煤矿超层越层开采下三层煤, 引发奥灰水通过矿井采空区溃入矿井,最大涌水量 达到95 m3/ min ,严重威胁矿井井下380多人的生 命安全,调度室在接到事故通报后,立即启动矿井水 灾应急救援预案,并实时在各计算机终端动态显示 各生产地区避灾路线走向以及避灾路线长度、 升井 大约需要的时间,救灾指挥部根据系统提供的数据, 制订了不同的应急方案,由于采取措施得当,虽然矿 井最后被淹,但当时井下380多人都按避灾路线顺 利升井。该系统的成功应用受到各个部门领导的好 评。 3. 2 系统的主要功能 1基础空间数据库的资料查询、 浏览等基本功 能。① 对地图进行放大、 缩小、 漫游、 复位;② 从信息 查询图形,从图形查询信息,等等。 2图形显示。系统能将各类等级矢量图、 以及 基础地形图进行分层综合显示,包括图形无级缩放、 图形平滑漫游、 图形显示 “鹰眼” 功能。 3空间查询。可对WebGIS系统中的图形信 息和属性信息数据库信息进行灵活多样的双向空 间查询。 4其他基本功能。① 用IE浏览器能方便显示 整个集团公司的总地理图,能导航到下属的各子公 司煤矿或厂 ; ② 能动态模拟显示矿井避灾、 救灾路 线图;③ 能显示各煤矿的地面及井下的设备布置图 并动态关联到指定的设备;④ 有人员、 权限管理,并 能集成到企业信息门户网站中;⑤ 能从其他子系统 报表系统中的表格内容动态关联到设备布置图中 13 第36卷 第8期 煤 矿 安 全 2005年8月 的设备;⑥ 能从其他子系统关联到指定的避灾、 救灾 路线图中 ⑦ 动态用户数50个。 5避灾、 救灾路线图功能。① 矿井防火、 防水、 防瓦斯避灾与救灾路线图、 井下供电系统图的图文 管理有WebGIS图文信息的存储、 打开、 编辑、 剪 贴、 复制、 粘贴等基本功能、 图文显示、 图文查询;在 线动态绘制,动态修改,以及其他基本WebGIS功 能;② 能包含基本3维空间的图形属性;主要地点、 线段可以设置三维属性,其他线段可以计算出三维 属性;③ 矿井防火、 防水、 防瓦斯避灾与救灾路线的 在线动态绘制功能;④ 有图层管理功能,能独立显示 或关闭不同层。 6设备图文档案管理功能。① 能处理井下设 备布置示意图、 地面运输系统图,提升系统图等 CAD图形;②能管理设备技术参数表;有添加、 录 入、 编辑、 删除、 显示等功能;③ 能管理每个设备的总 图片、 多个子图片 , 能动态关联,并与其各技术 参数动态关联;④ 报表显示内容与图形动态关联,设 备系统图、 设备布置图与设备技术参数等信息的动 态关联;⑤CAD等矢量图导入功能;⑥ 基本图形绘 制功能;⑦ 用户自定义图元功能。用户可以绘制或 导入一些图元例如提升机、 水泵、 风机等机电机械 设备等 , 图元是一些基本有颜色及填充的图形组 合;⑧ 属性显示及查询。能设置一些图形、 图元的关 联属性,点击图形、 图元能显示其属性。例如提升 机、 风机、 变压器等设备的属性型号、 功率、 电压、 电 流、 厂家、 日期等;⑨ 外部动态关联。能从外部报表 子系统动态关联,可以直接调出并显示某指定的设 备的总图或煤矿的地面、 井下设备布置图等;⑩人 员、 权限管理分设成两级,公司级可以全面管理,二 级单位的人员只能编辑、 管理自己的图形。有角色 或组管理功能,每人属于某个或多个组,具有组所有 的功能。系统能集成到企业信息门户网站中。 4 结 论 依据河北省峰峰集团的WebGIS地理信息系 统,介绍WebGIS在煤矿防救灾管理系统中的开发 及应用,可实现以下功能 1 WebGIS可用于除了一般数据外的特殊数 据类型,尤其是矢量数据的处理,以网络浏览器为应 用工作平台,在客户端可以实现对矢量数据的操作, 可以在多个客户端实现原来在本机上才能实现的功 能,并可通过网络远程调用和发布各类数据、 图形、 图像。 2实现了WebGIS地理信息系统与煤矿井下 重大危险源及应急救援数据库的无缝连接。实现了 事故后事故地点、 事故类型等各类事故信息在地理 信息系统中的定位显示。 3实现了客户端对WebGIS数据库的实时更 新以及事故后煤矿井下避灾事故的动态模拟演示。 如随着煤矿井下生产地区的不断变化,实时更新避 灾路线等信息,保证事故抢险数据的快速、 准确。 作者简介杨建军1963 - ,男,工程师,毕业于河北工 程学院采煤专业,现任峰峰集团公司安全监督局副局长。 收稿日期2005 - 06 - 13 ;责任编辑刘明智 简 讯 上半年我国煤炭产量增长9. 7 安全形势依然严峻 上半年我国煤炭产量达到9. 4亿t ,同比增产8292万t、 增长9. 7 。国家煤矿安全监察局局 长赵铁锤表示,虽然上半年煤炭百万吨死亡率同比有所下降,但安全形势依然严峻,全国煤矿事故 死亡人数同比上升85人。有效遏制国有重点煤矿特别重大事故和减少小煤矿事故总量,仍是煤矿 安全生产工作的主要任务。 赵铁锤表示,在电力迎峰度夏、 煤炭供需关系紧张的形势下,煤矿超能力生产的压力、 小煤矿事 故多发的压力和停产整顿矿井违法违规组织生产的压力,给进一步做好煤矿安全监察工作带来极 大的挑战。下半年国家煤矿安全监察局将继续做好安全生产许可证的审核颁发工作;开展联合执 法,严厉打击煤矿违法违规生产行为;开展通风能力核定工作的督查;加强对煤矿企业隐患治理的 监督监察;协助做好群众安全监督员的选聘工作,积极发挥职工群众的监督作用。 23 第36卷 第8期 煤 矿 安 全 2005年8月