基于B/S共享模式礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果可視化研究

張水平， 趙 勇， 陳 剛， 秦 娟

（1.江西理工大學(xué)，a.現(xiàn)代教育技術(shù)及信息中心；b.資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.貴州開磷礦業(yè)總公司，貴陽 550302）

基于B/S共享模式礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果可視化研究

張水平1a， 趙 勇2， 陳 剛1b， 秦 娟1b

（1.江西理工大學(xué)，a.現(xiàn)代教育技術(shù)及信息中心；b.資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.貴州開磷礦業(yè)總公司，貴陽 550302）

針對目前我國礦井通風(fēng)系統(tǒng)可視化研究中，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析方面仍存在部分不足的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開發(fā)了容易操作和共享性高的礦井通風(fēng)可視化系統(tǒng).本可視化系統(tǒng)以Windows操作系統(tǒng)為平臺，Access數(shù)據(jù)庫為后臺，采用基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式將通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果與礦井通風(fēng)圖形結(jié)合在一起.通過本系統(tǒng)能準(zhǔn)確、直觀、全面地反映礦井通風(fēng)狀況，不僅優(yōu)化了礦井通風(fēng)管理，還提高了礦井通風(fēng)效率.

礦井通風(fēng)系統(tǒng)；通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算；可視化

0 概 述

礦井通風(fēng)可視化系統(tǒng)，一方面具備圖形展示各狀態(tài)下礦井巷道、構(gòu)筑物變化的功能；另一方面具備圖形界面以及圖形參數(shù)可視化功能，在進(jìn)行簡單的實(shí)際操作后可讀取相應(yīng)目標(biāo)(包括巷道、通風(fēng)構(gòu)筑物以及風(fēng)機(jī)動力裝置等)的通風(fēng)參數(shù).在此基礎(chǔ)上還可以通過系統(tǒng)的輔助功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)得到分風(fēng)優(yōu)化[1-2].

近半個(gè)世紀(jì)以來，礦井通風(fēng)與計(jì)算機(jī)的結(jié)合得到了迅速的發(fā)展，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析方面無論從理論上，還是計(jì)算機(jī)軟件的研發(fā)都取得了豐碩的成果，相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件也日益完善，功能越來越強(qiáng)，操作也愈發(fā)簡單[3-4].本文在對礦井通風(fēng)系統(tǒng)可視化理論深入研究的基礎(chǔ)上，針對我國在礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析方面技術(shù)中存在的不足，開發(fā)了基于B/S共享模式礦井通風(fēng)可視化系統(tǒng).

1 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)采用了B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，客戶端的用戶通過Web瀏覽器使用本系統(tǒng)，服務(wù)器主要監(jiān)聽接收來自客戶端的信息，并對其進(jìn)行分析處理，與數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，完成系統(tǒng)的各項(xiàng)功能.

系統(tǒng)主要特點(diǎn)：①操作簡單：由于本系統(tǒng)是通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞數(shù)值信息的，信息接收的主體只要具備基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)操作水平和使用瀏覽器的能力，就可以通過該系統(tǒng)中的導(dǎo)航策略和友好界面的指引及時(shí)了解相關(guān)內(nèi)容.②共享性強(qiáng)：只要具備上網(wǎng)條件的多媒體計(jì)算機(jī)，不需其它載體，不受時(shí)間、空間等因素的限制，都可以通過網(wǎng)絡(luò)終端獲取信息.③同步性強(qiáng)：本系統(tǒng)一改以往傳遞信息單向的傳遞方式，由于網(wǎng)絡(luò)信息載體具備雙向傳遞功能，這種雙向交流可以是同步的.通過同步準(zhǔn)確發(fā)布最新數(shù)據(jù)，從而保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性.④可視化程度高：克服網(wǎng)絡(luò)解算人機(jī)交互性能差，屬性數(shù)據(jù)與圖形結(jié)合性比較弱的缺點(diǎn).有利于工程技術(shù)人員維護(hù)數(shù)據(jù)和決策人員查看管理數(shù)據(jù).⑤擴(kuò)展性強(qiáng)：通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算是礦山通風(fēng)仿真的基礎(chǔ)，在此通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算可視化基礎(chǔ)上，為通風(fēng)仿真系統(tǒng)提供了新的科學(xué)依據(jù).

2 可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

開發(fā)基于B/S共享模式礦井通風(fēng)可視化系統(tǒng)，其主要的目的是把礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果與礦井通風(fēng)示意圖結(jié)合起來，通過圖形便可查詢礦井通風(fēng)參數(shù)，同時(shí)礦山技術(shù)管理人員通過網(wǎng)絡(luò)可以共享資源，提高了管理效率，降低了工作難度.

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流指的是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的輸入、輸出和走向，只有確定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)流，才能確定系統(tǒng)的功能架構(gòu)，如圖1.

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是定義系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)元素之間的組成關(guān)系.本系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行分析，進(jìn)而得出系統(tǒng)的層次化的模塊結(jié)構(gòu)圖.系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用面向數(shù)據(jù)流圖的設(shè)計(jì)方法，如圖2.

2.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)功能針對服務(wù)器端與客戶端用戶進(jìn)行設(shè)置.

（1）通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)流的可視化.客戶端用戶在登錄系統(tǒng)后，可通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖查詢礦山通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)，包括：通風(fēng)構(gòu)筑物的安裝位置與狀態(tài)、通風(fēng)風(fēng)流的方向與狀態(tài)等.

（2）圖屬(圖形與通風(fēng)屬性)相應(yīng)查詢.可視化系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫管理礦井通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)體屬性，計(jì)算機(jī)自動將數(shù)據(jù)和圖形實(shí)體之間進(jìn)行無縫連接，服務(wù)器端管理員可通過圖形進(jìn)行查詢和修改屬性數(shù)據(jù).客戶端用戶在查詢時(shí)只需將鼠標(biāo)移動在某巷道風(fēng)路上即可進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，系統(tǒng)會從后臺數(shù)據(jù)庫中查詢用戶鼠標(biāo)所在巷道風(fēng)路的通風(fēng)屬性，并顯示在屬性框中.

（3）數(shù)據(jù)文件和圖形文件的共享.客戶端用戶在登錄系統(tǒng)后的頁面即可進(jìn)行解算參數(shù)數(shù)據(jù)文件與圖形文件的下載.

3 系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

可視化系統(tǒng)采用Windows Server 2003作為整個(gè)服務(wù)器的操作系統(tǒng)，配合IIS架設(shè)系統(tǒng)的Web服務(wù)器.服務(wù)器端采用ASP，數(shù)據(jù)庫使用Access，站點(diǎn)編程環(huán)境為Dreamweaver CS4，腳本語言采用VBScript，結(jié)合HTML代碼組建動態(tài)、交互式的Web服務(wù)器端應(yīng)用程序.

3.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖的建立與錄入

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可視化是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要包括通風(fēng)系統(tǒng)圖中巷道、通風(fēng)構(gòu)筑物、通風(fēng)動力裝置、風(fēng)向方向值等圖形的可視化，以及標(biāo)注參數(shù)的輸入、修改、刪除等功能.礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖的創(chuàng)建[5]，采用了SWF格式文件向GIF格式文件的轉(zhuǎn)換生成的方式：在FLASH軟件繪圖環(huán)境下，對礦井的通風(fēng)系統(tǒng)圖進(jìn)行描繪.具體的要求：

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）巷道的錄入.礦井通風(fēng)可視化巷道錄入的方式為在FLASH軟件繪圖環(huán)境下利用工具直接繪制，按節(jié)點(diǎn)參數(shù)雙線型直線描繪巷道，在巷道的交叉處或者端點(diǎn)處采用FLASH 3S的捕捉功能[3]，確保線段的鏈接.

（2）構(gòu)筑物的繪制.構(gòu)筑物在FLASH中將作為庫里面的圖形元件可任意調(diào)用，通風(fēng)構(gòu)筑物如風(fēng)門、風(fēng)墻、風(fēng)窗等都為靜態(tài)，元件類型選擇【圖形】，繪制方式是在圖形編輯欄利用繪制工具編輯構(gòu)筑物形狀和特征.在添加構(gòu)筑物的時(shí)候，鼠標(biāo)左鍵單擊庫中需要增加的構(gòu)筑物元件，然后根據(jù)鼠標(biāo)移動來定位該構(gòu)筑物的位置和角度[6].

（3）通風(fēng)動力裝置的繪制.通風(fēng)動力裝置與構(gòu)筑物的添加方式一致，但是在繪制過程中，通風(fēng)動力裝置的原件類型為【影片剪輯】，因?yàn)橥L(fēng)動力裝置(如風(fēng)機(jī))是動態(tài)的.一般通風(fēng)動力裝置的動態(tài)變換只是形狀的變換，并無方位的移動.

（4）繪制風(fēng)流方向.在此系統(tǒng)中礦井風(fēng)流方向的變動情況是通過通風(fēng)網(wǎng)路解算的數(shù)據(jù)來得知的，初始時(shí)某條巷道的風(fēng)量是一個(gè)正值，當(dāng)?shù)V井通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生變化后，利用通風(fēng)網(wǎng)路解算程序再次進(jìn)行網(wǎng)路解算，解算之后該條巷道的風(fēng)流還是正值，則該條巷道的風(fēng)流方向沒有發(fā)生改變，如果風(fēng)流是負(fù)值，則表示該巷道風(fēng)流方向發(fā)生了改變[7-8].

添加風(fēng)流方向的方式與構(gòu)筑物的添加方式是一致的.在繪制過程中，風(fēng)流方向的原件類型為【影片剪輯】，風(fēng)流方向的動態(tài)變換只是方位的移動，無形狀的變換.

（5）通風(fēng)元件的刪除.通風(fēng)構(gòu)筑物與風(fēng)流方向都是庫中的元件在圖形中的調(diào)用，元件的刪除不能從庫中進(jìn)行，因?yàn)閹熘械脑粍h除后，在圖形其他位置被調(diào)用的同一元件也會被一并刪除.

3.2 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算是整個(gè)可視化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所有的可視化工作都是建立在網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果正確的基礎(chǔ)上，所以在風(fēng)路，風(fēng)機(jī)參數(shù)的輸入至關(guān)重要，這將直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)解算的正確性.

系統(tǒng)采用的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算方法采用Hardy-Cross方法對礦井復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算，該方法具有算法簡單、容易學(xué)習(xí)掌握和易在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn).流程如下：原始數(shù)據(jù)輸入、確定網(wǎng)孔個(gè)數(shù)、風(fēng)機(jī)曲線輸入、網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)信息及支路風(fēng)阻的讀入、風(fēng)機(jī)特性曲線的描述、風(fēng)阻大小排列、選擇網(wǎng)絡(luò)最小樹、形成獨(dú)立網(wǎng)孔、初擬風(fēng)量值、自然風(fēng)壓處理、風(fēng)量迭代計(jì)算、固定風(fēng)量風(fēng)道的阻力與風(fēng)阻處理、數(shù)據(jù)輸出.輸出的數(shù)據(jù)主要包括：風(fēng)機(jī)編號及所對應(yīng)的風(fēng)量、風(fēng)壓值，巷道編號及其對應(yīng)的風(fēng)量、風(fēng)阻與風(fēng)壓值等，節(jié)點(diǎn)和自然風(fēng)壓信息等.

3.3 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算程序中，重要的巷道反映的參數(shù)很多，如：風(fēng)量、巷道斷面積、風(fēng)壓、風(fēng)速和風(fēng)阻等，如果這些參數(shù)全部標(biāo)注在系統(tǒng)圖上，整體上會使通風(fēng)系統(tǒng)圖顯得很雜亂.因此，在通風(fēng)可視化系統(tǒng)中只選擇風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓這3項(xiàng)重要參數(shù)，來反映一個(gè)巷道的通風(fēng)狀態(tài).

（1）數(shù)據(jù)庫的設(shè)定.創(chuàng)建任何一個(gè)數(shù)據(jù)庫的第一步是規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，在本系統(tǒng)中，一個(gè)數(shù)據(jù)表存儲有關(guān)某一主題(如節(jié)點(diǎn))的數(shù)據(jù)[9].表中按列存放該主題不同類型的數(shù)據(jù)(如節(jié)點(diǎn)的序號)，按行描述該主題的全部數(shù)據(jù)(如節(jié)點(diǎn)的具體通風(fēng)參數(shù)).表中的每一行稱為一條記錄，而每一列稱為一個(gè)字段，如圖3所示.

（2）數(shù)據(jù)庫的訪問.Web數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)采用ASP技術(shù)，ASP是一個(gè)服務(wù)器端(Server—side)腳本執(zhí)行語言，用戶可用它產(chǎn)生和執(zhí)行高性能的、動態(tài)的、交互的Web服務(wù)器應(yīng)用程序[10].

其詳細(xì)的方法為ASP+ADO技術(shù)訪問Web數(shù)據(jù)庫方法[11-12]：

圖3 礦井通風(fēng)可視化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

首先創(chuàng)建數(shù)據(jù)源名DSN.DSN分為用戶DSN、系統(tǒng)DSN和文件DSN，一般定義系統(tǒng)DSN；接著通過服務(wù)器對象的CreateObject方法創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫鏈接 ：Set Conn=Server.Create Object(“ADODB.Connection”)；再用 Open方法打開待訪的數(shù)據(jù)庫 Conn.open“DSN名”；最后用SQL執(zhí)行查詢等數(shù)據(jù)庫操作 Set RS=Conn.Execute(“SQL 語句”)并顯示或返回操作結(jié)果.

3.4 系統(tǒng)可視化站點(diǎn)的設(shè)計(jì)

站點(diǎn)根目錄文件夾由6部分組成：圖形文件夾、數(shù)據(jù)報(bào)表文件夾、數(shù)據(jù)庫(mdb)、ASP文件(ASP)、系統(tǒng)窗口框架網(wǎng)頁文件(html)和礦井通風(fēng)網(wǎng)頁文件(后綴名為.asp，為動態(tài)服務(wù)器頁面).

（1）站點(diǎn)功能的規(guī)劃.站點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)由3大模塊組成，即通風(fēng)系統(tǒng)、動態(tài)風(fēng)流可視化；數(shù)據(jù)文件和圖形文件的下載；頁面之間的鏈接，如圖4所示.

圖4 可視化系統(tǒng)功能規(guī)劃

（2）可視化功能的實(shí)現(xiàn).①巷道、構(gòu)筑物、通風(fēng)動力裝置的可視化；前面已經(jīng)提到礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖的繪制及其格式的轉(zhuǎn)換，在這里只需在Dreamweaver CS4環(huán)境下對GIF格式礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖形進(jìn)行引用；②巷道風(fēng)流參數(shù)可視化.用Dreamweaver網(wǎng)頁制作工具完成課件開發(fā)系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)，用HTML語言設(shè)計(jì)網(wǎng)頁的外觀構(gòu)架，靜態(tài)頁面制作中主要采用了Dreamweaver中的層和行為的概念.事先將通風(fēng)網(wǎng)路圖作為背景層，然后每個(gè)點(diǎn)需要讀取的數(shù)據(jù)，通過添加ASP語句和SQL查詢語句提取與之對應(yīng)的數(shù)據(jù)，將其編輯在相應(yīng)的表格內(nèi)，并置入頁面中；③風(fēng)機(jī)參數(shù)的可視化.風(fēng)機(jī)參數(shù)的標(biāo)識與風(fēng)路參數(shù)的標(biāo)識方法相同.在實(shí)際操作過程中，由于礦井通風(fēng)解算結(jié)果的差異，風(fēng)機(jī)參數(shù)的可視化與巷道風(fēng)路的可視化相比，少了1個(gè)“風(fēng)速”參數(shù).頁面效果如圖5所示.

（3）文件的鏈接和下載.系統(tǒng)頁面的轉(zhuǎn)換和資料的下載都是由超級鏈接來完成.超級鏈接是指站點(diǎn)內(nèi)不同網(wǎng)頁之間，站點(diǎn)與Web之間的鏈接關(guān)系.它可以使站點(diǎn)內(nèi)的網(wǎng)頁成為有機(jī)的整體，還能夠使不同站點(diǎn)之間建立聯(lián)系，如圖6所示.

（4）基于B/S的共享模式通風(fēng)可視化系統(tǒng)的組建.基于B/S的共享模式通風(fēng)可視化系統(tǒng)是利用Windows 2003 server的IIS平臺，使用 ASP結(jié)合HTML網(wǎng)頁、ASP指令和后臺數(shù)據(jù)庫等組建成的動態(tài)、交互且高效的Web服務(wù)器應(yīng)用程序.

基于B/S的共享模式通風(fēng)可視化系統(tǒng)程序的組建的步驟：①設(shè)置站點(diǎn)文件夾的路徑；②設(shè)置IIS的屬性；③系統(tǒng)的調(diào)試.

圖5 某礦礦井通風(fēng)風(fēng)機(jī)參數(shù)的可視化

圖6 數(shù)據(jù)報(bào)表的下載

4 結(jié)束語

通過對礦井通風(fēng)系統(tǒng)及其可視化理論的研究，對現(xiàn)有礦井通風(fēng)系統(tǒng)可視化技術(shù)進(jìn)行科學(xué)分析.利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了基于B/S共享模式礦井通風(fēng)可視化系統(tǒng)的研究及開發(fā).通過本可視化系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將數(shù)據(jù)庫與圖形結(jié)合，不但便于礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理者直接通過圖形進(jìn)行查詢和數(shù)據(jù)管理，同時(shí)客戶端用戶也可通過本系統(tǒng)獲得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享功能，使得通風(fēng)管理方式更直觀、快速和高效.

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Visualization on the mine ventilation network solver results based on B/S sharing model

ZHANG Shui-ping1a,ZHAO Yong2,CHEN Gang1b,QIN Juan1b

(1.Jiangxi University of Science and Technology,a.Modern Pedagogial Eechnigues and Information Center;b.School of Resource and Enviromental Engineering,Ganzhou 34100,China;2.Guizhou Kailin Mining Corporation,Guiyang 550302,China)

Considering the current status of the visualization of mine ventilation system in China,we design a mine ventilation visualization system with easy operation and high sharing.The development of the system is based on Windows system as platform,Access as back-end database,database system as B/S (Brower/Server)model,which combines the results of ventilating network and mine ventilation graphic.The visual system can reflect the status of mine ventilation accurately,intuitively and comprehensively which optimizes the mine ventilation management and improves the ventilation efficiency.

mine ventilation system;ventilation network calculation;visualization

TD722

A

1674-9669（2011）06-0052-05

2011-09-11

張水平（1965－ ），男，副教授，主要從事礦井通風(fēng)與安全生產(chǎn)方面的研究，E－mail:zhsp@mail.jxust.cn.