基于WebGIS的煤礦應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)研究

吳 兵 華明國 倪英杰 董文童

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.北京金石科信技術(shù)有限公司，北京市海淀區(qū)，100083）

基于WebGIS的煤礦應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)研究

吳 兵1華明國1倪英杰2董文童1

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.北京金石科信技術(shù)有限公司，北京市海淀區(qū)，100083）

根據(jù)開灤集團國家級礦山應(yīng)急救援基地的實際需要，將網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）引入到礦山救援中，并結(jié)合應(yīng)急救援流程開發(fā)完成了煤礦應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的機構(gòu)組成及相互關(guān)系，確定了系統(tǒng)的需求分析及功能要求，設(shè)計了系統(tǒng)的總體架構(gòu)和每個子系統(tǒng)的功能，并依據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計了數(shù)據(jù)庫。目前，系統(tǒng)已經(jīng)在開灤應(yīng)急救援基地實際運行，運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠分析處理大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為有效實施應(yīng)急救援提供了保障。

應(yīng)急救援 救援基地 國家級礦山 地理信息系統(tǒng)

我國煤礦地質(zhì)賦存條件復(fù)雜且災(zāi)害種類多，這導(dǎo)致了煤礦重特大事故時有發(fā)生，嚴重威脅著礦井人員的生命安全和企業(yè)的正常生產(chǎn)。及時有效的應(yīng)急救援行動是防止煤礦災(zāi)害進一步擴大、減少人員傷亡和財產(chǎn)損失的有效手段。煤礦發(fā)生事故后，如果能及時啟動應(yīng)急救援程序并采取有效的救援措施，可以在很大程度上減少人員傷亡，降低事故損失。因此，需要一套能及時啟動應(yīng)急救援程序、有效控制危險源、指揮搶險救援人員和估算井下危害程度等的煤礦應(yīng)急救援綜合指揮平臺，該平臺能在平時管理和培訓(xùn)相關(guān)技術(shù)人員，在發(fā)生災(zāi)害時快速利用監(jiān)測數(shù)據(jù)分析事故情況，而且能夠有序地管理應(yīng)急救援實施過程。

1 系統(tǒng)的機構(gòu)組成

應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)由應(yīng)急指揮中心、現(xiàn)場指揮中心、支持保障機構(gòu)、媒體中心和信息管理中心5個機構(gòu)組成，每個機構(gòu)要根據(jù)事故情況協(xié)調(diào)配合，保證應(yīng)急物資的合理分配和人員之間的有效協(xié)作，最終將事故現(xiàn)場的人員傷亡及財產(chǎn)損失降至最低。各機構(gòu)的信息交流關(guān)系如圖1所示。

圖1 應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)組織機構(gòu)運作關(guān)系

2 系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)研究

2.1 WebGIS簡介

WebGIS是一種基于B／S模式的Internet GIS，從技術(shù)角度看，WebGIS具有以下基本特征：（1）通過Web服務(wù)器發(fā)布動態(tài)的Web應(yīng)用；（2）客戶端是IE、Chrome、Firefox等Web瀏覽器，用戶通過瀏覽器與地圖交互；

（3）WebGIS是基于HTTP協(xié)議的B／S模式的分布式GIS，WebGIS產(chǎn)生的真正意義在于它將GIS應(yīng)用從專業(yè)領(lǐng)域推向了大眾化服務(wù)，同時為地理信息共享提供了方便而有效的途徑。

2.2 WebGIS平臺選擇

目前國內(nèi)外許多廠家都推出了ArcIMS、MapGuide、MapXtreme、GeoMedia、WebMap、GeoSurf、TopMap等WebGIS解決方案，通過對比各種WebGIS開發(fā)平臺，本系統(tǒng)選擇Autodesk MapGuide做為應(yīng)急救援系統(tǒng)的開發(fā)平臺。MapGuide是Autodesk公司推出的一款WebGIS地圖發(fā)布軟件，用戶能夠使用瀏覽器就可以非常方便地瀏覽地圖數(shù)據(jù)，而且用戶可以像Google Map那樣快速地開發(fā)和部署WebGIS的應(yīng)用和服務(wù)。

3 系統(tǒng)的分析與設(shè)計

煤礦的地理信息數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，信息量大且沒有統(tǒng)一的規(guī)范模式要求。必須在徹底了解煤礦應(yīng)急救援流程的基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析的方法逐步地將煤礦應(yīng)急救援需求加入到系統(tǒng)之中，有條理且清晰地表述信息并反映在軟件系統(tǒng)中，進而使煤礦的應(yīng)急救援更加有效。

3.1 需求分析

需求分析是WebGIS系統(tǒng)開發(fā)具有決定性的一步，是整個系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵，所以在進行需求分析的時候，一定要結(jié)合使用單位的實際情況，在徹底了解和研究整個流程之后才能編寫出完善的需求分析。只有通過WebGIS軟件需求分析，才可以將整個系統(tǒng)的功能和性能的總體概念描述為具體的WebGIS需求說明，從而為軟件開發(fā)奠定堅實的基礎(chǔ)。

3.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)流程及設(shè)計原則

對于煤礦應(yīng)急救援軟件來說，同樣遵循軟件設(shè)計開發(fā)的一般流程，即軟件的開發(fā)按照漸增模式，在開發(fā)的時候先按照需求說明開發(fā)出一個基本的框架和平臺，通過運行和測試整個系統(tǒng)得到的經(jīng)驗和反饋不斷完善整個系統(tǒng)，直到客戶和軟件開發(fā)人員滿意為止。根據(jù)軟件的實際開發(fā)要求并集合軟件本身的特點，我們提出了先進性、可靠性、實用性和可擴展性原則。

3.3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3.1 總體結(jié)構(gòu)概述

應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)包含礦井應(yīng)急資源、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急案例、技術(shù)文檔圖件、技術(shù)專家、相關(guān)法規(guī)標準以及應(yīng)急中的重要信息管理等內(nèi)容。應(yīng)急救援系統(tǒng)通過計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、GIS技術(shù)以及GPS技術(shù)的共同運用，實現(xiàn)災(zāi)害事故信息動態(tài)獲取、科學(xué)制定應(yīng)急救援方案、應(yīng)急救援決策及時下達、應(yīng)急救援決策執(zhí)行信息及時和動態(tài)獲取，實現(xiàn)煤礦應(yīng)急救援指揮、決策和救援的聯(lián)動，從而為應(yīng)急救援提供輔助決策支持。

3.3.2 子系統(tǒng)設(shè)計

（1）應(yīng)急救援信息管理系統(tǒng)。該部分主要實現(xiàn)煤礦應(yīng)急救援物資的管理、應(yīng)急救援隊伍管理、應(yīng)急機構(gòu)信息管理、應(yīng)急預(yù)案的存儲查詢、專家查詢、事故案例管理、技術(shù)資料管理等。在事故發(fā)生時能迅速查找到相關(guān)技術(shù)資料，急時聯(lián)系到救援人員及專家。

（2）應(yīng)急救援綜合指揮系統(tǒng)。應(yīng)急求援綜合指揮是實現(xiàn)應(yīng)急指揮圖、應(yīng)急信息管理、應(yīng)急調(diào)度管理、監(jiān)測信息、遠程通訊和會議的系統(tǒng)。該部分能在事故應(yīng)急救援中及時獲取實時信息，并保障通訊順暢和調(diào)度的有序進行。

（3）救援基本管理信息系統(tǒng)。該部分包括工作日志、技術(shù)管理、裝備管理、學(xué)習(xí)訓(xùn)練、人員管理、車輛管理等內(nèi)容，主要負責(zé)應(yīng)急救援基地的日常運行。

（4）救援培訓(xùn)演練系統(tǒng)。該部分包括培訓(xùn)計劃、培訓(xùn)班管理、教案管理、在線培訓(xùn)、題庫管理、證書管理、火災(zāi)演練、水災(zāi)演練等內(nèi)容，主要負責(zé)應(yīng)急救援人員的日常培訓(xùn)和演練。

（5）實訓(xùn)礦井管理系統(tǒng)。該部分包括監(jiān)控平臺、演練管理、新裝備測試等內(nèi)容，主要負責(zé)救援人員虛擬現(xiàn)實的培訓(xùn)及實際演習(xí)巷道的訓(xùn)練管理。

3.4 數(shù)據(jù)庫的選擇與設(shè)計

3.4.1 數(shù)據(jù)庫的選擇

數(shù)據(jù)庫理論經(jīng)過了文件數(shù)據(jù)庫、層次數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等多種模式的發(fā)展過程，至今多種模式并存，但應(yīng)用范圍最廣且應(yīng)用程度最深應(yīng)屬關(guān)系數(shù)據(jù)庫。綜合比較ACCESS、MYSQL、SQLServer和ORACLE數(shù)據(jù)庫，考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)量較大、需要高可靠性和易于維護等特點，最終選擇當(dāng)前與.Net平臺集成性能最好的SQL Server 2008Enterprise R2數(shù)據(jù)庫。SQL server數(shù)據(jù)庫具有性能穩(wěn)定、兼容性好、體系結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)據(jù)管理界面可視化、系統(tǒng)可靠性高、數(shù)據(jù)的安全性和保密性好、可擴展性好以及便于程序開發(fā)和后期完善等優(yōu)點。

3.4.2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

在了解了整個系統(tǒng)流程和明確了整個系統(tǒng)所要涉及的功能之后，就需要對整個信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計。煤礦應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫分為兩大類，一類是對象屬性數(shù)據(jù)，另一類則是空間圖像數(shù)據(jù)。應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表主要是應(yīng)急救援指揮、日常應(yīng)急管理和培訓(xùn)演練，其數(shù)據(jù)庫先在E－R Studio專業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件中設(shè)計完成，確定各個數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系后導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫設(shè)計的腳本，最后導(dǎo)入到SQL Server數(shù)據(jù)庫中。在E－R Studio專業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件中的E－R關(guān)系模型有應(yīng)急物資E－R模型、日常培訓(xùn)及技術(shù)文檔E－R模型、應(yīng)急事故ER模型、應(yīng)急處理E－R模型、應(yīng)急裝備管理E－R模型和培訓(xùn)管理E－R模型。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

應(yīng)急救援管理指揮系統(tǒng)包括應(yīng)急救援信息管理系統(tǒng)、應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)、救援基本管理信息系統(tǒng)、救援培訓(xùn)演練系統(tǒng)和實訓(xùn)礦井管理系統(tǒng)5個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如下。

4.1 應(yīng)急救援信息管理系統(tǒng)

應(yīng)急救援信息管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)應(yīng)急救援隊伍管理、應(yīng)急機構(gòu)信息管理、應(yīng)急救援裝備物資管理、應(yīng)急預(yù)案管理、專家?guī)旃芾怼咐芾砗图夹g(shù)資料管理。其中案例管理以事故分類的方式進行管理，主要對以往發(fā)生的事故進行匯總，對各類災(zāi)害救災(zāi)中采取的措施、采用的設(shè)備、救護隊行動、獲得的效果、救援經(jīng)驗和注意事項以及事后救援技術(shù)進行總結(jié)，并按災(zāi)害不同進行分類存儲。在對人員進行培訓(xùn)時候，可以按照這些實例進行教育，并在發(fā)生事故時候提供相應(yīng)的救援參考意見。

4.2 應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)

應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)主要實現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)急救援指揮的一個綜合信息平臺，以軍隊設(shè)立作戰(zhàn)指揮平臺的構(gòu)架設(shè)立，具有相對的獨立性，可以在救災(zāi)現(xiàn)場迅速設(shè)立，并形成整個救災(zāi)過程的信息處理和指令發(fā)布中心。應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)主要供救災(zāi)指揮部使用，由救援基地負責(zé)日常維護，由現(xiàn)場指揮部安排相關(guān)人員和基地系統(tǒng)操作人員負責(zé)現(xiàn)場的系統(tǒng)運行。應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)包括指揮信息管理、應(yīng)急調(diào)度管理、指揮圖、監(jiān)測信息、遠程通訊和會議系統(tǒng)。

4.3 救援基本管理信息系統(tǒng)

救援基本管理信息系統(tǒng)主要實現(xiàn)救援基地所屬隊伍的日常管理。

4.4 救援培訓(xùn)演練系統(tǒng)

煤礦重大災(zāi)害的模擬演練和培訓(xùn)是提高應(yīng)急救援能力的一個重要手段，因此，救援培訓(xùn)演練系統(tǒng)主要實現(xiàn)指揮員決策能力的提高培訓(xùn)、救護隊能力的提高演練和煤礦員工救援知識的學(xué)習(xí)。救援培訓(xùn)演練采用實際訓(xùn)練、虛擬現(xiàn)實和動畫交互相結(jié)合方式進行。為了更好進行培訓(xùn)管理，系統(tǒng)還包括應(yīng)急救援培訓(xùn)管理信息系統(tǒng)。

4.5 實訓(xùn)礦井管理系統(tǒng)

實訓(xùn)礦井管理系統(tǒng)包括井下巷道系統(tǒng)、人員提升系統(tǒng)、訓(xùn)練環(huán)境模擬系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、恢復(fù)系統(tǒng)以及安全保障系統(tǒng)等，實訓(xùn)基地在荊各莊礦建設(shè)。實訓(xùn)礦井的建設(shè)目的有兩個：一是針對救護隊進行必要的實際礦井救災(zāi)演練；二是提供各類救援新技術(shù)和新裝備的井下試驗場所。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)是針對開灤集團國家級礦山應(yīng)急救援基地的實際需要而開發(fā)的，在本系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)過程中一直有救援基地的人員參與其中，這保證了系統(tǒng)開發(fā)的可操作性、科學(xué)性、針對性和實用性較強。通過對煤礦事故應(yīng)急救援技術(shù)開展研究，利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)技術(shù)和地理信息技術(shù)，根據(jù)煤礦事故應(yīng)急救援的特點開發(fā)的基于WebGIS的煤礦應(yīng)急救援指揮平臺實現(xiàn)了礦井環(huán)境信息的空間位置與屬性數(shù)據(jù)的有機結(jié)合，及時、準確、直觀和形象地將危險信息以圖形化的形式提供給救援人員，便于救援人員及時準確地決策，從而提高煤礦事故應(yīng)急救援的能力，最終減小人員傷亡并將事故影響降至最低。

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Research of mine emergency rescue command platform based on WebGIS

Wu Bing1，Hua Mingguo1，Ni Yingjie2，Dong Wentong1
（1.Faculty of Resources and Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China；2.Beijing Jinshi Kexin Information Co.，Ltd.，Haidian，Beijing 100083，China）

Aimed at the actual requirements for emergency rescue base of Kailuan Group，an emergency rescue management command system for coal mines was set up on the basis of Web Geographic Information System（WebGIS），according to the emergency rescue procedures.The constitutions of the system and their relationship were introduced，and the demand analysis and functional requirements of the system were determined.Moreover，the overall system architecture and the functions of each subsystem were designed，and the database was set up according to the system functions.At present，the system has been applied to the Kailuan Group Emergency Rescue base.The results indicated that the system could analyze and process a lot of field data，providing aguarantee for the effective implementation of emergency rescue.

emergency rescue，rescue base，national mine，geographic information system

TD－91

A

吳兵（1967－），男，山西陽泉人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事礦井通風(fēng)、火災(zāi)防治、瓦斯抽放、礦山應(yīng)急救援、災(zāi)害數(shù)值仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等研究。作為主要研究成員參與了國家“八五”攻關(guān)，“十五”攻關(guān)和國家自然基金項目的研究。參與并承擔(dān)了多項礦山災(zāi)害防治、救災(zāi)及技術(shù)、安全管理方面的橫向、縱向課題研究，獲得省部級科技進步獎多項，出版著作3部，2006年被聘為第四屆國家安全生產(chǎn)專家組成員。

（責(zé)任編輯 路 強）