基于北斗的地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李小杰，葉成明，鄭寶鋒

（中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051）

國務(wù)院《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要》，要求我國地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作通過實施找礦戰(zhàn)略，實現(xiàn)新的重大突破，形成一批重要礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)，建立重要礦產(chǎn)資源儲備體系，為經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快發(fā)展提供有力的資源保障和產(chǎn)業(yè)支撐。推進(jìn)實施《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要》，舉全國之力促進(jìn)找礦突破的號角已經(jīng)吹響。作為國家基礎(chǔ)性、公益性、戰(zhàn)略性地質(zhì)和礦產(chǎn)勘查工作的組織者和部署者，中國地質(zhì)調(diào)查局積極響應(yīng)國家號召，全力投入到地質(zhì)找礦突破行動當(dāng)中。在地質(zhì)調(diào)查與找礦突破戰(zhàn)略行動中如何提高地質(zhì)隊員安全保障程度，堅持以人為本，亟待思考和解決。

隨著地質(zhì)調(diào)查工作的加強(qiáng)，從事地質(zhì)調(diào)查工作的單位、人員和車輛越來越多，每年有幾千個項目組、上萬人和上千臺車輛分布在全國各地從事地質(zhì)調(diào)查工作，比如在重點地質(zhì)調(diào)查區(qū)之一的西藏、新疆、青海三?。▍^(qū)），每年部署的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源調(diào)查評價、水資源調(diào)查評價、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價等工作，任務(wù)量增加很快［1-2］。同時，隨著形勢的發(fā)展，地質(zhì)調(diào)查單位傳統(tǒng)的安全管理手段、安全保障措施等已不能適應(yīng)現(xiàn)代野外地質(zhì)調(diào)查工作的要求，地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)工作面臨很大壓力。新形勢下，迫切需要總結(jié)中國地質(zhì)調(diào)查局和其他地勘單位安全生產(chǎn)管理工作與應(yīng)急救援工作經(jīng)驗，創(chuàng)新安全管理模式，建立覆蓋全面、反應(yīng)迅速、處置靈活的地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障平臺，保障野外地質(zhì)調(diào)查工作者的生命安全。針對以上問題和挑戰(zhàn)，中國地質(zhì)調(diào)查局主動出擊、積極探索、勇于實踐，逐步建立起了全方位、立體化的基于北斗的地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)。本文介紹了基于北斗的地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，可為其他行業(yè)安全生產(chǎn)工作提供一定的借鑒。

1 地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)設(shè)計

地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)分兩期進(jìn)行建設(shè)，第一期主要開展地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理平臺建設(shè)，構(gòu)建集安全管理工作網(wǎng)上辦公、安全信息與資源網(wǎng)上共享、歷史資料保存與查閱等于一體的多種功能安全生產(chǎn)管理信息化服務(wù)平臺；第二期主要開展地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，構(gòu)建基于北斗衛(wèi)星技術(shù)、GPS技術(shù)和天地圖技術(shù)的安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)［3］。

在地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理平臺基礎(chǔ)上，引入我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗系統(tǒng)和我國自主開發(fā)的電子地圖（天地圖），開發(fā)了具有地質(zhì)調(diào)查日常安全生產(chǎn)管理，野外作業(yè)人員、車輛、飛機(jī)、船只安全監(jiān)控，野外作業(yè)突發(fā)事件應(yīng)急處置調(diào)度指揮和地質(zhì)調(diào)查項目生產(chǎn)調(diào)度與質(zhì)量監(jiān)控功能的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，為地質(zhì)調(diào)查日常安全生產(chǎn)管理、野外作業(yè)突發(fā)事件應(yīng)急處置調(diào)度指揮以及野外作業(yè)人員、車輛、飛機(jī)、船只安全監(jiān)控等提供高新技術(shù)平臺。

1.1 系統(tǒng)組網(wǎng)

1.1.1 系統(tǒng)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)

采用網(wǎng)絡(luò)主中心部署于中國地質(zhì)調(diào)查局，通過國家地質(zhì)調(diào)查網(wǎng)絡(luò)體系、互聯(lián)網(wǎng)、北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面移動通信網(wǎng)絡(luò)與項目承擔(dān)單位、野外工作站及野外作業(yè)人員、車輛、飛機(jī)、輪船連通，通過衛(wèi)星鏈路或地面有線鏈路，將北斗終端定位和通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中心，通過地面有線鏈路（國家地質(zhì)調(diào)查網(wǎng)絡(luò)體系、互聯(lián)網(wǎng)）為系統(tǒng)用戶提供服務(wù)。地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署見圖1。

1.1.2 北斗數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

基于北斗、GPRS、GPS的地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)于全局系統(tǒng)，擁有大量北斗終端用戶，具有穩(wěn)定可靠的地面網(wǎng)絡(luò)鏈路和固定的網(wǎng)絡(luò)主中心。野外作業(yè)人員、車輛、飛機(jī)、船只監(jiān)控和應(yīng)急調(diào)度指揮需要基于北斗技術(shù)，建立多級監(jiān)控指揮系統(tǒng)。

基于北斗、GPRS、GPS的地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)組網(wǎng)采用點對點模式和專線通信組網(wǎng)模式相結(jié)合［4-8］。點對點模式下，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)組網(wǎng)由北斗終端、北斗指揮機(jī)、安全保障網(wǎng)絡(luò)中心、北斗衛(wèi)星等組成；專線通信組網(wǎng)模式下，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)組網(wǎng)由北斗終端、安全保障系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中心、地面有線鏈路、北斗運(yùn)營中心等組成。系統(tǒng)組網(wǎng)模式見圖2。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

基于北斗、GPRS、GPS的地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控保障平臺和北斗終端軟件兩部分，包含安全監(jiān)控、業(yè)務(wù)管理、權(quán)限認(rèn)證、協(xié)議交互、終端設(shè)備五大核心子平臺，子平臺通過相互協(xié)作完成數(shù)據(jù)訪問、交互和共享［9-11］，見圖3。

（1）安全監(jiān)控平臺：實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，對地質(zhì)調(diào)查作業(yè)主體進(jìn)行定位標(biāo)示、軌跡回放、信息統(tǒng)計，輔助應(yīng)急救援。

（2）業(yè)務(wù)管理平臺：局及項目承擔(dān)單位日常安全生產(chǎn)管理工作網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)局及項目承擔(dān)單位安全生產(chǎn)管理工作的業(yè)務(wù)邏輯。

（3）權(quán)限認(rèn)證平臺：管理單位、部門以及用戶權(quán)限，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行融合。

（4）協(xié)議交互平臺：數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)安全以及數(shù)據(jù)的冗余處理。

（5）終端設(shè)備平臺：結(jié)合終端設(shè)備實現(xiàn)安全保障的相關(guān)業(yè)務(wù)。

1.2.1 監(jiān)控平臺軟件研發(fā)

遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件包括基于北斗、GPRS、GPS的地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控平臺軟件、北斗終端軟件和數(shù)據(jù)交互協(xié)議平臺。

地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用B／S 架構(gòu)，開發(fā)工具采用Eclipse+Flex，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005，集成了北斗定位系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)（GPS）、公共移動通信網(wǎng)（GPRS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、終端設(shè)備，將文字信息、地理信息、圖片信息、業(yè)務(wù)內(nèi)容等統(tǒng)一建立在可隨時隨地進(jìn)行訪問的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)中［12-16］。

（1）北斗監(jiān)控：用戶手動打開實時監(jiān)控，系統(tǒng)自動接收北斗設(shè)備上報的位置信息并顯示到地圖上。鼠標(biāo)移動到地圖目標(biāo)上時會有信息標(biāo)牌顯示，信息標(biāo)牌中包括人員或車輛的一些基礎(chǔ)信息，以及跟蹤、歷史、詳情、短信等常用操作按鈕，見圖4。

（2）軌跡回放：用于查看監(jiān)控目標(biāo)的歷史軌跡信息，并提供快速尋找監(jiān)控目標(biāo)以及播放控制等功能。

1.2.2 北斗終端軟件研發(fā)

北斗終端軟件是地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，采用JAVA 語言開發(fā)，安裝在Android操作系統(tǒng)的個人、車載、機(jī)載、船載終端設(shè)備，與北斗終端配套使用。

北斗終端軟件有11個功能模塊，分別是一鍵平安、一鍵求救、北斗連接、周邊尋人、指南針、短信箱、寫短信、天氣預(yù)報、周邊搜索、通訊錄、設(shè)置。北斗終端軟件狀態(tài)欄分別顯示了當(dāng)前登錄用戶名稱、北斗波束信號、北斗終端電量、北斗終端北斗卡號與未讀短消息，見圖5。

（1）周邊尋人：通過北斗短報文的方式，以當(dāng)前設(shè)備為中心進(jìn)行一定范圍內(nèi)的周邊人、車查找，并顯示到查詢?nèi)说娘@控設(shè)備中。此功能的優(yōu)點在于整個查詢、數(shù)據(jù)傳輸過程全部使用北斗短報文方式進(jìn)行，即使在無手機(jī)信號覆蓋的無人區(qū)也可以正常使用，見圖6。

（2）北斗短信：北斗設(shè)備之間以北斗短報文的方式進(jìn)行短消息交互，收件人一欄以北斗卡號作為目標(biāo)地址，短消息內(nèi)容不超過78.5個字節(jié)，可實現(xiàn)北斗設(shè)備與普通手機(jī)之間進(jìn)行短信交互。

2 地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)運(yùn)行與測試

2011年，中國地質(zhì)調(diào)查局項目組在河北、北京、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、山西、河南等地，在高速、國道、省道、縣道、鄉(xiāng)間小路等不同路況下，草原、沙漠、山區(qū)等不同野外環(huán)境中，以不同速度在不同天氣下對地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)原型進(jìn)行了測試。測試和試運(yùn)行結(jié)果表明：GPS+GPRS 的定位模塊在有移動通信信號地區(qū)完全滿足野外監(jiān)控要求，在沒有移動通信信號地區(qū)，北斗定位通訊設(shè)備能夠滿足人員、車輛等安全監(jiān)控需求。2012年9 月，地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)正式在中國地質(zhì)調(diào)查局及所屬28個單位開通運(yùn)行。截止目前，系統(tǒng)注冊單位數(shù)125個，注冊人數(shù)10 660人，注冊車輛數(shù)1 660輛，已接入系統(tǒng)的北斗指揮機(jī)4臺，北斗個人終端526臺，北斗車載終端350臺，北斗船載終端6臺。2013年，累計完成對我國境內(nèi)及境外2 851個工作組、13 748人次、2 222車次、16 架次飛機(jī)、48船次的安全管理保障，為雅安地震、四川暴雨等重大地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急排查提供了安全保障和應(yīng)急通信服務(wù)，并成功處置野外突發(fā)事件2 起，使3 人脫離險境，避免了人員生命和財產(chǎn)損失。如2013年6月2日，《新疆和田東三縣1：5萬航磁調(diào)查》項目組3人返程中遭遇突發(fā)山洪遇險，當(dāng)日18∶55北斗終端發(fā)出求救報警，接警后，烏魯木齊工作站迅速施救，6月3日6∶40，3人成功脫離險境?！?.22”四川蘆山地震后，系統(tǒng)成功為在震區(qū)開展地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查的120余名地質(zhì)人員、40余輛車提供了安全保障及應(yīng)急通信。

3 結(jié)論

地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)實現(xiàn)了地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代化的管理，創(chuàng)新了我國地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理工作方式，并實現(xiàn)了野外地質(zhì)調(diào)查作業(yè)車輛和作業(yè)人員行動軌跡監(jiān)控、應(yīng)急信息通信、數(shù)據(jù)傳輸、緊急呼救與救援，切實保障了野外地質(zhì)隊員特別是艱險地區(qū)野外地質(zhì)工作者的安全，提高了突發(fā)事件應(yīng)急處置能力。

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