煤礦安全生產(chǎn)熱力圖WEBAPP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王磊+黎望懷+劉殿武

【摘要】 煤礦安全生產(chǎn)熱力圖WebApp是基于百度地圖開放平臺(tái)Javascrip API開發(fā)的，采用.NET的三層構(gòu)架，將地理信息由XML轉(zhuǎn)換成JSON數(shù)據(jù)交換格式，利用HTML5的canvas標(biāo)簽圖像功能，將煤礦安全生產(chǎn)事故信息在地圖上以熱力圖的模式反饋給煤礦安全監(jiān)管人員。分析事故信息與時(shí)間和空間上的關(guān)系，為煤礦安全監(jiān)管提供及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)管信息。

【關(guān)鍵字】 煤礦安全生產(chǎn) 熱力圖 HTML5

引言

湖南地區(qū)煤礦點(diǎn)多面廣，開采難度大，安全監(jiān)管任務(wù)重。為了能夠讓安全監(jiān)管人員隨時(shí)隨地的掌握煤礦安全的數(shù)據(jù)信息，采用萬維網(wǎng)聯(lián)盟宣布的新一代超文本標(biāo)記語言HTML5.0在移動(dòng)應(yīng)用和圖形顯示上的優(yōu)勢(shì)，利用Web的具有跨平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，可以很好的兼容Android和iOS平臺(tái)，降低了開發(fā)成本，用戶無需安裝、維護(hù)和更新[1]。將煤礦安全生產(chǎn)中的事故時(shí)間、事故類型、事故原因、事故致因、經(jīng)濟(jì)損失等信息在WebApp的地圖上以熱力圖的形式展示，將事故的信息與地理位置結(jié)合起來，為煤礦安全監(jiān)管理提供準(zhǔn)確、及時(shí)地決策支持?jǐn)?shù)據(jù)。監(jiān)管人員可以在時(shí)間和空間上來審視和剖析煤礦安全監(jiān)管事故數(shù)據(jù)的關(guān)系，更深層次的挖掘安全事故之間的聯(lián)系，總結(jié)相關(guān)的事故規(guī)律。

一、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用界面層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)服務(wù)層三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。界面層的主要是解決用戶與WebApp之間的交互問題。一是反饋地圖數(shù)據(jù)信息，二是用戶信息檢索。系統(tǒng)嵌入百度地圖Javascrip API中的熱力圖，用以構(gòu)建WebAPP的地理信息平臺(tái)，將事故的信息與發(fā)生的地理位置用熱力圖的形式反饋在地圖上。用戶可以根據(jù)自己的需求，設(shè)置需要檢索和展示的參數(shù)，觀察和對(duì)比煤礦事故的各類信息。應(yīng)用服務(wù)器用于處理用戶的信息檢索，地理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和熱力圖的參數(shù)設(shè)置。數(shù)據(jù)服務(wù)層用于存取煤礦礦井信息、煤礦安全生產(chǎn)事故信息和煤礦地理坐標(biāo)信息等。

數(shù)據(jù)庫主要有三個(gè)表。一個(gè)是煤礦礦山的信息，二是煤礦安全生產(chǎn)事故信息，三是煤礦地理坐標(biāo)。煤礦礦山信息主要保存的是礦山的規(guī)模、類型和煤礦生產(chǎn)能力。煤礦安全生產(chǎn)事故信息保存的是煤礦事故的類型，起因，傷亡人數(shù)等。煤礦地理坐標(biāo)信息保存的是煤礦的經(jīng)緯度。根據(jù)這些信息能夠?qū)⒚旱V信息和煤礦事故信息在地圖上以空間和時(shí)間的方式反饋給用戶。

二、熱力圖

熱力圖是用不同顏色的區(qū)塊疊加在地圖上實(shí)時(shí)描述相關(guān)信息分布、密度和變化趨勢(shì)的一個(gè)WebApp。熱力圖的優(yōu)勢(shì)在于沒有使用枯燥的數(shù)據(jù)表格式的分析，而是采用圖像化的方式進(jìn)行表示，能夠清晰的顯示熱度信息在地圖上的分布情況。將各類煤礦安全生產(chǎn)事故數(shù)據(jù)根據(jù)時(shí)間、地點(diǎn)、事故類型、事故原因、事故致因、經(jīng)濟(jì)損失等類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成多層次可視化的熱力圖，更深層次的挖掘煤礦安全事故與地理信息之間的聯(lián)系。

系統(tǒng)基于百度地圖開放平臺(tái)作為WEBAPP的基礎(chǔ)。百度的熱力地圖是在開源代碼heatmap.js的基礎(chǔ)上開發(fā)的。可以將其Javascrip代碼嵌入到系統(tǒng)的前端中，并調(diào)用百度開放平臺(tái)所提供的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

主要設(shè)置的參數(shù)有：密鑰（ak），使用百度地圖開放平臺(tái)需要在“百度開發(fā)者中心”注冊(cè)，并創(chuàng)建應(yīng)用，而后獲取密鑰。將密鑰嵌入到百度提供的源代碼中，即可調(diào)用百度地圖的JavaScript API，對(duì)于熱力圖而言沒有設(shè)置使用次數(shù)的限制。openHeatmap（）和closeHeatmap（）函數(shù)用于“顯示和關(guān)閉熱力圖”。初始化地圖函數(shù)map.centerAndZoom（point，size）是用于初始化地圖，其中有兩個(gè)參數(shù)：point是設(shè)置初始化地圖的時(shí)候中心點(diǎn)的坐標(biāo)，size是地圖的級(jí)別。百度的地圖級(jí)從20米到2000公里，共3-19級(jí)，共17個(gè)級(jí)別。系統(tǒng)設(shè)置成初始為8級(jí)，能夠較好的展示整個(gè)湖南省的地區(qū)。熱力圖采用HTML5的canvas標(biāo)簽繪制圖形圖像，降低了對(duì)瀏覽器插件的依賴，便于在移動(dòng)終端、便攜電腦等終端設(shè)備上的Web瀏覽器上顯示圖形信息[3]。

三、XML與JSON之間的轉(zhuǎn)換

百度熱力地圖中采用的是JSON數(shù)據(jù)格式，系統(tǒng)中采用的是XML的數(shù)據(jù)格式。地理信息需要將XML的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成為JSON數(shù)據(jù)格式，因?yàn)閺陌踩院瓦\(yùn)行效率上看JSON比XML更適合在Web應(yīng)用中做為數(shù)據(jù)的交換格式使用[4]。

XML（Extensible Markup Language）可擴(kuò)展標(biāo)記語言，是一種跨平臺(tái)的格式化語言，采用了父/子的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用程序可以共享和解析同一個(gè)XML文件。JSON （Java Script Object Notation）是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，是基于Javascrip語言的一種獨(dú)立文本格式，可以傳輸字符串、數(shù)組、數(shù)值、布爾值和對(duì)象等多種數(shù)據(jù)類型。

百度熱力圖JSON數(shù)據(jù)格式是[“l(fā)ng”：116.418264，“l(fā)at”：39.912984，”count”：50]，其中“l(fā)ng”和“l(fā)at”是百度坐標(biāo)的經(jīng)緯度。但是百度坐標(biāo)的值與GPS的經(jīng)緯度是不同的，不能通用。如果采用GPS的坐標(biāo)，需要由百度的地圖轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行轉(zhuǎn)換?！癱ount”是權(quán)重，于在熱力圖上展示不同的層級(jí)。例如在煤礦事故中作為量值，該地區(qū)發(fā)生煤礦事故為3起，則該值為3，能夠反映出該地區(qū)事故發(fā)生的情況與其他地區(qū)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于有些煤礦事故類型而言，數(shù)據(jù)的值偏小。偏小的值在熱力圖上顏色較淺，用戶難以觀察。為了能夠在地圖上明確的展示數(shù)據(jù)的分布情況，需要將數(shù)據(jù)的值放大處理。在對(duì)比多個(gè)類型的數(shù)據(jù)的時(shí)候，需要將數(shù)據(jù)統(tǒng)一放大到同一個(gè)數(shù)量級(jí)別，才能夠方便用戶在不同的事故類型之間進(jìn)行對(duì)比。

.NET技術(shù)提供了處理DATASET數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)成XML數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法，從查詢的到的數(shù)據(jù)寫入到文件中的XML數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：28.0309170112.991189

，再采用編程的的方法將XML的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成JSON格式，嵌入到Javascrip中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與百度服務(wù)器之間的交互。

四、煤礦安全生產(chǎn)事故熱力圖

湖南省地區(qū)根據(jù)其含煤建造的展布及煤炭資源賦存特征大體呈現(xiàn)為桑石、黔溆、漣邵、韶山、郴耒、資汝六大煤田區(qū)[5]。通過對(duì)歷年的煤礦事故的總計(jì)得出的熱力圖，與湖南省的煤炭資源的分布相吻合，主要煤礦事故集中的地區(qū)是漣邵和郴耒煤田區(qū)。

湖南省煤礦常發(fā)事故類型有四種，如圖2所示。從左至右分別是 “冒頂片幫事故”，“瓦斯事故”，“中毒和窒息事故”和“透水事故”。

冒頂片幫事故是指礦井頂板和側(cè)壁發(fā)生坍塌致害的事故，這類事故我省六大煤田區(qū)中都有分布，是一個(gè)非常普遍的事故類型。瓦斯事故是指礦井釋放大量瓦斯氣體致害的事故，該類主要集中在漣邵煤田和郴耒煤田區(qū)。中毒和窒息事故主要是由瓦斯事故造成，所以在邵煤田和郴耒煤田區(qū)也是該類事故的高發(fā)地區(qū)。從透水事故的熱力圖上看主要發(fā)生在桑石、黔溆和郴耒煤田。根據(jù)不同事故類型在地圖上的分布情況，分析煤炭事故在煤層地理上的分布規(guī)律，可以有針對(duì)性的實(shí)施安全管理措施。

五、結(jié)論

利用熱力圖的方式展示煤礦安全生產(chǎn)事故信息，能夠?qū)⑿畔⒌臄?shù)量和地理位置反映出來。安全監(jiān)管人員能夠從空間和時(shí)間的層面上直觀的分析數(shù)據(jù)的特征。湖南省煤礦資源地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布不均。

煤礦安全生產(chǎn)事故多以冒頂片幫和瓦斯事故為主，反映出煤礦事故與地質(zhì)環(huán)境之間存在著關(guān)聯(lián)。WebApp提供給用戶方便簡(jiǎn)介的系統(tǒng)功能訪問方式，便于安監(jiān)人員使用和操作，提供了一種煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管的手段。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 周森鵬，陸正球，張城，等. 基于HTML5的企業(yè)WebApp設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版）， 2015（7）： 51-54.

[2] 杜傳明. 百度地圖API在小型地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 測(cè)繪與空間地理信息， 2011， 34（2）： 167-168， 171.

[3] 徐莎，楊帆，徐昌慶. 基于HTML5的WebGIS的研究與應(yīng)用[J]. 信息技術(shù)， 2012（4）： 149-151.

[4] 胡千里. 比較XML與JSON在Web中的應(yīng)用[J]. 中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）， 2011（7）： 273-275.

[5] 陳美英. 湖南省煤炭資源構(gòu)造特點(diǎn)及找煤潛力分析[J]. 資源與產(chǎn)業(yè)， 2009， 11（6）： 68-72.