基于GIS 下金屬礦山安全管理信息系統(tǒng)的研究

權(quán)萬(wàn)杰 魏會(huì)軍 戰(zhàn)修宇

(1.通化鋼鐵集團(tuán)樺甸礦業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 樺甸 132400；2.通化鋼鐵集團(tuán)板石礦業(yè)有限責(zé)任公司， 吉林 白山 132400；3.通化鋼鐵集團(tuán)大栗子礦業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 臨江 132400)

1 系統(tǒng)整體的框架

1.1 地理信息系統(tǒng)概述

地理信息系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)軟件、硬件構(gòu)成，其功能主要是采集地理數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部，以供使用人員來(lái)檢索數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)。GIS 提供了地表以上的各類空間動(dòng)態(tài)信息，這樣會(huì)幫助使用人員開(kāi)展各類型的決策。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)建會(huì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸、搜集，并且GIS 技術(shù)也包含遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息學(xué)、管理學(xué)、地理學(xué)等各類學(xué)科的綜合。其核心就是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)構(gòu)建地理空間的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，以使地圖變得更加可視，來(lái)開(kāi)展后期的空間分析。

1.2 GIS的功能

GIS 功能包含了地理數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的輸入、地圖的編輯，以及數(shù)據(jù)的管理和空間的分析、地形分析和數(shù)據(jù)輸出顯示。在GIS 系統(tǒng)內(nèi)部，會(huì)形成二維、三維的地理數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)會(huì)包含實(shí)體的地理空間位置，控件的屬性。GIS 技術(shù)更多是按照?qǐng)D層的方式，來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，然后對(duì)地理信息內(nèi)容，根據(jù)其特征，以及將不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，來(lái)建立圖層，這種方式會(huì)便于數(shù)據(jù)的修改和提取。

1.2.1 選取系統(tǒng)軟件

近年，國(guó)內(nèi)的GIS 得到大范圍的普及和運(yùn)用，隨著新軟件不斷地涌現(xiàn)出來(lái)，在國(guó)內(nèi)充斥著大量的軟件版本，各個(gè)軟件的功能也有較大的差異。因而，在礦井生產(chǎn)中，企業(yè)要根據(jù)自身的實(shí)際生產(chǎn)狀況，來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)，搭建安全管理信息平臺(tái)，以及購(gòu)置這樣的軟件[1]。

1.2.2 信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

隨著國(guó)內(nèi)信息技術(shù)的快速發(fā)展，很多礦山生產(chǎn)企業(yè)通常會(huì)將礦山內(nèi)部的安全系統(tǒng)建設(shè)作為公司的一個(gè)主要工作。將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，來(lái)構(gòu)建安全系統(tǒng)，并對(duì)現(xiàn)有的安全管理機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。結(jié)合實(shí)際礦山生產(chǎn)的具體業(yè)務(wù)需求和工作內(nèi)容，以及工作流程，來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)。將系統(tǒng)的架構(gòu)分為業(yè)務(wù)的處理層、數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用分析層三個(gè)部分。其中，業(yè)務(wù)處理層會(huì)包含數(shù)據(jù)的收集，應(yīng)用客戶端來(lái)開(kāi)展應(yīng)用分析，進(jìn)而為后續(xù)的投資決策提供信息支持[2]。

2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 地理底層數(shù)據(jù)的處理

要實(shí)現(xiàn)測(cè)繪圖紙數(shù)據(jù)的管理，這時(shí)就需要將一些大量的紙質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)據(jù)信息，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)字化?？梢岳脪呙柙O(shè)備對(duì)于紙質(zhì)資料進(jìn)行掃描，來(lái)獲取圖紙的屬性信息。之后，測(cè)繪人員也要利用數(shù)字信息，來(lái)構(gòu)筑數(shù)據(jù)模型，將數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)內(nèi)部，其中GIS 系統(tǒng)平臺(tái)，可以開(kāi)展圖形的繪制，包含井下地理地形圖、巷道圖等各種圖形的繪制。此后，在GIS 軟件內(nèi)部，也可以看到圖形的編輯、添加線條或修改圖形，來(lái)完善地形圖的輸出功能。在顯示器上，可以清楚地顯示圖形以及對(duì)圖形的分層顯示，并將圖層縮放、移位。在系統(tǒng)內(nèi)部，可以將不同的測(cè)繪目標(biāo)放入到不同圖層上，每一個(gè)圖層都是一個(gè)表格，并將若干個(gè)圖層進(jìn)行疊加。在礦山的生產(chǎn)期間，由于礦山生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，這樣就可以應(yīng)用GIS 多圖層功能，來(lái)完成礦山地理地形的測(cè)繪。

2.2 數(shù)據(jù)的處理

在GIS 系統(tǒng)內(nèi)，可以對(duì)礦山生產(chǎn)作業(yè)的開(kāi)采狀態(tài)，作業(yè)路線以及生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部的各個(gè)設(shè)備的布局等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。在GIS 軟件上，可顯示作業(yè)的路線和各設(shè)備的布局狀況。此外，在GIS 文件內(nèi)，也可以包含一些部門的管理、班組的管理，并具備數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改等功能[3]。

2.3 監(jiān)測(cè)安全隱患

GIS 系統(tǒng)內(nèi)，可以對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分類編碼，然后將數(shù)據(jù)以點(diǎn)線的方式，來(lái)傳達(dá)到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部。對(duì)于礦山周圍的地理地形數(shù)據(jù)，要構(gòu)建系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。之后，在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部將每一組的數(shù)據(jù)完整地保存，然后形成圖形。根據(jù)各地理地形圖屬性之間的關(guān)聯(lián)，來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)地形測(cè)繪圖。在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部，形成數(shù)據(jù)文件和屬性文件，然后在圖形文件中，就要標(biāo)識(shí)出數(shù)據(jù)的形態(tài)和位置，擴(kuò)展屬性文件，并記錄好各數(shù)據(jù)對(duì)象和數(shù)據(jù)信息，以此來(lái)拓展數(shù)據(jù)。

2.4 GIS的數(shù)據(jù)處理

GIS 其中一個(gè)最主要的特點(diǎn)就是可以開(kāi)展數(shù)據(jù)的圖示化，然后利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改、刪除、增加等操作。在數(shù)據(jù)庫(kù)的后臺(tái)，可以形成各種類型的圖形，以此來(lái)為管理人員使用查詢，并為開(kāi)展數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析提供支持。用戶在GIS 軟件內(nèi)部，單擊圖形，就可以了解到該圖形的全部數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用GIS 轉(zhuǎn)變，解決傳統(tǒng)紙質(zhì)圖像信息量比較單一的問(wèn)題，應(yīng)用多圖層的圖形可以容納更多的地理數(shù)據(jù)信息。因此，以地形圖作為基礎(chǔ)，來(lái)構(gòu)建信息系統(tǒng)。近些年，國(guó)內(nèi)的礦山企業(yè)都大力地在公司內(nèi)部構(gòu)建地理信息系統(tǒng)，來(lái)為礦山的生產(chǎn)，提供信息保障。例如，可以在GIS 軟件內(nèi)去設(shè)置某一個(gè)設(shè)備的名稱，然后系統(tǒng)就會(huì)直接將該設(shè)備顯示在屏幕之上。通過(guò)閃爍的光標(biāo)來(lái)標(biāo)定設(shè)備，然后跟蹤目標(biāo)，如果目標(biāo)超出了屏幕，這時(shí)地圖可以自動(dòng)平移，使用人員可以根據(jù)所選擇的對(duì)象尺寸、排水量等數(shù)據(jù)，來(lái)直接生成可視化的直方圖、餅狀圖和點(diǎn)狀的分布圖[4]。

3 安全管理信息系統(tǒng)功能的應(yīng)用

企業(yè)內(nèi)部建立的基于GIS 技術(shù)的安全信息系統(tǒng)，包含日常的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、礦山電路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦物質(zhì)的運(yùn)輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安全培訓(xùn)系統(tǒng)、物料管控系統(tǒng)和礦上的救護(hù)等各系統(tǒng)。

3.1 安全培訓(xùn)系統(tǒng)

礦山企業(yè)根據(jù)實(shí)際的安全管控作業(yè)的要求，來(lái)給內(nèi)部建立安全培訓(xùn)系統(tǒng)，安全的培訓(xùn)系統(tǒng)內(nèi)部需要設(shè)計(jì)年度的安全培訓(xùn)計(jì)劃，來(lái)給內(nèi)部職工開(kāi)展定期安全教育活動(dòng)。讓職工了解到新型的安全管理規(guī)定和法律法規(guī)，提高礦山生產(chǎn)人員的安全意識(shí)，進(jìn)而保證生產(chǎn)作業(yè)可以穩(wěn)定的運(yùn)行。在安全培訓(xùn)系統(tǒng)內(nèi)部，要建立培訓(xùn)的跟蹤計(jì)劃，培訓(xùn)的考核以及檔案存儲(chǔ)，及時(shí)跟蹤每個(gè)職工工作狀況。參考以往的培訓(xùn)記錄，為該職工制定年度、月度、季度的培訓(xùn)方案和培訓(xùn)計(jì)劃，并根據(jù)工作開(kāi)展?fàn)顩r，來(lái)隨時(shí)地調(diào)整計(jì)劃[5]。

3.2 日常安全管理系統(tǒng)構(gòu)建

在安全管理系統(tǒng)內(nèi)部，要設(shè)計(jì)好日常的安全管理子系統(tǒng)，對(duì)于礦山運(yùn)營(yíng)中，出現(xiàn)的安全隱患、違規(guī)問(wèn)題，要及時(shí)地處置，然后將各部門各職工的獎(jiǎng)懲狀況也錄入到該系統(tǒng)里。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)的查詢、輸出數(shù)據(jù)報(bào)表，開(kāi)展綜合安全分析。礦山的高層領(lǐng)導(dǎo)和安全管理工作人員可以在日常安全系統(tǒng)內(nèi)，及時(shí)地了解礦山生產(chǎn)的實(shí)際狀況，以及了解各部門作業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。也可以了解單位內(nèi)部是否有違規(guī)的行為，對(duì)于礦山生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了重大安全隱患，要及時(shí)上報(bào)內(nèi)部的領(lǐng)導(dǎo)人員和安全人員，并開(kāi)展安全隱患的檢查分析，以及時(shí)地消除隱患，避免因安全風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)大，而給礦山的生產(chǎn)帶來(lái)較大的危險(xiǎn)。公司領(lǐng)導(dǎo)要關(guān)注重大問(wèn)題、安全隱患，預(yù)防事故發(fā)生，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)保障安全生產(chǎn)的目的。

3.3 礦山電路的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在礦山生產(chǎn)運(yùn)行中，要建立動(dòng)態(tài)的電路，然后構(gòu)建通信電路，安全系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)輸出礦山內(nèi)部電路線路數(shù)據(jù)。然后以圖形的方式展現(xiàn)出來(lái)，井下的電線布局可以依托巷道來(lái)設(shè)計(jì)。GIS也具有網(wǎng)絡(luò)的分析功能，可以幫助管理人員作出實(shí)時(shí)的信息處置，并給予提供警示信息，來(lái)確保礦山生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)作。此外，也可以檢查各線路的電壓線路的運(yùn)行狀況[6]。

3.4 礦山的運(yùn)輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

礦山企業(yè)需要將井下的礦物質(zhì)運(yùn)輸?shù)骄?，這時(shí)在礦井內(nèi)部搭建運(yùn)輸設(shè)備，利用安全系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行，了解各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在GIS 的安全性系統(tǒng)內(nèi)部，GIS 技術(shù)可以優(yōu)化運(yùn)輸?shù)穆肪€，然后科學(xué)地規(guī)劃布局作業(yè)的進(jìn)度，來(lái)保證安全運(yùn)輸，避免產(chǎn)生井下的安全運(yùn)輸事故。

3.5 建立物資材料的動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)

應(yīng)用GIS 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦區(qū)物流的科學(xué)調(diào)度，以及物資運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)控。在GIS 軟件上的地形圖，就可以及時(shí)地查詢到各生產(chǎn)作業(yè)點(diǎn)的物資存儲(chǔ)狀況。在井下，利用系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)最佳的運(yùn)輸路線，以避免在物資的運(yùn)輸期間產(chǎn)生較多的損耗。并合理地控制公司內(nèi)部的物資存儲(chǔ)量，應(yīng)用GIS 軟件可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦區(qū)的全景顯示，了解各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備維修狀況。通過(guò)開(kāi)展設(shè)備的維修、材料的保管，來(lái)為一線的礦山生產(chǎn)提供支持。

3.6 礦山的救護(hù)系統(tǒng)

在GIS 安全系統(tǒng)選址圖下，可以顯示出礦井內(nèi)部各工作人員的工作狀況，以及通過(guò)建立的通信系統(tǒng)，來(lái)聯(lián)系工作人員，以保障現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部的各人員分配比較合理。在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，GIS可以創(chuàng)建出最佳的路徑，并顯示實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)信息，來(lái)及時(shí)調(diào)整人員，并通過(guò)最佳路徑來(lái)撤離，開(kāi)展礦山的救護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

在礦山生產(chǎn)期間，企業(yè)可以基于GIS 技術(shù)，來(lái)構(gòu)建安全管理信息系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)部，可以清晰地展現(xiàn)出礦井各個(gè)作業(yè)信息。國(guó)內(nèi)有些礦產(chǎn)公司都開(kāi)發(fā)了安全性系統(tǒng)，來(lái)保障礦物商物資的運(yùn)輸、礦產(chǎn)生產(chǎn)的安全。在地理信息安全系統(tǒng)中，根據(jù)反饋出來(lái)的數(shù)據(jù)信息，來(lái)作出決策，以快速地響應(yīng)事故，節(jié)省物資、運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，提高了礦山生產(chǎn)運(yùn)行效率。