大數(shù)據(jù)視域下新疆煤炭資源信息共享系統(tǒng)建設(shè)研究

婁 芳，霍世豪，林海飛，3，賈永勇，嚴(yán) 敏，3，李樹剛，3，閆振國，3，周 捷

(1.新疆煤炭科學(xué)研究所，新疆 烏魯木齊 830091； 2.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；3.西安科技大學(xué) 西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

大數(shù)據(jù)時(shí)代的快速發(fā)展，使得數(shù)據(jù)信息成為時(shí)代發(fā)展的支撐。開放性、可共享性以及時(shí)效性是數(shù)據(jù)信息資源所特有的性質(zhì)，這種特質(zhì)使得數(shù)據(jù)信息變得尤為重要[1-2]。為挖掘信息資源中的價(jià)值，世界各國都進(jìn)行了不同程度的科學(xué)研究。美國地質(zhì)調(diào)查局提出的核心科學(xué)體系戰(zhàn)略，旨在構(gòu)建一個(gè)新的地球科學(xué)體系，將生態(tài)系統(tǒng)、能源和礦產(chǎn)、環(huán)境健康等有機(jī)整合起來，構(gòu)建了以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的科學(xué)體系[3]，實(shí)現(xiàn)了煤炭資源數(shù)據(jù)的開放與共享。

國內(nèi)資源信息共享平臺(tái)建設(shè)、研究主要集中于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、工業(yè)等領(lǐng)域。在資源信息共享平臺(tái)研究方面，李福興等[4]對煤炭開采大數(shù)據(jù)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并在平臺(tái)建設(shè)的軟件與硬件方面提出優(yōu)化和建議；譚章祿等[5]提出煤炭大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)及管理協(xié)同架構(gòu)，為煤炭大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)提供參考；汪璇等[6]提出了基于Web GIS縣域農(nóng)業(yè)資源信息共享系統(tǒng)研究方案；李華等[7]提出了國土資源一張圖共享服務(wù)平臺(tái)建設(shè)研究方案；宋春橋等[8]提出了基于ArcGIS Server的藏北草地資源信息共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)方案。在資源信息共享平臺(tái)建設(shè)方面，國家級共享平臺(tái)搭建了國家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)、中國林業(yè)植物新品種保護(hù)網(wǎng)、中國植物新品種保護(hù)信息網(wǎng)和中國林業(yè)信息網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫以及國家地質(zhì)大數(shù)據(jù)共享服務(wù)等平臺(tái)，這些平臺(tái)旨在通過數(shù)據(jù)資源整合和信息系統(tǒng)集成，全面提升資源數(shù)據(jù)采集、匯聚、處理、分析、共享與服務(wù)能力。

新疆地區(qū)的共享平臺(tái)建設(shè)研究主要集中于國土資源信息、畜牧業(yè)等方面，張健峰等[9]集中研究了新疆地區(qū)國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)方案；丁愷[10]對新疆維吾爾自治區(qū)政務(wù)基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)與新疆測繪地理信息服務(wù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。而在煤炭領(lǐng)域，新疆作為中國陸地面積第一的省級行政區(qū)，與國內(nèi)其他省份相比，其地理位置與環(huán)境相對復(fù)雜，“三山夾二盆”的地形結(jié)構(gòu)阻礙了信息的交流與溝通，且煤礦之間所采用不同的信息數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方式，使得無法對煤炭資源信息進(jìn)行統(tǒng)一集中管理。為解決新疆煤炭“信息孤島化”問題，響應(yīng)國家自然資源信息化建設(shè)的號(hào)召，本文為新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)建設(shè)做出了相對應(yīng)的方案研究，推動(dòng)煤炭資源信息共享平臺(tái)建設(shè)。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 平臺(tái)整體設(shè)計(jì)

1.1.1 平臺(tái)整體布局

煤炭資源信息共享平臺(tái)是按照資源共享理念，以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，信息資源開發(fā)與利用為核心，通過使用先進(jìn)的技術(shù)手段和完備的體制機(jī)制及標(biāo)準(zhǔn)體系保障，實(shí)現(xiàn)煤炭資源信息的整合與共享，解決了煤炭信息資源的無序開發(fā)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施重復(fù)建設(shè)和相關(guān)數(shù)據(jù)無法共享等問題。為實(shí)現(xiàn)新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)數(shù)據(jù)匯集與資源共享的目的，平臺(tái)做了以下設(shè)計(jì)。

針對新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)數(shù)據(jù)集成功能，以縣級、地級、自治區(qū)內(nèi)的煤礦企業(yè)自下而上布置共享平臺(tái)，這些企業(yè)將平臺(tái)所需要的數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)數(shù)據(jù)清理服務(wù)器后，由平臺(tái)服務(wù)器篩選、清理所獲取的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送至平臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器中，用戶可通過實(shí)體或移動(dòng)終端來獲取信息。形成以云基礎(chǔ)架構(gòu)資源層、基礎(chǔ)服務(wù)數(shù)據(jù)中心層、運(yùn)移管理業(yè)務(wù)引擎層、服務(wù)接入與門戶系統(tǒng)層的資源共享平臺(tái)，如圖 1所示。

圖1 新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)構(gòu)架Fig.1 Schematic diagram of Xinjiang coal resources information sharing platform

煤炭資源信息共享平臺(tái)為滿足政府機(jī)構(gòu)人員對新疆煤炭資源的管理與監(jiān)管，科研機(jī)構(gòu)的研究工作與社會(huì)大眾的瀏覽需求，煤炭企業(yè)設(shè)備研發(fā)成果共享等需要，設(shè)計(jì)了成果轉(zhuǎn)換、行業(yè)動(dòng)態(tài)展示、煤炭科普、設(shè)備共享等模塊，實(shí)現(xiàn)了不同用戶之間的信息交流共享。

1.1.2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對國內(nèi)已建成的信息共享平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合新疆地區(qū)復(fù)雜地理環(huán)境的特點(diǎn)，新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)采用分布式數(shù)據(jù)中心與一站式服務(wù)門戶模式進(jìn)行構(gòu)建[11]。分布式數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢在于多個(gè)服務(wù)器在建設(shè)上可以循序漸進(jìn)地展開，彼此保持一定距離及獨(dú)立性，滿足新疆地區(qū)信息分布廣泛的特性，且分布式的搭建對服務(wù)器后期擴(kuò)容升級有良好的兼容性。而一站式服務(wù)門戶是各種功能的集成，可以使用戶在一個(gè)平臺(tái)上獲取自己需要的所有信息。

在結(jié)構(gòu)框架方面，新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)采用目前最主流的搭建方式，即以應(yīng)用服務(wù)層(SaaS)、平臺(tái)服務(wù)層(PaaS)以及基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層(IaaS)組成[12]，具體內(nèi)容如下。

(1)SaaS層。主要由各種應(yīng)用服務(wù)或軟件服務(wù)組成，包括煤炭資源一張圖模塊、煤炭資源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模塊、煤炭價(jià)格、安全監(jiān)測、產(chǎn)品、大型儀器設(shè)施共享、成果轉(zhuǎn)化、咨詢與培訓(xùn)和投資與合作模塊。

(2)PaaS層。主要針對SaaS層的軟件服務(wù)提供數(shù)據(jù)管理或軟件管理，上層數(shù)據(jù)模塊通過數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、信息交換共享子系統(tǒng)、煤炭資源信息一張圖管理子系統(tǒng)、門戶系統(tǒng)以及后臺(tái)管理子系統(tǒng)進(jìn)行分系統(tǒng)管理。這些子系統(tǒng)通過平臺(tái)數(shù)據(jù)接入、共享服務(wù)與數(shù)據(jù)庫溝通提取數(shù)據(jù)。

(3)IaaS層。為了便于各種類型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與檢索，基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層借助虛擬化技術(shù)，能夠?qū)ξ锢碣Y源進(jìn)行池化，從而真正發(fā)揮硬件的價(jià)值[13]。實(shí)現(xiàn)了資源的按需分配和快速部署，將各種類型數(shù)據(jù)從邏輯上對其重組，從而實(shí)現(xiàn)信息的邏輯抽象和統(tǒng)一表示，然后將上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，儲(chǔ)存至不同的服務(wù)器中，供上層服務(wù)調(diào)用。新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 System architecture of Xinjiang coal resources information sharing platform

1.1.3 平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫建立以礦井(礦區(qū))為單元開展相關(guān)數(shù)據(jù)錄入工作，根據(jù)收集資料的類別建立相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，如地質(zhì)賦存條件、開采技術(shù)條件、開發(fā)現(xiàn)狀、安全技術(shù)需求等，形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換文件、元數(shù)據(jù)文件。

文件數(shù)據(jù)主要分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)3大類?；A(chǔ)數(shù)據(jù)是核心數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，是其他各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一空間參考[14]；專題數(shù)據(jù)主要是反映區(qū)域煤炭礦產(chǎn)資源的具體狀況和各類規(guī)劃審批的背景情況，它是管理數(shù)據(jù)的本底；管理數(shù)據(jù)是對煤炭礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)管理過程及各種行為的記錄，最終得到煤炭礦產(chǎn)資源的管理過程及結(jié)果信息。其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包含新疆地區(qū)的地理坐標(biāo)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、新疆各個(gè)礦區(qū)地理位置經(jīng)緯度坐標(biāo)以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)或巖層結(jié)構(gòu)等。專題數(shù)據(jù)包括礦區(qū)、煤田分布，礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量以及煤炭價(jià)格、新聞資訊、用戶上傳的科研成果、科研設(shè)備信息。管理數(shù)據(jù)則包含了管理人員通過平臺(tái)進(jìn)行資源管理所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)處理方面，新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)主要包含數(shù)據(jù)的匯集與分析和數(shù)據(jù)服務(wù)化，其主要內(nèi)容有元數(shù)據(jù)服務(wù)、地圖數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)。

(1)元數(shù)據(jù)服務(wù)。元數(shù)據(jù)服務(wù)是數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)，可以用于新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)的組織、檢索、管理信息與資源信息，并且平臺(tái)通過OGC(Open Geospatial Consortium)/CSW來規(guī)范元數(shù)據(jù)的管理。

(2)地圖數(shù)據(jù)服務(wù)。平臺(tái)利用OGC定義相關(guān)規(guī)范，規(guī)范包括Web 地圖服務(wù)(WMS)、地圖切片服務(wù)(WMTS)、Web要素服務(wù)(WFS)、Web 覆蓋服務(wù)(WCS)、Web 處理服務(wù)(WPS)一系列服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)地圖查詢、編輯等功能，為新疆煤炭資源信息一張圖建設(shè)提供相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)。

(3)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)具體包含礦區(qū)資料、礦區(qū)儲(chǔ)量、煤炭價(jià)格、新疆GIS地理數(shù)據(jù)，為新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)一張圖可視化系統(tǒng)提供支撐。新聞資訊、最新科研成果、科研儀器、行業(yè)動(dòng)態(tài)等其他專題數(shù)據(jù)作為平臺(tái)專題展示于平臺(tái)頁面中，為用戶獲取最新煤炭信息提供渠道。而對于用戶數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)以及平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)這些較為私密的數(shù)據(jù)，只有擁有特定權(quán)限的管理員或政府機(jī)構(gòu)才可以訪問與獲取。

1.2 軟件功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)基于Windows 7及以上系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)，Windows Server 2008 R2 系統(tǒng)為項(xiàng)目部署服務(wù)器，采用Spring Boot + Mybatis + BootStrap的進(jìn)行開發(fā)。Windows操作系統(tǒng)采用圖形用戶界面(GUI)，具有操作界面友好，符合操作邏輯，操作動(dòng)作易學(xué)等特點(diǎn)。并且Windows操作系統(tǒng)對硬件具有較好的兼容性[15]。

平臺(tái)的主要功能是對平臺(tái)中各類數(shù)據(jù)的集中管理維護(hù)，是集成了數(shù)據(jù)接入、清洗、分析、展示的窗口。平臺(tái)設(shè)計(jì)了除導(dǎo)航欄目可配置、頁面布局可配置以及消息推送這些軟件功能外，還提供了針對煤礦紙質(zhì)數(shù)據(jù)錄入功能，以及數(shù)據(jù)分析展示功能。

(1)紙質(zhì)數(shù)據(jù)識(shí)別。在礦井實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，會(huì)產(chǎn)生大量的礦井地理信息和生產(chǎn)信息等紙質(zhì)數(shù)據(jù)，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)量大、種類多的紙質(zhì)數(shù)據(jù)電子化存儲(chǔ)，需要進(jìn)行掃描、錄入、校對等工作，消耗了大量的人力，且效率低下。此模塊則用戶提供數(shù)據(jù)填報(bào)模板，用戶按照模板填寫數(shù)據(jù)直接上傳數(shù)據(jù)即可。數(shù)據(jù)文件運(yùn)用Java POI、Java IO技術(shù)完成對Microsoft Office 格式、txt等類型數(shù)據(jù)文件的解析工作，并存儲(chǔ)至對應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中。再對Microsoft Office格式、txt等類型數(shù)據(jù)文件解析、存儲(chǔ)，極大地提高了數(shù)據(jù)錄入效率，也提高了平臺(tái)數(shù)據(jù)庫的更新頻率。

(2)數(shù)據(jù)分析展示。平臺(tái)提供數(shù)據(jù)分析導(dǎo)出模塊，生成PDF數(shù)據(jù)報(bào)告文檔，為用戶提供文字性與可視化圖表的分析報(bào)告。如2021年動(dòng)力煤市場分析報(bào)告、2021年煤炭主消費(fèi)區(qū)報(bào)告、2021年煤炭主產(chǎn)區(qū)報(bào)告等，報(bào)告中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)將以可視化圖表展示。

而在軟件安全防護(hù)方面，平臺(tái)采用MD5加密用戶密碼、保存于COOKIES(儲(chǔ)存在用戶本地終端上的數(shù)據(jù))中的數(shù)據(jù)采用了以MD5加密為基礎(chǔ)，加入隨機(jī)加密因子的改進(jìn)型專用加密算法以及SQL注入防護(hù)的措施使軟件的安全性得到了極大的提高。平臺(tái)對數(shù)據(jù)安全采用數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)加密、raid磁盤陣列、操作失誤回滾等措施。而對用戶上傳的平臺(tái)數(shù)據(jù)，由用戶上傳數(shù)據(jù)的不確定性，可能會(huì)違反國家相關(guān)規(guī)定的數(shù)據(jù)或言論這一問題，平臺(tái)通過人工審核數(shù)據(jù)這一保障性措施，確保數(shù)據(jù)安全問題。

1.3 硬件服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為滿足不同群體用戶的需求，平臺(tái)設(shè)計(jì)IaaS層技術(shù)架構(gòu)的云服務(wù)模式[16]。IaaS層技術(shù)架構(gòu)的服務(wù)模式以儲(chǔ)存、計(jì)算服務(wù)器為底層，以新疆煤炭資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為用戶提供數(shù)據(jù)共享與可視化服務(wù)，形成“存儲(chǔ)計(jì)算—數(shù)據(jù)交換—數(shù)據(jù)共享—應(yīng)用服務(wù)”的應(yīng)用系統(tǒng)體系。

平臺(tái)設(shè)計(jì)分為煤炭資源一張圖系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、門戶系統(tǒng)、信息共享交換系統(tǒng)以及后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要為不同群體用戶實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，即多數(shù)據(jù)匯集、可視化展示、信息檢索、數(shù)據(jù)分析、元數(shù)據(jù)管理等[17]。為新疆煤炭信息共享建立較為健全的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)產(chǎn)品體系，形成新疆煤炭領(lǐng)域較為完備的信息共享服務(wù)平臺(tái)，如圖3所示。

圖3 新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)Fig.3 Application system design of Xinjiang coal resources information sharing platform

1.3.1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

平臺(tái)采用MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而不是將數(shù)據(jù)全部儲(chǔ)存于大倉庫內(nèi)，MySQL采用標(biāo)準(zhǔn)的SQL數(shù)據(jù)語言形式，能有效提高數(shù)據(jù)查詢速度及數(shù)據(jù)靈活性[18]。平臺(tái)數(shù)據(jù)的獲取主要包含關(guān)系數(shù)據(jù)、圖片(JPG、PNG)、文檔(TXT、Excel)以及音頻(MP4)等渠道。其中關(guān)系數(shù)據(jù)稱為附件數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于MySQL數(shù)據(jù)庫中如圖4所示，并采用Nginx + FTP的方式進(jìn)行搭建。平臺(tái)分別運(yùn)用了Nginx的反向代理和負(fù)載均衡功能，通過反向代理分發(fā)請求，所有動(dòng)態(tài)資源的請求交給應(yīng)用服務(wù)器，而靜態(tài)資源的請求(例如圖片、視頻、CSS、JavaScript文件等)則直接由Nginx返回到瀏覽器，這樣能大大減輕應(yīng)用服務(wù)器的壓力。

圖4 平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程Fig.4 Platform data storage flowchart

1.3.2 信息共享交換系統(tǒng)

信息共享交換系統(tǒng)是整個(gè)新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)的核心內(nèi)容之一，其主要功能是實(shí)現(xiàn)功能服務(wù)模塊與所對應(yīng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的信息獲取、修改等功能，屬于整個(gè)平臺(tái)的“脊柱”，連接平臺(tái)的各個(gè)部分。

平臺(tái)整合煤炭行業(yè)相關(guān)政策、技術(shù)、生產(chǎn)、貿(mào)易的數(shù)據(jù)以及外部接入的相關(guān)資源數(shù)據(jù)，結(jié)合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需求，制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而建設(shè)基礎(chǔ)庫和專題庫，同時(shí)對外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，支撐包括資源門戶、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)資源資源管理，一張圖服務(wù)各類上層應(yīng)用，并采用開源ETL工具Kettle 8.2編寫數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)流程(包括數(shù)據(jù)歸類、過濾、計(jì)算、業(yè)務(wù)分析等)。從煤礦服務(wù)器采集得到的數(shù)據(jù)如瓦斯含量、礦井通風(fēng)量、礦井地質(zhì)等數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)清洗服務(wù)器，數(shù)據(jù)清洗服務(wù)器通過移動(dòng)平滑法、時(shí)間序列平滑、小波濾噪算法清洗數(shù)據(jù)，再通過Windows系統(tǒng)計(jì)劃任務(wù)/平臺(tái)任務(wù)管理的方式進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理作業(yè)的定時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。平臺(tái)數(shù)據(jù)處理流程如圖5所示。

圖5 平臺(tái)數(shù)據(jù)處理流程Fig.5 Platform data processing flowchart

經(jīng)過清洗的數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器中，同時(shí)服務(wù)器配置了網(wǎng)絡(luò)防火墻，提高了數(shù)據(jù)的保密性與安全性。移動(dòng)端用戶在獲得一定的權(quán)限后可通過HTTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議訪問服務(wù)器并管理相關(guān)的數(shù)據(jù)。

1.3.3 資源信息共享平臺(tái)一張圖可視化系統(tǒng)

為了使平臺(tái)所匯集到的新疆煤炭資源數(shù)字信息直觀生動(dòng)地呈現(xiàn)給用戶，平臺(tái)構(gòu)建了新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)一張圖系統(tǒng)。一張圖是新疆煤礦空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的信息匯集展示平臺(tái)，為用戶提供可視化的新疆煤炭資源信息。基于統(tǒng)一的礦圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及一張圖數(shù)據(jù)庫，采用面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)，實(shí)現(xiàn)符合OGC 國際標(biāo)準(zhǔn)的地理空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享接口，為各種數(shù)據(jù)的接入與處理以及現(xiàn)有系統(tǒng)模塊的集成提供支撐。

新疆煤炭資源信息共享平臺(tái)一張圖系統(tǒng)首頁以新疆全局地圖為背景，利用2DGIS或2D + 3DGIS技術(shù)，通過一張圖的形式展示新疆各個(gè)地區(qū)的煤炭礦場和企業(yè)機(jī)構(gòu)等信息[19]。展示的信息包括基礎(chǔ)信息展示，如礦區(qū)位置，所屬單位等；煤炭產(chǎn)量信息、煤炭分類、煤炭地區(qū)賦存、煤炭銷售信息、煤炭最新成交價(jià)等信息的展示。在一張圖內(nèi)容中，用戶可以通過各種Echarts或Sparkline圖表獲取其所需要的信息[20]。

不僅如此，平臺(tái)會(huì)根據(jù)所登錄用戶類別的不同，而展示不同的數(shù)據(jù)。為政府機(jī)構(gòu)展示新疆地區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量、銷量、煤炭價(jià)格、事故發(fā)生情況、煤礦安全態(tài)勢等級，使政府機(jī)構(gòu)更好的履行穩(wěn)定市場、煤炭安全生產(chǎn)監(jiān)督的責(zé)任[21]。對于行業(yè)企業(yè)平臺(tái)除了展示相關(guān)煤炭信息外，還加入了各個(gè)企業(yè)需求內(nèi)容以及行業(yè)最新科技成果等。而針對科研機(jī)構(gòu)，平臺(tái)將會(huì)發(fā)布最新科技成果和科研機(jī)構(gòu)大型儀器設(shè)施共享信息以及煤炭行業(yè)所亟待解決的問題。除了上述3個(gè)用戶類型外，平臺(tái)還為社會(huì)群體提供新聞資訊、煤炭科普、煤炭價(jià)格走勢等社會(huì)群眾所關(guān)心的信息。一張圖可視化系統(tǒng)直觀地展示了新疆地區(qū)煤炭信息，該系統(tǒng)是信息匯集與共享的核心內(nèi)容[22]。

1.3.4 門戶系統(tǒng)

平臺(tái)是基于目前流行的B/S(瀏覽器/客戶端模式，Browser/Server)模式的Web 應(yīng)用系統(tǒng)，客戶端采用Windows 操作，主要是為了服務(wù)企業(yè)、人才和機(jī)構(gòu)等。本平臺(tái)主要有平臺(tái)數(shù)據(jù)展示及后臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)2部分組成。根據(jù)提供的服務(wù)內(nèi)容不同，將平臺(tái)數(shù)據(jù)展示分為8個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)，如圖6所示[23]。

為了滿足PC端、移動(dòng)端、超大屏幕等多種設(shè)備都能夠進(jìn)行平臺(tái)訪問與使用，Web技術(shù)采用Bootstrap開源框架，該框架提供了HTML和CSS規(guī)范，包含豐富的Web組件且兼容大部分jQuery插件，同時(shí)也提供了多端適用的響應(yīng)式界面布局方案。

資源門戶模塊為本平臺(tái)的核心模塊之一，主要為各類用戶提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)詳情查看等服務(wù)。本模塊可根據(jù)用戶所選擇的身份類別智能匹配與之相關(guān)度較高的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)項(xiàng)。

圖6 平臺(tái)門戶系統(tǒng)示意Fig.6 Schematic diagram of platform portal system

1.3.5 后臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

后臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要功能是內(nèi)容管理，平臺(tái)的所有數(shù)據(jù)都需要通過后臺(tái)內(nèi)容管理模塊進(jìn)行發(fā)布，該模塊是統(tǒng)一信息發(fā)布平臺(tái)的核心部分[24]。通過此系統(tǒng)，可以將平臺(tái)數(shù)據(jù)展示頁面的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、審核、查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表導(dǎo)出，其主要分為用戶數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)、平臺(tái)展示數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)，平臺(tái)訪問權(quán)限的管理與維護(hù)，用戶角色的管理與維護(hù)、平臺(tái)訪問日志的管理與維護(hù)等。

平臺(tái)管理員進(jìn)入平臺(tái)后臺(tái)管理系統(tǒng)后，可通過后臺(tái)管理系統(tǒng)對平臺(tái)信息進(jìn)行添加、維護(hù)和查詢等操作。在添加、維護(hù)平臺(tái)信息時(shí)，管理員可以將所要添加、更新的信息輸入到系統(tǒng)彈出的對話框內(nèi)并點(diǎn)擊上傳，此時(shí)系統(tǒng)將會(huì)對所輸入的信息進(jìn)行格式檢查。若不符合信息規(guī)范，系統(tǒng)會(huì)提示管理員重新輸入；若符合規(guī)定信息格式，系統(tǒng)則會(huì)更新數(shù)據(jù)庫。而對于平臺(tái)信息查詢這一功能，管理員可通過后臺(tái)管理系統(tǒng)輸入信息查詢的條件，獲取到對應(yīng)的平臺(tái)信息具體流程如圖7所示。

圖7 平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)圖流程Fig.7 Diagram and flowchart of platform basic data management and maintenance

2 關(guān)鍵技術(shù)

新疆地區(qū)幅員遼闊、礦產(chǎn)資源豐富，隨之而來的問題就是信息交流較為困難，以下是解決這個(gè)問題的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方式。

(1)集群式部署。平臺(tái)采用集群部署方式，tomcat集群部署的方案。集群部署方案具有高可用性、高性能、高性價(jià)比等的優(yōu)點(diǎn)。在平臺(tái)升級實(shí)施過程中可以對集群服務(wù)器中的程序代碼進(jìn)行逐一暫停并替換重啟，而不需要停止整個(gè)項(xiàng)目，降低實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

(2)分布式系統(tǒng)架構(gòu)。平臺(tái)采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)，各子系統(tǒng)相對獨(dú)立，可分單位逐步進(jìn)行部署[25]。單個(gè)服務(wù)器故障僅影響單一功能而不影響到整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)安全性大幅度提高。分布式系統(tǒng)便于減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，降低對服務(wù)器等設(shè)備的要求，在提供大量用戶同時(shí)上線方面具有明顯的優(yōu)勢。

(3)多數(shù)據(jù)匯集。平臺(tái)的核心為多數(shù)據(jù)匯聚，這些數(shù)據(jù)的來源有數(shù)據(jù)庫對接數(shù)據(jù)、接口協(xié)議數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)、報(bào)表文件數(shù)據(jù)。平臺(tái)通過建立對數(shù)據(jù)的清洗任務(wù)，將每一種格式的數(shù)據(jù)(如：TXT、MP4、CSS、HTML等)進(jìn)行分類匯集，每一種類型數(shù)據(jù)形成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而所有類型數(shù)據(jù)又組成非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。平臺(tái)采用數(shù)據(jù)同步固件使各種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)保持更新，在數(shù)據(jù)采集前端完成數(shù)據(jù)對標(biāo)入庫后，固件會(huì)將所更新的數(shù)據(jù)同步到各個(gè)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)刷新，保證了數(shù)據(jù)的時(shí)效性。

(4)數(shù)據(jù)分析。平臺(tái)每周會(huì)對新疆地區(qū)的礦井進(jìn)行安全態(tài)勢分析，并將安全態(tài)勢分為“綠色”、“黃色”、“紅色”3個(gè)安全等級，當(dāng)檢測指標(biāo)參數(shù)超過一定的閾值將會(huì)發(fā)出報(bào)警[26]。平臺(tái)對井下瓦斯監(jiān)測器收集到的瓦斯歷史數(shù)據(jù)運(yùn)用時(shí)間序列分析算法進(jìn)行瓦斯?jié)舛阮A(yù)測，并對影響安全態(tài)勢的因素進(jìn)行分析，所得出的預(yù)測預(yù)警結(jié)果將會(huì)為新疆地區(qū)的安全管理提供建議與幫助。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

以新疆呼圖壁縣石梯子西溝煤礦為例，平臺(tái)一張圖展示了西溝煤礦地理位置、礦區(qū)分布以及煤礦信息簡介。在平臺(tái)一張圖中，新疆煤礦監(jiān)察人員可以查看疆內(nèi)煤礦分布及礦區(qū)分布情況，擁有對應(yīng)權(quán)限的人員也可查看礦區(qū)煤炭生產(chǎn)、銷量和煤礦災(zāi)害情況。為有關(guān)部門對疆內(nèi)煤礦的統(tǒng)一安排及管理提供平臺(tái)。

在平臺(tái)信息共享門戶中，信息發(fā)布與接收者可以通過平臺(tái)進(jìn)行信息的交流。通過西溝煤礦對新疆煤炭資源新信息共享平臺(tái)的現(xiàn)場應(yīng)用，打破了疆內(nèi)煤礦之間的信息壁壘，促進(jìn)了新疆煤炭經(jīng)濟(jì)發(fā)展。同時(shí)有關(guān)部門通過平臺(tái)對疆內(nèi)煤礦的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了對碳排放的間接管理，響應(yīng)了國家的“雙碳”政策。

4 結(jié)論

(1)基于新疆地區(qū)復(fù)雜的地理環(huán)境特征，研究設(shè)計(jì)了適合新疆地區(qū)的平臺(tái)布局、系統(tǒng)架構(gòu)及特色功能，為新疆地區(qū)用戶提供了煤炭信息一體化的服務(wù)平臺(tái)。

(2)通過時(shí)間序列等算法進(jìn)行煤礦安全態(tài)勢分析，實(shí)現(xiàn)了煤礦安全預(yù)測預(yù)警功能。新疆煤炭資源信息一張圖系統(tǒng)極大地體現(xiàn)了平臺(tái)數(shù)據(jù)匯集、共享的功能。

(3)平臺(tái)對不同類型用戶提供不同的煤炭信息，滿足了政府資源管理、安全監(jiān)督,行業(yè)供需發(fā)布,研究機(jī)構(gòu)科研成果共享,社會(huì)大眾煤炭信息普及的服務(wù)需求。