煤礦智能爆破管控系統(tǒng)設(shè)計與分析

摘要：煤礦井下爆破作業(yè)中，爆破管理技術(shù)滯后，導(dǎo)致國家關(guān)于爆破管理的規(guī)程和制度難以得到有效執(zhí)行。管理上存在不夠嚴(yán)謹(jǐn)、缺乏有效管理技術(shù)等問題，相關(guān)規(guī)定未得到嚴(yán)格遵守。然而，隨著移動終端設(shè)備及移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，煤礦井下已經(jīng)大量配備智能移動終端設(shè)備，煤礦開采正向智能化方向邁進(jìn)。針對以上問題，文章圍繞爆破任務(wù)展開研究，明確區(qū)分爆破作業(yè)人員身份信息和權(quán)限，實(shí)現(xiàn)了基于Android的煤礦智能爆破管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)使爆破任務(wù)規(guī)范化、流程化，提高了爆破效率，極大地減少了因不規(guī)范操作造成事故發(fā)生的可能性。

關(guān)鍵詞：Android；爆破管控；軟件工程；ArcGIS；HTTP

中圖分類號：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）17-0110-04 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

近年來，盡管我國煤礦采掘機(jī)械化程度有所提升，但炮采炮掘仍然是被廣泛采用的方法。井下爆破作為采掘工作中的關(guān)鍵工藝，其工序復(fù)雜，涉及多個環(huán)節(jié)和眾多人員，因此存在諸多不安全因素[1]。據(jù)統(tǒng)計，每年因爆破引發(fā)的礦山事故導(dǎo)致的死亡人數(shù)占煤礦事故總死亡人數(shù)的約30%，其中重特大事故占比高達(dá)60%至80%以上。這主要是由技術(shù)水平的落后、管理不力和標(biāo)準(zhǔn)缺失所導(dǎo)致的[2]。然而，爆破作為煤礦傳統(tǒng)作業(yè)中最危險的一部分，其風(fēng)險性不容忽視。人為因素是導(dǎo)致爆破事故的主要原因，特別是爆破作業(yè)人員素質(zhì)低下、安全意識薄弱以及違規(guī)操作[3]。因此，如何加強(qiáng)爆破管理，采取切實(shí)有效的預(yù)防措施，避免爆破事故的發(fā)生，是煤礦企業(yè)管理層關(guān)注的重點(diǎn)。煤礦安全生產(chǎn)不僅關(guān)乎煤礦的生存與發(fā)展，更直接關(guān)系到員工的生命安全。因此，采用先進(jìn)的管理手段，保證煤礦安全爆破是十分必要的[4]。其中，煤礦井下爆破的安全工作是煤礦安全生產(chǎn)的重點(diǎn)，它需要爆破工、瓦安員、班組長等各方人員的緊密配合與協(xié)作。為了從根本上保障爆破安全，必須采用新的技術(shù)規(guī)范來指導(dǎo)爆破操作，并嚴(yán)格落實(shí)爆破責(zé)任制。通過不斷提升爆破管理水平，確保煤礦生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定，為煤礦的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實(shí)基礎(chǔ)[5]。

同時，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，當(dāng)前以Android手機(jī)為代表的移動終端設(shè)備已經(jīng)廣泛普及[6]，為煤礦智能爆破管控系統(tǒng)提供了設(shè)備支撐；5G通信技術(shù)等通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度和效率以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋率也大大提高，滿足井下工作人員對于通信的需求。

雖然爆破設(shè)計以及管控系統(tǒng)的研究成果較多，但很少有將Android移動終端與爆破管控系統(tǒng)結(jié)合起來的成熟研究成果。因此，針對以上問題，本文使用Java 語言開發(fā)，利用XUI開源框架，同時借助ArcGIS開發(fā)工具構(gòu)建井下地圖，根據(jù)軟件工程原理，實(shí)現(xiàn)煤礦智能爆破管控系統(tǒng)。其中對于爆破任務(wù)的數(shù)據(jù)顯示，能夠直觀顯示當(dāng)前的爆破任務(wù)和歷史爆破任務(wù)，并對爆破任務(wù)進(jìn)行反饋，方便礦區(qū)進(jìn)行管理。煤礦智能爆破管控系統(tǒng)精準(zhǔn)把控爆破的各個環(huán)節(jié)，明確管理責(zé)任，從而規(guī)范爆破作業(yè)行為，有效避免違規(guī)操作，預(yù)防事故的發(fā)生，確保煤礦的安全生產(chǎn)。相較于傳統(tǒng)的管理模式，該系統(tǒng)的引入使得井下爆破作業(yè)人員能夠嚴(yán)格按照爆破安全規(guī)范執(zhí)行作業(yè)，約束參與人員的行為，減少因人為因素導(dǎo)致的爆破事故，為煤礦的安全生產(chǎn)提供保障。

1 系統(tǒng)設(shè)計與分析

1.1 權(quán)限分析

爆破作業(yè)是一個高風(fēng)險的特殊作業(yè)，涉及炸藥、雷管和其他爆破設(shè)備。如果爆破方案設(shè)計不當(dāng)或爆破流程不規(guī)范，極易引發(fā)爆炸事故[7]。爆破安全作業(yè)在煤礦生產(chǎn)中十分重要。一旦安全作業(yè)出現(xiàn)疏忽，輕微的失誤也可能導(dǎo)致爆破施工難以開展；而嚴(yán)重的違規(guī)操作則可能引發(fā)煤礦財產(chǎn)損失，甚至導(dǎo)致井下工作人員傷亡。因此必須高度重視爆破安全作業(yè)，確保每一個環(huán)節(jié)都嚴(yán)格遵循安全規(guī)范，以保障煤礦安全生產(chǎn)和員工的生命安全。為了提高爆破作業(yè)流程的規(guī)范性，在系統(tǒng)設(shè)計中引入了角色的概念。系統(tǒng)主要包含以下角色和權(quán)限：安全員、部長擁有全部權(quán)限，可以訪問所有的頁面；爆破員、背藥員、瓦安員、班長、書記只能看到自己所在部門的爆破任務(wù)；區(qū)長、副區(qū)長可以看到自己所在部門的爆破任務(wù)以及文件資料；技術(shù)員、技術(shù)主管只有查看文件資料頁面的權(quán)限。以上所有角色都具備查看主頁和地圖頁面的權(quán)限。

1.2 功能需求分析

煤礦智能爆破管控系統(tǒng)的使用者為煤礦的作業(yè)人員。首先，用戶根據(jù)自身的身份來獲取不同的權(quán)限。當(dāng)用戶登錄成功后，進(jìn)入主頁，可以顯示當(dāng)日爆破任務(wù)、任務(wù)統(tǒng)計、庫存信息和爆破圖表；可以查看消息通知、庫存信息、文件資料、傳感器頁面；可以查看井下地圖信息以及井下的當(dāng)前工作人員位置和信息；不同角色可以查看自己權(quán)限內(nèi)的爆破任務(wù)，權(quán)限范圍內(nèi)的角色可以進(jìn)行爆破任務(wù)反饋。用例圖如圖1所示。

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計和實(shí)現(xiàn)

煤礦智能爆破管控系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器（Cli?ent/Server） 架構(gòu)?？蛻舳藶锳ndroid應(yīng)用程序，主要實(shí)現(xiàn)登錄、主頁、地圖、消息通知、庫存管理、爆破任務(wù)、文件資料、傳感器頁面、退出登錄等功能，運(yùn)行于礦用隔爆終端設(shè)備上?？蛻舳送ㄟ^訪問服務(wù)器端的API 獲取所需數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增刪改操作。該架構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的安全性，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)污染。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

根據(jù)以上系統(tǒng)需求分析，系統(tǒng)主要分為登錄、主頁、地圖、消息通知、庫存管理、爆破任務(wù)、文件資料、傳感器頁面和退出登錄等模塊。

煤礦井下智能爆破管控系統(tǒng)提供登錄和退出登錄的服務(wù)。在打開頁面時，需要進(jìn)行登錄，輸入賬號和密碼后，系統(tǒng)將驗(yàn)證賬號密碼的正確性，如果錯誤則提示登錄失敗。用戶可以勾選記住密碼選項，這樣當(dāng)退出系統(tǒng)后，下次登錄時輸入框?qū)⒆詣犹顚戀~號和密碼，無須用戶手動輸入。

主頁顯示用戶所需的數(shù)據(jù)和功能菜單。用戶可以在主頁查看今日任務(wù)列表、今日任務(wù)統(tǒng)計、倉庫統(tǒng)計和消耗圖表。今日任務(wù)顯示當(dāng)日任務(wù)的列表；今日任務(wù)統(tǒng)計包括今日任務(wù)數(shù)量、作業(yè)人數(shù)、待審核消息數(shù)和完成任務(wù)數(shù)；倉庫統(tǒng)計顯示當(dāng)前倉庫中雷炸藥、雷管和導(dǎo)爆索的數(shù)量；消耗圖表顯示今日不同單位消耗的炸藥和雷管圖表。

地圖頁面可以查看礦井的地圖信息以及當(dāng)前正在執(zhí)行任務(wù)的員工和任務(wù)信息。

在消息通知頁面，用戶可以查看系統(tǒng)發(fā)出的消息通知，點(diǎn)擊某一個消息通知可以查看其詳細(xì)信息。

庫存管理頁面允許用戶查看當(dāng)前的庫存信息，點(diǎn)擊每個列表項可以查看庫存的品名、單位和庫存數(shù)量，同時可以進(jìn)行出入庫操作。用戶需要輸入品名、數(shù)量、單位、操作類型和備注信息進(jìn)行出入庫操作。

在爆破任務(wù)頁面，用戶可以查看爆破任務(wù)列表，并可以按單位、夜早中班、任務(wù)狀態(tài)和審批狀態(tài)進(jìn)行篩選。點(diǎn)擊某個爆破任務(wù)的列表項，可以進(jìn)入詳細(xì)頁面查看爆破任務(wù)的詳細(xì)信息。在詳細(xì)頁面，對于未反饋的爆破任務(wù)，用戶可以進(jìn)行反饋，需要輸入實(shí)用雷管、實(shí)用炸藥和實(shí)用導(dǎo)爆索數(shù)量，系統(tǒng)將自動計算出需要清退的雷管、炸藥和導(dǎo)爆索數(shù)量，同時要求用戶輸入清退原因。在任務(wù)反饋頁面，用戶可以上傳爆破任務(wù)進(jìn)行前和結(jié)束后的圖片和視頻。具有相應(yīng)權(quán)限的用戶可以對爆破任務(wù)進(jìn)行審批，需要輸入上期存結(jié)雷管、炸藥和導(dǎo)爆索數(shù)量，以及審批雷管、炸藥和導(dǎo)爆索數(shù)量，并給出審批決定，點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕完成審批。

在文件資料頁面，用戶可以查看資質(zhì)證書、規(guī)程文件、待審批文件、措施文件和作業(yè)文件等不同類型的文件，點(diǎn)擊不同的頁面可以查看相應(yīng)的文件。

傳感器頁面顯示當(dāng)前的風(fēng)速、溫度和濕度信息。

用戶可以打開設(shè)置頁面，點(diǎn)擊退出登錄按鈕，確認(rèn)后退出登錄，返回登錄頁面。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

1.3.1 登錄與注冊

登錄頁面包含兩個EditText控件用于輸入賬號和密碼，一個Button控件用于登錄，以及一個CheckBox 控件用于確認(rèn)是否保存密碼。從SharedPreference中獲取數(shù)據(jù)，判斷之前的登錄過程中是否保存了賬號和密碼，如果有則將其顯示在文本框中。點(diǎn)擊登錄按鈕后，如果勾選了保存密碼，則將賬號和密碼保存到SharedPreference中，否則只保存賬號。然后構(gòu)造一個JSON對象，包含用戶的賬號、密碼、tenantId、是否記住密碼、授權(quán)類型、uuid、code和clientId，通過Okhttp訪問登錄接口。獲取返回數(shù)據(jù)后，判斷返回的code是否為200，如果是則表示登錄成功，獲取并保存token，然后通過用戶信息接口獲取角色身份，登錄成功后跳轉(zhuǎn)到主頁；如果返回不是200，則提示用戶登錄失敗。在退出登錄頁面，包含一個按鈕，當(dāng)用戶點(diǎn)擊按鈕后，系統(tǒng)會提示用戶是否退出登錄，用戶確認(rèn)后系統(tǒng)退出登錄，返回到登錄頁面，并清除token。

1.3.2 主頁

主頁包含4個部分：今日任務(wù)、今日任務(wù)統(tǒng)計、倉庫統(tǒng)計和消耗圖表。

在今日任務(wù)頁面，首先需要獲取任務(wù)列表，并篩選出當(dāng)日的任務(wù)，在控件中展示。創(chuàng)建一個監(jiān)聽方法，點(diǎn)擊某個任務(wù)列表項，即可查看任務(wù)的詳細(xì)信息。

今日任務(wù)統(tǒng)計主要統(tǒng)計今日任務(wù)數(shù)量、作業(yè)人數(shù)、待審核消息數(shù)和完成任務(wù)數(shù)。需要從后端獲取任務(wù)信息和消息信息，并統(tǒng)計相關(guān)數(shù)量，將其顯示在控件中。

倉庫統(tǒng)計需要從后端獲取倉庫庫存信息，然后提取炸藥數(shù)、雷管數(shù)和導(dǎo)爆索數(shù)，并在控件中顯示。

消耗圖表包含兩個PieChart控件，需要引入第三方庫。在代碼部分對PieChart進(jìn)行初始化，獲取爆破任務(wù)列表中的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)寫入到PieChart中。圖表默認(rèn)顯示不同工區(qū)的炸藥和雷管消耗情況。當(dāng)點(diǎn)擊對應(yīng)的圖表項，例如點(diǎn)擊炸藥圖表里的掘進(jìn)一區(qū)，會打開一個對話框，顯示掘進(jìn)一區(qū)的夜班、早班和中班的炸藥消耗情況。

以上4種頁面都在主頁中，所有的控件都在一個頁面。為了實(shí)現(xiàn)切換效果，放置一個按鈕組，當(dāng)點(diǎn)擊某個按鈕后，顯示相關(guān)的控件并隱藏其他控件，從而實(shí)現(xiàn)切換效果。

除此之外，主頁還包含一個懸浮菜單按鈕，點(diǎn)擊此按鈕后顯示其他菜單，包括庫存信息、爆破任務(wù)、文件資料和傳感器，節(jié)省了屏幕空間，其效果如圖4 所示。

1.3.3 地圖

地圖頁面主要包含一個自定義的ArcGIS地圖。首先在地圖控件上初始化自定義地圖并顯示。然后從后端接口獲取用戶定位數(shù)據(jù)，請求定位數(shù)據(jù)成功后對定位數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲取實(shí)際的坐標(biāo)點(diǎn)，將點(diǎn)位以圓點(diǎn)的形式顯示在地圖上。同時獲取任務(wù)信息，將正在執(zhí)行的任務(wù)顯示在地圖上。這些點(diǎn)位信息保存在列表中。當(dāng)用戶點(diǎn)擊某個點(diǎn)位時，將屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地圖坐標(biāo)，然后與點(diǎn)位信息進(jìn)行比對，選擇最近的點(diǎn)位，并使用Toast顯示位于該點(diǎn)位的工作人員及其爆破任務(wù)。

1.3.4 消息通知

消息通知頁面集中展示用戶接收到的各類通知信息。在這個頁面上，用戶可以方便地查看和管理自己的通知，確保不會錯過任何重要信息。消息通知頁面包含一個列表，列表中包含消息的標(biāo)題。當(dāng)進(jìn)入消息通知頁面，系統(tǒng)會訪問后端API 獲取消息通知信息，將其加載到列表中。當(dāng)點(diǎn)擊某個列表項時，會彈出一個Dialog用于顯示消息的詳細(xì)信息，包括標(biāo)題、內(nèi)容和時間。

1.3.5 庫存管理

進(jìn)入庫存管理頁面后，列表顯示當(dāng)前庫存信息，包括名稱、單位和數(shù)量。同時還有一個懸浮按鈕，點(diǎn)擊后彈出出入庫對話框，可以選擇出入庫品名、數(shù)量、單位、操作類型（出庫或入庫）和備注。輸入以上內(nèi)容后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，系統(tǒng)訪問后端庫存操作接口，當(dāng)返回碼為200時，說明操作成功，出入庫操作完成。

1.3.6 爆破任務(wù)

在爆破任務(wù)頁面，系統(tǒng)訪問后端接口獲取爆破任務(wù)信息列表，將其顯示在列表控件中。同時屏幕上方具有篩選多選框組，可以提取爆破任務(wù)的爆破單位、爆破時間、任務(wù)狀態(tài)和審批狀態(tài)進(jìn)行篩選。當(dāng)任務(wù)還未審批時，有權(quán)限的用戶可以點(diǎn)擊審批按鈕，此時系統(tǒng)訪問后端接口，對任務(wù)狀態(tài)進(jìn)行修改，審批狀態(tài)為已審批，任務(wù)狀態(tài)為進(jìn)行中。當(dāng)任務(wù)處于已審批且已完成狀態(tài)時，用戶可以進(jìn)入爆破任務(wù)反饋頁面。在反饋頁面，用戶需要輸入實(shí)際使用的雷管、炸藥和導(dǎo)爆索數(shù)量，系統(tǒng)自動計算出剩余數(shù)量。點(diǎn)擊確認(rèn)后，系統(tǒng)訪問后端接口，修改爆破任務(wù)信息。同時可以點(diǎn)擊上傳爆破前后照片視頻按鈕，打開Android自帶的文件選擇頁面，選擇已有的照片或拍攝照片和視頻，選擇后點(diǎn)擊提交按鈕進(jìn)行上傳，系統(tǒng)訪問接口進(jìn)行上傳。

1.3.7 文件資料

在文件資料頁面，首先進(jìn)入文件類型列表，包括資質(zhì)證書、待審批文件、規(guī)程文件、措施文件和作業(yè)文件。點(diǎn)擊某個列表項進(jìn)入文件列表，可以查看文件信息。待審批文件只有擁有權(quán)限的角色可以進(jìn)入，并可以對文件進(jìn)行審批。點(diǎn)擊審批按鈕后，系統(tǒng)訪問后端接口修改文件狀態(tài)，返回狀態(tài)碼200后完成文件審批。

1.3.8 傳感器

傳感器頁面包含3個儀表盤圖像，用于顯示傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)會定期從后端接口獲取傳感器的數(shù)值，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化使其變?yōu)榭捎玫臄?shù)據(jù)格式，然后將其顯示在圖像中。與其他控件不同的是，儀表盤圖像為自定義的控件，需要在儀表盤類里進(jìn)行繪制，并保留數(shù)據(jù)接口。由于頁面需要定時器，所以要在onStop（）方法里添加代碼，使定時器在退出頁面時停止，防止出現(xiàn)系統(tǒng)錯誤。

2 實(shí)際應(yīng)用效果

系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為Android6.0及以上的礦用隔爆終端設(shè)備上，該系統(tǒng)目前已在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中使用，取得良好的應(yīng)用效果。系統(tǒng)完整規(guī)劃了爆破各個環(huán)節(jié)的詳細(xì)內(nèi)容，根據(jù)不同角色分配不同權(quán)限賬戶，各個角色在爆破任務(wù)中任務(wù)分配明確，爆破任務(wù)執(zhí)行效率提高，減少爆破工作人員不合規(guī)操作。如圖5所示，最上面的下拉框可用于對爆破任務(wù)列表進(jìn)行篩選，可以選擇任務(wù)單位、夜早中班、任務(wù)狀態(tài)（未進(jìn)行、進(jìn)行中、已完成）、審批狀態(tài)（未審批、通過、駁回）進(jìn)行篩選，點(diǎn)擊篩選按鈕后即可篩選。

3 結(jié)論

煤礦智能爆破KjlHS/PthEEOQTCb8yT9MPzJ+TRIjLfCxR51mMWNhBQ=管控系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，通過服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)，并通過訪問后端API 來獲取和修改數(shù)據(jù)。通過對系統(tǒng)的設(shè)計與分析，明確了系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，以及用戶的權(quán)限和系統(tǒng)的功能需求。然后對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，完成對登錄注銷、主頁、地圖、消息通知、庫存管理、爆破任務(wù)、文件資料、傳感器等模塊的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)功能。

借助XUI前端框架，方便調(diào)取各個控件以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，使得數(shù)據(jù)的直觀可視化。該框架為爆破物品及爆破任務(wù)的管理提供了強(qiáng)大的支持，顯著提升了生產(chǎn)效率。同時，通過明確爆破任務(wù)流程的責(zé)任劃分，確保每項任務(wù)都能夠得到有效執(zhí)行，降低了人為操作風(fēng)險。

這一系統(tǒng)的可用性已經(jīng)得到了充分驗(yàn)證，避免了爆破違規(guī)現(xiàn)象的發(fā)生，減少了潛在的安全事故，保證了煤礦的安全生產(chǎn)。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】