（电力电子与电力传动专业论文）基于cs模式的矿用人员安全监控系统.pdf

北京交通大学硕士研究生学位论文 时跟踪显示模块，员工位置信息查询模块，数据统计分析模块，报表打 印模块，报警提示模块和系统维护模块。 矿用人员安全监控系统能够根据管理员的权限启用系统功能，利用 该系统能够实时查询井下人员的数量及分布情况，查询任一员工在指定 时间所处的位置，并可对其进行实时跟踪。本系统可自动记录每个下井 员工的入、出井时间，从而形成考勤记录，完成各种考勤报表和统计分 析功能。当井下人员有超时未归或系统出现异常情况时，系统会自动弹 出报警提示窗体，提醒操作人员进行紧急救援，或对系统出现的异常情 况进行紧急维护，以保证系统的正常运行。 关键词：监控系统，面向对象，关系数据库，数据库复制技术，客户朋 务器模式 n a b s i 弘c t a m o n i t o r i n gc o n t r o ls y s t e mf o rc o a lm i n e rs a f e t y b a s e do nc sm o d e l a b s t r a c t 越m i n ga tt h ea c t u a l i t yt h a tc o a lj l l i e a c c i d e n th a p p e n s 丘e q u e t l y r e c e n t 】vi nc h i l l a ，a n a l y z i n gt h ec o a lm i i l ea c t l l a lp r o b 】e m s ，w er e s e 盯c h 柚d d e v e l o pam o n i t o r i n gc o n t f o ls y s t e mf o fc o a lm i l l e rs a f c t y t h es y s t e m 口t o v i d e ss o m em a n a g e m c n ti l l f o m a t i o nf 研t l l em 柚a g e rs u c ha sm i n e rp a s s i n 卸do u tr e s t r i c 6 0 n ，c h e c k i i i go nw o r ka t t e n d 孤c e ，a n dm i n e r l o c a t i o n s u p e i v i s i n g 1 fa na c c i d e n t h a p p e n s ，w e c a i lq u i c h yi i l q u i r ea b o u tt h en u 埘【b e r o fm i n e 稿w h oa r ei l ld a n 舻ra n dt h em i n e i s d i s t f i b u t i o ni nt h el o c a l ef 两m t h em o n i t o 血gc o n t r o lc o m p u t e lt h e r c f o r c ，t h i ss y s t e mc a na s s u r em eh i 曲 s a v i i l ge f f k i e n c y ，r e d u c i n gt h em i n e ra i i dw e a l t l l 】o s s w eu s er f i dt e c h l l o l o g y ，d a t a b a s em a n a g e m e n ta n dd e v e i o p m e n t t e c h n o l o g y a n d e m o r kt e c h n o l o g yt od e v e l o pt h em o n i t o r i n g c o n t f o l s v s t e mf b rc o a lm i n e fs 甜e t y t _ i l em a i l lw o f kp r i n c i p i u mo ft h es y s t e mi s d e s c i b e da sf 0 1 1 0 w s ：w h e nam j n c fh o l dat a gp a s s e st l l eu n d e r 掣o u d m o n i t o t i l l gs u b s t a t i o n ，伽es u b s t a t i o nt e a d sm et a gl di n f o n a t i o n 柚ds e n d s d a t ai n f b 咖a t i o nt od a t ac e m e rs t a t i o nt l l r o u g hc a nb us d a t ac e t c rs t a t i o n d e a l sw i t ht h ed a t a ，s t o r e st h e m ，a n du p d a t c st l l ed a t a b a s e t h em o n i t o r i n g c o n t r o ic o m p u t e rv i s i t st h ed a t a b a s ei i is e r v e rt h r o u 曲e t w o 血，a n dt h e c u s t o m e ri i l t e 嘲c ec a ni i l q u i r et l l el o c a t i o ni l l f 0 咖a t i o no ft h em i n e r a n dt 1 1 e i n f 0 肿a t i o nc a na l s ob ed i s p l a y e do nab 迦s 盯e e n h lt i l es y s t e m ，w eu s c d a t a b a s ec o p y i n gt e c h n o l o g yt o s e t i l p a s t a n d b ys e r v e r ，a s s u 血gl h e m o n i t 0 血培c o n t r o ls y s t e mw o r kn o 咖a l 】y 1 m et h e s i sm a i n l ve x p a t i a t e s 彻血en e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，d a t a b a s e m a n a g e m e n t 卸dc u s t o m e ri l l t e n a c ed e s i g no ft h em o n i t o r i l l gc o n t i o ls y s t c m f o fc o a lm i n e rs a f e t y w es e l e c ts o ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s e 卸dd e v e l o pi ti n c l i e n “s e r v e rm o d e l w eu s ed e l p h i 7 0t od e s i 鲫t h ec i l s c o m e ri n t e r f a c e ，v i s i t d a t a b a s ea n dr e a l i z ed a t ad i s p l a y i i l g ，u p d a t i n g ，a n d 咖r i n g t h es y s t e m a i n l yc o n s i s t so fe i 窖l l tm o d u l e s ： u rl o g i nm o d u l e ，m i n e r sb a s j c 北京交通大学硕士研究生学位论文 i n f o m a t i o nm 柚a g e m e n tm o d l u l e ， i nt i l l l e d i s p l a vo fm i n e r sl o c a t i o n i n f o 珊a t i o nm o d u l e ，i n q u i r yo fm i i l e r sl o c a t i o i n f o 珊a t i o nm o d u l e ，d a t a s t a t i s t i ca n d 卸a l y s i sm o d u l e ，他p o na n dp 血tm o d u l e ，a l 栅a n dp r o m p t m o d u l c 。a n ds v s t e mm a i n t e n a n c em o d u l e t h em o n i t o r i n g n t 0 ls y s t e mf o rc o a lm i n e rs a f e t vc 卸s t a r tt h e f u n c t i o n sa c c o r d i n gt ot h ep o p e d o mo ft l l em a n a g c lu s i n gt h i ss y s t e m ，w e c a ni 1 1 q u i r ct h en u m b e ra n dd i s 砸b u f j o no fu n d e 理r o u n dm i n e r si nc i m e ， i n q u i r eam i n e r sl o c a t i o ni ns o m ea p p o i l l t e dt i l l l e ，a n dw e 啪t r a c eh i m t h e s v s t c mc 柚r e c o r dt l l ed m ea u t o m a t i c a n vw h e nam i n e re n t e ra n dc o m eo u to f w e l l ，f o 珊t h er e c o r dt l l a tc h e c l 【i i l go nw o r l 【a n e n d a n c c ，a c h i e v et h ec h e c k i n z o nw o r ka t t e n d 柚c er e p o na n dd a t as t a t i s t i ca n da n a l v s i s w h e nt h e r ei sa m i n e ru n d e r g i o u n dw o r k i n go v e n i l 】1 e ，o ft h es y s t e mw o r k sa b n o m a l l v ，柚 a l a 册a n dp r o m p tf o m lp o p p e du pa u t o m a t i c a 】l yt oa l a 瑚t h em a n a g e r ，柚d t h em 柚a g e rc a i lt a k es o m em e a s u r e st os a v et l i em i n e rr a p i d l yo rm a i l l t a i n t h es y s t e mt oa s s u r ei tw d r l 【i n en o 册a l l v k e y w o r d s ：m o n i 由d r i n gc o n 仃o ls y s t e m ，o b j e c t0 r i e n t e d ，r e l a t i o n d a t a b a s e ，d a t a b a s cc o p y i n gt c c l l n o l o g y a i e n t ，s e r v e r m o d e l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 矿用人员安全监控系统的研究目的及意义 煤矿安全生产是国内外面临的重大课题。煤炭工业是我国重要的基 础产业，长期以来，煤炭在我国一次能源生产和消费构成中均占2 3 以 上，我国煤炭资源丰富，在未来相当长的时期内，以煤为主的能源供应 格局不会改变。“十五”时期是我国煤炭工业结构调整的重要时期，要 通过实旅大集团、科教兴煤、洁净煤、综合经营四大战略，促进煤炭工 业健康发展。随着国家煤炭行业体制改革的不断深化、现代信息技术的 飞速发展，煤炭管理信息化将为煤炭工业的可持续发展提供良好的条件： 煤炭行业的管理信息形式标准化、信息传递规范化以及信息内容系统化、 安全生产监测监控自动化、是煤炭行业应用系统的必然趋势。 我国是全球产煤最多的国家，年产2 0 多亿吨，也是世界上发生矿难 最多的地区之一。近年来，煤矿事故时有发生，如何加强安全生产的防 范措施，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实 时、快速履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作， 摆到了国家各级主管部门和领导的面前。同时如何改变目前煤矿企业对 井下人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化成为所有煤 矿企业关心的问题。国家发展和改革委员会将“煤矿全矿井安全监控系 统”列入当前优先发展的高技术产业化重点领域。 美国安全工程师海因里希( h w h e i n _ r i c h ) 通过对煤矿企业5 0 0 0 余起伤亡事故的经济损失统计分析，建立了安全管理的理论基础和模型， 为安全管理提供了一套科学的方法和指导。著名的安全三角形如图卜1 所示，理论告诉我们，在煤矿企业中严重伤亡、轻伤和无伤害事故的比 北京交通大学硕士研究生学位论文 例为1 ：2 9 ：3 0 0 ，这就说明：煤矿事故防止的关键并不仅限于防止伤害 人体的事故，而在于从根本上防止伤害未遂的事故。 图卜1 安全三角形 f i g 1 - 1s a 丘t y 缸a n g i e 从图卜l 中可以看出，在矿难突如其来的时候，对井下员工及时的 具体定位，实施有效救援显得尤为重要，这对安抚矿井员工家属朋友、 稳定整个社会起到了很大的作用。但是相关矿井员工实时定位问题的解 决方案和实施办法却很少见，井下地形复杂给人员撤离和事故抢救带来 极大困难。现在地面与井下人员的信息沟通不及时，地面人员难以及时 动态掌握井下人员的分布及作业情况，进行精确人员定位。一旦煤矿事 故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。我国煤矿人员安 全生产监控系统的研制开发、推广使用，以及维护管理急待进一步完善。 建立以灾害预防、事故救助、电子信息化管理为主要目标的信息化和智 能化建设势在必行。“十五”期间，煤炭工业电子信息化建设在”九五” 发展的基础上，围绕煤炭工业改革发展的战略任务，以信息和知识资源 的开发利用为核心，结合煤炭工业实际需要，重点进行煤矿生产安全监 测监控、自动控制与企业管理系统等方面的信息化建设工作，已纳入安 全生产企业的经营管理同程。 第一章绪论 本文利用射频识别技术、数据库管理与开发技术、网络技术等先进 的技术手段研究开发“矿用人员安全监控系统”。这一研究将推动煤矿 企业的安全生产和经营管理上一个新的台阶。该系统能够为煤矿管理人 员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，在煤 矿危险性事故发生时能够准确及时地对煤矿员工定位，以便实施下一步 快速有效的救援工作。这对煤矿安全生产具有重要意义，给营救工作带 来极大方便，能够尽量减少人员和财产损失。 1 2 矿用人员安全监控系统的发展现状及趋势 当今社会已进入信息化时代，计算机已渗透到社会的各行各业，社 会对管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，m i s ) 的需求与 日俱增，煤矿企业也不例外。煤矿企业具有地域分散、生产环节多、安 全工作的涵盖面广、信息量大、信息源多样( 监测系统、人工巡查等) 的特点，这意味着信息的管理难度比较大，而安全管理的调控依据就是 全面、准确、快速的信息。随着煤矿现代化建设的日新月异，传统的手 工管理模式已不能适应当前形势发展的需要，建立全面的煤矿安全生产 管理信息系统，使煤矿企业实现现代化管理是刻不容缓的。尤其是针对 近年来矿难频频发生的现状，急需建立一个矿用人员安全监控系统，能 够准确、实时、快速确定井下人员的具体位置，同时改变目前煤矿企业 对井下人员落后的管理模式，实现管理的现代化、信息化。 1 2 1 国内外研究状况 国外一些发达国家如美国、英国、法国、德国等的煤矿安全监控技 术已经相当先进。其中美国的大中型煤矿一般都安装了矿井上下联网的 3 北京交通大学硕士研究生学位论文 生产安全监控系统和扩音电话通讯系统，对各采掘工作面主要设备开停 运转状态、机电负载工况、煤炭产量、人员工作地点流动、车辆位置编 号识别、通风状况、环境温度和气体浓度以及粉尘浓度等进行连续监测 并报警。有瓦斯突出和冲击地压的矿井还加装专门的检测传感器和报警 系统。这些系统都是用微机进行数据信息的采集、处理、分析和储存， 一般均有井下就地显示和传输到地面调度值班室显示监控，矿长室等办 公室也有显示终端，可以随时了解井下实际情况。 我国监测监控技术应用较晚，8 0 年代初，从波兰、法国、德国、英 国和美国等引进了一批安全监控系统( 如d a n 6 4 0 0 、t f 2 0 0 、m i n o s 和 s e n t u r i o n 一2 0 0 ) ，装备了部分煤矿。随着计算机在国内矿山的广泛应用， 近十几年来煤矿完成了安全监测系统、工业电视等多种计算机辅助管理 系统。系统由早期的地面单微机监测监控已发展成为网络化监测监控以 及不同监测监控系统的联网监测。 随着国家对煤矿安全的日益重视和监管力度的不断加强，我国大中 型煤矿及广大乡镇小煤矿已大量装备了煤矿安全监测监控系统，这些安 全装备的推广应用大大改善了我国煤矿安全生产状况。至今国内已通过 自主开发和对引进系统的改造，研制出多种k j 系列的煤矿监测监控系 统。和早期的产品比较，具有设备简单、组配灵活、容量大、巡检周期 短、易维护、安全可靠、性能价格比高等特点。”1 其中，k j 9 5 型煤矿综合监控系统可监测监控瓦斯、风速等环境参数， 煤仓煤位、水仓水位等生产参数，电量参数，及各种机电设备的运行情 况；汇接管理胶带输送机控制保护装置和集中控制系统、轨道运输监控 系统、电力监测系统及人员监测系统等i 能够实现局部生产及管理环节 的自动化，但其k j 9 5 的人员监测系统很不完善。目前，大部分煤矿应用 的综合监控系统中的井下人员定位跟踪系统不够完善，不能准确及时的 4 第一章绪论 定位，甚至有些煤矿根本就没有井下人员跟踪定位系统。另外，有些煤 矿采用摄像头对井下员工进行视频监视，但此系统对人员的监控范围有 限，安全系数不高，对环境条件要求很高，而且造价很高，许多中小煤 矿很难实现煤矿视频安全监控系统的应用。 山西潞安环能股份有限公司王庄煤矿是一个在国内具有代表性的煤 矿，它具有先进的管理模式，良好的经济效益。目前王庄煤矿采用金属 片打卡的卡片式井下人员安全考勤系统，只能记录下井员工信息及下井 时间，统计井下员工的总数，对井下员工的具体位置却无从知道，井上 人员只能通过电话与井下人员通信，确定井下人员的具体位置。这就导 致了在煤矿事故发生时，不能准确及时的对井下员工定位，使救助工作 不能顺利快速的进行，造成巨大的人员损失和财产损失。因此，急需要 开发新型的矿用人员安全监控系统，对煤矿下井人员进行实时跟踪监测 和定位，随时掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹。本课题研究的井 下人员安全监控系统是采用射频识别技术，解决了井下人员准确及时定 位的问题。如果发生灾变，可立即从监控计算机上查询事故现场的人员 位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，为事故抢险 提供科学依据。同时，也可利用系统的日常考勤管理功能，实现对煤矿 员工的考勤管理。 我们主要采用了射频识别技术、数据库管理与开发技术以及网络传 输技术。目前，射频识别技术在国内外发展很快，各种r f i d 产品也趋于 成熟，已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等 众多领域。然而该技术在煤炭行业中的应用还很少。利用射频识别技术 能够同时识别多个移动目标的特点，以及计算机网络在数据存储、传递、 计算、统计等方面的优势，对井下人员进行跟踪定位，可快速指导矿井 突发性事故的救护工作。利用数据库技术实现数据存储、计算、统计等 北京交通大学硕士研究生学位论文 操作。关系数据库技术出现在2 0 世纪7 0 年代、经过8 0 年代的发展到 9 0 年代已经比较成熟，关系数据库管理系统是当今最为流行的数据库软 件。大部分煤矿的信息管理系统还不够完善，还没有达到煤矿内部的完 全信息化管理。矿用人员安全信息监控系统的建立，将对相关煤矿井下 人员的信息管理系统做进一步的补充和完善。 1 2 2 发展趋势 关于煤矿安全的监控系统可以划分为煤矿环境安全监控、煤矿生产 安全监控、煤矿机车运输安全监控系统、人员安全监控系统四个方面。 环境安全监控中的关键设备是各类传感器，它们能否正常工作直接关系 到环境安全监控的有效性。而这类传感器尤其以瓦斯、温度、风速等传 感器发展最为迅速。生产安全监控的一般基本含义是指对煤矿各类生产 设备进行监测控制。采煤机、刮板机、通风设备、提升设备的监控等均 在该类监控之列。机车运输安全监控则主要是针对井下大巷运输机车的 运行安全进行监控。环境安全监控、煤矿生产安全监控、煤矿机车运输 安全监控系统已经发展的比较成熟，而人员安全监控系统是新兴起来的 监控系统，主要实现对井下人员的实时跟踪定位，在一定程度上能够保 障人员生命安全、减少国家财产的损失。 集成化、智能化、网络化是当前煤矿安全监控系统发展的特点。未 来的现代化煤矿应装备全煤矿综合安全监控系统，下设环境安全监控子 系统、生产安全监控子系统、机车运输监控子系统、人员安全监控子系 统等。矿井地面实现计算机网络化，采用多媒体技术，矿长、总工程师、 煤矿调度终端，实现对全矿井各生产过程及设备的自动控制、自动监测 和信息资源共享。实现整个煤矿的生产管理自动化，实现数字化煤矿。 6 第一章绪论 矿用安全监控系统发展趋势主要有以下几个方面： ( 1 ) 系统应用软件应向网络化发展，按统一的格式向外提供监测数 据。 ( 2 ) 制定相应的专业技术标准，解决系统兼容性。 ( 3 ) 研究开发软件技术，能根据被监测环境地点的参数进行有效的 危险性判别、分析和提出专家决策方案。 ( 4 ) 向全煤矿综合自动化控制系统发展。 全煤矿综合自动化控制系统主要由信息管理系统、煤矿安全监控系 统、生产设备自动控制系统及工业电视监视系统等组成。煤矿安全监控 系统主要包括煤矿环境安全监控、煤矿生产安全监控、煤矿机车运输安 全监控系统、人员安全信息监控系统等。将矿井各生产环节的计算机监 控、工业电视监视系统融为一体，在地面中央调度控制室就可实现对全 矿井各生产环境和设备的监视和控制。并可将信息通过网络传送给矿级 领导，使矿级领导在办公室通过计算机即可随时了解安全、生产、财务、 人事、运销等各种信息，实现全矿井统一调度、统一管理。 1 3 本课题的研究内容 本课题主要针对煤矿事故，分析煤矿存在的安全隐患，从矿井人员 管理的实际情况出发，借助国内外企业已有开发管理信息系统的成功经 验，设计与开发了矿用人员安全监控系统。本系统主要利用射频技术、 数据库管理与开发技术、网络技术、分布式智能控制等先进的技术手段， 实现对煤矿井下人员所处位置的实时监测，使矿井人员的管理规范化。 在事故发生后能够尽快找到出事人员，保证抢险救灾、安全救护的高效 运作，使事故人员伤亡减至最低。 7 北京交通大学硕士研究生学位论文 矿用人员安全监控系统的主要硬件设备可以分为井下和井上两部 分。井下设备主要由井下监测分站、射频卡、发射天线、接收天线和天 线调谐器组成，用于完成信息采集和识别。井上设备主要由数据通信接 口c a n 适配器、数据中心站主服务器、备用服务器、监控主机、u p s 电 源、打印机、防雷设备等组成。 本论文主要阐述矿用井下人员安全监控系统的网络通信、数据库管 理以及用户界面的设计开发。矿用人员安全监控系统软件是采用d e l p h i 开发的集数据采集与信息处理的综合数据库管理系统。本系统是采用s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库的c 1 i e n t s e r v e r 模式开发而成的。从功能上看，系 统组成分为四大部分：信息实时查询显示、数据统计分析、系统安全管 理，以及报警提示。主要包括八个功能模块：操作员登录模块、员工基 本信息管理模块、员工实时跟踪显示模块、员工位置信息查询模块、数 据统计分析模块、报表打印模块、报警提示模块和系统维护模块。 主要研究内容包括对煤矿安全监控系统的规划、分析和总体设计， 配置数据库服务器、客户端计算机、网络连接构成c s 结构网络，开发 并管理数据库，设置安全性和访问权限，利用d e l p h i 7 o 开发用户界面， 连接数据库，通过编写的程序对数据库的数据进行访问和操作等。井下 各个监测分站通过c a n 总线与数据中心站服务器相连接，将采集到的数 据信息实时传输给数据库服务器，并自动更新、存储数据。采用数据库 复制技术，在数据中心站设置备用服务器。 8 第二章矿用人员安全监控系统概述 第二章矿用人员安全监控系统概述 2 1 系统基本结构 矿用人员安全监控系统基本结构示意图如图2 1 所示。其主要硬件 设备可以分为井下和井上两部分。井下设备主要包括：井下分站设备、 射频卡、发射天线、接收天线和天线调谐器，用于完成信息采集和识别， 从而实现预设的系统功能和信息化管理目标。井上设备主要包括数据通 信接口c a n 适配器、数据中心站主服务器、备用服务器、监控主机、u p s 电源、打印机、防雷设备等。 图2 1 矿用人员安全监控系统示意图 f i 昏2 1s k e t c h m a po f m o n n o r i n g n o ls y s t e m f b rc o a lm i 鹏r s 疵t y 下面简要介绍一下并下及井上各组件的功能： ( 1 ) 井下分站：主要功能是完成对人员识别编码输出信号的采集、处 理、与地面计算机的双向通讯等，里面有内置的c a n 总线收发器 及控制器。井下分站设置在人员出入的井口及井下主要巷道的分 9 北京交通大学硕士研究生学位论文 岔口、各工作面入口等关键部位。井下分机设置的数量和密度决 定了人员定位的精确程度。 ( 2 ) 发射天线：用于发射无线电信号以激活射频卡。 ( 3 ) 接收天线：接收射频卡发出的无线电信号。 ( 4 ) 射频卡：射频卡平时处于安静状态，当进入系统工作区后，被发 射天线发出的无线电信号激活，发射出唯一的识别码无线电信号。 ( 5 ) c a n 适配器：直接插在服务器主机的p c i 扩展槽中，将井下的c a n 信号转换为p c i 信号传输给数据中心站服务器的主机。 ( 6 ) 数据中心站服务器：包括主服务器和备用服务器，并且服务器主 机上的p c i 扩展槽中插有c a n 适配器。服务器是开发的s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库系统，负责将井下分站传输的员工位置信息进 行处理，并自动存储到数据库中。一般主服务器处于工作状态， 一旦由于某种原因，主服务器出现异常，则使用备用服务器。 ( 7 ) 监控计算机：系统有一台主监控计算机和若干台根据需要设置的 监控计算机。在监控计算机上安装矿用人员安全监控系统v 1 o 软 件，通过网络访问数据中心站服务器，在用户界面上实时显示井 下人员的位置信息，并可以通过大显示屏幕显示。监控计算机可 以连接打印机，打印所需的统计分析报表。 ( 8 ) u p s 电源：在井下分站设备和井上服务器设备都备有不间断电源， 在电源停电后能够继续维持系统设备正常运行。 ( 9 ) 打印机：用来打印所需的各种信息报表，如矿井人员基本信息及 考勤统计分析报表等。 ( 1 0 ) 防雷设备：防雷设备具有低阻抗，雷击产生冲击波时，将冲击电 流直接导入大地而不产生危险的冲击对地电位差，可以避免浪涌 电压，保证监控系统设备的正常运行。 第j 章矿用人员安全监控系统概述 另外还有矿用阻燃电源电缆、矿用阻燃双绞线通信电缆以及显示大 屏幕。矿用阻燃电源电缆是为分站提供工作电源：矿用阻燃双绞线通信 电缆丰要是完成井下网络的连接，为现场c a n 总线方式。在显示大屏幕 上可以直观动态显示井下人员的分布情况。 2 2 基本工作原理 矿用人员安全监控系统的井下分站分布示意图如图2 2 所示。本系 统主要工作原理为：井下分站设备的人员信息采集处理板将数据载波信 号经发射天线向外发送；当员工随身携带的射频卡进入发射天线工作区 域后被激活( 未进入发射天线工作区域射频卡不工作) ，同时将载有目 标识别码的信息经卡内发射模块发射出去；接收天线接收到射频卡发来 的载波信号，经阅读器接收处理后，提取出目标识别码，也就是井下员 工的i d 卡号。阅读器对射频卡的识别距离为1 5 米。监测分站将i d 号 和位置信息通过现场总线c 矧总线发送烈数据中心站，数据中心站的服 务器负责将井下分站传输的数据信息进行处理，并自动对数据库中的数 据进行更新存储。监控计算机上安装有矿用人员安全监控系统v 1 0 软 件，逯过网络访问服务器的数据库，在用户界面上能够实时查询井下员 工的位置信息，并可以通过大屏幕显示。还可以利用本系统跟踪查询员 工的历史位置信息。监控系统能够自动记录员工的下、上井时间，自动 生成员工考勤统计报表。另外，监控计算机连接有打印机，可以打e 口所 需的考勤统计分析报表。 1 1 北京交通大学硕士研究生学位论文 图2 2 井下分站分布示意图 h g 2 - 2s k e i c hm 叩o f 咖d e r g r 0 岫d 鲫b 缸a i i d i s i b l 】t i o n 2 3 具体实施方案 本系统遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许上 岗人员和班组实行“一人一卡”制，该射频卡可视为“上岗证”或“巷 道准入证”。具体方案如下： 在人员出入的井口及井下主要巷道的分岔口、各工作面入口等关键 部位安装井下分站设备。 向下井工作人员颁发射频卡，射频卡要求随身携带在腰带上。 系统数据库记录该射频卡所对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、 性别、所属部门、所属工种、职务、本人照片、发卡时间等基本信 息。 系统管理员对该射频卡进行授权后即生效。授权范围包括该员工可 以准入的巷道或作业面。 进入巷道的工作人员必须随身携带射频卡，当持卡人员经过井下监 测分站的地点时被监测分站识别，监测分站将读取该卡号信息，通 第二章矿用人员安全监控系统概述 过系统传输网络，将射频卡卡号、持卡人通过的地点、时间等信息 传输到地面监控中心进行数据管理；如果采集的卡号无效、或进入 限制通道，系统将自动报警，监控中心值班人员接到报警信号，立 即执行相关安全工作管理程序。 可以实时查询井下工作人员的位置信息，巷道一旦发生安全事故， 监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于事故救 助工作的开展，使人员伤亡减至撮小。 系统可自动生成煤矿井下工作人员的考勤统计分析报表，可以查询 员工的基本信息，以及员工下井的历史记录，提高了管理效益。 当井下某一工作面发生异常情况时，监控中心的工作人员可以通过 监控主机向井下各分站发送报警信息，井下各分站接到信息便发出 “嘀嘀一”的报警信号，通知井下人员采取相应的措施。 数据中心站设有备用服务器，当主服务器出现故障时，可以及时将 备用服务器启动，使监控系统及时恢复正常运行状态。 本论文着重介绍矿用井下人员安全监控系统的网络通信，数据库服 务器的设计管理以及用户界面的设计开发，监控系统地面以上的网络分 析如图2 3 所示。井下监测分站将采集到的员工的i d 卡号通过c a n 总 线发送到数据中心站，数据中心站的服务器将数据信息进行处理，并自 动对数据进行更新存储。监控计算机上通过网络访问服务器的数据库， 在用户界面上实时显示井下人员的位置信息，弗可以通过大显示屏幕显 示。矿用人员安全监控系统软件是采用d e l p h i 7 0 开发的集数据采集与 信息处理的综合数据库管理系统。数据库采用c 1 i e n t s e r v e r 模式的关 系型数据库s q ls e r v e r 2 0 0 0 。 北京交通大学硕士研究生学位论文 图2 3 监控系统地面以上的网络结构 f i 晷2 31 1 l e 刚dn e t w o r kc o n f i 删m l i o f m o n i t o 血gc o t i o ls y s t e m 2 4 系统可实现的功能 矿用人员监控系统可以实现的功能主要包括以下几个方面： ( 1 ) 实时查询。本系统能够实时查询当前井下人员的数量及分布情况，井 下人员的分布情况在用户界面能够直观的显示出来。 ( 2 ) 历史查询。本系统能够查询任一指定井下人员在指定日期或时间段内 的所处区域和活动踪迹。 ( 3 ) 员工基本信息管理。能够随时查询员工的基本信息，并能对对员工基 本信息进行添加、删除、修改。 ( 4 ) 信息统计分析。根据排班和实际出勤情况可生成员工的考勤信息，以 及统计各个部门的考勤信息，并可打印报表。 ( 5 ) 井下人员超时报警。根据班次和下井、上井时间等，对在井下严重超 时的人员产生超时未归等报警信息。 1 4 第二章矿用人员安全监控系统概述 ( 6 ) 管理人员权限设置。对使用本系统的管理人员、值班人员等可根据不 同的需要设置不同的权限。 ( 7 ) 报警通知。当井下某一工作面发生异常情况时，监控中心的工作人员 可以通过监控主机向井下各分站发送报警信息，井下各分站接到信息 便发出“嘀嘀一”的报警信号，通知井下人员采取相应的措施。 ( 8 ) 禁区报警功能。对于指定的禁区，如果有人员进入，则系统可实时声 音报警，并显示进入禁区的人员i d 号和相关信息。 ( 9 ) 系统维护功能。主要是完成对整个系统进行初始化操作和对各种与系 统相关的重要数据进行维护的功能。 ( 1 0 ) 自诊断功能。当系统出现故障时，系统会自动显示和报警，提醒工 作人员采取维护措施。 2 5 主要技术指标 系统容量：6 4 台井下监测分站； c a n 总线通信波特率：1 0 0 k b p s ； 容纳射频卡数：6 5 5 3 5 个； 服务器操作系统： w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 数据库：s q ls e r v e r2 0 0 0 网络平台：以太网 客户端操作系统：w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 x p ) ) ) ) ) ) ) n 盯 北京交通大学硕士研究生学位论文 第三章开发方法和开发工具 3 1 管理信息系统的开发方法概述 开发管理信息系统的具体方法很多，归纳起来，可以分为生命周期 法、原型法、面向对象法等几大类。【3 j ( 1 ) 生命周期法 管理信息系统的开发要经历五个过程：系统调查与规划；系统分析； 系统设计；系统实施和运行；系统测试和维护；此开发过程称为系统开 发的生命周期法( s d l c ) 。生命周期法的结构严谨，工程管理容易，运行 环境相对稳定。但它存在很大的缺点：一是用户与开发者之间的思想交 流不直观；二是开发过程复杂；三是使用的工具落后；四是研制周期长， 系统运行维护费用较高；五是缺乏适应环境的灵活性。 在生命周期法和结构化程序设计的基础上，人们提出了结构化分析 与设计( s s a d ) 开发管理信息系统的方法。s s a d 方法是用系统的思 想和系统工程化的方法，按用户至上的原则，结构化、模块化，自顶向 下对信息系统进行分析与设计。 ( 2 ) 原型法 原型法是随着计算机软件技术的发展，特别是在关系数据库系统 ( r d b s ) 第四代程序语言( 4 g l ) 和各种系统开发环境产生的基础上，快速 地构造出一个能够反映用户需求的初始系统原型，并与用户反复协商修 改，最终形成实际系统的一种系统开发方法。 原型法开发系统存在很多局限性：对于大型系统的开发，不经过系 统分析来进行整个系统的设计，原型法常常显得无能为力；对于有大量 第三章开发方法和开发工具 运算，逻辑性强的程序模块，原型法很难构造模型来供人评价；对于原 来的管理基础不够完善、信息处理混乱的一些企业，容易造成工作过程 不清晰，这样用原型法构造原型有一定困难。由于原型法不经过系统分 析，因而整个系统没有一个完整的概念，各子系统之间的接口不明确， 系统开发的文档无法统一，容易给以后的维护带来困难。 ( 3 ) 面向对象法 面向对象的方法是近年来倍受关注的一种系统开发方法，它是种 分析方法、设计方法和思维方法。面向对象方法的应用解决了传统结构 化开发方法中客观世界描述工具与软件结构一致性的问题，缩短了开发 周期，解决了从分析和设计等到软件模块结构之间多次转化映射的繁杂 过程，是当今国际上软件工程程序设计的潮流。无论从提高软件的可重 用性方面，还是从降低软件的复杂性方面，面相对象技术作为软件开发 的新方法都表现出了明显的优势，其增量式的循环开发过程更符合复杂 软件系统的实际需求和开发过程，因而就理所应当受到广泛的重视和欢 迎。将面向对象技术应用于复杂系统的设计与开发可以大大提高软件的 规范化程度和开发效率。本系统采用面向对象法进行开发。 3 2 面向对象的开发方法 当前软件工程的发展主流是对象化和可视化，面向对象的方法已经 在软件工程的各个阶段确立其地位，面向对象的系统分析与设计，面向 对象的程序设计都已取得长足发展，渐趋成熟。尤其是在程序设计领域， 以b o r l 锄d 公司的d e l p h i 为典型，对象化和可视化已得到完美结合。【4 l 北京交通大学硕士研究生学位论文 3 2 1 面向对象的基本概念 面向对象方法学的出发点和所追求的基本目标是使人们分析、设计 与实现一个系统的方法尽可能接近人们认识一个系统的方法。也就是使 描述问题的问题空间和解决问题的方法空间在结构上尽可能一致。其基 本思想是：对问题空间进行自然分割，以更接近人类思维的方式建立问 题域模型，以便对客观实体进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出的 软件尽可能直接地描述现实世界，构造出模块化的、可重用的、维护性 好的软件，同时限制软件的复杂性和降低开发维护费用。面向对象方法 学所引入的对象、方法、消息、类、实例、继承性、封装性等一系列重 要概念和良好机制，为人们认识和模拟客观世界，分析、设计和实现大 型复杂系统奠定了良好的科学技术基础。 在面向对象的程序设计中，对象和消息传递分别是表现事物和事物 间相互联系的概念。对象是问题域或实现域中某些事物的抽象，它反映 该事物在系统中需要保存的信息和发挥的作用，它是一组属性和有权对 这些属性进行操作的一组服务的封装体。消息就是向对象发出的服务请 求，它应含有下述信息：提供服务的对象标识、服务标识、输入信息和 回答信息。类是具有相同属性和服务的一组对象的集合，它为属于该类 的全部对象提供了统一的抽象描述，其内部包括属性和服务两个主要部 分。具体来说，类由方法和数据集成，它是关于对象性质的描述，包括 外部特性和内部实现两个方面。本系统用到豹d e l h p i 应用程序开发系统 中，控件是建立程序界面的基本元素，是可视化编程的基础，控件的使 用充分体现了面向对象的程序设计思想。 第三章开发方法和开发工具 3 2 2 对象的三个主要特性 一个对象最突出的特性有三个，即封装性、继承性和多态性，下面 对它们分别进行介绍： 封装性：将记录和处理记录的过程和函数组合成一个新的数据类型 一对象。对象最基本的理解是把数据和代码组合在同一个结构中，这就 是对象的封装特性。将对象的数据域封闭在对象的内部，使得外部程序 必须而且只能使用正确的方法才能对要读写的数据域进行访问。 继承性：它是指把一个新的对象定义成为已存在对象的后代，新对 象继承了父类的一切东西。在往新对象中添加任何新内容以前，父类的 每一个字段和方法都已存在于子类中，父类是创建子类的基石。 多态性：多态性是在对象体系中把设想和实现分开的手段。为每一 动作赋予一个可有对象序列共享的名称，而该对象序列中的每个对象均 以适合于其自身的方式实现操作。多态性意味着某种概括的动作可以由 特定的方式来实现，这取决于执行该动作的对象。多态性允许以类似的 方式处理类体系中类似的对象。 3 2 3 面向对象法的开发过程 面向对象法的开发过程分为四个阶段： ( 1 1 系统调查和需求分析：对系统将要面临的具体管理以及用户对系统 开发的需求进行调查研究，即弄清要干什么的问题。 ( 2 ) 分析问题的性质和求解问题：在繁杂的问题中抽象地识别出对象以 及其行为、结构、属性、方法等。这一阶段一般称为面向对象分析f 简 称0 0 a 1 。 ( 3 ) 整理问题：即对分析的结果作进一步的抽象、归纳、整理，最终以 北京交通大学硕士研究生学位论文 范式的形式确定下来。这一阶段一般称为面向对象设计( 简称0 0 d ) 。 ( 4 ) 程序实现：即用面向对象的程序设计语言将上一步整理的范式直接 映射为应用程序软件 3 2 4 面向对象开发方法的优越性： 面向对象的方法相之于传统的开发方法优点在于：它的开发阶段如 分析、设计、编码、测试都沿承了面向对象的体系。面向对象分析( o o a ) 对问题域的观察、分析和认识是很直接的，对问题域的描述也是很直接 的，它所采用的概念及术语与问题域中的事物保持了最大程度的一致， 不存在语言上的鸿沟。面向对象设计( 0 0 d ) 和o o a 采用一致的表示 法，使得从o o a 到o o d 不存在转换，只有很局部的修改或调整，并增 加几个与现实有关的独立部分。因此，o o a 和0 0 d 之间不存在传统方 法中分析与设计之间的鸿沟，二者能够紧密衔接，大大降低了从o o a 过 渡到0 0 d 的难度、工作量和出错率。面向对象的维护便利，因为系统中 最容易变化的因素一功能被作为对象的服务封装在对象内部，对象的封 装性使一个对象的修改对其他对象影响很小，避免了所谓的“波动效应”。 而且，随着u