煤矿安全生产地理信息系统的开发.doc

第 2 卷 第 4 期 华北科技学院学报 2005 年 12 月基于 Arc Vie w GIS 煤矿安全生产地理信息系统的开发牛聚粉 1 , 刘晓宇2 ,程五一1( 11 中国地质大学工程技术学院 ,北京 100083 ;21 中国安全生产科学研究院 ,北京 100029)摘 要 : 为了全面提高和改善煤矿企业的安全管理水平 ,针对煤矿空间数据较多的实际情况 ,结合 Arc View的突出特色空间数据和属性数据动态关联统一管理的特点 ,采用 Arc View GIS 和 VB 、VC 等软件进行煤矿 安全生产地理信息系统的开发 。系统的开发过程是开放性的 ,用户可以根据生产过程中的实际变化对系统 中的视图和属性表进行实时的增删 、修改等编辑操作 ,使系统不断得以更新和完善 。实践证明该系统运行可 靠性较高 、稳定性好 、实用性较强 。关键词 : Arc View ;主题图层 ;安全生产地理信息系统 ;主题属性表中图分类号 : TD676 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 7169 (2005) 04 - 0005 - 0551 引言煤炭工业是我国国民经济的基础产业 。煤矿 安全生产现状在国家的高度重视下 ,通过深化煤 矿安全整治和贯彻执行“先抽后采 、监测监控 、以 风定产”的 12 字方针 ,各地区 、各部门和煤炭企业 提高了认识 ,强化了管理 。随着煤矿经济形势恢 复性好转和安全投入的普遍增加 ,以煤矿在产量 大幅度增长的情况下实现了安全生产状况的总体 稳定 。但近年来煤矿屡屡发生性质恶劣 、经济损 失惨重的重特大死亡事故 ,安全生产形势依然严 峻 。煤矿重特大事故频发的原因是多方面的 。煤 矿开采的对象是分布于三维地理空间的矿体 ,服 务于矿井生产的纵横交错的井下巷道也是复杂的 空间实体 ;除了地质条件复杂 ,生产设施装备水平 较差 ,人员素质参差不齐 ,总体基础比较落后 ,安 全投入不足等原因外 ,安全管理水平不高也是重 要的因素之一 。而 Arc View 地理信息系统能够 很好地实现空间数据和属性数据的动态关联 ,其 存储和处理的信息是经过地理编码的 ,地理位置 及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的 重要部分 。显而易见 ,运用 Arc View GIS 针对煤 矿可以建立一个健全的安全生产信息系统 ,不仅 可以全面提升煤矿企业的安全管理水平 ,而且能 够及时 、准确 、高效地收集处理各种安全生产信息 进而统计 、分析事故发生的原因 、后果 ,预测可能发生的事故 ,为管理者提供决策支持 ,同时做到防患于未然 ,以确保安全生产 。也为安全生产监督 ,制定落实安全措施和计划提供技术支持 。2 煤矿安全生产地理信息系统的总体开发211 开发目标通过采用先进的计算机技术 ,数据库技术和 电子地图技术 ,利用多种开发语言与工具 ,建成符 合安全生产法以及满足安全生产监督有关文件 要求 ,能适应煤矿安全生产管理需要的煤矿安全 生产地理信息系统 。系统具有汉显能力 ; 具有显 示文本 、图片 、视频 、音频等文件类型的能力 ;具有 煤矿安全生产现场环境 、设备 、地质信息显示和查 询以及打印功能 ; 具有良好的扩展性和开放型对 外接口 ,以满足系统不断更新的要求 。212 开发原则根据系统工程的设计思想 ,开发过程中遵循 了系统完备性 、系统性 、可靠性 、实用性 、可扩充性 和易操作性等基本设计原则 。使开发的系统满足 科学化 、合理化 、经济化的总体要求 。213 开发思路运用 Arc View 的突出特色 能够将空间 数据和属性数据动态结合在一起 ,结合煤矿安全 生产的实际情况 。将安全生产所需的矿上图纸资 料作为空间数据导入 Arc View 中形成数字地图 并将其分为所需的点 、线 、面主题图层进行编辑管 理 ,然后收集整理与空间数据中各主题 ( 点 、线 、 面) 图层相对应的主题属性表所需的属性信息并进行相应的编辑 。 收稿日期 :2005208202 作者简介 :牛聚粉 ( 1976 - ) 女 ,中国地质大学 ( 北京) 硕士研究生 ,主要研究方向为工业灾害控制 、安全信息系统等 。214 开发过程将 Auto CAD 图形文件导入 Arc View 中并转 换为 Arc View 可以编辑的基于形文件 ( 1shp ) 格 式的 主 题 , 根 据 地 物 性 质 的 不 同 可 抽 象 为 Arc View 视 图 中 的 点 、线 、面 主 题 图 层 , 并 且 分 别 对 点 、线 、面主题图层进行编辑并根据用户要求在相 关的主题图层中 定 义 热 链 接 ( 可 以 链 接 文 本 、图 片 、视频等信息 ,其中链接视频要通过脚本编程实 现) 操作 ,进行汉化和用户化界面设计 。3 系统组成及功能311 系统组成结构概述考虑到煤矿安全生产涉及的环节众多 ,安全 信息庞杂繁多 。依据目前煤矿安全生产实践的需 要将煤矿安全生产信息管理系统分为生产系统 、通风系统 、电气系统和救援系统四个子系统模块(图 1) 进行开发 。图 1 系统组成结构图312 系统功能描述31211 生产系统 在开发 煤 矿 安 全 生 产 地 理 信 息 系 统 的 过 程中 ,主要考虑的是与采煤生产环节相关的信息 ,因此在空 间 数 据 方 面 采 用 了 采 掘 工 程 平 面 图 ( 图2) 、井下运输系统图 、排水管路系统图 。图 2 采掘工程平面图属性数据方面依据事故致因理论主要收集矿 井巷道 、掘进头 、采煤工作面 、运煤设施 、排水设施 等方面的信息资料 。由于各子系统中的主题图层 的属性表结构都是相似的 ,只是因为主题图层的 性质不同定义的字段有所差异 。视图中的每一个 主题图层都有一个与之对应的主题属性表 ,在主 题属性表属性数据方面 ,根据地物的实际名称 、性 质及其所能反映的属性信息给出了其结构设计 。 以巷道线状图层为例 ,其主题属性表 ( 图 3) 结构包括 :巷道名称 、巷道类型 、支护材料及形式 、断面积 ( m2 ) 、风 速 ( m/ s) 、风 量 ( m3 / min ) 、瓦 斯 浓 度( %) 、温度 ( ) 、长度 ( m) 、用途描述 。31212 通风系统煤矿生产中通风防尘 、瓦斯防治是保障安全 生产很重要的环节 ,开发通风安全生产信息管理 系统考虑的主要是与通风安全 、瓦斯监控与防治 相关的环节 ,在空间数据方面采用了抽放瓦斯管 路系统图 、防尘管路系统图 、通风系统立体示意 图 、通风系统图 、通风系统网络图 、瓦斯监测示意图 、瓦斯监测系统图 。6第 4 期 牛聚粉等 :基于 Arc View GIS 煤矿安全生产地理信息系统的开发图 3 巷道主题属性表31213 救援系统 煤矿不仅要有成熟配套的救援设施 ,而且也要有事故应急预 案 阐 明 发 生 事 故 的 紧 急 处 理 措施 ,做到防患于未然 ,因此救援是煤矿至关重要的 一个环节 。井下避灾信息管理系统的开发主要考 虑的是与矿井避灾路线 、压风自救等相关的环节 , 在空间数据方面采用了矿井水灾避灾路线图 、矿 井瓦斯火灾避灾路线图 。31214 电气系统 机电配套设施是煤矿生产必不可少的辅助部分 ,在配电 、电气信息管理系统的开发过程中主要考虑的是与供电 、电气设备 、通讯设施相关的环 节 ,在空间数据方面采用了井上下供电系统图 、井 上下通讯系统图 、井下电气设备布置图 。4 功能实现生产过程是连续进行的 ,而且安全生产一线 的信息大多数有多个被控制变量 ,甚至还有多个 开关量的输入和输出 。为了及时 、准确 、高效地准 确反映安全生产一线信息系统设计开发过程中链 接了大 量 的 文 本 、图 片 、视 频 、音 频 等 文 件 类 型 。 设计过程应用各种硬件作为设计的身躯 ,应用多 种软件作为我们的思维与硬件之间的连接桥梁 。411 硬件实现系统开发过程中因为要链接的文件类型种类 繁多 ,在计算机系统中运用了多种外部设备 。系 统开发基本硬件关系图 (图 4)图 4 系统开发基本硬件关系图412 软件实现煤矿 安 全 生 产 地 理 信 息 系 统 主 要 采 用 Arc View GIS 313 进行开发 。除了主体的开发平台 Arc View 外 ,还需要一些其他的软件 ,来完成个性化的 功能 ,创建友好的用户界面 。例如 :系统的主界面 是用 Visual C + + 开发的 ;采用 Adobe 公司的 Photo2 shop 进行图像处理 ;采用 Pinnacle 公司的 STUD IO MP10 进行视频采集与处理 ;音频处理则采用 ESS 公司开发的 Audio 系列应用软件 ;文字处理采用微 软公司的 MS OFF ICEXP 办公软件 ;视频剪辑采用 Adobe 公 司 的 Premiere 610 ; 绘 图 软 件 采 用 AU2TODES K 公 司 的 AutoCAD ; 打 包 软 件 采 用 InstallShield 软件 ,它是专业化安装软件 ,当系统做好后 ,用它为系统打包 ,然后向用户发行 。7第 2 卷 第 4 期 华北科技学院学报 2005 年 12 月413 关键技术系统开发是一个比较复杂的过程 ,包含了众多 环节 ,本系统开发的过程中涉及了以下关键技术 。41311 信息的采集与处理 本系统是为煤矿行业量身开发研制的安全生产地理信息系统 ,系统开发前期会有大量的信息收集和处理工作 。信息的收集是一项基础性工作 ,涉 及的信息类型和处理方式也各不相同 。如文本信 息需要录入 ;图纸资料需要绘制 ;图片信息需要扫 描 、图像处理等操作 ;视频信息则需要从相关的录 像带或电影中剪辑和转录 。这些信息收集以后要 做大量的编辑和处理工作 。为使系统能够反映全 面的生产安全信息 ,信息采集与处理工作要求做得 尽可能的详尽细致 。41312 Auto CAD 图形文件的引用Arc View GIS 313 所能引用 CAD 数据最高 版本仅为 Auto CAD 14 ,Arc View GIS 313 支持两 种 CAD 图 形 文 件 ( 1DW G 和 1D XF 格 式 ) 。在 Auto CAD 中绘制图形时 ,虽说也是分图层进行管 理的 ,但只是一种概念上的图层 ,并没有什么实际 的意义 ,这与地理信息系统软件中分点 、线 、面图 层对图形进行管理是完全不同的 。正是因为 Au2 to CAD 中绘制的图形其图层概念与 Arc View 中 的图层概念 (分为点 、线 、面) 不一致 ,导致了 CAD 绘制的图形虽能导入 Arc View 中 ,但不能转变成 为 Arc View 中基于 Shape 文件格式的形文件 ,也 不能够对其进行编辑 。要使 CAD 图 形 导 入 Arc View 之后能够编辑 ,需要对 CAD 图形文件进行 一定的处理 。在对 CAD 文 件 进 行 处 理 时 , 需 要 将 表 示 点 状 、线状 、面状地物相应的图形分别单独提取复制 出来 ,再新建 CAD 图形 ,执行“编辑”菜单中的“粘 贴到原坐标”操作 ,以保证与原来的 CAD 图形坐 标位 置 一 样 。将 处 理 过 的 CAD 图 形 导 入 Arc View 之 后 , 会 生 成 相 应 的 Auto CAD drawing 主 题 ,执行 Arc View 中的“Theme”(主题) 菜单下的 “Co nvert to Shapefile ?”( 转 换 为 形 文 件 ) 命 令 ,添加的 CAD 主 题 就 会 转 换 为 基 于 Arc View Shape 文件格式的形文件主题 , 就 可 以 对 其 进 行 编辑修改等操作了 。41313 系统界面的用户化设计 良好的用户界面是保证系统正常运行的一个重要因素 。我们运用英文版的 Arc View 可以在中文平台上使用的特点 ,在中文平台的支持下 ,对 用户界 面 进 行 汉 化 , 汉 字 菜 单 提 示 。采 用 Win28dow s 的风格设计各种对话框及图标 ,实现友好的 人机界面 。还为用户提供了帮助功能 。Arc View 界面的汉 化 和 用 户 化 所 涉 及 的 操 作大多都是在 Custo mize ( 自定义) 对话框中实现 的 ,但是并非 Arc View 中所有 的 菜 单 都 能 通 过 Custo mize (自定义) 对话框进行汉化 ,对于一些动 态菜单项 , 如 Project 菜单下的 Rename 和 Delete 子菜单项 ,因其内容随着操作对象的不同而不断 发生变化 ,动态菜单的汉化需要对系统脚本文件 中有关字符串进行汉化才能实现 。41314 视频热链接 本系统开发过程中以矿上提供的录像带 、光盘等视频资料和上级部门下发的通用性安全教育资料为基础 。结合煤矿生产通风 、瓦斯抽放等设 施的实际情况 ,在相应的主题图层中链接了大量 的有关煤矿安全生产的学习知识视频 。因矿上提 供的视频资料容量过大 ,并且有相当部分信息与 生产现场实际信息不附 。我们进行了现场录像 、 配音 ,采用了 Ado be 公司的 Premiere 610 软件对 视频进行剪辑处理 。要给主题特征定义一个热链接 ,需要经过明 确链接对象 、修改主题属性表 、为主题定义热链 接 、执行热链接等操作 。文本 、图片的链接只需在 主题属性表中定义链接字段并指定文件存储的路 径即可 ,而视频热链接是链接的一段 Avenue 脚本 程序 ,执行链接视频的操作 。为了使程序具有更 好的可移植性 ,编程过程中在指定视频文件的存 放路径时一般多采用相对路径 ,视频热链接通过 脚本编程实现 。执行视频热链接操作之后的效果 如图 5 所示 ,它是对“通风设施”中的“风墙”这一 主题特征指定了链接用户编制的脚本程序 ,用以 在执行热链接时播放相应的视频文件 。5 系统实施效果该系统自 2004 年 11 月在河南省安阳矿务局 安林煤矿投入使用 ,经过近一年的测试运行 ,实践 证明系统运行可靠性较高 、稳定性良好 、实用性较 强 ;降低了数据管理人员的劳动强度 、减少了部分 资料的人工报送环节 ,提高了工作效率 ,真正实现 了对生产一线各类信息的一体化管理 。尤其是通 过一体化的多媒体方式显示生产现场空间数据与 属性数据 ,为管理者提供了及时 、直观 、准确可靠 的生产一线信息 ,为科学管理 、准确判断 、合理决 策提供了依据 。第 4 期 牛聚粉等 :基于 Arc View GIS 煤矿安全生产地理信息系统的开发6 结论图 5 利用热链接播放指定的视频一条新思路 。目前安全信息管理系统用 VB 、V C 开发的较 多 , 基 于 GIS 的 相 对 较 少 , 而 基 于 GIS 软件开发煤矿安全生产地理信息系统为开发管理 软件开辟了一条新途径 ,任何涉及与现实世界中 所处位置有关以及与管理对象在现实世界中的状 态有关的信息管理系统均可以考虑 运 用 GIS 的 空间特征和属性信息的动态关联来开发 。4) 本系统的开发和推广有利于进一步提高 安全 管 理 水 平 , 改 善 安 全 生 产 状 况 。尤 其 是 以 GIS 软 件 为 基 础 , 依 照 现 实 中 的 点 、线 、面 , 分 点 状 、线状 、面状图层管理空间数据 ,利用 GIS 软件 中某一空间特征与其相应的属性信息是动态关联 的特色 ,实现了对空间数据和属性数据的统一管 理 ,这是计算机技术在煤矿安全管理领域应用的 一大突破 。参考文献 :1 迟 计 , 刘 铁 民 . 面 向 21 世 纪 的 安 全 科 学 技 术M . 北京 :改革出版社 ,2000 . 1 .2 邬 伦 , 刘 瑜 , 张 晶 . 地 理 信 息 系 统 原 理 、方 法1) 本系统开发过程是开放性的 ,用户可以随时编辑 、添加信息 。无论是在视图中还是在属性 表中其编辑功能强大 ,操作简单易行 ,便于用户维 护 。因此用户可以根据生产过程中的实际情况对 系统中的视图和属性表进行实时的增删 、修改等 编辑操作 ,使系统不断得以更新和完善 。2) Arc View 良好的扩展性 可以直接接 收 Auto CAD 的 D XF 或 DW G 文件 ,也可直接接收 Arc/ Info 系列数据及 T IF 、J P E G、BM P 等图像文 件 ,还可以直接调用 VB 、V C 等编制的可执行文 件 (1exe) ,使本系统有很广阔的扩展空间 ,用户可 以根据实际需要进行针对性的扩容 。3) 本系统的开发为管理软件的开发提供了和应用 M . 北京 :科学出版社 ,2002 :7224 .3 科技部国家遥感中心. 地理信息系统与管理决策M . 北京 :北京大学出版社 ,2000. 4 :1412170.4 汤国安 ,陈正江 ,赵牡丹. Arc View 地理信息系统 空间分析方法M . 北京 :科学出版社 2002. 10.5 李玉龙 ,何凯涛 ,等 . Arc View GIS 基础与制图 设计 M . 北京 : 电子工业出版社 , 2002 . 8 : 123 ,3682395 .6 秦其明 ,曹五丰 ,陈杉 . Arc View 地理信息系统 实用教程 M . 北京 :北京大学出版社 ,2001 . 3 .7 刘晓宇 . 基于 Arc View GIS 的安林煤矿安全信 息管理系统的开发 D , 中国地质大学 ( 北京) 硕士学位论文 ,2005 . 5 .The Development of Mine Saf ety Production GIS Ba sed on Arc Vie w GISN I U J u2f en1 , L I U X i ao2y u2 , C H EN G W u2yi 1(11 School of Engineering & Technology China U niversit y of Geo sciences ,Beijing 100083 ;21 China Academy of safet y science And Technology ,Beijing 100029)Abstract : In order to imp rove t he efficiency of safet y management , qualit y and p ro mote t he le