基于北斗的地質調查安全生產保障系統設計與實現

李小杰，葉成明，鄭寶鋒

（中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北 保定 071051）

國務院《找礦突破戰略行動綱要》，要求我國地質礦產勘查工作通過實施找礦戰略，實現新的重大突破，形成一批重要礦產資源戰略接續區，建立重要礦產資源儲備體系，為經濟平穩較快發展提供有力的資源保障和產業支撐。推進實施《找礦突破戰略行動綱要》，舉全國之力促進找礦突破的號角已經吹響。作為國家基礎性、公益性、戰略性地質和礦產勘查工作的組織者和部署者，中國地質調查局積極響應國家號召，全力投入到地質找礦突破行動當中。在地質調查與找礦突破戰略行動中如何提高地質隊員安全保障程度，堅持以人為本，亟待思考和解決。

隨著地質調查工作的加強，從事地質調查工作的單位、人員和車輛越來越多，每年有幾千個項目組、上萬人和上千臺車輛分布在全國各地從事地質調查工作，比如在重點地質調查區之一的西藏、新疆、青海三?。▍^），每年部署的基礎地質調查、礦產資源調查評價、水資源調查評價、地質災害調查評價等工作，任務量增加很快［1-2］。同時，隨著形勢的發展，地質調查單位傳統的安全管理手段、安全保障措施等已不能適應現代野外地質調查工作的要求，地質調查安全生產工作面臨很大壓力。新形勢下，迫切需要總結中國地質調查局和其他地勘單位安全生產管理工作與應急救援工作經驗，創新安全管理模式，建立覆蓋全面、反應迅速、處置靈活的地質調查安全生產保障平臺，保障野外地質調查工作者的生命安全。針對以上問題和挑戰，中國地質調查局主動出擊、積極探索、勇于實踐，逐步建立起了全方位、立體化的基于北斗的地質調查安全生產保障系統。本文介紹了基于北斗的地質調查安全生產保障系統的設計與實現，可為其他行業安全生產工作提供一定的借鑒。

1 地質調查安全生產保障系統設計

地質調查安全生產保障系統分兩期進行建設，第一期主要開展地質調查安全生產管理平臺建設，構建集安全管理工作網上辦公、安全信息與資源網上共享、歷史資料保存與查閱等于一體的多種功能安全生產管理信息化服務平臺；第二期主要開展地質調查安全生產遠程監控系統建設，構建基于北斗衛星技術、GPS技術和天地圖技術的安全生產遠程監控系統［3］。

在地質調查安全生產管理平臺基礎上，引入我國擁有自主知識產權的北斗系統和我國自主開發的電子地圖（天地圖），開發了具有地質調查日常安全生產管理，野外作業人員、車輛、飛機、船只安全監控，野外作業突發事件應急處置調度指揮和地質調查項目生產調度與質量監控功能的遠程監控系統，為地質調查日常安全生產管理、野外作業突發事件應急處置調度指揮以及野外作業人員、車輛、飛機、船只安全監控等提供高新技術平臺。

1.1 系統組網

1.1.1 系統運行網絡

采用網絡主中心部署于中國地質調查局，通過國家地質調查網絡體系、互聯網、北斗衛星網絡和地面移動通信網絡與項目承擔單位、野外工作站及野外作業人員、車輛、飛機、輪船連通，通過衛星鏈路或地面有線鏈路，將北斗終端定位和通信數據傳輸到網絡中心，通過地面有線鏈路（國家地質調查網絡體系、互聯網）為系統用戶提供服務。地質調查安全生產保障系統網絡部署見圖1。

1.1.2 北斗數據網絡

基于北斗、GPRS、GPS的地質調查安全生產遠程監控系統服務于全局系統，擁有大量北斗終端用戶，具有穩定可靠的地面網絡鏈路和固定的網絡主中心。野外作業人員、車輛、飛機、船只監控和應急調度指揮需要基于北斗技術，建立多級監控指揮系統。

基于北斗、GPRS、GPS的地質調查安全生產遠程監控系統北斗衛星數據組網采用點對點模式和專線通信組網模式相結合［4-8］。點對點模式下，遠程監控系統北斗衛星數據組網由北斗終端、北斗指揮機、安全保障網絡中心、北斗衛星等組成；專線通信組網模式下，遠程監控系統北斗衛星數據組網由北斗終端、安全保障系統網絡中心、地面有線鏈路、北斗運營中心等組成。系統組網模式見圖2。

1.2 系統軟件設計方案

基于北斗、GPRS、GPS的地質調查安全生產遠程監控系統軟件包括監控保障平臺和北斗終端軟件兩部分，包含安全監控、業務管理、權限認證、協議交互、終端設備五大核心子平臺，子平臺通過相互協作完成數據訪問、交互和共享［9-11］，見圖3。

（1）安全監控平臺：實現監控系統的業務邏輯，對地質調查作業主體進行定位標示、軌跡回放、信息統計，輔助應急救援。

（2）業務管理平臺：局及項目承擔單位日常安全生產管理工作網絡平臺，實現局及項目承擔單位安全生產管理工作的業務邏輯。

（3）權限認證平臺：管理單位、部門以及用戶權限，并與其他系統進行融合。

（4）協議交互平臺：數據解析、數據通訊、數據安全以及數據的冗余處理。

（5）終端設備平臺：結合終端設備實現安全保障的相關業務。

1.2.1 監控平臺軟件研發

遠程監控軟件包括基于北斗、GPRS、GPS的地質調查安全生產遠程監控系統監控平臺軟件、北斗終端軟件和數據交互協議平臺。

地質調查安全生產遠程監控系統采用B／S 架構，開發工具采用Eclipse+Flex，數據庫采用SQL Server 2005，集成了北斗定位系統、全球定位系統（GPS）、公共移動通信網（GPRS）、地理信息系統（GIS）、終端設備，將文字信息、地理信息、圖片信息、業務內容等統一建立在可隨時隨地進行訪問的數據信息系統中［12-16］。

（1）北斗監控：用戶手動打開實時監控，系統自動接收北斗設備上報的位置信息并顯示到地圖上。鼠標移動到地圖目標上時會有信息標牌顯示，信息標牌中包括人員或車輛的一些基礎信息，以及跟蹤、歷史、詳情、短信等常用操作按鈕，見圖4。

（2）軌跡回放：用于查看監控目標的歷史軌跡信息，并提供快速尋找監控目標以及播放控制等功能。

1.2.2 北斗終端軟件研發

北斗終端軟件是地質調查安全生產遠程監控系統的一部分，采用JAVA 語言開發，安裝在Android操作系統的個人、車載、機載、船載終端設備，與北斗終端配套使用。

北斗終端軟件有11個功能模塊，分別是一鍵平安、一鍵求救、北斗連接、周邊尋人、指南針、短信箱、寫短信、天氣預報、周邊搜索、通訊錄、設置。北斗終端軟件狀態欄分別顯示了當前登錄用戶名稱、北斗波束信號、北斗終端電量、北斗終端北斗卡號與未讀短消息，見圖5。

（1）周邊尋人：通過北斗短報文的方式，以當前設備為中心進行一定范圍內的周邊人、車查找，并顯示到查詢人的顯控設備中。此功能的優點在于整個查詢、數據傳輸過程全部使用北斗短報文方式進行，即使在無手機信號覆蓋的無人區也可以正常使用，見圖6。

（2）北斗短信：北斗設備之間以北斗短報文的方式進行短消息交互，收件人一欄以北斗卡號作為目標地址，短消息內容不超過78.5個字節，可實現北斗設備與普通手機之間進行短信交互。

2 地質調查安全生產保障系統運行與測試

2011年，中國地質調查局項目組在河北、北京、內蒙古、寧夏、陜西、山西、河南等地，在高速、國道、省道、縣道、鄉間小路等不同路況下，草原、沙漠、山區等不同野外環境中，以不同速度在不同天氣下對地質調查安全生產遠程監控系統技術原型進行了測試。測試和試運行結果表明：GPS+GPRS 的定位模塊在有移動通信信號地區完全滿足野外監控要求，在沒有移動通信信號地區，北斗定位通訊設備能夠滿足人員、車輛等安全監控需求。2012年9 月，地質調查安全生產遠程監控系統正式在中國地質調查局及所屬28個單位開通運行。截止目前，系統注冊單位數125個，注冊人數10 660人，注冊車輛數1 660輛，已接入系統的北斗指揮機4臺，北斗個人終端526臺，北斗車載終端350臺，北斗船載終端6臺。2013年，累計完成對我國境內及境外2 851個工作組、13 748人次、2 222車次、16 架次飛機、48船次的安全管理保障，為雅安地震、四川暴雨等重大地質災害的應急排查提供了安全保障和應急通信服務，并成功處置野外突發事件2 起，使3 人脫離險境，避免了人員生命和財產損失。如2013年6月2日，《新疆和田東三縣1：5萬航磁調查》項目組3人返程中遭遇突發山洪遇險，當日18∶55北斗終端發出求救報警，接警后，烏魯木齊工作站迅速施救，6月3日6∶40，3人成功脫離險境。“4.22”四川蘆山地震后，系統成功為在震區開展地質災害應急排查的120余名地質人員、40余輛車提供了安全保障及應急通信。

3 結論

地質調查安全生產保障系統實現了地質調查安全生產標準化、系統化、現代化的管理，創新了我國地質調查安全生產管理工作方式，并實現了野外地質調查作業車輛和作業人員行動軌跡監控、應急信息通信、數據傳輸、緊急呼救與救援，切實保障了野外地質隊員特別是艱險地區野外地質工作者的安全，提高了突發事件應急處置能力。

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