基于GIS的采礦團隊管理系統

吳佳怡，　韓李濤, 2，　石孟，　類延輝

(1.山東科技大學 測繪科學與工程學院， 山東 青島　266510；2.海島(礁)測繪技術國家測繪地理信息局重點實驗室， 山東 青島　266510；3.山東省天元信息技術股份有限公司 青島分公司， 山東 青島　266510)

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經驗交流

基于GIS的采礦團隊管理系統

吳佳怡1，韓李濤1, 2，石孟3，類延輝1

(1.山東科技大學 測繪科學與工程學院， 山東 青島266510；2.海島(礁)測繪技術國家測繪地理信息局重點實驗室， 山東 青島266510；3.山東省天元信息技術股份有限公司 青島分公司， 山東 青島266510)

針對煤礦開采的特殊性和采礦團隊管理過程中軌跡跟蹤、動態監控、分布熱力圖分析、緊急救援、興趣點標注等關鍵問題，設計了基于GIS的采礦團隊管理系統。該系統以GIS、移動互聯網通信技術、射頻識別與無線監控技術等為主要技術手段，將屬性數據信息與地理空間信息關聯起來，實現了井上井下管理智能化、團隊管理數據分析可視化、成員分布實時動態化以及成員間即時通信等功能。

井下人員定位； 采礦團隊管理；GIS； 軌跡跟蹤； 空間信息可視化

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160429.1134.018.html

0　引言

煤炭在我國經濟建設中有著舉足輕重的作用，但煤炭開采是一項危險系數高且復雜的工程。由于煤礦地址不能自由選擇以及礦床工業儲量的局限性，采礦設備和人員經常隨采礦進程和加工對象轉移。因此，對采礦團隊進行管理是非常重要的。

傳統的采礦團隊管理系統——煤礦井下工作人員管理系統[1-3](ManagementSystemforUndergroundPersonnelinCoalMine)只局限于管理礦井工作人員，著重監測井下人員位置、限制區域出入、工作區人員數量以及活動路線等，井下井上信息交互相對較弱，井上管理層礦區分析、整體規劃等問題并未涉及，并且其所得信息多以數據形式呈現，很難讓團隊成員從冗雜抽象的數據表格中掌控礦區的分布狀況和發展趨勢。針對以上問題，筆者設計了基于GIS的采礦團隊管理系統，該系統將屬性數據信息與地理空間信息關聯起來，以直觀可視的形式呈現給團隊成員，在井下可為團隊成員提供位置信息實時共享、位置跟蹤定位、路徑導航、興趣點標注等相應服務；在井上的總體監控中可實現空間信息查詢、空間數據分析以及空間可視化表達，并可構建專題圖、熱力圖等，實現了礦井安全與管理平行發展。

1　系統總體設計

基于GIS的采礦團隊管理系統要求對用戶數據進行實時的集中管理與分發，考慮到移動端設備存儲、計算能力有限，不可在移動端平臺上部署大型應用程序，因此，該系統采用B/S的網絡架構。井下移動端以井下定位裝置為基礎，通過無線通信基站連接工業以太環網，獲取需要的數據并將位置信息和請求發送到服務器端。服務器接收并解析井下移動端的請求和數據，將數據存儲在數據庫中，并將井下移動端需要的數據從數據庫中取出,且以特定的格式發送給井下團隊，從而實現井下移動端與服務器的交互。地面交換機將地面網絡與井下網絡聯通，地面移動端通過服務器訪問數據庫，獲取井下作業團隊實時位置信息，并通過服務器端進行實時通信[4-5]。基于GIS的采礦團隊管理系統網絡結構如圖1所示。

1.1服務器端設計

基于GIS的采礦團隊管理系統包括服務器端和移動端2個部分。其中服務器端主要用于上傳用戶請求，下達服務響應，為用戶隨時隨地獲取基于位置的服務提供保障。

圖1　基于GIS的采礦團隊管理系統網絡結構

服務器端采用WCF(服務層)、Model(數據訪問層)、BLL(業務邏輯層)3層架構，實現了“高內聚，低耦合”[6-7]。WCF(服務層)用于對外發布信息，即服務器的對外展示層，實現井上井下移動端程序的交互，根據移動端功能需求提供不同的服務，接收移動端發送的數據和請求，將數據和請求轉發至業務邏輯層，并將所需數據和處理結果反饋給移動端。Model是服務器端的數據訪問層，其功能主要是負責數據庫的訪問，為數據庫的操作提供方便。BLL業務邏輯層是服務器整體架構中最能體現核心功能的部分，對所有業務操作類進行了封裝，例如編寫用戶登錄的所有過程程序，接收移動端發送的賬號密碼數據并進行判斷，與數據層進行交互查找并將查找結果返回到WCF層，然后反饋給移動客戶端。

1.2移動端設計

井下移動端和井上移動端分別以井下定位系統[8-12]和Android系統作為平臺[13-16]。移動客戶端開發將UI層、功能代碼層、引用資源等都進行了分層管理。其中,UI層主要包括登錄界面、用戶主界面、各功能模塊圖標以及地圖展示界面部署。功能代碼層主要開發存儲系統的具體功能，包括軌跡記錄與回放、路徑規劃、標注點添加、刪除等。移動客戶端除了要進行與服務器的交互外，還要在本地存儲數據，引用資源層，盡量減少不必要的數據傳輸，選取輕量級數據庫SQLite為客戶端。井上移動端地圖展示模塊選取百度地圖API進行開發，引用百度地圖的AndroidSDK和定位SDK開發包進行地圖的調用和開發。井下移動端采用由CAD數據轉化成矢量數據、利用SQLServer2008R2數據庫，通過ADO.NET實體數據模型和EntityFramwork數據解決方案，作為中間層對數據庫進行操作，實現完全對象化的方法連接與訪問數據庫。系統移動端總體架構如圖2所示。

圖2　移動端總體架構

1.3系統數據庫設計

在實際的運行中，采礦團隊管理系統中主要數據除了位置點數據外，還有其他的人員信息、團隊信息、通信信息等較多的屬性數據，大部分數據需要及時傳輸到數據庫進行存儲以保證團隊管理員能實時監控團隊成員及與團隊成員進行及時通信。然而，有些數據不需要與服務器進行交互，但需要存儲在移動端的本地數據庫。為了實現復雜數據分布式管理和交互式訪問，提高檢索效率，系統采用了服務器端關系型數據庫MicrosoftSQLServer與輕量級數據庫SQLite相結合的模式。對系統使用過程中用戶發生的所有操作都增加空間坐標字段，實現對數據的空間化改造。在可視化處理過程中再通過坐標信息實現系統數據與空間數據的關聯，以實現數據的聯動交互。

2　系統功能模塊實現

基于GIS的采礦團隊管理系統主要功能模塊包括綜合管理模塊、個人模塊、團隊模塊等，如圖3所示。

2.1個人模塊和團隊模塊

個人模塊主要實現個人基礎信息管理，包括位置定位與顯示、軌跡記錄與回放、路徑規劃、標注點添加、刪除等，主要用于記錄礦工進出礦井時刻、出入限制區域、出入巷道分支方向等。采礦團隊成員分布較為分散，接觸面積大，礦工對危險點、爆破點、興趣點等進行標記，有利于幫助整個團隊成員對礦區的整體把握，實現空間數據可視化展示。

圖3　基于GIS的采礦團隊管理系統主要功能模塊

團隊模塊除實現團隊的創建、刪除、設置信息共享權限等基礎功能外，還可實現礦工團隊成員的位置信息共享、軌跡上傳與查看等功能。本系統借助團隊模塊，優化了井上與井下交互功能，井上的控制平臺及指揮中心可實時了解井下礦工隊員的動向并隨時向團隊成員下達指令，管理人員、技術人員、安檢人員等通過服務器端獲取井下地圖信息、礦工位置信息，可視化調動采礦工作人員，接收和發送緊急救援信號與應急路線導航，接收團隊警示點警告等。

2.2綜合管理模塊

綜合管理模塊以GIS作為基礎平臺，對數據進行空間可視化展示和查詢，并依據空間分析功能，為管理層提供發展依據。

在空間可視化方面，采礦團隊管理人員通過服務器調用百度地圖，結合數據庫中存儲的屬性數據，可以快速通過項目關鍵詞檢索礦井所在地并獲取屬性信息(如閉礦項目施工周期、投產礦井項目進程、建礦項目施工計劃等)，并可在WebGIS頁面上發布鏈接地址，實現信息共享功能。采礦工程信息位置展示如圖4所示。

在空間分析方面，基于屬性數據生成各種形式的專題圖。本系統中采礦團隊管理層可以對礦井分布情況、市場需求分布變化、采礦進程難易度等數據進行統計分析，并生成顏色專題圖、柱狀專題圖和餅狀專題圖。

圖4　采礦工程信息位置展示

以礦井市場信息分布模擬圖(圖5)為例，用戶錄入日常數據后，系統統計分析生成礦井分布專題圖，管理層可以直觀地看到某年份全國各省級行政區內采礦工程分布數量，并且看到開發礦井工程建礦、閉礦有效信息和無效信息的比例數量，綜合多個年份的采礦工程分布信息專題圖，為采礦工程發展宏觀決策提供信息參考。

圖5　礦井市場信息分布模擬

此外，采礦團隊管理層可以針對單條或多條軌跡數據記錄，結合礦井地圖巷道分支，優化礦井通風口、井下排水點、供電設施位置等。

3　結語

基于GIS的采礦團隊管理系統實現了采礦團隊管理工作模式的創新，GIS可視化平臺極大加強了井下團隊成員有效位置的管理，實現了團隊成員位置信息實時共享、位置跟蹤定位、路徑導航、興趣點標注等功能，系統還可實現空間信息查詢、空間數據分析以及空間可視化表達等功能，并可構建專題圖、熱力圖等，為團隊管理人員提供了高效的地圖服務。

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MiningteammanagementsystembasedonGIS

WUJiayi1,HANLitao1,2，SHIMeng3，LEIYanhui1

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266510，China; 2.KeyLaboratoryofSurveyingandMappingTechnologyonIslandandReef，StateBureauofSurveyingandMapping，Qingdao266510，China; 3.QingdaoBranch,ShandongTianyuanInformationTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.,Qingdao266510，China)

Inviewofparticularityofcoalminingandkeyproblemsoftrajectorytracking,dynamicmonitoring,distributionofheatmapanalysis,emergencyrescue,interestpointslabelinminingprocessofteammanagement,aminingteammanagementsystembasedonGISwasdesigned.ThesystemtakesGIS,mobileInternetcommunicationtechnology,RFIDandwirelessmonitoringtechnologyasmaintechnicalmeans,andrealizesfunctionssuchasintelligentmanagementinundergroundandonground,dataanalysisvisualizationofteammanagement,real-timedynamicformembersdistributionandinstantcommunicationbetweenmemberscombiningwithattributedataandgeographicspaceinformation.

undergroundpersonnelpositioning;miningteammanagement;GIS;trajectorytracking;spatialinformationvisualization

1671-251X(2016)05-0081-04DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.05.018

2015-12-18；

2016-01-27；責任編輯：張強。

國家自然科學基金項目(41201381)；山東省自然科學杰出青年基金項目(JQ201113)；海島(礁)測繪技術國家測繪地理信息局重點實驗室資助項目(2012A04)。

吳佳怡(1991-)，女，山東青島人，碩士研究生，研究方向為地理信息系統，E-mail:641857437@qq.com。

TD67

A網絡出版時間：2016-04-29 11:34

吳佳怡，韓李濤，石孟，等.基于GIS的采礦團隊管理系統[J].工礦自動化，2016,42(5)：81-84.