基于GIS的煤礦監(jiān)察綜合信息展現(xiàn)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

劉傳安 郜 彤

(1.國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局通信信息中心， 北京市東城區(qū)，100013； 2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083)

煤炭資源作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，是維持我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展的重要保障，煤礦的安全生產(chǎn)是煤炭資源開發(fā)能持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展的重要保證，它不僅關(guān)系著煤礦企業(yè)的興衰，而且關(guān)系著社會(huì)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。作為煤礦安全監(jiān)察部門必須嚴(yán)格高效監(jiān)管煤炭生產(chǎn)主體，保障其安全生產(chǎn)，并利用信息化手段構(gòu)建煤礦安全監(jiān)管信息系統(tǒng)，提升監(jiān)管部門的執(zhí)法水平，提高監(jiān)管執(zhí)法的效率。但就現(xiàn)階段我國(guó)各級(jí)監(jiān)察信息系統(tǒng)來(lái)看，存在著研發(fā)起步不及時(shí)、監(jiān)管技術(shù)不先進(jìn)、實(shí)踐應(yīng)用不成熟等問(wèn)題，無(wú)論是在行政管理手段和煤礦開采技術(shù)方面，還是在相關(guān)配套設(shè)備、監(jiān)管系統(tǒng)的軟硬件發(fā)展以及智能化方面都與世界的前列有一定的差距。具體表現(xiàn)在：一是管理內(nèi)容不全面，目前的信息管理系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)察的部分信息內(nèi)容；二是缺乏統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，信息難互聯(lián)和共享，溝通效率低下，給企業(yè)和用戶的應(yīng)用與升級(jí)帶來(lái)麻煩；三是系統(tǒng)建設(shè)水平參差不齊，低水平建設(shè)和重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象突出，甚至系統(tǒng)功能性難以滿足現(xiàn)階段企業(yè)和用戶的要求，造成了資源的浪費(fèi)。

針對(duì)上述相關(guān)問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)了基于GIS的煤礦監(jiān)察綜合信息展現(xiàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)充分利用地理信息系統(tǒng)廣泛的地理空間數(shù)據(jù)和合理的地理模型分析方法，為煤礦安全監(jiān)管實(shí)時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為安全生產(chǎn)管理提供輔助決策支持，保障執(zhí)法監(jiān)察信息能全面、即時(shí)、高效的展現(xiàn)。

1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

煤礦監(jiān)察綜合信息展現(xiàn)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)察機(jī)構(gòu)對(duì)礦山企業(yè)綜合信息的實(shí)時(shí)調(diào)取、監(jiān)察信息的分類管理以及視頻監(jiān)控信息的動(dòng)態(tài)展現(xiàn)等，能夠滿足各級(jí)監(jiān)管人員隨時(shí)了解礦井安全生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息，有效提高監(jiān)管的精細(xì)化程度。系統(tǒng)基于面向服務(wù)一體化應(yīng)用架構(gòu)(SOA)，利用其松耦合的特性，將監(jiān)察業(yè)務(wù)模塊化，提高監(jiān)察執(zhí)法信息檢索的效率，并基于J2EE標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)搭建，利用J2EE具有的高效、穩(wěn)定、可伸縮、支持異構(gòu)環(huán)境的獨(dú)特特性，以及其對(duì)EJB、JSA、JSP等技術(shù)的全面支持，縮短了開發(fā)周期，提高數(shù)據(jù)分析和匯總的速度。

系統(tǒng)從功能實(shí)現(xiàn)上主要分為系統(tǒng)綜合門戶展現(xiàn)、綜合基礎(chǔ)信息展現(xiàn)、安全監(jiān)察信息展現(xiàn)和視頻監(jiān)控信息展現(xiàn)四大部分，能夠很好地幫助監(jiān)察人員對(duì)煤礦企業(yè)進(jìn)行分級(jí)、分類管理和重點(diǎn)信息的隨時(shí)調(diào)取查看等。系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)綜合門戶展現(xiàn)

系統(tǒng)綜合門戶展現(xiàn)模塊根據(jù)礦井安全管控水平評(píng)價(jià)指標(biāo)，從人、機(jī)、環(huán)、管4個(gè)維度對(duì)礦井安全管控水平、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、人員履職狀態(tài)、環(huán)境安全狀態(tài)等多方面進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果以圖文結(jié)合的方式進(jìn)行綜合顯示，并在此展示的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鉆取和切片分析。通過(guò)該門戶可以直觀地了解各類綜合分析、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及單個(gè)礦井各方面的綜合信息，提高監(jiān)管效率。

該模塊也具有多種呈現(xiàn)方式，可根據(jù)用戶、當(dāng)前查看行政區(qū)域等條件的不同進(jìn)行切換顯示，顯示的內(nèi)容主要包括：井下人員數(shù)量及分布位置信息、礦井生產(chǎn)流程及設(shè)備運(yùn)行信息、井下重點(diǎn)區(qū)域環(huán)境參數(shù)信息、井下視頻監(jiān)控信息、礦井隱患和危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息等。所展示的信息數(shù)據(jù)主要以各類數(shù)據(jù)融合后的評(píng)價(jià)結(jié)論、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、變化趨勢(shì)圖表等進(jìn)行展示，在交互操作時(shí)，主要以數(shù)據(jù)鉆取和切片分析等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各類信息的橫向與縱向貫通，使用戶能夠在海量數(shù)據(jù)里快速定位到自身關(guān)注的信息。礦井安全綜合門戶全國(guó)信息展現(xiàn)如圖2所示。

2.2 綜合基礎(chǔ)信息展現(xiàn)

綜合基礎(chǔ)信息展現(xiàn)模塊主要對(duì)煤礦企業(yè)的人員、證照、圖紙和裝備等基本礦井信息以及生產(chǎn)工藝、系統(tǒng)及災(zāi)害防治等重點(diǎn)業(yè)務(wù)信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)的信息管理和專題展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的具體功能如下：

圖2 礦井安全綜合門戶全國(guó)信息展現(xiàn)

(1)煤礦基本信息管理。該模塊可對(duì)煤礦企業(yè)進(jìn)行登記管理，對(duì)煤礦的基礎(chǔ)信息進(jìn)行在線填報(bào)和審核，并對(duì)審核有效的數(shù)據(jù)提供查詢、統(tǒng)計(jì)、分析以及GIS分布展示等功能。可滿足監(jiān)管人員對(duì)轄區(qū)內(nèi)煤礦企業(yè)的基本信息和采掘情況信息、行政處罰記錄信息、歷史事故統(tǒng)計(jì)信息等的全面掌握。

(2)煤礦證照信息管理。該模塊可對(duì)煤礦采礦許可證、安全生產(chǎn)許可證、工商營(yíng)業(yè)執(zhí)照、礦長(zhǎng)安全資格證等證件的編號(hào)、發(fā)證日期、有效期等進(jìn)行有效管理與登記。滿足監(jiān)管人員對(duì)煤礦證照信息的填報(bào)和審核、證照的分類統(tǒng)計(jì)和查詢、證照過(guò)期預(yù)警和報(bào)警以及證照GIS分布展示等操作。

(3)煤礦圖紙專項(xiàng)管理。該模塊可對(duì)礦井采掘工程平面圖、露天礦采場(chǎng)布置圖、礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖等專業(yè)圖紙的名稱、編號(hào)、類型、更新時(shí)間以及圖紙本身的CAD原文件進(jìn)行管理。可對(duì)煤礦的各類圖紙進(jìn)行填報(bào)、審核、未及時(shí)更新提醒、圖紙查詢統(tǒng)計(jì)和在線瀏覽、報(bào)警信息GIS分布展現(xiàn)等操作，以便管理人員能夠隨時(shí)掌握煤礦的各類信息。

(4)從業(yè)人員職業(yè)健康管理。該模塊以二代身份證及號(hào)碼作為從業(yè)人員唯一標(biāo)識(shí)碼，主要用于對(duì)煤礦從業(yè)人員及其職業(yè)健康進(jìn)行全生命周期的動(dòng)態(tài)管理，提供包括從業(yè)人員信息及證照登記、人員培訓(xùn)信息管理、人員獎(jiǎng)懲記錄管理、職業(yè)健康信息登記、審核、查詢統(tǒng)計(jì)、圖表分析、GIS分布等功能。可滿足管理人員對(duì)轄區(qū)內(nèi)的從業(yè)人員及其自身職業(yè)健康全面了解，便于針對(duì)性管理。

(5)煤礦六大系統(tǒng)檔案管理。該模塊可對(duì)煤礦建設(shè)的采煤、掘進(jìn)、機(jī)電、運(yùn)輸、通風(fēng)及排水系統(tǒng)系統(tǒng)的基本信息進(jìn)行管理，并對(duì)系統(tǒng)使用過(guò)程中的重要信息進(jìn)行記錄，方便監(jiān)管監(jiān)察人員了解各礦系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行情況。主要功能包括對(duì)各大系統(tǒng)基本信息的錄入、關(guān)鍵信息的審核、運(yùn)維記錄的管理、系統(tǒng)信息的圖表分析及查詢統(tǒng)計(jì)，以及以GIS圖形的方式展現(xiàn)各行政區(qū)域的系統(tǒng)建設(shè)和投入情況等。

(6)煤礦工藝及設(shè)備管理。該模塊提供各煤礦上報(bào)現(xiàn)有安全生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝詳細(xì)信息，并向監(jiān)管監(jiān)察人員提供不符合項(xiàng)報(bào)告的功能，指導(dǎo)相關(guān)人員工作。主要的功能包括設(shè)備準(zhǔn)入和檢校管理、設(shè)備安裝和運(yùn)行管理、設(shè)備登記管理、生產(chǎn)工藝管理、生產(chǎn)臺(tái)賬管理等，以及對(duì)這些管理數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和分析等操作。該管理操作能夠促進(jìn)煤礦生產(chǎn)工藝及安全生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代，減少因落后或禁止使用的設(shè)備、工藝而導(dǎo)致的事故發(fā)生和人員傷亡。

(7)煤礦災(zāi)害防治管理。該模塊可對(duì)煤礦瓦斯、粉塵、水害、火災(zāi)和頂板壓力等災(zāi)害的治理情況數(shù)據(jù)進(jìn)行在線填報(bào)、綜合分析。主要的功能包括災(zāi)害防治規(guī)章制度管理、應(yīng)急預(yù)案措施管理、相關(guān)防治設(shè)備登記以及日常災(zāi)害防治記錄等，并為這些功能提供相關(guān)的查詢、統(tǒng)計(jì)、圖表分析等操作。

2.3 安全監(jiān)察信息展現(xiàn)

(1)安全事故管理。該模塊可實(shí)現(xiàn)煤礦傷亡和非傷亡事故信息的統(tǒng)一管理，包括事故類型管理、事故上報(bào)、事故調(diào)查處理、事故查詢統(tǒng)計(jì)、事故備案入庫(kù)、事故案例庫(kù)管理及事故GIS分布管理等功能。該模塊可根據(jù)事故的名稱、地點(diǎn)、類型、等級(jí)、經(jīng)濟(jì)損失及傷亡情況等相關(guān)信息對(duì)事故進(jìn)行相應(yīng)的管理操作，并以圖形報(bào)表的方式展現(xiàn)事故復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括事故區(qū)域分布、事故等級(jí)分布、人員傷亡統(tǒng)計(jì)、經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)等。可為煤礦安全生產(chǎn)事故防治及應(yīng)急救援工作提供案例支持，提高事故處理效率。

(2)煤礦隱患管理。該模塊以“隱患閉環(huán)管理模式”為設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合隱患排查治理規(guī)定研發(fā)設(shè)計(jì)，可利用移動(dòng)互聯(lián)、智能終端、NFC地址卡等技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全隱患“發(fā)現(xiàn)-整改-驗(yàn)收-復(fù)核-評(píng)價(jià)”的全閉環(huán)信息化管理，提高了煤礦安全管理水平。該模塊支持文字輸入、語(yǔ)音采集、視頻取證等多種取證手段，實(shí)現(xiàn)了隱患整改過(guò)程全程可溯。同時(shí)該模塊也具備隱患標(biāo)準(zhǔn)管理、隱患排查管理、重大隱患掛牌督辦、隱患分布及統(tǒng)計(jì)管理等功能，可根據(jù)隱患類型、等級(jí)、標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)等內(nèi)容對(duì)隱患進(jìn)行錄入查詢、整改驗(yàn)收、審核評(píng)價(jià)等操作，對(duì)被列為重大級(jí)別的隱患，實(shí)現(xiàn)上級(jí)監(jiān)管機(jī)構(gòu)重點(diǎn)督辦驗(yàn)收處理。同時(shí)，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)以GIS圖形方式展示各級(jí)各類隱患的分布情況，提供以全國(guó)隱患、區(qū)域隱患、單個(gè)煤礦隱患的不同級(jí)別隱患統(tǒng)計(jì)方式，并以曲線圖、餅圖、柱圖等多種隱患展現(xiàn)方式以及日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等多時(shí)間跨度報(bào)表呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)隱患專業(yè)分布趨勢(shì)、等級(jí)分布趨勢(shì)、數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)等信息的匯總分析。

(3)煤礦重大危險(xiǎn)源管理。該模塊可對(duì)煤礦的重大危險(xiǎn)物質(zhì)和危險(xiǎn)源進(jìn)行統(tǒng)一管理，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)中存在的潛在危險(xiǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)提醒，及時(shí)排除危險(xiǎn)隱患，提高煤礦安全生產(chǎn)水平。該模塊具備危險(xiǎn)源綜合查詢功能和分布統(tǒng)計(jì)功能，可以根據(jù)危險(xiǎn)源區(qū)域、名稱、類型和等級(jí)等指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)查詢，可以統(tǒng)計(jì)全國(guó)、某省份、某煤礦的危險(xiǎn)源信息，查詢結(jié)果以列表方式顯示，并可鉆取某一危險(xiǎn)源的詳細(xì)信息。危險(xiǎn)源分布統(tǒng)計(jì)依托于GIS地圖，并使用熱點(diǎn)圖的方式展示指定時(shí)間段的危險(xiǎn)源在指定區(qū)域內(nèi)的分布情況，以了解危險(xiǎn)源在地域空間上的直觀分布。同時(shí)可依據(jù)各類數(shù)據(jù)對(duì)危險(xiǎn)源的安全狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，并以熱點(diǎn)圖方式直觀展示。

(4)應(yīng)急救援管理。該模塊通過(guò)對(duì)應(yīng)急物資、救援隊(duì)伍、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、行業(yè)專家等資源進(jìn)行有效整合，對(duì)應(yīng)急預(yù)案庫(kù)、應(yīng)急救援專家?guī)臁?yīng)急救援裝備庫(kù)、救援案例庫(kù)和法規(guī)協(xié)議庫(kù)等信息合理配置，并以GIS地圖為基礎(chǔ)，建立應(yīng)急資源管理、應(yīng)急救援案例管理、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等模塊內(nèi)容。該模塊可實(shí)現(xiàn)在事故應(yīng)急處置時(shí)為救援人員提供便捷的專家檢索、救援隊(duì)伍檢索及自動(dòng)匹配功能，可根據(jù)事故自動(dòng)檢索、匹配相應(yīng)的案例、對(duì)應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案和救援裝備。同時(shí)，系統(tǒng)提供各類應(yīng)急資源GIS專題圖層，可根據(jù)事故類型與等級(jí)進(jìn)行應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，結(jié)合可視化通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻會(huì)議，實(shí)現(xiàn)與救援指揮系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接，可為相關(guān)部門提供應(yīng)急救援的信息，實(shí)現(xiàn)煤礦管理部門、救援部門與事故現(xiàn)場(chǎng)之間的實(shí)時(shí)信息互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)、有效溝通、高效指揮，提高煤礦安全生產(chǎn)應(yīng)急處置能力。

2.4 視頻監(jiān)控信息展現(xiàn)

視頻監(jiān)控信息展現(xiàn)模塊通過(guò)集成調(diào)用企業(yè)監(jiān)控視頻管理平臺(tái)所接入的視頻信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)視頻信息的隨時(shí)調(diào)用與查看，便于直觀掌握煤礦安全生產(chǎn)狀況，保障安全監(jiān)管的全面性。該模塊主要由監(jiān)控圖像保存、圖像實(shí)時(shí)顯示、圖像查詢分析和關(guān)聯(lián)集成查看四大部分組成，礦井圖像監(jiān)視系統(tǒng)可對(duì)礦井關(guān)鍵點(diǎn)的視頻圖像進(jìn)行存檔，并可實(shí)時(shí)調(diào)取各礦井監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)視頻，在瀏覽視頻時(shí)還可以對(duì)其進(jìn)行截屏等操作，以備日后追溯。礦井視頻信息展現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 礦井視頻信息展現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)

監(jiān)管單位可利用該模塊所提供的實(shí)時(shí)監(jiān)視相關(guān)功能，對(duì)被監(jiān)管礦井進(jìn)行常規(guī)視頻圖像巡檢，保證對(duì)礦井主要工作地點(diǎn)安全生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)掌握。模塊也嵌入了自動(dòng)巡檢功能，可對(duì)礦井的所有有效視頻自動(dòng)進(jìn)行檢查，大大提高了日常監(jiān)管監(jiān)察工作的效率。同時(shí)，視頻信息可被關(guān)聯(lián)集成到安全巡察系統(tǒng)、隱患排查治理系統(tǒng)等其它系統(tǒng)，方便隨時(shí)對(duì)某地的視頻進(jìn)行調(diào)取。通過(guò)平臺(tái)定義的接口，視頻圖像可直接與報(bào)表、圖表、組態(tài)畫面、GIS圖形等進(jìn)行整合，進(jìn)一步提高監(jiān)察監(jiān)管的有效性和全面性。視頻信息也被直接標(biāo)志在了全礦總覽視頻集成圖上，要查看某位置的視頻，直接點(diǎn)擊該圖標(biāo)即可。全礦總覽視頻集成示意圖如圖4所示。

圖4 全礦總覽視頻集成示意圖

3 系統(tǒng)應(yīng)用及成效

煤礦監(jiān)察綜合信息展現(xiàn)系統(tǒng)在云南省煤監(jiān)分局試運(yùn)行以來(lái)，實(shí)時(shí)有效地將安全生產(chǎn)情況、監(jiān)察信息情況以及其他相關(guān)信息提供給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)人員，成為其高效、準(zhǔn)確、科學(xué)決策的信息基礎(chǔ)。

(1)系統(tǒng)的應(yīng)用使得執(zhí)法管理人員的監(jiān)察工作效率有了較大的提高，使其能夠在較短的時(shí)間內(nèi)監(jiān)控事故、管理救援、綜合調(diào)度，有效地降低了事故的發(fā)生率，提高了事故的救援率，確保了煤礦的安全生產(chǎn)。

(2)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)一步提高了政府監(jiān)察部門對(duì)重特大煤礦事故的預(yù)防和安全監(jiān)察能力，是一種有效的超前預(yù)防性投入，能夠滿足監(jiān)察人員有效、全面、及時(shí)地掌握煤炭企業(yè)的生產(chǎn)信息和監(jiān)管監(jiān)察信息，督促煤炭企業(yè)落實(shí)企業(yè)的主體責(zé)任，同時(shí)也提高了政府監(jiān)管部門的信息化監(jiān)管水平。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦信息化正向信息擴(kuò)展、高度集成、綜合應(yīng)用、自動(dòng)控制、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、智能決策的方向發(fā)展。基于GIS的煤礦監(jiān)察綜合信息展現(xiàn)系統(tǒng)的建立，正是為了充分利用計(jì)算機(jī)信息化手段來(lái)指導(dǎo)安監(jiān)執(zhí)法工作和煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)活動(dòng)，目的就是將各煤礦生產(chǎn)單位、監(jiān)督管理部門以及救護(hù)、法制等相關(guān)部門的基本信息進(jìn)行全面、系統(tǒng)的匯總，并通過(guò)地理信息技術(shù)進(jìn)行展示與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息的快速查詢與目標(biāo)定位，提高信息決策的效率，其應(yīng)用將使我國(guó)的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)察與應(yīng)急救援更加規(guī)范與科學(xué)。

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