基于GIS的煤矿安全监控系统应急联动子系统的设计与实现

段传谊

摘要：根据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》中有关应急联动的要求,针对井上下应急联动场景,设计并实现了基于GIS的煤矿安全监控系统应急联动子系统。该系统通过数据交换接口收集安全监控系统的属性数据和实时数据,通过在线图形编辑、图属一体化数据关联与坐标匹配等手段,将GIS技术同煤矿井下安全监控系统、人员定位系统、应急广播系统等多个系统有机融合,在发生瓦斯超限、故障、报警等需要大量人员撤离等情况时,利用GIS的空间计算能力,结合事先设定好的应急区域及联动策略,快速定位到事故区域,并计算出需要通知的人员范围和能够调动的应急广播等资源,为煤矿井下应急救援提供有力保障。

关键词：安全监控系统;矿井应急联动;GIS;应急辅助决策;

引言

煤矿安全监控系统是煤矿安全生产的重要保障系统,也是安全避险“六大系统”的重要组成部分,已纳入国家安全生产监督管理总局确定的安全生产“七大攻坚举措”。同时煤矿安全监控系统监测甲烷、一氧化碳等也是煤矿灾害感知方面重要的技术保障。

国家煤矿安监局《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》通知中明确提出“监测监控与GIS技术的有机融合”,“在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下,可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动”的要求。因此,井下多系统融合实现应急联动是煤矿安全监控系统升级改造的重要发展方向。

1应急联动子系统设计

1.1系统场景设计

应急联动系统是安全监控系统中重要模块,本文通过对煤矿井上和井下应急业务流程的梳理,并结合矿山现有的信息化现状,在充分整合矿用安全监控、人员定位、应急广播等系统数据的基础上,设计了井上和井下两种应急联动场景,为矿山应急救援决策支持提供依据。

1.2系统总体框架

基于以上场景,将整个子系统架构分为3层,从下往上依次是数据层、服务层和应用层。数据层是数据存储中心,负责收集安全监控分站、传感器、人员定位分站、应急广播等系统上传的实时数据和历史数据,同时还负责存储和管理空间数据,包括由各个矿提供的采掘工程平面图数据加工转换而来的SHP数据、PostGIS数据以及CAD数据等;服务层是将底层数据发布成标准WebService服务,并提供给应用层使用;应用层负责调用服务层提供的服务,完成各个业务功能。本系统建设的内容重点位于应用层。

1.3系统功能设计

根据系统的场景和框架,结合煤矿应急联动业务需求,将本系统划分成4大块,系统的总体功能结构如图1所示。

(1)底图初始化功能。基于煤矿的采掘工程平面图(CAD格式),制作出具有巷道、设备布置的背景图,并作为背景图提供给其他功能模块调用。

(2)图形编辑设置功能。该功能包括设备标绘和区域设置。设备标绘是以GIS矿图作为背景底图,用鼠标交互的方式在矿图上标绘出安全监控传感器、人员定位分站、应急广播等设备的地理坐标,并将其与相应的设备属性数据进行关联匹配。区域设置是以GIS矿图作为背景底图,用鼠标交互的方式在矿图上标绘出应急联动区域,并计算出该区域的面积、周长,统计该区域所包含的安监传感器、人员定位分站、应急广播数量等信息,并提供添加和删除功能,以便手动对各区域包含的各类设备进行管理。区域设置同时还应提供应急联动策略设置功能,对触发应急联动的通知条件和撤离条件进行设置。

(3)地图综合展示功能。具有放大、缩小、漫游、定位以及鹰眼、测距、坐标显示等GIS基本功能,同时能综合展示各类安监传感器、人员定位分站、应急广播以及各个区域的地理位置和与之相关联的属性信息。

2系统实现

煤矿应急联动子系统是一个综合性的系统,包括的内容较多,本文着重介绍与GIS密切相关的图层分类标准体系的建立以及矿图底图导入、设备数据采集与关联、区域设置及联动策略、应急联动报警和处置等功能模块的实现思路。

3关键技术

考虑到目前一般的煤矿Web信息系统对图形分析功能要求不高,而且大多采用Java平台开发,为保证程序的兼容性和快速开发需求,选择GeoServer作为地图服务发布和管理平台。地图客户端采用OpenLayers来进行地图服务展示,并运行在RestWebService平台上,采用MushUp多源数据融合技术,能提供基本的地图漫游、图层叠加、属性查询等功能。

3.1基于Web的在线图形编辑

图形对象的在线编辑一般需满足以下需求,即对象绘制、对象编辑、对象删除、对象展示。实现图形的在线编辑,最主要的是数据的存储方式,即将客户端鼠标屏幕上使用鼠标交互得到的数据的几何对象(Geometry)保存下来,并后续可以转换为shp数据。本文采用的处理方式为将浏览器端绘制的Geometry对象转换为WKT(Well-knowntext)格式存储在数据库中,在Oracle数据库中,用Clob存储WKT即可。

3.2图属一体化数据关联与坐标匹配

在煤矿应急联动子系统中,与应急设备有关的信息大体可以分为3类:第1类为设备的属性信息,即设备的静态类信息(存储于关系数据库中),包含设备编号、名称、安装地址、创建时间等信息;第2类为设备的实时信息(存储于MongoDB库中),即存放设备动态类信息,包含设备的监测状态、监测值、最近报警时间、最近故障时间等;第3类为设备空间地理类信息,包含设备地理位置、大地坐标、高程等(存储于空间库中)。本系统是通过图属一体化数据关联与坐标匹配的方式在这3类信息之间架起一个互通的“桥梁”,通过鼠标交互的方式将属性数据、实时数据和空间数据进行自动关联和匹配,建立设备管理信息库(MIS)、设备实时信息库与应急联动空间库(GIS)之间的关联,为后续基于位置区域的应急联动空间计算做准备。

4应用效果

目前,国家能源集团多网多系统融合安全监控系统连同应急联动子系统已取得煤安认证,目前已启动示范矿井试点应用,后续将在国家能源集团推广。研究成果为国家重点研究计划项目“2016YFC801800煤矿重特大事故应急救援技术及装备”研发智能化应急预案和辅助决策等应急救援技术及装备奠定了基础。

5结论

(1)针对《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》中应急联动及融合GIS系统的要求,结合矿井应急联动场景,设计了一种基于GIS的应急联动系统,介绍了总体框架和系统实现。

(2)基于统一的煤矿应急联动图层分类标准,导入矿图底图数据,采集设备数据并实现矿图位置与设备关联,设置联动策略,实现了基于GIS的应急联动系统,有效解决了安全监控、人员定位、广播等子系统割裂的问题。

(3)通过在线图形编辑、图属一体化数据关联与坐标匹配等手段,在发生瓦斯超限、故障、报警等需要大量人员撤离等情况时,利用GIS的空间计算能力,结合事先设定好的应急区域及联动策略,快速定位到事故区域,并计算出需要通知的人员范围和能够调动的应急广播等资源。

(4)实践应用表明,基于GIS的应急联动系统能够有效提高应急响应效率,为煤矿井下应急救援提供有力保障,具有推广价值。

参考文献

[1]汪丛笑.煤矿安全监控系统升级改造及关键技术研究[J].工矿自动化,2017,43(2):1-6.

[2]孙继平,钱晓红.煤矿事故与应急救援技术装备[J].工矿自动化,2016(10):1-5.