基于WebGIS的煤礦應急救援管理指揮系統研究

吳 兵 華明國 倪英杰 董文童

（1.中國礦業大學（北京）資源與安全工程學院，北京市海淀區，100083；2.北京金石科信技術有限公司，北京市海淀區，100083）

基于WebGIS的煤礦應急救援管理指揮系統研究

吳 兵1華明國1倪英杰2董文童1

（1.中國礦業大學（北京）資源與安全工程學院，北京市海淀區，100083；2.北京金石科信技術有限公司，北京市海淀區，100083）

根據開灤集團國家級礦山應急救援基地的實際需要，將網絡地理信息系統（WebGIS）引入到礦山救援中，并結合應急救援流程開發完成了煤礦應急救援管理指揮系統。介紹了系統的機構組成及相互關系，確定了系統的需求分析及功能要求，設計了系統的總體架構和每個子系統的功能，并依據系統功能設計了數據庫。目前，系統已經在開灤應急救援基地實際運行，運行結果表明，該系統能夠分析處理大量現場數據，為有效實施應急救援提供了保障。

應急救援 救援基地 國家級礦山 地理信息系統

我國煤礦地質賦存條件復雜且災害種類多，這導致了煤礦重特大事故時有發生，嚴重威脅著礦井人員的生命安全和企業的正常生產。及時有效的應急救援行動是防止煤礦災害進一步擴大、減少人員傷亡和財產損失的有效手段。煤礦發生事故后，如果能及時啟動應急救援程序并采取有效的救援措施，可以在很大程度上減少人員傷亡，降低事故損失。因此，需要一套能及時啟動應急救援程序、有效控制危險源、指揮搶險救援人員和估算井下危害程度等的煤礦應急救援綜合指揮平臺，該平臺能在平時管理和培訓相關技術人員，在發生災害時快速利用監測數據分析事故情況，而且能夠有序地管理應急救援實施過程。

1 系統的機構組成

應急救援管理指揮系統由應急指揮中心、現場指揮中心、支持保障機構、媒體中心和信息管理中心5個機構組成，每個機構要根據事故情況協調配合，保證應急物資的合理分配和人員之間的有效協作，最終將事故現場的人員傷亡及財產損失降至最低。各機構的信息交流關系如圖1所示。

圖1 應急救援管理指揮系統組織機構運作關系

2 系統實現的技術研究

2.1 WebGIS簡介

WebGIS是一種基于B／S模式的Internet GIS，從技術角度看，WebGIS具有以下基本特征：（1）通過Web服務器發布動態的Web應用；（2）客戶端是IE、Chrome、Firefox等Web瀏覽器，用戶通過瀏覽器與地圖交互；

（3）WebGIS是基于HTTP協議的B／S模式的分布式GIS，WebGIS產生的真正意義在于它將GIS應用從專業領域推向了大眾化服務，同時為地理信息共享提供了方便而有效的途徑。

2.2 WebGIS平臺選擇

目前國內外許多廠家都推出了ArcIMS、MapGuide、MapXtreme、GeoMedia、WebMap、GeoSurf、TopMap等WebGIS解決方案，通過對比各種WebGIS開發平臺，本系統選擇Autodesk MapGuide做為應急救援系統的開發平臺。MapGuide是Autodesk公司推出的一款WebGIS地圖發布軟件，用戶能夠使用瀏覽器就可以非常方便地瀏覽地圖數據，而且用戶可以像Google Map那樣快速地開發和部署WebGIS的應用和服務。

3 系統的分析與設計

煤礦的地理信息數據較為復雜，信息量大且沒有統一的規范模式要求。必須在徹底了解煤礦應急救援流程的基礎上，采用結構化系統分析的方法逐步地將煤礦應急救援需求加入到系統之中，有條理且清晰地表述信息并反映在軟件系統中，進而使煤礦的應急救援更加有效。

3.1 需求分析

需求分析是WebGIS系統開發具有決定性的一步，是整個系統成功與否的關鍵，所以在進行需求分析的時候，一定要結合使用單位的實際情況，在徹底了解和研究整個流程之后才能編寫出完善的需求分析。只有通過WebGIS軟件需求分析，才可以將整個系統的功能和性能的總體概念描述為具體的WebGIS需求說明，從而為軟件開發奠定堅實的基礎。

3.2 系統軟件開發流程及設計原則

對于煤礦應急救援軟件來說，同樣遵循軟件設計開發的一般流程，即軟件的開發按照漸增模式，在開發的時候先按照需求說明開發出一個基本的框架和平臺，通過運行和測試整個系統得到的經驗和反饋不斷完善整個系統，直到客戶和軟件開發人員滿意為止。根據軟件的實際開發要求并集合軟件本身的特點，我們提出了先進性、可靠性、實用性和可擴展性原則。

3.3 系統體系結構設計

3.3.1 總體結構概述

應急救援管理指揮系統包含礦井應急資源、應急預案、應急案例、技術文檔圖件、技術專家、相關法規標準以及應急中的重要信息管理等內容。應急救援系統通過計算機技術、網絡技術、通訊技術、GIS技術以及GPS技術的共同運用，實現災害事故信息動態獲取、科學制定應急救援方案、應急救援決策及時下達、應急救援決策執行信息及時和動態獲取，實現煤礦應急救援指揮、決策和救援的聯動，從而為應急救援提供輔助決策支持。

3.3.2 子系統設計

（1）應急救援信息管理系統。該部分主要實現煤礦應急救援物資的管理、應急救援隊伍管理、應急機構信息管理、應急預案的存儲查詢、專家查詢、事故案例管理、技術資料管理等。在事故發生時能迅速查找到相關技術資料，急時聯系到救援人員及專家。

（2）應急救援綜合指揮系統。應急求援綜合指揮是實現應急指揮圖、應急信息管理、應急調度管理、監測信息、遠程通訊和會議的系統。該部分能在事故應急救援中及時獲取實時信息，并保障通訊順暢和調度的有序進行。

（3）救援基本管理信息系統。該部分包括工作日志、技術管理、裝備管理、學習訓練、人員管理、車輛管理等內容，主要負責應急救援基地的日常運行。

（4）救援培訓演練系統。該部分包括培訓計劃、培訓班管理、教案管理、在線培訓、題庫管理、證書管理、火災演練、水災演練等內容，主要負責應急救援人員的日常培訓和演練。

（5）實訓礦井管理系統。該部分包括監控平臺、演練管理、新裝備測試等內容，主要負責救援人員虛擬現實的培訓及實際演習巷道的訓練管理。

3.4 數據庫的選擇與設計

3.4.1 數據庫的選擇

數據庫理論經過了文件數據庫、層次數據庫、關系數據庫、面向對象數據庫、網絡數據庫等多種模式的發展過程，至今多種模式并存，但應用范圍最廣且應用程度最深應屬關系數據庫。綜合比較ACCESS、MYSQL、SQLServer和ORACLE數據庫，考慮系統數據量較大、需要高可靠性和易于維護等特點，最終選擇當前與.Net平臺集成性能最好的SQL Server 2008Enterprise R2數據庫。SQL server數據庫具有性能穩定、兼容性好、體系結構靈活、數據管理界面可視化、系統可靠性高、數據的安全性和保密性好、可擴展性好以及便于程序開發和后期完善等優點。

3.4.2 數據庫的設計

在了解了整個系統流程和明確了整個系統所要涉及的功能之后，就需要對整個信息系統進行數據庫設計。煤礦應急救援指揮系統的數據庫分為兩大類，一類是對象屬性數據，另一類則是空間圖像數據。應急救援管理指揮系統的數據表主要是應急救援指揮、日常應急管理和培訓演練，其數據庫先在E－R Studio專業數據庫軟件中設計完成，確定各個數據表之間的關系后導出數據庫設計的腳本，最后導入到SQL Server數據庫中。在E－R Studio專業數據庫軟件中的E－R關系模型有應急物資E－R模型、日常培訓及技術文檔E－R模型、應急事故ER模型、應急處理E－R模型、應急裝備管理E－R模型和培訓管理E－R模型。

4 系統實現的功能

應急救援管理指揮系統包括應急救援信息管理系統、應急救援指揮系統、救援基本管理信息系統、救援培訓演練系統和實訓礦井管理系統5個子系統，各子系統實現的功能如下。

4.1 應急救援信息管理系統

應急救援信息管理系統主要實現應急救援隊伍管理、應急機構信息管理、應急救援裝備物資管理、應急預案管理、專家庫管理、案例管理和技術資料管理。其中案例管理以事故分類的方式進行管理，主要對以往發生的事故進行匯總，對各類災害救災中采取的措施、采用的設備、救護隊行動、獲得的效果、救援經驗和注意事項以及事后救援技術進行總結，并按災害不同進行分類存儲。在對人員進行培訓時候，可以按照這些實例進行教育，并在發生事故時候提供相應的救援參考意見。

4.2 應急救援指揮系統

應急救援指揮系統主要實現現場應急救援指揮的一個綜合信息平臺，以軍隊設立作戰指揮平臺的構架設立，具有相對的獨立性，可以在救災現場迅速設立，并形成整個救災過程的信息處理和指令發布中心。應急救援指揮系統主要供救災指揮部使用，由救援基地負責日常維護，由現場指揮部安排相關人員和基地系統操作人員負責現場的系統運行。應急救援指揮系統包括指揮信息管理、應急調度管理、指揮圖、監測信息、遠程通訊和會議系統。

4.3 救援基本管理信息系統

救援基本管理信息系統主要實現救援基地所屬隊伍的日常管理。

4.4 救援培訓演練系統

煤礦重大災害的模擬演練和培訓是提高應急救援能力的一個重要手段，因此，救援培訓演練系統主要實現指揮員決策能力的提高培訓、救護隊能力的提高演練和煤礦員工救援知識的學習。救援培訓演練采用實際訓練、虛擬現實和動畫交互相結合方式進行。為了更好進行培訓管理，系統還包括應急救援培訓管理信息系統。

4.5 實訓礦井管理系統

實訓礦井管理系統包括井下巷道系統、人員提升系統、訓練環境模擬系統、監測系統、指揮調度系統、恢復系統以及安全保障系統等，實訓基地在荊各莊礦建設。實訓礦井的建設目的有兩個：一是針對救護隊進行必要的實際礦井救災演練；二是提供各類救援新技術和新裝備的井下試驗場所。

5 結語

本系統是針對開灤集團國家級礦山應急救援基地的實際需要而開發的，在本系統設計和開發過程中一直有救援基地的人員參與其中，這保證了系統開發的可操作性、科學性、針對性和實用性較強。通過對煤礦事故應急救援技術開展研究，利用計算機技術、網絡技術、空間數據技術和地理信息技術，根據煤礦事故應急救援的特點開發的基于WebGIS的煤礦應急救援指揮平臺實現了礦井環境信息的空間位置與屬性數據的有機結合，及時、準確、直觀和形象地將危險信息以圖形化的形式提供給救援人員，便于救援人員及時準確地決策，從而提高煤礦事故應急救援的能力，最終減小人員傷亡并將事故影響降至最低。

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［3］ 劉孝龍.煤炭企業勞動安全保護存在的問題及對策［J］.生產力研究，2010（10）

［4］ 岳寧芳.煤礦重大災害事故應急能力評估指標體系的構建［J］.煤炭技術，2009（2）

［5］ 李寧.基于GIS的崇義縣礦山應急救援系統的研究［D］.江西理工大學，2011

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［7］ 楊建軍，王天保.WebGIS在煤礦防救災管理系統開發中的應用［J］.煤礦安全，2005（8）

［8］ 王汝柱.探索礦山救援培訓新方法［J］.勞動保護，2012（2）

Research of mine emergency rescue command platform based on WebGIS

Wu Bing1，Hua Mingguo1，Ni Yingjie2，Dong Wentong1
（1.Faculty of Resources and Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China；2.Beijing Jinshi Kexin Information Co.，Ltd.，Haidian，Beijing 100083，China）

Aimed at the actual requirements for emergency rescue base of Kailuan Group，an emergency rescue management command system for coal mines was set up on the basis of Web Geographic Information System（WebGIS），according to the emergency rescue procedures.The constitutions of the system and their relationship were introduced，and the demand analysis and functional requirements of the system were determined.Moreover，the overall system architecture and the functions of each subsystem were designed，and the database was set up according to the system functions.At present，the system has been applied to the Kailuan Group Emergency Rescue base.The results indicated that the system could analyze and process a lot of field data，providing aguarantee for the effective implementation of emergency rescue.

emergency rescue，rescue base，national mine，geographic information system

TD－91

A

吳兵（1967－），男，山西陽泉人，教授，博士生導師，主要從事礦井通風、火災防治、瓦斯抽放、礦山應急救援、災害數值仿真和虛擬現實技術等研究。作為主要研究成員參與了國家“八五”攻關，“十五”攻關和國家自然基金項目的研究。參與并承擔了多項礦山災害防治、救災及技術、安全管理方面的橫向、縱向課題研究，獲得省部級科技進步獎多項，出版著作3部，2006年被聘為第四屆國家安全生產專家組成員。

（責任編輯 路 強）