基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)

吳佳怡，　韓李濤, 2，　石孟，　類延輝

(1.山東科技大學(xué) 測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 青島　266510；2.海島(礁)測(cè)繪技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島　266510；3.山東省天元信息技術(shù)股份有限公司 青島分公司， 山東 青島　266510)

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經(jīng)驗(yàn)交流

基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)

吳佳怡1，韓李濤1, 2，石孟3，類延輝1

(1.山東科技大學(xué) 測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 青島266510；2.海島(礁)測(cè)繪技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島266510；3.山東省天元信息技術(shù)股份有限公司 青島分公司， 山東 青島266510)

針對(duì)煤礦開采的特殊性和采礦團(tuán)隊(duì)管理過程中軌跡跟蹤、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、分布熱力圖分析、緊急救援、興趣點(diǎn)標(biāo)注等關(guān)鍵問題，設(shè)計(jì)了基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以GIS、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、射頻識(shí)別與無線監(jiān)控技術(shù)等為主要技術(shù)手段，將屬性數(shù)據(jù)信息與地理空間信息關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)了井上井下管理智能化、團(tuán)隊(duì)管理數(shù)據(jù)分析可視化、成員分布實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化以及成員間即時(shí)通信等功能。

井下人員定位； 采礦團(tuán)隊(duì)管理；GIS； 軌跡跟蹤； 空間信息可視化

網(wǎng)絡(luò)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(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著舉足輕重的作用，但煤炭開采是一項(xiàng)危險(xiǎn)系數(shù)高且復(fù)雜的工程。由于煤礦地址不能自由選擇以及礦床工業(yè)儲(chǔ)量的局限性，采礦設(shè)備和人員經(jīng)常隨采礦進(jìn)程和加工對(duì)象轉(zhuǎn)移。因此，對(duì)采礦團(tuán)隊(duì)進(jìn)行管理是非常重要的。

傳統(tǒng)的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)——煤礦井下工作人員管理系統(tǒng)[1-3](ManagementSystemforUndergroundPersonnelinCoalMine)只局限于管理礦井工作人員，著重監(jiān)測(cè)井下人員位置、限制區(qū)域出入、工作區(qū)人員數(shù)量以及活動(dòng)路線等，井下井上信息交互相對(duì)較弱，井上管理層礦區(qū)分析、整體規(guī)劃等問題并未涉及，并且其所得信息多以數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)，很難讓團(tuán)隊(duì)成員從冗雜抽象的數(shù)據(jù)表格中掌控礦區(qū)的分布狀況和發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)以上問題，筆者設(shè)計(jì)了基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將屬性數(shù)據(jù)信息與地理空間信息關(guān)聯(lián)起來，以直觀可視的形式呈現(xiàn)給團(tuán)隊(duì)成員，在井下可為團(tuán)隊(duì)成員提供位置信息實(shí)時(shí)共享、位置跟蹤定位、路徑導(dǎo)航、興趣點(diǎn)標(biāo)注等相應(yīng)服務(wù)；在井上的總體監(jiān)控中可實(shí)現(xiàn)空間信息查詢、空間數(shù)據(jù)分析以及空間可視化表達(dá)，并可構(gòu)建專題圖、熱力圖等，實(shí)現(xiàn)了礦井安全與管理平行發(fā)展。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)要求對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的集中管理與分發(fā)，考慮到移動(dòng)端設(shè)備存儲(chǔ)、計(jì)算能力有限，不可在移動(dòng)端平臺(tái)上部署大型應(yīng)用程序，因此，該系統(tǒng)采用B/S的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。井下移動(dòng)端以井下定位裝置為基礎(chǔ)，通過無線通信基站連接工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，獲取需要的數(shù)據(jù)并將位置信息和請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)器端。服務(wù)器接收并解析井下移動(dòng)端的請(qǐng)求和數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并將井下移動(dòng)端需要的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出,且以特定的格式發(fā)送給井下團(tuán)隊(duì)，從而實(shí)現(xiàn)井下移動(dòng)端與服務(wù)器的交互。地面交換機(jī)將地面網(wǎng)絡(luò)與井下網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，地面移動(dòng)端通過服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取井下作業(yè)團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)位置信息，并通過服務(wù)器端進(jìn)行實(shí)時(shí)通信[4-5]。基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1服務(wù)器端設(shè)計(jì)

基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)包括服務(wù)器端和移動(dòng)端2個(gè)部分。其中服務(wù)器端主要用于上傳用戶請(qǐng)求，下達(dá)服務(wù)響應(yīng)，為用戶隨時(shí)隨地獲取基于位置的服務(wù)提供保障。

圖1　基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

服務(wù)器端采用WCF(服務(wù)層)、Model(數(shù)據(jù)訪問層)、BLL(業(yè)務(wù)邏輯層)3層架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了“高內(nèi)聚，低耦合”[6-7]。WCF(服務(wù)層)用于對(duì)外發(fā)布信息，即服務(wù)器的對(duì)外展示層，實(shí)現(xiàn)井上井下移動(dòng)端程序的交互，根據(jù)移動(dòng)端功能需求提供不同的服務(wù)，接收移動(dòng)端發(fā)送的數(shù)據(jù)和請(qǐng)求，將數(shù)據(jù)和請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至業(yè)務(wù)邏輯層，并將所需數(shù)據(jù)和處理結(jié)果反饋給移動(dòng)端。Model是服務(wù)器端的數(shù)據(jù)訪問層，其功能主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問，為數(shù)據(jù)庫(kù)的操作提供方便。BLL業(yè)務(wù)邏輯層是服務(wù)器整體架構(gòu)中最能體現(xiàn)核心功能的部分，對(duì)所有業(yè)務(wù)操作類進(jìn)行了封裝，例如編寫用戶登錄的所有過程程序，接收移動(dòng)端發(fā)送的賬號(hào)密碼數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷，與數(shù)據(jù)層進(jìn)行交互查找并將查找結(jié)果返回到WCF層，然后反饋給移動(dòng)客戶端。

1.2移動(dòng)端設(shè)計(jì)

井下移動(dòng)端和井上移動(dòng)端分別以井下定位系統(tǒng)[8-12]和Android系統(tǒng)作為平臺(tái)[13-16]。移動(dòng)客戶端開發(fā)將UI層、功能代碼層、引用資源等都進(jìn)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(biāo)以及地圖展示界面部署。功能代碼層主要開發(fā)存儲(chǔ)系統(tǒng)的具體功能，包括軌跡記錄與回放、路徑規(guī)劃、標(biāo)注點(diǎn)添加、刪除等。移動(dòng)客戶端除了要進(jìn)行與服務(wù)器的交互外，還要在本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，引用資源層，盡量減少不必要的數(shù)據(jù)傳輸，選取輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite為客戶端。井上移動(dòng)端地圖展示模塊選取百度地圖API進(jìn)行開發(fā)，引用百度地圖的AndroidSDK和定位SDK開發(fā)包進(jìn)行地圖的調(diào)用和開發(fā)。井下移動(dòng)端采用由CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成矢量數(shù)據(jù)、利用SQLServer2008R2數(shù)據(jù)庫(kù)，通過ADO.NET實(shí)體數(shù)據(jù)模型和EntityFramwork數(shù)據(jù)解決方案，作為中間層對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)完全對(duì)象化的方法連接與訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)移動(dòng)端總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2　移動(dòng)端總體架構(gòu)

1.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在實(shí)際的運(yùn)行中，采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)中主要數(shù)據(jù)除了位置點(diǎn)數(shù)據(jù)外，還有其他的人員信息、團(tuán)隊(duì)信息、通信信息等較多的屬性數(shù)據(jù)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)需要及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)以保證團(tuán)隊(duì)管理員能實(shí)時(shí)監(jiān)控團(tuán)隊(duì)成員及與團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行及時(shí)通信。然而，有些數(shù)據(jù)不需要與服務(wù)器進(jìn)行交互，但需要存儲(chǔ)在移動(dòng)端的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)分布式管理和交互式訪問，提高檢索效率，系統(tǒng)采用了服務(wù)器端關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MicrosoftSQLServer與輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite相結(jié)合的模式。對(duì)系統(tǒng)使用過程中用戶發(fā)生的所有操作都增加空間坐標(biāo)字段，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的空間化改造。在可視化處理過程中再通過坐標(biāo)信息實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)交互。

2　系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)

基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)主要功能模塊包括綜合管理模塊、個(gè)人模塊、團(tuán)隊(duì)模塊等，如圖3所示。

2.1個(gè)人模塊和團(tuán)隊(duì)模塊

個(gè)人模塊主要實(shí)現(xiàn)個(gè)人基礎(chǔ)信息管理，包括位置定位與顯示、軌跡記錄與回放、路徑規(guī)劃、標(biāo)注點(diǎn)添加、刪除等，主要用于記錄礦工進(jìn)出礦井時(shí)刻、出入限制區(qū)域、出入巷道分支方向等。采礦團(tuán)隊(duì)成員分布較為分散，接觸面積大，礦工對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)、爆破點(diǎn)、興趣點(diǎn)等進(jìn)行標(biāo)記，有利于幫助整個(gè)團(tuán)隊(duì)成員對(duì)礦區(qū)的整體把握，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)可視化展示。

圖3　基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)主要功能模塊

團(tuán)隊(duì)模塊除實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)建、刪除、設(shè)置信息共享權(quán)限等基礎(chǔ)功能外，還可實(shí)現(xiàn)礦工團(tuán)隊(duì)成員的位置信息共享、軌跡上傳與查看等功能。本系統(tǒng)借助團(tuán)隊(duì)模塊，優(yōu)化了井上與井下交互功能，井上的控制平臺(tái)及指揮中心可實(shí)時(shí)了解井下礦工隊(duì)員的動(dòng)向并隨時(shí)向團(tuán)隊(duì)成員下達(dá)指令，管理人員、技術(shù)人員、安檢人員等通過服務(wù)器端獲取井下地圖信息、礦工位置信息，可視化調(diào)動(dòng)采礦工作人員，接收和發(fā)送緊急救援信號(hào)與應(yīng)急路線導(dǎo)航，接收?qǐng)F(tuán)隊(duì)警示點(diǎn)警告等。

2.2綜合管理模塊

綜合管理模塊以GIS作為基礎(chǔ)平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間可視化展示和查詢，并依據(jù)空間分析功能，為管理層提供發(fā)展依據(jù)。

在空間可視化方面，采礦團(tuán)隊(duì)管理人員通過服務(wù)器調(diào)用百度地圖，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的屬性數(shù)據(jù)，可以快速通過項(xiàng)目關(guān)鍵詞檢索礦井所在地并獲取屬性信息(如閉礦項(xiàng)目施工周期、投產(chǎn)礦井項(xiàng)目進(jìn)程、建礦項(xiàng)目施工計(jì)劃等)，并可在WebGIS頁(yè)面上發(fā)布鏈接地址，實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)生成各種形式的專題圖。本系統(tǒng)中采礦團(tuán)隊(duì)管理層可以對(duì)礦井分布情況、市場(chǎng)需求分布變化、采礦進(jìn)程難易度等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(chǎng)信息分布模擬圖(圖5)為例，用戶錄入日常數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)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(guó)各省級(jí)行政區(qū)內(nèi)采礦工程分布數(shù)量，并且看到開發(fā)礦井工程建礦、閉礦有效信息和無效信息的比例數(shù)量，綜合多個(gè)年份的采礦工程分布信息專題圖，為采礦工程發(fā)展宏觀決策提供信息參考。

圖5　礦井市場(chǎng)信息分布模擬

此外，采礦團(tuán)隊(duì)管理層可以針對(duì)單條或多條軌跡數(shù)據(jù)記錄，結(jié)合礦井地圖巷道分支，優(yōu)化礦井通風(fēng)口、井下排水點(diǎn)、供電設(shè)施位置等。

3　結(jié)語(yǔ)

基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了采礦團(tuán)隊(duì)管理工作模式的創(chuàng)新，GIS可視化平臺(tái)極大加強(qiáng)了井下團(tuán)隊(duì)成員有效位置的管理，實(shí)現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)成員位置信息實(shí)時(shí)共享、位置跟蹤定位、路徑導(dǎo)航、興趣點(diǎn)標(biāo)注等功能，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)空間信息查詢、空間數(shù)據(jù)分析以及空間可視化表達(dá)等功能，并可構(gòu)建專題圖、熱力圖等，為團(tuán)隊(duì)管理人員提供了高效的地圖服務(wù)。

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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(zé)任編輯：張強(qiáng)。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201381)；山東省自然科學(xué)杰出青年基金項(xiàng)目(JQ201113)；海島(礁)測(cè)繪技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(2012A04)。

吳佳怡(1991-)，女，山東青島人，碩士研究生，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)，E-mail:641857437@qq.com。

TD67

A網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-04-29 11:34

吳佳怡，韓李濤，石孟，等.基于GIS的采礦團(tuán)隊(duì)管理系統(tǒng)[J].工礦自動(dòng)化，2016,42(5)：81-84.