煤礦事故動畫與信息查詢系統設計與實現

李昂 刁秀麗 程成

摘 要：從能源安全教育需求出發，針對當前煤礦事故安全教育培訓存在的問題，如培訓內容呈現方式單一、培訓效果不理想等，利用多媒體交互動畫制作技術實現煤礦事故動畫與信息查詢系統。其中煤礦動畫演示模塊可生動形象地為用戶全面演示煤礦事故現場，展示事故流程圖和受害者位置圖等詳細情況;煤礦信息查詢模塊可實現用戶對歷年歷次煤礦事故信息的多模式查詢。該系統煤礦事故信息豐富、內容呈現立體化且操作簡單便捷，可在多平臺穩定運行，在能源安全教育中具有較高的可推廣性和借鑒性。

關鍵詞：數字礦山;煤礦事故;動畫;信息查詢;安全教育

DOI：10. 11907/rjdk. 201143 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）005-0141-05

0 引言

近年來，國內外煤礦安全生產狀況呈現出總體平穩、趨于好轉的態勢，但事故總量仍然很大，重、特大事故時有發生，煤礦安全形勢依然十分嚴峻。針對煤礦安全問題，中國政府提出了“國家監察、地方監管、企業負責”的安全監管體系。煤礦安全是國內外學者重視和關心的熱點問題，他們從自身不同學科研究方向出發，從不同側面切入，對目前煤礦安全問題進行了理論研究，包括煤礦企業工傷保險體系建設、煤礦企業安全生產監管、煤礦行業從業者安全意識等。其中對煤礦行業從業者安全意識的研究是焦點，如何有效開展煤礦企業職工、經營者健康和安全知識培訓，對所有礦工進行崗前培訓等是學者、企業、政府部門關注的內容。

通過對煤礦安全教育情況實地調研及相關文獻研究可知，目前應用較廣泛的安全培訓方式大多是安排相關人員對煤礦安全規程等進行統一理論學習，用文字介紹礦井事故經過、原因分析、處理結果及防范措施等內容[1]。純文本的學習內容枯燥乏味、抽象難懂、不易掌握，大多數礦業工作人員對安全規程學習沒有主動性。為了使相關人員對災難發生過程建立形象的認識，亟待一種新的培訓方式。

文獻[2-3]將煤礦安全規程、歷史煤礦安全事故等制作成動畫，用動畫詮釋、演繹煤礦安全規程及煤礦安全事故，視角獨特、手法新穎，將科學、嚴謹的理論知識變得直觀、生動形象、通俗易懂，激起了企業職工、管理者及礦工學習興趣，取得了很好的宣傳、教育效果，使礦工進一步明白安全生產重要性，更加重視一些細小錯誤從而減少違規操作情況，在一定程度上降低了煤礦安全事故發生頻率。但研究缺乏對煤礦事故信息的系統梳理，只提供了部分煤礦事故動畫;文獻[5-8] 重點研究了不同煤礦事故發生的原因和控制技術，為后續研究提供了可參考的資料;文獻[9-10]研究了煤礦安全管理信息系統設計與實現，主要側重與煤礦安全生產相關的信息收集、加工處理、統計、分析等操作，以便用戶及時發現問題并進行整改，該系統不是直接針對用戶的煤礦安全教育平臺，因此不方便直接用于煤礦安全教育。

針對目前煤礦安全教育研究中存在的問題，本文煤礦事故動畫與信息查詢系統充分利用多媒體網絡技術，采用融圖片、文字、動畫及聲音為一體的多媒體方式，全面演示8種煤礦事故現場、事故流程圖和受害者位置圖等各類詳細情況，并在動畫的襯托下，達到圖文一體、聲情并茂、形象直觀的效果，給用戶以強大的視覺和聽覺沖擊，從而留下深刻印象。該系統信息查詢功能可幫助用戶查詢歷年歷次煤礦事故信息，并提供多種查詢條件供用戶選擇，使用戶快速定位到待查看煤礦事故息（發生地點、事故原因、事故性質、傷亡人數等），不斷提高廣大煤礦職工安全意識與能力，延長煤礦安全周期，為建設安全文明、高效節能的現代煤礦企業提供安全教育培訓。

1 煤礦事故動畫與信息查詢系統架構設計

1.1 總體架構

煤礦事故動畫與信息查詢系統由煤礦事故信息查詢模塊、煤礦事故動畫演示模塊、系統管理模塊和網絡傳輸模塊4部分組成。其中，煤礦事故信息查詢模塊信息查詢與顯示功能是系統核心功能，其作用是幫助用戶（礦區工作人員、管理員、學習者）通過某種搜索模式找到待查詢的煤礦事故信息;煤礦事故動畫演示模塊可直觀顯示煤礦事故產生的原因，其主要利用動畫交互功能加強用戶對煤礦事故發生時某一因素的記憶與重視;系統管理模塊作為系統管理端，管理系統煤礦事故數據審核、修改與維護，以及不同用戶權限管理;網絡傳輸模塊為系統在不同平臺顯示提供技術支持，該系統在聯網情況下可請求服務器數據，不聯網情況下可離線瀏覽系統中已有的經典煤礦事故信息與相關交互演示動畫。煤礦事故動畫與信息查詢系統總體架構如圖1所示。

1.2 動畫腳本設計

腳本是動畫制作的劇本，描述動畫中人物、地點、攝影角度、畫面時間及人物動作等。由于煤礦事故動畫演示是該系統主要功能之一，為此本文在文獻分析及對部分煤礦實地調研的基礎上，對煤礦事故進行整理和分類。該項工作主要分兩部分：對全國各礦區歷年煤礦事故信息進行整理、對煤礦安全事故進行分類。在此基礎上，設計系統煤礦事故動畫腳本主要包括頂板、瓦斯、機電、運輸、放炮、火災、水害和其它8類事故現場圖腳本，分為事故現場展示圖、流程圖、受害者位置圖等3類現場圖腳本。

2 煤礦事故動畫與信息查詢系統功能設計

該部分圍繞系統煤礦事故信息查詢模塊與煤礦事故動畫演示模塊兩大主要功能模塊進行設計，先闡述系統功能設計方案，再針對功能模塊細節進行設計。

2.1 設計方案

該煤礦事故動畫與信息查詢系統開發目的是幫助用戶對歷年歷次煤礦事故相關信息進行查詢，并以多種媒體形式顯示信息，其核心功能單一但擴展功能較多。因此，本文利用核心—路徑方法設計系統功能。

該設計方法以目標為導向，不從系統整體功能開始設計，而從核心內容入手，由內而外進行系統總體架構設計。其中，核心內容為煤礦事故信息查詢與顯示，動畫部分則為煤礦事故原因的直觀顯示。

核心—路徑設計方法包含3個關鍵要素：核心內容、向內路徑和向外路徑。核心內容是吸引用戶使用該系統的原因，該系統吸引礦區工作人員的要素是煤礦事故信息查詢功能，具體指從多角度展示相關信息，所以核心內容也可能帶有輔助信息。如交互動畫可作為核心內容的擴展，對煤礦事故的描述及再現均屬于核心內容。

設計前期需思考用戶（礦區工作人員、管理員、學習者）如何才能找到核心內容（煤礦事故信息）。 用戶可通過某種搜索模式找到核心內容，也可能直接搜尋待查詢的煤礦事故信息。因此設計系統時考慮了進入路徑和顯示優化兩個因素。系統為查詢后的顯示設置兩種方式，其中列表模式可清晰顯示某種條件下的煤礦事故數量，地圖模式則可使用戶對不同煤礦事故的分布產生直觀認識。

用假設的方式探索向外路徑。基于煤礦事故查詢特殊性，使用該系統的用戶在獲取煤礦事故信息后的行為非常統一，均對煤礦事故進行記錄或學習。為此，出于加強記憶的目的，系統增加動畫交互功能，可通過交互加強用戶對煤礦事故中某因素的記憶與重視。

3個關鍵要素均各有不同功能。向外路徑的引導作用巨大，它作為信息查詢和學習系統，目的是加深用戶記憶等;向內路徑保證可尋性，即如何讓用戶在系統中找到所需的煤礦事故資料。而從影響的角度看，向外路徑是為本文系統帶來更高知名度和使用量的關鍵。

2.2 功能模塊設計

基于上述設計方案，將煤礦事故動畫作為系統核心內容，主要通過Flash軟件內置的動畫技術、Actionscript3.0程序體系進行制作，將系統以SWF文件的形式呈現出來，模擬歷年歷次煤礦事故現場畫面。煤礦事故信息查詢功能采用分類的形式，通過詳細列出多種查詢條件供用戶選擇，使用戶可快速決定查看煤礦事故信息（發生地點、事故原因、事故性質、傷亡人數等）。信息查詢系統管理員可通過服務器管理軟件管理煤礦事故信息與演示動畫。同樣，管理員也可對煤礦事故相關信息及演示動畫進行添加、修改與刪除。

2.2.1 煤礦事故動畫模塊功能設計

煤礦事故動畫能夠充分利用多媒體網絡技術，采用融圖片、文字、動畫及聲音為一體的多種方式，全面演示事故現場、事故流程和受害者位置等各類事故主要情況，并在動畫襯托下，達到圖文一體、聲情并茂、形象直觀的效果，給觀者以強大的視覺和聽覺沖擊，從而留下深刻印象。該模塊分為演示動畫和交互動畫兩個部分，其中演示動畫部分按照煤礦事故傷亡性質可分成頂板、瓦斯、機電、運輸、放炮、火災、水害和其它8類事故，如圖2所示。為使用戶了解和體驗煤礦事故發生的真實原因和環境，利用交互動畫讓其自主操作動畫演示，如實時計算瓦斯濃度及限制瓦斯濃度顯示范圍、制作鼠標所處位置瓦斯濃度模塊和限制瓦斯濃度顯示范圍模塊。

煤礦事故動畫模塊設計思路如圖3所示，包括收集、整理煤礦事故資料，確定案例、制作動畫腳本、創建角色及動作、繪制場景，設計鏡頭、制作動畫、配音與合成、打包生成可執行文件或影片文件等步驟。具體流程為：首先對煤礦事故進行分類整理，針對各類不同事故制作不同動畫。先制作動畫事故現場圖，包括事故現場展示圖、流程圖、受害者位置圖等，利用動畫全面展示圖簽、動畫圖例、事故現場示意圖和受害者位置圖;根據煤礦事故類別分別按照死亡、重傷、非人身事故3種情況進行視頻演示。流程圖根據不同礦井事故類別進行選取設計，各類事故應有事故地點局部系統圖、事故全程回放、事故原因分析和安全提示等;在受害者位置圖中標明受害者位置和相對尺寸，圖文說明受害者傷害方式、受傷部位和受傷性質。利用動畫軟件加入聲音、文字、背景音樂等內容合成動畫，充分再現煤礦事故發生時的情景。

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2.2.2 煤礦事故信息查詢模塊功能設計

為實現系統功能，需對查詢軟件進行相應設計，包括界面設計與功能設計。界面整體設計直接影響功能實現便捷性和可靠性，影響用戶對系統認可與評價。因此本文系統查詢模塊在制作前需先經過效果圖——交互方式模擬測試。

根據煤礦安全事故教學內容的設計安排，煤礦事故信息查詢模塊分為查詢與瀏覽兩個功能，查詢功能又分為時間查詢、地點查詢、煤礦事故類型查詢、事件性質查詢、災害等級查詢、傷亡人數查詢和有無動畫演示查詢。煤礦事故信息查詢功能結構如圖4所示。根據煤礦事故信息顯示需要，瀏覽功能分為地圖瀏覽和列表瀏覽兩種方式。

3 煤礦事故動畫與信息查詢系統實現

系統功能設計進一步界定了系統功能模塊。根據總體設計及系統需求分析，該部分闡述系統主要功能模塊詳細實現過程。

3.1 煤礦事故動畫制作

該系統煤礦事故動畫的作用主要是為煤礦工人提供安全教育，在煤礦事故發生時起到警示自身安全的作用，因此需充分發揮動畫多媒體特性，從教育性、知識性、科學性與藝術性等方面設計培訓內容。其關鍵在于制作形象逼真的動畫事故現場圖，包括事故現場展示圖、流程圖及受害者位置圖等，該部分采用動畫制作軟件Flash為主要制作工具，同時以圖形繪制軟件Illustrator為輔助設計工具，利用二維動畫的展示方式，全面展示圖簽、動畫圖例、事故現場示意圖和受害者位置圖。按運輸、頂板及機電等8大類別分別制作事故現場動畫，并按照死亡、重傷、非人身事故3種情況分別進行視頻演示。

為突出動畫教育性，每個煤礦事故演示從事故簡介、事故過程演示、事故原因分析及安全提示4個方面制作動畫內容，如圖5動畫首界面所示。利用文字、圖形、動畫和音頻一體化界面，模擬仿真事故發生過程，通過動畫呈現逼真效果，刺激學員多種感官，形象化、立體化和生動化地呈現教學內容，便于學員理解煤礦事故發生原因，提升培訓學員自我安全保護意識，使其在面臨各種災害時能果斷、正確選擇搶險逃生等處理步驟，從而降低災害危害程度，保障事故發生后生命財產安全。部分事故發生過程模擬場景如圖6所示。

該部分系統中的交互動畫利用ActionScript 3.0開發技術實現，如瓦斯爆炸與煤塵爆炸動畫（見圖7）中的瓦斯濃度檢測效果，系統會實時檢測鼠標所指位置瓦斯濃度，得出具體數值后顯示在屏幕右下角。其作用原理為：在屏幕上建立直角坐標系，通過監聽器函數，檢測鼠標運動，當發現鼠標進行運動時，消息發送給響應函數，函數檢測鼠標到固定某點的距離，通過鼠標所處坐標按照距離方法計算間距，并根據得出的距離套用瓦斯濃度計算模型，計算瓦斯濃度并在屏幕上顯示，如圖8所示。

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3.2 煤礦事故信息查詢模塊實現

該模塊是系統核心功能，是用戶開展煤礦安全教育的直接入口，為此重點考慮信息查找快捷性、信息展示直觀性和交互性、功能實現的可靠性，包括界面制作和查詢功能，以實現兩個階段的工作。

在開發前首先使用Photoshop和Flash對系統界面交互方式進行模擬測試。Photoshop用于效果圖制作，Flash用于交互模擬，可將效果圖制作成交互動畫，通過偽軟件操作的方式真實模擬軟件交互模式。在測試中，將多個效果圖進行排列，檢測界面效果一致性和友好度，同時可很清楚地探明整個軟件交互過程中可能發生的狀況，并提出改進方案。大量交互測試研究后，確定軟件整體基本界面如圖9所示，可通過信息查詢界面進行查詢，由于涉及數據顯示，因此瀏覽界面設計也非常重要，本文系統將查詢與瀏覽界面整合為一體（左面是查詢界面，右面是瀏覽界面）。

在查詢功能實現階段，與交互動畫一樣選用ActionScript 3.0開發技術，制作過程中具體涉及類庫引用、事件監聽器聲明、ComboBox組件響應、查詢事件響應函數、重置事件響應函數、模式切換響應函數和網絡通信預留接口等關鍵技術環節。根據信息顯示的需要，實現地圖方式和列表方式兩種信息瀏覽模式。無論是哪種瀏覽方式，瀏覽界面整體窗口均不發生變化，只在瀏覽框中改變表現形式。查詢模塊和瀏覽模塊聯動效果如圖10所示。

該系統采用圖片、動畫及文字等多種媒體手段展示煤礦事故信息，不僅具有易于控制、直觀性強及信息量大等優點，同時也給用戶帶來了強烈的視覺沖擊，使系統特色鮮明，從而有利于激發用戶學習興趣，提高學習效率。

4 結語

本文根據當前能源安全教育需求，首先通過文獻調研和實地考察總結出8類煤礦安全事故，并針對安全事故死亡、重傷和非人身事故3種情況進行動畫制作，在制作過程中對事故現場展示圖、流程圖及受害者位置圖進行詳細刻畫。事故演示完畢后，從安全技能操作規程等方面對事故中違反規程的操作進行分析;然后利用ActionScript開發技術實現對歷年歷次煤礦事故信息的查詢功能，并提供多種查詢條件供用戶選擇，使用戶可快速查看礦難信息（發生地點、事故原因、事故性質、傷亡人數等）;最后通過設置網絡通信相應函數，為通信制作接口，實現系統多平臺運行，從而滿足不同用戶在多種場景下開展安全教育的個性化需求。

該系統是一個煤礦事故信息豐富、信息呈現立體化、操作簡單便捷及可在多平臺穩定運行的安全教育平臺，在能源安全教育方面具有較高的可推廣性和借鑒性。當前，安全教育信息系統是各礦區安全教育信息化的重要途徑，在該環境下，該煤礦事故信息查詢系統若與災害預警等系統整合，將發揮更大作用。

同時該系統還存在一些問題，如信息呈現不醒目，系統根據用戶群整體審美與習慣挑選煤礦事故場景圖片，未考慮圖片與文字色彩搭配是否協調等，有待后期改進。

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（責任編輯：江 艷）