煤礦事故動畫與信息查詢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李昂 刁秀麗 程成

摘 要：從能源安全教育需求出發(fā)，針對當(dāng)前煤礦事故安全教育培訓(xùn)存在的問題，如培訓(xùn)內(nèi)容呈現(xiàn)方式單一、培訓(xùn)效果不理想等，利用多媒體交互動畫制作技術(shù)實現(xiàn)煤礦事故動畫與信息查詢系統(tǒng)。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(xiàn)場，展示事故流程圖和受害者位置圖等詳細(xì)情況;煤礦信息查詢模塊可實現(xiàn)用戶對歷年歷次煤礦事故信息的多模式查詢。該系統(tǒng)煤礦事故信息豐富、內(nèi)容呈現(xiàn)立體化且操作簡單便捷，可在多平臺穩(wěn)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(guān)鍵詞：數(shù)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(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

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

0 引言

近年來，國內(nèi)外煤礦安全生產(chǎn)狀況呈現(xiàn)出總體平穩(wěn)、趨于好轉(zhuǎn)的態(tài)勢，但事故總量仍然很大，重、特大事故時有發(fā)生，煤礦安全形勢依然十分嚴(yán)峻。針對煤礦安全問題，中國政府提出了“國家監(jiān)察、地方監(jiān)管、企業(yè)負(fù)責(zé)”的安全監(jiān)管體系。煤礦安全是國內(nèi)外學(xué)者重視和關(guān)心的熱點問題，他們從自身不同學(xué)科研究方向出發(fā)，從不同側(cè)面切入，對目前煤礦安全問題進(jìn)行了理論研究，包括煤礦企業(yè)工傷保險體系建設(shè)、煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管、煤礦行業(yè)從業(yè)者安全意識等。其中對煤礦行業(yè)從業(yè)者安全意識的研究是焦點，如何有效開展煤礦企業(yè)職工、經(jīng)營者健康和安全知識培訓(xùn)，對所有礦工進(jìn)行崗前培訓(xùn)等是學(xué)者、企業(yè)、政府部門關(guān)注的內(nèi)容。

通過對煤礦安全教育情況實地調(diào)研及相關(guān)文獻(xiàn)研究可知，目前應(yīng)用較廣泛的安全培訓(xùn)方式大多是安排相關(guān)人員對煤礦安全規(guī)程等進(jìn)行統(tǒng)一理論學(xué)習(xí)，用文字介紹礦井事故經(jīng)過、原因分析、處理結(jié)果及防范措施等內(nèi)容[1]。純文本的學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥乏味、抽象難懂、不易掌握，大多數(shù)礦業(yè)工作人員對安全規(guī)程學(xué)習(xí)沒有主動性。為了使相關(guān)人員對災(zāi)難發(fā)生過程建立形象的認(rèn)識，亟待一種新的培訓(xùn)方式。

文獻(xiàn)[2-3]將煤礦安全規(guī)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(guī)程及煤礦安全事故，視角獨特、手法新穎，將科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撝R變得直觀、生動形象、通俗易懂，激起了企業(yè)職工、管理者及礦工學(xué)習(xí)興趣，取得了很好的宣傳、教育效果，使礦工進(jìn)一步明白安全生產(chǎn)重要性，更加重視一些細(xì)小錯誤從而減少違規(guī)操作情況，在一定程度上降低了煤礦安全事故發(fā)生頻率。但研究缺乏對煤礦事故信息的系統(tǒng)梳理，只提供了部分煤礦事故動畫;文獻(xiàn)[5-8] 重點研究了不同煤礦事故發(fā)生的原因和控制技術(shù)，為后續(xù)研究提供了可參考的資料;文獻(xiàn)[9-10]研究了煤礦安全管理信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，主要側(cè)重與煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)的信息收集、加工處理、統(tǒng)計、分析等操作，以便用戶及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行整改，該系統(tǒng)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(tǒng)充分利用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，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(xiàn)場、事故流程圖和受害者位置圖等各類詳細(xì)情況，并在動畫的襯托下，達(dá)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(tǒng)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(fā)生地點、事故原因、事故性質(zhì)、傷亡人數(shù)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(shè)安全文明、高效節(jié)能的現(xiàn)代煤礦企業(yè)提供安全教育培訓(xùn)。

1 煤礦事故動畫與信息查詢系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

1.1 總體架構(gòu)

煤礦事故動畫與信息查詢系統(tǒng)由煤礦事故信息查詢模塊、煤礦事故動畫演示模塊、系統(tǒng)管理模塊和網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)核心功能，其作用是幫助用戶（礦區(qū)工作人員、管理員、學(xué)習(xí)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(chǎn)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(fā)生時某一因素的記憶與重視;系統(tǒng)管理模塊作為系統(tǒng)管理端，管理系統(tǒng)煤礦事故數(shù)據(jù)審核、修改與維護，以及不同用戶權(quán)限管理;網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊為系統(tǒng)在不同平臺顯示提供技術(shù)支持，該系統(tǒng)在聯(lián)網(wǎng)情況下可請求服務(wù)器數(shù)據(jù)，不聯(lián)網(wǎng)情況下可離線瀏覽系統(tǒng)中已有的經(jīng)典煤礦事故信息與相關(guān)交互演示動畫。煤礦事故動畫與信息查詢系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

1.2 動畫腳本設(shè)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(tǒng)主要功能之一，為此本文在文獻(xiàn)分析及對部分煤礦實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，對煤礦事故進(jìn)行整理和分類。該項工作主要分兩部分：對全國各礦區(qū)歷年煤礦事故信息進(jìn)行整理、對煤礦安全事故進(jìn)行分類。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計系統(tǒng)煤礦事故動畫腳本主要包括頂板、瓦斯、機電、運輸、放炮、火災(zāi)、水害和其它8類事故現(xiàn)場圖腳本，分為事故現(xiàn)場展示圖、流程圖、受害者位置圖等3類現(xiàn)場圖腳本。

2 煤礦事故動畫與信息查詢系統(tǒng)功能設(shè)計

該部分圍繞系統(tǒng)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(jìn)行設(shè)計，先闡述系統(tǒng)功能設(shè)計方案，再針對功能模塊細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計。

2.1 設(shè)計方案

該煤礦事故動畫與信息查詢系統(tǒng)開發(fā)目的是幫助用戶對歷年歷次煤礦事故相關(guān)信息進(jìn)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(shè)計系統(tǒng)功能。

該設(shè)計方法以目標(biāo)為導(dǎo)向，不從系統(tǒng)整體功能開始設(shè)計，而從核心內(nèi)容入手，由內(nèi)而外進(jìn)行系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計。其中，核心內(nèi)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(shè)計方法包含3個關(guān)鍵要素：核心內(nèi)容、向內(nèi)路徑和向外路徑。核心內(nèi)容是吸引用戶使用該系統(tǒng)的原因，該系統(tǒng)吸引礦區(qū)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(guān)信息，所以核心內(nèi)容也可能帶有輔助信息。如交互動畫可作為核心內(nèi)容的擴展，對煤礦事故的描述及再現(xiàn)均屬于核心內(nèi)容。

設(shè)計前期需思考用戶（礦區(qū)工作人員、管理員、學(xué)習(xí)者）如何才能找到核心內(nèi)容（煤礦事故信息）。 用戶可通過某種搜索模式找到核心內(nèi)容，也可能直接搜尋待查詢的煤礦事故信息。因此設(shè)計系統(tǒng)時考慮了進(jìn)入路徑和顯示優(yōu)化兩個因素。系統(tǒng)為查詢后的顯示設(shè)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(shù)量，地圖模式則可使用戶對不同煤礦事故的分布產(chǎn)生直觀認(rèn)識。

用假設(shè)的方式探索向外路徑?；诿旱V事故查詢特殊性，使用該系統(tǒng)的用戶在獲取煤礦事故信息后的行為非常統(tǒng)一，均對煤礦事故進(jìn)行記錄或?qū)W習(xí)。為此，出于加強記憶的目的，系統(tǒng)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(guān)鍵要素均各有不同功能。向外路徑的引導(dǎo)作用巨大，它作為信息查詢和學(xué)習(xí)系統(tǒng)，目的是加深用戶記憶等;向內(nèi)路徑保證可尋性，即如何讓用戶在系統(tǒng)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(tǒng)帶來更高知名度和使用量的關(guān)鍵。

2.2 功能模塊設(shè)計

基于上述設(shè)計方案，將煤礦事故動畫作為系統(tǒng)核心內(nèi)容，主要通過Flash軟件內(nèi)置的動畫技術(shù)、Actionscript3.0程序體系進(jìn)行制作，將系統(tǒng)以SWF文件的形式呈現(xiàn)出來，模擬歷年歷次煤礦事故現(xiàn)場畫面。煤礦事故信息查詢功能采用分類的形式，通過詳細(xì)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(fā)生地點、事故原因、事故性質(zhì)、傷亡人數(shù)等）。信息查詢系統(tǒng)管理員可通過服務(wù)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(guān)信息及演示動畫進(jìn)行添加、修改與刪除。

2.2.1 煤礦事故動畫模塊功能設(shè)計

煤礦事故動畫能夠充分利用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，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(xiàn)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(dá)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(zhì)可分成頂板、瓦斯、機電、運輸、放炮、火災(zāi)、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(fā)生的真實原因和環(huán)境，利用交互動畫讓其自主操作動畫演示，如實時計算瓦斯?jié)舛燃跋拗仆咚節(jié)舛蕊@示范圍、制作鼠標(biāo)所處位置瓦斯?jié)舛饶K和限制瓦斯?jié)舛蕊@示范圍模塊。

煤礦事故動畫模塊設(shè)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(chuàng)建角色及動作、繪制場景，設(shè)計鏡頭、制作動畫、配音與合成、打包生成可執(zhí)行文件或影片文件等步驟。具體流程為：首先對煤礦事故進(jìn)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(xiàn)場圖，包括事故現(xiàn)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(xiàn)場示意圖和受害者位置圖;根據(jù)煤礦事故類別分別按照死亡、重傷、非人身事故3種情況進(jìn)行視頻演示。流程圖根據(jù)不同礦井事故類別進(jìn)行選取設(shè)計，各類事故應(yīng)有事故地點局部系統(tǒng)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(biāo)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(zhì)。利用動畫軟件加入聲音、文字、背景音樂等內(nèi)容合成動畫，充分再現(xiàn)煤礦事故發(fā)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(shè)計

為實現(xiàn)系統(tǒng)功能，需對查詢軟件進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計，包括界面設(shè)計與功能設(shè)計。界面整體設(shè)計直接影響功能實現(xiàn)便捷性和可靠性，影響用戶對系統(tǒng)認(rèn)可與評價。因此本文系統(tǒng)查詢模塊在制作前需先經(jīng)過效果圖——交互方式模擬測試。

根據(jù)煤礦安全事故教學(xué)內(nèi)容的設(shè)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(zhì)查詢、災(zāi)害等級查詢、傷亡人數(shù)查詢和有無動畫演示查詢。煤礦事故信息查詢功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。根據(jù)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(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)功能設(shè)計進(jìn)一步界定了系統(tǒng)功能模塊。根據(jù)總體設(shè)計及系統(tǒng)需求分析，該部分闡述系統(tǒng)主要功能模塊詳細(xì)實現(xiàn)過程。

3.1 煤礦事故動畫制作

該系統(tǒng)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(fā)生時起到警示自身安全的作用，因此需充分發(fā)揮動畫多媒體特性，從教育性、知識性、科學(xué)性與藝術(shù)性等方面設(shè)計培訓(xùn)內(nèi)容。其關(guān)鍵在于制作形象逼真的動畫事故現(xiàn)場圖，包括事故現(xiàn)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(shè)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(xiàn)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(xiàn)場動畫，并按照死亡、重傷、非人身事故3種情況分別進(jìn)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(nèi)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(fā)生過程，通過動畫呈現(xiàn)逼真效果，刺激學(xué)員多種感官，形象化、立體化和生動化地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，便于學(xué)員理解煤礦事故發(fā)生原因，提升培訓(xùn)學(xué)員自我安全保護意識，使其在面臨各種災(zāi)害時能果斷、正確選擇搶險逃生等處理步驟，從而降低災(zāi)害危害程度，保障事故發(fā)生后生命財產(chǎn)安全。部分事故發(fā)生過程模擬場景如圖6所示。

該部分系統(tǒng)中的交互動畫利用ActionScript 3.0開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)，如瓦斯爆炸與煤塵爆炸動畫（見圖7）中的瓦斯?jié)舛葯z測效果，系統(tǒng)會實時檢測鼠標(biāo)所指位置瓦斯?jié)舛?，得出具體數(shù)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(biāo)系，通過監(jiān)聽器函數(shù)，檢測鼠標(biāo)運動，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鼠標(biāo)進(jìn)行運動時，消息發(fā)送給響應(yīng)函數(shù)，函數(shù)檢測鼠標(biāo)到固定某點的距離，通過鼠標(biāo)所處坐標(biāo)按照距離方法計算間距，并根據(jù)得出的距離套用瓦斯?jié)舛扔嬎隳Ｐ?，計算瓦斯?jié)舛炔⒃谄聊簧巷@示，如圖8所示。

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3.2 煤礦事故信息查詢模塊實現(xiàn)

該模塊是系統(tǒng)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(xiàn)的可靠性，包括界面制作和查詢功能，以實現(xiàn)兩個階段的工作。

在開發(fā)前首先使用Photoshop和Flash對系統(tǒng)界面交互方式進(jìn)行模擬測試。Photoshop用于效果圖制作，F(xiàn)lash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(jìn)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(fā)生的狀況，并提出改進(jìn)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(jìn)行查詢，由于涉及數(shù)據(jù)顯示，因此瀏覽界面設(shè)計也非常重要，本文系統(tǒng)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(xiàn)階段，與交互動畫一樣選用ActionScript 3.0開發(fā)技術(shù)，制作過程中具體涉及類庫引用、事件監(jiān)聽器聲明、ComboBox組件響應(yīng)、查詢事件響應(yīng)函數(shù)、重置事件響應(yīng)函數(shù)、模式切換響應(yīng)函數(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信預(yù)留接口等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。根據(jù)信息顯示的需要，實現(xiàn)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(fā)生變化，只在瀏覽框中改變表現(xiàn)形式。查詢模塊和瀏覽模塊聯(lián)動效果如圖10所示。

該系統(tǒng)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(yōu)點，同時也給用戶帶來了強烈的視覺沖擊，使系統(tǒng)特色鮮明，從而有利于激發(fā)用戶學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

4 結(jié)語

本文根據(jù)當(dāng)前能源安全教育需求，首先通過文獻(xiàn)調(diào)研和實地考察總結(jié)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(jìn)行動畫制作，在制作過程中對事故現(xiàn)場展示圖、流程圖及受害者位置圖進(jìn)行詳細(xì)刻畫。事故演示完畢后，從安全技能操作規(guī)程等方面對事故中違反規(guī)程的操作進(jìn)行分析;然后利用ActionScript開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)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(fā)生地點、事故原因、事故性質(zhì)、傷亡人數(shù)等）;最后通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信相應(yīng)函數(shù)，為通信制作接口，實現(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)是一個煤礦事故信息豐富、信息呈現(xiàn)立體化、操作簡單便捷及可在多平臺穩(wěn)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(dāng)前，安全教育信息系統(tǒng)是各礦區(qū)安全教育信息化的重要途徑，在該環(huán)境下，該煤礦事故信息查詢系統(tǒng)若與災(zāi)害預(yù)警等系統(tǒng)整合，將發(fā)揮更大作用。

同時該系統(tǒng)還存在一些問題，如信息呈現(xiàn)不醒目，系統(tǒng)根據(jù)用戶群整體審美與習(xí)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(xié)調(diào)等，有待后期改進(jìn)。

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（責(zé)任編輯：江 艷）