礦山機(jī)電安全管理GIS系統(tǒng)的研究

葉文祥

摘 要：煤炭是我國(guó)能源的命脈，而作為煤炭開(kāi)采的重要設(shè)備，礦山機(jī)電設(shè)備的能否安全正常地運(yùn)行關(guān)系著采礦工人的生命安全和煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前，在全國(guó)發(fā)生的煤礦事故中，78%的事故是機(jī)電安全管理不善而引起的。因此，如何在多因素、錯(cuò)綜復(fù)雜、多環(huán)節(jié)的礦山生產(chǎn)環(huán)境下確保礦山機(jī)電設(shè)備的安全有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章針對(duì)礦山機(jī)電安全管理的現(xiàn)狀，結(jié)合GIS的功能，探討了如何利用GIS進(jìn)行礦山機(jī)電安全管理。

關(guān)鍵詞：礦山機(jī)電設(shè)備；安全管理；GIS；功能

中圖分類號(hào)：TD76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）23-0173-02目前，我國(guó)的礦山機(jī)電安全管理還比較落后，大多礦山的機(jī)電安全管理的手段還是傳統(tǒng)的人工建立臺(tái)帳或使用單機(jī)。由于這些傳統(tǒng)的管理手段不具備信息匯總和對(duì)比分析的功能，設(shè)備管理中心無(wú)法全面掌握各種機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況。因此，礦山的生產(chǎn)很容易由于信息傳遞的不準(zhǔn)確，或者機(jī)電設(shè)備的調(diào)配、維護(hù)不及時(shí)等原因被耽擱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)安全事故。為了使礦山機(jī)電設(shè)備能正常、安全、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，我們必須將GIS和礦山機(jī)電安全管理相結(jié)合，建立一套完善的機(jī)電安全管理GIS。這套系統(tǒng)應(yīng)該具有網(wǎng)絡(luò)化、可視化的、可實(shí)現(xiàn)空間查詢分析、可實(shí)現(xiàn)報(bào)表應(yīng)用等特點(diǎn)。這可以使礦山機(jī)電安全管理信息化，從而有效地減少安全隱患產(chǎn)生，使工作效率得以提高，使礦山機(jī)電安全管理朝著科學(xué)化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。

1 GIS及礦山機(jī)電安全管理的相關(guān)概念和特點(diǎn)

1.1 GIS的相關(guān)概念和特點(diǎn)

GIS是地理信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它又被叫做地學(xué)信息系統(tǒng)。部分或是全部的地球表層及大氣層空間是GIS研究的重點(diǎn)，它收集這些對(duì)象的相關(guān)地理分布的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、管理、分析、描述和顯示等操作，從而獲得非常重要且特定的空間信息。GIS在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)中的具體應(yīng)用就是礦山地理信息系統(tǒng)。礦山地理信息系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)為依托，應(yīng)用測(cè)量、攝影測(cè)量和遙感等信息采集技術(shù)，結(jié)合機(jī)助制圖和圖像處理等手段而建立起來(lái)的一種系統(tǒng)。它通過(guò)對(duì)礦山內(nèi)的各類信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和處理，建立起了礦區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)及其軟件系統(tǒng)，有利于信息的查詢檢索、綜合分析、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從而使工作人員能更好地了解礦山內(nèi)的情況。GIS強(qiáng)大的地理信息分析功能為礦山管理者的決策提高了重要的依據(jù)。

GIS的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：第一，它的基礎(chǔ)是依靠公共地理的定位；第二，它不但可以實(shí)現(xiàn)收集多類地理空間信息，還可以對(duì)其進(jìn)行分析、管理和輸出；第三，它對(duì)空間地理的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行管理、分析及動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)等操作，并可以生成高層次地理信息；第四，它可以輔助管理人員進(jìn)行地理分析研究，確定管理、維護(hù)的方案；第五，它能對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的反饋。

1.2 礦山機(jī)電安全管理的相關(guān)概念和特點(diǎn)

礦山機(jī)電安全管理指的是礦區(qū)內(nèi)各種相關(guān)機(jī)電設(shè)備要素的安全管理。礦山機(jī)電安全管理體系的核心是機(jī)電相關(guān)設(shè)備，它通過(guò)收集相關(guān)信息，并對(duì)其進(jìn)行處理、共享和傳播。

礦山機(jī)電管理系統(tǒng)是由可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)功能和數(shù)據(jù)處理功能的地理信息系統(tǒng)平臺(tái)、可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能的通信網(wǎng)絡(luò)和可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的監(jiān)控終端這三部分組成。在礦山各類機(jī)電設(shè)備上的監(jiān)控終端主要有GPS、傳感器和攝像頭等，它采集機(jī)電設(shè)備的時(shí)間、位置、狀態(tài)等信息，通過(guò)無(wú)線或有線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地理信息系統(tǒng)平臺(tái)上。管理人員利用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)可以實(shí)時(shí)查詢和監(jiān)控目標(biāo)機(jī)電設(shè)備的各類參數(shù)，如位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向等，并預(yù)計(jì)其動(dòng)態(tài)變化。通過(guò)該系統(tǒng)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除機(jī)電設(shè)備存在的故障，使礦山各類機(jī)電設(shè)備可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，它還可以為操作人員使用設(shè)備提供數(shù)據(jù)支持，輔助管理者進(jìn)行決策。

礦山機(jī)電安全管理的主要特點(diǎn)有：第一，大量的基礎(chǔ)機(jī)電設(shè)備是礦山進(jìn)行開(kāi)采的基礎(chǔ)，因此，機(jī)電設(shè)備的維護(hù)及使用必須進(jìn)行科學(xué)合理的管理；第二，由于礦山開(kāi)采環(huán)境的惡劣性和復(fù)雜性，人員及設(shè)備的安全管理至關(guān)重要；第三，在礦山機(jī)電安全管理中，需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)及資料進(jìn)行儲(chǔ)存、分析和決策。

2 礦山機(jī)電安全管理GIS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊及功能應(yīng)用

2.1 礦山機(jī)電安全管理GIS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊

GIS系統(tǒng)平臺(tái)是礦山機(jī)電安全管理系統(tǒng)的核心。礦山機(jī)電設(shè)備在GIS 的空間數(shù)據(jù)信息的收集及分析管理功能的支持下，成功實(shí)現(xiàn)了定位、定量、定性等功能。按照數(shù)據(jù)的錄入及應(yīng)用，礦山機(jī)電安全管理GIS系統(tǒng)可以分為輸入系統(tǒng)、功能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及輸出系統(tǒng)這四大模塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

輸入系統(tǒng)主要依靠監(jiān)控終端來(lái)獲取圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)類型有兩種，一種是圖形數(shù)據(jù)，另一種是屬性數(shù)據(jù)。圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的編號(hào)關(guān)聯(lián)性的混合型的存儲(chǔ)方式是最為常用的存儲(chǔ)方式，通過(guò)這種存儲(chǔ)方式可以更好地描述機(jī)電設(shè)備狀態(tài)。因?yàn)檫@樣的存儲(chǔ)方式可以更好地對(duì)機(jī)電設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行描述。圖形數(shù)據(jù)屬于矢量數(shù)據(jù)，如排水、運(yùn)輸及供電系統(tǒng)圖等，它們一般由GIS特有功能進(jìn)行數(shù)據(jù)化的處理。屬性數(shù)據(jù)指對(duì)于機(jī)電設(shè)備進(jìn)行描述性的數(shù)據(jù)，如機(jī)電設(shè)備的運(yùn)輸事故情況，礦井內(nèi)機(jī)電設(shè)備的動(dòng)態(tài)狀況等。

功能系統(tǒng)的查詢定位和統(tǒng)計(jì)分析等功能主要是依靠數(shù)據(jù)維護(hù)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。前者的主要任務(wù)是維護(hù)和設(shè)計(jì)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)，后者的主要任務(wù)是控制圖層，顯示比例尺和地圖，決策及管理監(jiān)控，空間查詢機(jī)電設(shè)備等。

數(shù)據(jù)的輸出主要依靠界面的設(shè)計(jì)完成。根據(jù)用戶需求，界面對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算及分析，輸出報(bào)表或圖形。通過(guò)這樣的方式，可以使輸出結(jié)果更加詳細(xì)直觀。

2.2 礦山機(jī)電安全管理GIS系統(tǒng)的功能模塊的實(shí)現(xiàn)

{1}數(shù)據(jù)維護(hù)模塊的實(shí)現(xiàn)。作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)維護(hù)模塊是扮演著非常重要的角色，它可以保證數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)具有數(shù)據(jù)冗余度小、安全性高、完整性好、穩(wěn)定性好、反應(yīng)性快等原則。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)存放的是設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)，如礦井的水電的使用情況、運(yùn)輸?shù)那闆r、機(jī)電設(shè)備狀況等，這些數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)形式是數(shù)據(jù)表形式。而空間數(shù)據(jù)庫(kù)存放的是空間數(shù)據(jù)，如礦山影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式是文件形式。矢量數(shù)據(jù)能根據(jù)礦區(qū)實(shí)際的需求，以圖層作為分類標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)圖形的編輯、數(shù)據(jù)的更新等功能。屬性信息和空間信息是相互關(guān)聯(lián)的，后者的變化必然會(huì)引起前者的改變，這是這兩者之間的完整性和一致性的必然要求。

{2}數(shù)據(jù)處理模塊的實(shí)現(xiàn)。查詢決策功能的實(shí)現(xiàn)必須進(jìn)行監(jiān)控管理、決策支持和空間查詢。對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備參數(shù)如運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、方向、速度及位置等進(jìn)行查詢和監(jiān)控，這就是監(jiān)控管理的任務(wù)；決策支持的主要內(nèi)容是網(wǎng)絡(luò)分析和緩沖區(qū)分析；空間查詢的工作內(nèi)容是能通過(guò)輸入設(shè)備的名稱來(lái)查詢位置，并將其居中高亮顯示。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，礦山機(jī)電安全管理就是通過(guò)分析處理數(shù)據(jù)，來(lái)保證管理人員能夠隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的查詢和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的顯示。此外，如果數(shù)據(jù)或信息異常，系統(tǒng)能夠自動(dòng)報(bào)警，告知工作人員故障產(chǎn)生的部位及起因，讓工作人員能及時(shí)排除故障，從而確保礦山正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和信息的安全。只有運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)如GIS等，不斷加強(qiáng)礦山機(jī)電安全管理，才能提高礦山的開(kāi)采效率，從而提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和保證采礦工人的生命安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮錦鵬.GIS在礦山機(jī)電管理中的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011，（13）.

[2] 王艷萍，牛永君.礦山機(jī)電安全管理GIS系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（3）.