礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控軟件系統(tǒng)研究與開發(fā)

王正偉

摘 要 隨著礦井安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，智能自動化設(shè)備在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，是煤礦安全生產(chǎn)的重要保障。針對某礦井具體情況進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研，接著對整套系統(tǒng)的架構(gòu)及主要功能進(jìn)行了設(shè)計，并對系統(tǒng)的開發(fā)方法及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡要介紹，對數(shù)據(jù)庫及軟件開發(fā)平臺進(jìn)行了設(shè)計，并對系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了敘述。

關(guān)鍵詞 監(jiān)控；系統(tǒng)架構(gòu)；數(shù)據(jù)庫；軟件平臺

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）213-0129-02

研究礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)，以期實現(xiàn)地面調(diào)度中心能夠?qū)刂茷?zāi)變通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，監(jiān)測災(zāi)變設(shè)施附近的實時高清圖像及現(xiàn)場的粉塵濃度、風(fēng)速、溫度、CO、煙霧等環(huán)境狀況信息參數(shù)；需要實現(xiàn)災(zāi)變通風(fēng)設(shè)施控制的自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化，為組織救災(zāi)的礦領(lǐng)導(dǎo)及現(xiàn)場指揮人員提供決策依據(jù)；將井下災(zāi)變設(shè)施附近的實時圖像傳送至地面調(diào)度中心，用于地面調(diào)度人員及相關(guān)職能部門監(jiān)測監(jiān)視井下各設(shè)備的工作狀態(tài)和動作執(zhí)行情況，實現(xiàn)礦井抗災(zāi)及運(yùn)行平穩(wěn)。

1 礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)原則

系統(tǒng)設(shè)計工作的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的質(zhì)量，應(yīng)對礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行深入細(xì)致的研究，充分利用煤礦中提供的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實現(xiàn)分布、并行等處理功能，滿足日益廣泛的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能。為提高系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量，應(yīng)確定系統(tǒng)設(shè)計滿足遵照國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性原則，依據(jù)信息化建設(shè)與系統(tǒng)建設(shè)的具體目標(biāo)和要求，本著先進(jìn)性與前瞻性、現(xiàn)實可操作性、用戶至上原則對礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計。

本系統(tǒng)的設(shè)計在以上原則的指導(dǎo)下，根據(jù)礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的總體目標(biāo)，按照系統(tǒng)總體設(shè)計、分步實施的步驟，來完成系統(tǒng)的設(shè)計。先從系統(tǒng)的整體出發(fā)，確定整個系統(tǒng)的基本組織結(jié)構(gòu)和開放式架構(gòu)，然后根據(jù)系統(tǒng)的功能和實際業(yè)務(wù)需要，進(jìn)行子功能系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，最終完成整個系統(tǒng)的完整設(shè)計。

2 礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)

在研究礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)之前，需要先首先確定礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)。軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也就是軟件的實現(xiàn)方式，主要有C/S結(jié)構(gòu)、B/S結(jié)構(gòu)和二者的混合式3種方式。

C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)根據(jù)項目需求均有其應(yīng)用場景，也存在優(yōu)勢及不足。C/S架構(gòu)適用于局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，做一些比較靈活的客戶端應(yīng)用；B/S結(jié)構(gòu)適合于廣域網(wǎng)絡(luò)（Internet）。

因此，本文確定礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系是以B/S結(jié)構(gòu)為主、C/S結(jié)構(gòu)為輔的混合式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)軟件采用B/S 架構(gòu)開發(fā)，軟件主要由“服務(wù)器端”和”客戶端”組成，客戶端無需安裝專用軟件，用戶可以通過IE6.0以上瀏覽器直接訪問系統(tǒng)軟件發(fā)布的WEB 頁面，可以查看系統(tǒng)全部接入設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、查詢歷史動作信息等；當(dāng)需要打開緊急打開井下救災(zāi)風(fēng)門是，系統(tǒng)管理人員通過領(lǐng)導(dǎo)授權(quán)可以控制救災(zāi)風(fēng)門動作；網(wǎng)絡(luò)客戶端部分采用C/S結(jié)構(gòu)完成。

3 礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控軟件系統(tǒng)架構(gòu)

在確定了礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)需求和體系結(jié)構(gòu)后，就可以對其整體框架進(jìn)行規(guī)劃，也是系統(tǒng)從整體到局部的最高框架設(shè)計，目的是提高系統(tǒng)的魯棒性、安全性、兼容性并且易維護(hù)；因此可以在高于設(shè)計表示和編程語言的抽象級別上分析系統(tǒng)。論其本身其實可以表示為是一個架構(gòu)的草圖，可以抽象的表示為各個模塊的組件，且各個模塊之間可以進(jìn)行通訊，在架構(gòu)實現(xiàn)之后，這些抽象的組件被實際的組件替代，連接模塊之間的紐帶通常用接口來表示，架構(gòu)的確定是經(jīng)過嚴(yán)格縝密的論證-修改過程后被最終確定。

基于系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型的靈活性、擴(kuò)展性、兼容性以及集成性和高效率考慮，同時也是對概念層次的具體化，在分析礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)需求和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出如圖1所示礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)模型主要可以分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和表示層。

4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門調(diào)控可視化仿真系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

在煤礦井下發(fā)生諸如火災(zāi)、瓦斯/煤塵爆炸等熱動力災(zāi)害時，對井巷風(fēng)流的調(diào)控是搶險救災(zāi)最常用和最有效的方法。以應(yīng)對礦井熱動力災(zāi)害為主要目標(biāo)而開發(fā)的礦井抗災(zāi)及預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵點在于：通過對井下救災(zāi)風(fēng)門的遠(yuǎn)程自動控制來實現(xiàn)對風(fēng)流的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，其中的關(guān)鍵就是自動風(fēng)門的遠(yuǎn)程控制。為了了解井下救災(zāi)自動控制風(fēng)門的控風(fēng)規(guī)律及抗災(zāi)效果，設(shè)計開發(fā)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門調(diào)控可視化仿真系統(tǒng)，以對救災(zāi)風(fēng)門的控風(fēng)方案及控風(fēng)效果進(jìn)行仿真。

該系統(tǒng)主要是針對在風(fēng)門開/閉狀態(tài)下，對井下巷道的風(fēng)流流動規(guī)律以及其對通風(fēng)系統(tǒng)影響進(jìn)行仿真，主要包括：在救災(zāi)風(fēng)門開/閉狀態(tài)下，對礦井風(fēng)流流動參數(shù)、風(fēng)機(jī)參數(shù)的仿真；通風(fēng)系統(tǒng)各類圖件的自動生成，以及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的各種分析功能，實現(xiàn)對井下通風(fēng)的可視化仿真。

4.1 可視化仿真基礎(chǔ)GIS組件MineMap研究與實現(xiàn)

利用CAD及GIS無法簡單的表示礦井通風(fēng)相關(guān)耦合關(guān)系，因此必須開發(fā)出與礦井通風(fēng)專用的MineMap組件并能進(jìn)行可視化仿真。

4.1.1 MineMap組件開發(fā)構(gòu)思

MineMap組件的設(shè)計旨在為礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門調(diào)控可視化仿真系統(tǒng)的開發(fā)提供一個基礎(chǔ)GIS組件和一般性解決方案，進(jìn)而用最短的開發(fā)時間實現(xiàn)高效率的平臺搭建。MineMap組件的設(shè)計實現(xiàn)可以按簡單到復(fù)雜、低級到高級的原則對功能進(jìn)行實現(xiàn)。

4.1.2 MineMap功能模塊劃分

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門調(diào)控可視化仿真系統(tǒng)的需要、MineMap組件的設(shè)計思路，確定以下幾個功能模塊。

1）通風(fēng)系統(tǒng)圖形的操作。包括圖件的縮小、放大、平移、測距、框（點）選、閃爍、顯亮。

2）通風(fēng)系統(tǒng)圖形輸出功能。主要是圖形的打印輸出。

3）通風(fēng)系統(tǒng)圖導(dǎo)入功能。支持多種格式的數(shù)據(jù)文件的導(dǎo)入。

4）通風(fēng)系統(tǒng)圖編輯功能。主要是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)對象的增減、平移、粘貼等。

5）通風(fēng)系統(tǒng)圖的顯示功能。主要顯示控制圖層數(shù)目，以及地理對象選中之后的閃爍、分類（級）顯示等。

4.1.3 MineMap架構(gòu)

考慮到礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門調(diào)控可視化仿真系統(tǒng)開發(fā)的靈活性、擴(kuò)展性，同時也是對概念層次的具體化。

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