李少利

(中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東深圳 518000)

0 引言

隧道通風(fēng)系統(tǒng)是隧道施工生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，其任務(wù)是利用通風(fēng)動(dòng)力，以經(jīng)濟(jì)合理的方式向地下作業(yè)空間內(nèi)各用風(fēng)點(diǎn)提供足夠的新鮮空氣，稀釋和排出地下作業(yè)空間內(nèi)的有害氣體和粉塵，創(chuàng)造良好的地下作業(yè)環(huán)境，保障地下作業(yè)空間內(nèi)作業(yè)人員的身體健康和勞動(dòng)安全。在瓦斯隧道施工中，通風(fēng)是治理瓦斯的基礎(chǔ);在地?zé)崴淼乐型L(fēng)是降低隧道高溫的重要方法，是保障隧道施工安全的主要技術(shù)手段之一。通風(fēng)系統(tǒng)的管理直接影響到隧道施工的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，所以必須加強(qiáng)隧道通風(fēng)管理，從本質(zhì)上保證施工隧道的通風(fēng)可靠。

國(guó)內(nèi)煤礦安全研究和管理部門(mén)針對(duì)煤礦通風(fēng)安全信息系統(tǒng)開(kāi)展了不同程度的研究與開(kāi)發(fā)，如:北京龍德時(shí)代科技發(fā)展有限公司研制開(kāi)發(fā)了“一通三防信息管理系統(tǒng)”，北京時(shí)空信步科技有限公司三維可視化信息技術(shù)開(kāi)發(fā)了“貴州數(shù)字礦山三維信息系統(tǒng)”。國(guó)外相關(guān)的產(chǎn)品主要有澳大利亞的Vensim和美國(guó)的Vent-PC等，但專(zhuān)門(mén)針對(duì)隧道的通風(fēng)信息系統(tǒng)卻不多，且每種產(chǎn)品都存在一定的缺點(diǎn)，如報(bào)表信息與圖形的有效關(guān)聯(lián)、圖形的簡(jiǎn)便更新等［1］。針對(duì)這些問(wèn)題，運(yùn)用當(dāng)前流行的Java編程語(yǔ)言、Eclipse RCP技術(shù)、GIS技術(shù)，并以開(kāi)源的POI以及JFreeChart等插件為輔助，將隧道施工通風(fēng)信息與電子地圖結(jié)合起來(lái)，建立GIS與RCP相結(jié)合的地下作業(yè)空間通風(fēng)信息管理系統(tǒng)［2-5］，實(shí)現(xiàn)地下作業(yè)空間內(nèi)信息的及時(shí)采集、查詢(xún)、管理等，直觀、快捷、實(shí)時(shí)地提供地下作業(yè)空間內(nèi)信息，為安全生產(chǎn)和防災(zāi)救災(zāi)提供重要的信息支持。

1 Eclipse及Eclipse RCP

Eclipse是一個(gè)開(kāi)放源代碼的軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，專(zhuān)注于為高度集成的工具開(kāi)發(fā)提供一個(gè)全功能的、具有商業(yè)品質(zhì)的工業(yè)平臺(tái)。主要由Eclipse、Eclipse工具和E-clipse技術(shù)3個(gè)項(xiàng)目組成，具體包括Eclipse Platform、JDT、CDT和PDE 4個(gè)部分。JDT支持Java開(kāi)發(fā)，CDT支持C開(kāi)發(fā)，PDE用來(lái)支持插件開(kāi)發(fā)，Eclipse Platform則是一個(gè)開(kāi)放的可擴(kuò)展IDE，能提供一個(gè)通用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Eclipse附帶了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的插件集，包括常用的Java開(kāi)發(fā)工具(JavaDevelopment Tools)［6-7］。Eclipse平臺(tái)主要由6部分組成，分別是平臺(tái)運(yùn)行庫(kù)(Platform Runtime)、工作區(qū)(Workspace)、工作臺(tái)(Workbench)、團(tuán)隊(duì)組件(Team Component)、調(diào)試(Debug)及幫助(Help)。Eclipse的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Eclipse體系結(jié)構(gòu)Fig．1 Configuration of Eclipse system

Eclipse RCP是基于Eclipse項(xiàng)目推出的一個(gè)開(kāi)發(fā)富客戶(hù)端應(yīng)用的框架，目的在于為開(kāi)發(fā)人員提供一個(gè)功能強(qiáng)大的、快速的、可擴(kuò)展的應(yīng)用平臺(tái)。

2 系統(tǒng)主要功能模塊

根據(jù)系統(tǒng)總體規(guī)劃，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化分解和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，即:首先對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分解，然后確定各子系統(tǒng)的模型和視圖以及其之間的關(guān)系。系統(tǒng)主要功能模塊分別為:通風(fēng)日常管理、電子地圖、安全監(jiān)測(cè)、通風(fēng)技術(shù)測(cè)定及風(fēng)機(jī)選型模塊、通風(fēng)安全預(yù)警、短信發(fā)送與報(bào)表導(dǎo)出。

2．1 通風(fēng)日常管理模塊

該模塊是將通風(fēng)管理日常需要處理的多種報(bào)表進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，然后將計(jì)算、匯總、統(tǒng)計(jì)后的各類(lèi)報(bào)表進(jìn)行存儲(chǔ)和導(dǎo)出，上報(bào)相關(guān)部門(mén)。在該模塊中可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)日常信息數(shù)據(jù)的輸入、查詢(xún)、瀏覽和輸出等功能。

2．2 電子地圖模塊

系統(tǒng)中建立基于GIS的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)圖形與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的添加、圖形數(shù)據(jù)-屬性數(shù)據(jù)的互查、屬性數(shù)據(jù)的管理(添加、修改、刪除等)、更改標(biāo)注符號(hào)(顏色、形狀、大小等)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)在地圖上的顯示。電子地圖模塊結(jié)構(gòu)框如圖2所示。

2．3 安全監(jiān)測(cè)模塊

安全監(jiān)測(cè)模塊與監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)相連，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示到本系統(tǒng)用戶(hù)監(jiān)測(cè)視圖中。該模塊主要包括瓦斯體積分?jǐn)?shù)、溫度、CO體積分?jǐn)?shù)、風(fēng)速和通風(fēng)機(jī)負(fù)壓等的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的圖形查看、歷史數(shù)據(jù)的查看、監(jiān)測(cè)報(bào)表的導(dǎo)出等。開(kāi)挖面溫度監(jiān)測(cè)與瓦斯監(jiān)測(cè)分別見(jiàn)圖3和圖4。

2．4 通風(fēng)技術(shù)測(cè)定及風(fēng)機(jī)選型模塊

通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)管風(fēng)道的漏風(fēng)情況對(duì)隧道施工的經(jīng)濟(jì)性及安全有重要影響，必須對(duì)通風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能、風(fēng)管的漏風(fēng)情況、阻力特性進(jìn)行測(cè)定。該模塊可根據(jù)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制通風(fēng)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的性能曲線(xiàn)，計(jì)算風(fēng)管或風(fēng)道的阻力系數(shù)、漏風(fēng)系數(shù)等。系統(tǒng)也可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的風(fēng)機(jī)性能參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理的風(fēng)機(jī)選型。

圖2 電子地圖模塊結(jié)構(gòu)框圖Fig．2 Structure of electronic map module

2．5 通風(fēng)安全預(yù)警模塊

通風(fēng)安全信息預(yù)警子系統(tǒng)主要根據(jù)通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度、粉塵、有毒有害氣體濃度、風(fēng)機(jī)開(kāi)停等方面有安全的隱患各類(lèi)信息的進(jìn)行提示、預(yù)警等。系統(tǒng)中可以設(shè)置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)警閾值，當(dāng)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中有超過(guò)預(yù)先設(shè)置的預(yù)警閾值時(shí)，進(jìn)行聲光、短信報(bào)警，并將預(yù)警信息存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，便于以后查詢(xún)備案。

2．6 短信發(fā)送模塊

本模塊主要利用硬件短信貓實(shí)現(xiàn)短信的接收和發(fā)送，短信貓其實(shí)是一種工業(yè)級(jí)GSM MODEM，通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)相連。系統(tǒng)用戶(hù)將電話(huà)號(hào)碼按不同的崗位級(jí)別分組添加到系統(tǒng)電話(huà)本中，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)警模塊的判別將相應(yīng)的預(yù)警短信發(fā)送到指定的工作人員手機(jī)中，并能根據(jù)工作人員回復(fù)的短信進(jìn)行相應(yīng)的操作。

2．7 報(bào)表打印功能

將通風(fēng)與安全有關(guān)的數(shù)據(jù)以報(bào)表或者專(zhuān)題圖紙的形式輸出。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3．1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇及數(shù)據(jù)持久化

系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)，并將MapInfo中處理過(guò)的地圖數(shù)據(jù)通過(guò)Easyloader導(dǎo)入到Oracle 10g數(shù)據(jù)庫(kù)中，用Oracle Spatial組織管理空間數(shù)據(jù)及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。選用Apache Derby作為客戶(hù)端本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，Apache Derby完全運(yùn)用Java語(yǔ)言編寫(xiě)，是基于商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)核的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，適合嵌入到Java應(yīng)用程序和服務(wù)器中。在Derby中，數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)有2種方式，即嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)(Embedded Derby)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(Derby Network Server)。運(yùn)用Hibernate對(duì)JDBC進(jìn)行輕量級(jí)的對(duì)象封裝，其內(nèi)部封裝通過(guò)JD-BC訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，并向上層應(yīng)用提供面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)API。Hibernate是采用ORM模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久層的一個(gè)優(yōu)秀的Java組件，其提供了強(qiáng)大、高效的將Java對(duì)象進(jìn)行持久化操作的服務(wù)。利用hibernate，開(kāi)發(fā)人員可以方便地按照J(rèn)ava對(duì)象的結(jié)構(gòu)進(jìn)行持久層的開(kāi)發(fā)，并可以使用Hibernate所提供的HQL(Hibernate Query Language)完成Java對(duì)象和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)之間的轉(zhuǎn)換和操作。通過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)程序?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的周期性轉(zhuǎn)儲(chǔ)。

3．2 數(shù)據(jù)綁定

為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)在地圖上的顯示，需要用到MapXtreme Java提供的數(shù)據(jù)綁定功能，將*．tab文件與JDBC數(shù)據(jù)源合并為MapX-treme Jave之中的單一圖層，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)在地圖上可視化。

3．3 利用POI進(jìn)行報(bào)表導(dǎo)出

由于Java應(yīng)用程序跨平臺(tái)性不能直接操縱Excel，所以報(bào)表輸出是Java應(yīng)用開(kāi)發(fā)中經(jīng)常涉及的一個(gè)問(wèn)題，而一般的報(bào)表往往缺乏通用性，不方便用戶(hù)進(jìn)行個(gè)性化的編輯;因此，系統(tǒng)利用POI與Excel交互，進(jìn)行報(bào)表的Excel導(dǎo)出。POI是Apache Jakarta的免費(fèi)開(kāi)源子項(xiàng)目，POI提供了一組操縱Windows文檔的Java API，以便用戶(hù)能夠使用純Java代碼處理微軟的OLE2復(fù)合文檔，例如 Word、Excel、PowerPoint。POI使用HSSF讀寫(xiě)xls文件，使用HWPF操作Word文檔［8］。

3．4 圖表繪制

目前主要的Java圖表軟件達(dá)50多款，但采用較多的為 ChartDirector、JFreeChart、OpenChart2 等。JFreeChart是一款功能強(qiáng)大的Java圖形組件，為用戶(hù)提供了生成餅圖、柱狀圖、散點(diǎn)圖、時(shí)序圖和甘特圖以及一些儀表盤(pán)等統(tǒng)計(jì)圖的2D和3D圖形開(kāi)發(fā)包，并可輸出為PNG、JPEG等格式的文件［9-13］。系統(tǒng)中的大部分圖形均運(yùn)用JFreeChart插件實(shí)現(xiàn)，例如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)、風(fēng)機(jī)性能鑒定曲線(xiàn)等。

4 結(jié)論與討論

1)利用 Eclipse作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，集成 Window Builder、Hibernate3．2、JFreechart、POI2．5 等多種開(kāi)發(fā)工具，以MapXtreme Java為地圖服務(wù)器，選用 Oracle 10g數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)了一套主要針對(duì)隧道施工通風(fēng)安全管理的信息系統(tǒng)。

2)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、界面友好、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便，具有較好的跨平臺(tái)性及可擴(kuò)展性，并能通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)遠(yuǎn)程站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升級(jí)。

3)系統(tǒng)將安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與電子地圖綁定在一起，并實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)測(cè)的短信報(bào)警與地圖聲光報(bào)警，在施工隧道災(zāi)害預(yù)測(cè)與監(jiān)控、事故處理與決策方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

4)系統(tǒng)在貴州省仁懷至赤水高速公路鄧家溝隧道進(jìn)行了應(yīng)用，取得良好的效果。

5)在系統(tǒng)的后期完善中如果能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將RCP系統(tǒng)升級(jí)為RAP(Rich Ajax Platform)系統(tǒng)，用戶(hù)便可無(wú)需安裝客戶(hù)端而通過(guò)瀏覽器直接訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)。

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