吳佳怡，　韓李濤, 2，　石孟，　類延輝

(1.山東科技大學 測繪科學與工程學院， 山東 青島　266510；2.海島(礁)測繪技術國家測繪地理信息局重點實驗室， 山東 青島　266510；3.山東省天元信息技術股份有限公司 青島分公司， 山東 青島　266510)

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經驗交流

基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)

吳佳怡1，韓李濤1, 2，石孟3，類延輝1

(1.山東科技大學 測繪科學與工程學院， 山東 青島266510；2.海島(礁)測繪技術國家測繪地理信息局重點實驗室， 山東 青島266510；3.山東省天元信息技術股份有限公司 青島分公司， 山東 青島266510)

針對煤礦開采的特殊性和采礦團隊管理過程中軌跡跟蹤、動態(tài)監(jiān)控、分布熱力圖分析、緊急救援、興趣點標注等關鍵問題，設計了基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以GIS、移動互聯(lián)網通信技術、射頻識別與無線監(jiān)控技術等為主要技術手段，將屬性數(shù)據(jù)信息與地理空間信息關聯(lián)起來，實現(xiàn)了井上井下管理智能化、團隊管理數(shù)據(jù)分析可視化、成員分布實時動態(tài)化以及成員間即時通信等功能。

井下人員定位； 采礦團隊管理；GIS； 軌跡跟蹤； 空間信息可視化

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160429.1134.018.html

0　引言

煤炭在我國經濟建設中有著舉足輕重的作用，但煤炭開采是一項危險系數(shù)高且復雜的工程。由于煤礦地址不能自由選擇以及礦床工業(yè)儲量的局限性，采礦設備和人員經常隨采礦進程和加工對象轉移。因此，對采礦團隊進行管理是非常重要的。

傳統(tǒng)的采礦團隊管理系統(tǒng)——煤礦井下工作人員管理系統(tǒng)[1-3](ManagementSystemforUndergroundPersonnelinCoalMine)只局限于管理礦井工作人員，著重監(jiān)測井下人員位置、限制區(qū)域出入、工作區(qū)人員數(shù)量以及活動路線等，井下井上信息交互相對較弱，井上管理層礦區(qū)分析、整體規(guī)劃等問題并未涉及，并且其所得信息多以數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)，很難讓團隊成員從冗雜抽象的數(shù)據(jù)表格中掌控礦區(qū)的分布狀況和發(fā)展趨勢。針對以上問題，筆者設計了基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將屬性數(shù)據(jù)信息與地理空間信息關聯(lián)起來，以直觀可視的形式呈現(xiàn)給團隊成員，在井下可為團隊成員提供位置信息實時共享、位置跟蹤定位、路徑導航、興趣點標注等相應服務；在井上的總體監(jiān)控中可實現(xiàn)空間信息查詢、空間數(shù)據(jù)分析以及空間可視化表達，并可構建專題圖、熱力圖等，實現(xiàn)了礦井安全與管理平行發(fā)展。

1　系統(tǒng)總體設計

基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)要求對用戶數(shù)據(jù)進行實時的集中管理與分發(fā)，考慮到移動端設備存儲、計算能力有限，不可在移動端平臺上部署大型應用程序，因此，該系統(tǒng)采用B/S的網絡架構。井下移動端以井下定位裝置為基礎，通過無線通信基站連接工業(yè)以太環(huán)網，獲取需要的數(shù)據(jù)并將位置信息和請求發(fā)送到服務器端。服務器接收并解析井下移動端的請求和數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，并將井下移動端需要的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中取出,且以特定的格式發(fā)送給井下團隊，從而實現(xiàn)井下移動端與服務器的交互。地面交換機將地面網絡與井下網絡聯(lián)通，地面移動端通過服務器訪問數(shù)據(jù)庫，獲取井下作業(yè)團隊實時位置信息，并通過服務器端進行實時通信[4-5]?；贕IS的采礦團隊管理系統(tǒng)網絡結構如圖1所示。

1.1服務器端設計

基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)包括服務器端和移動端2個部分。其中服務器端主要用于上傳用戶請求，下達服務響應，為用戶隨時隨地獲取基于位置的服務提供保障。

圖1　基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)網絡結構

服務器端采用WCF(服務層)、Model(數(shù)據(jù)訪問層)、BLL(業(yè)務邏輯層)3層架構，實現(xiàn)了“高內聚，低耦合”[6-7]。WCF(服務層)用于對外發(fā)布信息，即服務器的對外展示層，實現(xiàn)井上井下移動端程序的交互，根據(jù)移動端功能需求提供不同的服務，接收移動端發(fā)送的數(shù)據(jù)和請求，將數(shù)據(jù)和請求轉發(fā)至業(yè)務邏輯層，并將所需數(shù)據(jù)和處理結果反饋給移動端。Model是服務器端的數(shù)據(jù)訪問層，其功能主要是負責數(shù)據(jù)庫的訪問，為數(shù)據(jù)庫的操作提供方便。BLL業(yè)務邏輯層是服務器整體架構中最能體現(xiàn)核心功能的部分，對所有業(yè)務操作類進行了封裝，例如編寫用戶登錄的所有過程程序，接收移動端發(fā)送的賬號密碼數(shù)據(jù)并進行判斷，與數(shù)據(jù)層進行交互查找并將查找結果返回到WCF層，然后反饋給移動客戶端。

1.2移動端設計

井下移動端和井上移動端分別以井下定位系統(tǒng)[8-12]和Android系統(tǒng)作為平臺[13-16]。移動客戶端開發(fā)將UI層、功能代碼層、引用資源等都進行了分層管理。其中,UI層主要包括登錄界面、用戶主界面、各功能模塊圖標以及地圖展示界面部署。功能代碼層主要開發(fā)存儲系統(tǒng)的具體功能，包括軌跡記錄與回放、路徑規(guī)劃、標注點添加、刪除等。移動客戶端除了要進行與服務器的交互外，還要在本地存儲數(shù)據(jù)，引用資源層，盡量減少不必要的數(shù)據(jù)傳輸，選取輕量級數(shù)據(jù)庫SQLite為客戶端。井上移動端地圖展示模塊選取百度地圖API進行開發(fā)，引用百度地圖的AndroidSDK和定位SDK開發(fā)包進行地圖的調用和開發(fā)。井下移動端采用由CAD數(shù)據(jù)轉化成矢量數(shù)據(jù)、利用SQLServer2008R2數(shù)據(jù)庫，通過ADO.NET實體數(shù)據(jù)模型和EntityFramwork數(shù)據(jù)解決方案，作為中間層對數(shù)據(jù)庫進行操作，實現(xiàn)完全對象化的方法連接與訪問數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)移動端總體架構如圖2所示。

圖2　移動端總體架構

1.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

在實際的運行中，采礦團隊管理系統(tǒng)中主要數(shù)據(jù)除了位置點數(shù)據(jù)外，還有其他的人員信息、團隊信息、通信信息等較多的屬性數(shù)據(jù)，大部分數(shù)據(jù)需要及時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫進行存儲以保證團隊管理員能實時監(jiān)控團隊成員及與團隊成員進行及時通信。然而，有些數(shù)據(jù)不需要與服務器進行交互，但需要存儲在移動端的本地數(shù)據(jù)庫。為了實現(xiàn)復雜數(shù)據(jù)分布式管理和交互式訪問，提高檢索效率，系統(tǒng)采用了服務器端關系型數(shù)據(jù)庫MicrosoftSQLServer與輕量級數(shù)據(jù)庫SQLite相結合的模式。對系統(tǒng)使用過程中用戶發(fā)生的所有操作都增加空間坐標字段，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的空間化改造。在可視化處理過程中再通過坐標信息實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的關聯(lián)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)動交互。

2　系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)

基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)主要功能模塊包括綜合管理模塊、個人模塊、團隊模塊等，如圖3所示。

2.1個人模塊和團隊模塊

個人模塊主要實現(xiàn)個人基礎信息管理，包括位置定位與顯示、軌跡記錄與回放、路徑規(guī)劃、標注點添加、刪除等，主要用于記錄礦工進出礦井時刻、出入限制區(qū)域、出入巷道分支方向等。采礦團隊成員分布較為分散，接觸面積大，礦工對危險點、爆破點、興趣點等進行標記，有利于幫助整個團隊成員對礦區(qū)的整體把握，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)可視化展示。

圖3　基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)主要功能模塊

團隊模塊除實現(xiàn)團隊的創(chuàng)建、刪除、設置信息共享權限等基礎功能外，還可實現(xiàn)礦工團隊成員的位置信息共享、軌跡上傳與查看等功能。本系統(tǒng)借助團隊模塊，優(yōu)化了井上與井下交互功能，井上的控制平臺及指揮中心可實時了解井下礦工隊員的動向并隨時向團隊成員下達指令，管理人員、技術人員、安檢人員等通過服務器端獲取井下地圖信息、礦工位置信息，可視化調動采礦工作人員，接收和發(fā)送緊急救援信號與應急路線導航，接收團隊警示點警告等。

2.2綜合管理模塊

綜合管理模塊以GIS作為基礎平臺，對數(shù)據(jù)進行空間可視化展示和查詢，并依據(jù)空間分析功能，為管理層提供發(fā)展依據(jù)。

在空間可視化方面，采礦團隊管理人員通過服務器調用百度地圖，結合數(shù)據(jù)庫中存儲的屬性數(shù)據(jù)，可以快速通過項目關鍵詞檢索礦井所在地并獲取屬性信息(如閉礦項目施工周期、投產礦井項目進程、建礦項目施工計劃等)，并可在WebGIS頁面上發(fā)布鏈接地址，實現(xiàn)信息共享功能。采礦工程信息位置展示如圖4所示。

在空間分析方面，基于屬性數(shù)據(jù)生成各種形式的專題圖。本系統(tǒng)中采礦團隊管理層可以對礦井分布情況、市場需求分布變化、采礦進程難易度等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并生成顏色專題圖、柱狀專題圖和餅狀專題圖。

圖4　采礦工程信息位置展示

以礦井市場信息分布模擬圖(圖5)為例，用戶錄入日常數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)統(tǒng)計分析生成礦井分布專題圖，管理層可以直觀地看到某年份全國各省級行政區(qū)內采礦工程分布數(shù)量，并且看到開發(fā)礦井工程建礦、閉礦有效信息和無效信息的比例數(shù)量，綜合多個年份的采礦工程分布信息專題圖，為采礦工程發(fā)展宏觀決策提供信息參考。

圖5　礦井市場信息分布模擬

此外，采礦團隊管理層可以針對單條或多條軌跡數(shù)據(jù)記錄，結合礦井地圖巷道分支，優(yōu)化礦井通風口、井下排水點、供電設施位置等。

3　結語

基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)實現(xiàn)了采礦團隊管理工作模式的創(chuàng)新，GIS可視化平臺極大加強了井下團隊成員有效位置的管理，實現(xiàn)了團隊成員位置信息實時共享、位置跟蹤定位、路徑導航、興趣點標注等功能，系統(tǒng)還可實現(xiàn)空間信息查詢、空間數(shù)據(jù)分析以及空間可視化表達等功能，并可構建專題圖、熱力圖等，為團隊管理人員提供了高效的地圖服務。

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MiningteammanagementsystembasedonGIS

WUJiayi1,HANLitao1,2，SHIMeng3，LEIYanhui1

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266510，China; 2.KeyLaboratoryofSurveyingandMappingTechnologyonIslandandReef，StateBureauofSurveyingandMapping，Qingdao266510，China; 3.QingdaoBranch,ShandongTianyuanInformationTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.,Qingdao266510，China)

Inviewofparticularityofcoalminingandkeyproblemsoftrajectorytracking,dynamicmonitoring,distributionofheatmapanalysis,emergencyrescue,interestpointslabelinminingprocessofteammanagement,aminingteammanagementsystembasedonGISwasdesigned.ThesystemtakesGIS,mobileInternetcommunicationtechnology,RFIDandwirelessmonitoringtechnologyasmaintechnicalmeans,andrealizesfunctionssuchasintelligentmanagementinundergroundandonground,dataanalysisvisualizationofteammanagement,real-timedynamicformembersdistributionandinstantcommunicationbetweenmemberscombiningwithattributedataandgeographicspaceinformation.

undergroundpersonnelpositioning;miningteammanagement;GIS;trajectorytracking;spatialinformationvisualization

1671-251X(2016)05-0081-04DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.05.018

2015-12-18；

2016-01-27；責任編輯：張強。

國家自然科學基金項目(41201381)；山東省自然科學杰出青年基金項目(JQ201113)；海島(礁)測繪技術國家測繪地理信息局重點實驗室資助項目(2012A04)。

吳佳怡(1991-)，女，山東青島人，碩士研究生，研究方向為地理信息系統(tǒng)，E-mail:641857437@qq.com。

TD67

A網絡出版時間：2016-04-29 11:34

吳佳怡，韓李濤，石孟，等.基于GIS的采礦團隊管理系統(tǒng)[J].工礦自動化，2016,42(5)：81-84.