基于GIS的采矿团队管理系统.pdf

第 4 z卷 第 5期 2 0 1 6年 5月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 2 No ． 5 M a y 2 0 1 6 ． _ll ” ‘’ “ ’ i 经验交流 I ． ◆ h ◆ ◆{◆ 文章 编号 1 6 7 1 吴 佳 怡 ， 韩 李 涛 2 5 1 X 2 0 1 6 0 5 0 0 8 1 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． ，石孟 ， 等． 基于 GI S的采矿团队管理系统[ J ] ． 工矿 i s s n． 1 67 1 - 2 5 1 X． 2 01 6 ． 0 5． 0 1 8 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 5 8 1 8 4 ． 基于G I S的采矿围队管理系统 吴佳怡 ， 韩李涛h ， 石孟。 ， 类延辉 1 ． 山东科技大学 测绘科学与工程学院，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 ； 2 ． 海岛 礁 测绘技术国家测绘地理信息局重点实验室 ，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 ； 3 ． 山东省天元信息技术股份有限公司 青岛分公司 ，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 摘要 针对煤矿开采的特殊性和采矿 团队管理过程 中轨迹跟踪、 动态监控、 分布热力图分析 、 紧急救援 、 兴趣点标注等 关键 问题 ， 设计 了基于 GI S的采矿 团队管理 系统 。该 系统以 GI S 、 移动互联 网通信技术、 射频 识别与无线监控技术等为主要技 术手段 ， 将属性数据信息与地理空间信息关联起 来， 实现 了井上井下管理智 能化 、 团队管理数据分析可视化 、 成 员分布实时动 态化 以及成员间即时通信等功能。 关键 词 井 下人 员定位 ；采矿 团队管理 ； GI S ； 轨 迹跟 踪 ；空间信 息 可视 化 中图分类 号 T D6 7 文献标 志 码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 6 0 4 2 9 1 1 3 4 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 4 2 9 ． 1 1 3 4 ． 0 1 8 ． h t ml M i ni n g t e a m ma n a g e me nt s ys t e m ba s e d o n GI S W U J i a y i ，HAN Li t a o ， SHI M e n g 。 ，L EI Ya n h u i 1． C o l l e g e o f Ge o ma t i c s ，S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ，Qi n g d a o 2 6 6 5 1 0， Ch i n a ； 2． Ke y La b o r a t o r y o f S u r v e y i n g a n d M a p p i n g Te c h n o l o g y o n I s l a n d a n d Re e f ， S t a t e B u r e a u o f S u r v e y i n g a n d M a p p i n g，Qi n g d a o 2 6 6 5 1 0， Ch i n a ；3． Qi n g d a o Br a n c h，S h a n d o n g Ti a n y u a n I n f o r ma t i o n Te c h n o l o g y De v e l o p me n t C o． ，Lt d． ，Qi n g d a o 2 6 6 5 1 0 ， Ch i n a A b s t r a c t I n v i e w o f p a r t i c u l a r i t y o f c o a l mi n i n g a n d k e y p r o b l e ms o f t r a j e c t o r y t r a c k i n g ，d y n a mi c mon i t o r i ng，di s t r i bu t i o n o f he a t m a p a n a l ys i s，e m e r g e n c y r e s c ue ，i n t e r e s t p o i nt s l a be l i n mi ni n g p r o c e s s of t e a m ma n a g e me n t ，a mi n i n g t e a m ma n a g e me n t s y s t e m b a s e d o n GI S wa s d e s i g n e d．Th e s y s t e m t a k e s GI S， mob i l e I nt e r n e t c o mm un i c a t i o n t e c hno l o gy， RFI D a nd wi r e l e s s mon i t o r i ng t e c h no l og y a s ma i n t e c h ni c a l me a n s ，a n d r e a l i z e s f u n c t i o n s s u c h a s i n t e l l i g e n t ma n a g e me n t i n u n d e r g r o u n d a n d o n g r o u n d ，d a t a a n a l y s i s v i s u a l i z a t i o n o f t e a m ma n a g e me n t ，r e a l t i me d y n a mi c f o r me mb e r s d i s t r i b u t i o n a n d i n s t a n t c o mmu n i c a t i o n b e t we e n me mb e r s c o mb i n i n g wi t h a t t r i b u t e d a t a a n d g e o g r a p h i c s p a c e i n f o r ma t i o n． Ke y wo r d s u n d e r g r o u n d p e r s o n n e l p o s i t i o n i n g ； mi n i n g t e a m ma n a g e me n t ；G I S ；t r a j e c t o r y t r a c k i n g ； s p a t i a 1 i nf or ma t i on v i s ua l i z a t i on 收稿 日期 2 0 1 5 - 1 2 - 1 8 ； 修 回日期 2 0 1 6 0 1 2 7 ； 责任编辑 张强 。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 4 1 2 0 1 3 8 1 ； 山东省 自然科学杰 出青年基金项 目 J Q2 0 1 1 1 3 ； 海 岛 礁 测绘 技术 国家测 绘地理信息局 重点 实验室资助项 目 2 0 1 2 A0 4 。 作者简介 吴佳怡 1 9 9 1 一 ， 女 ， 山东青岛人， 硕士研究 生， 研究方 向为地理信息 系统 ， E - ma i l 6 4 1 8 5 7 4 3 7 1q q ． c o rn。 8 2 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 0 引言 煤 炭 在 我 国经 济 建设 中有 着举 足 轻 重 的作 用 ， 但煤炭开采是一项危险系数高且复杂 的工程。由于 煤矿地址不能 自由选择 以及矿床工业储 量 的局 限 性 ， 采矿设备和人员经常随采矿进程和加工对象转 移 。因此 ， 对采矿团队进行管理是非常重要 的。 传统的采矿团队管理系统煤矿井下工作人 员 管 理 系 统[ 】 Ma n a g e me n t S y s t e m f o r Un d e r g r o u n d P e r s o n n e l i n C o a l Mi n e 只 局 限 于管 理矿 井工 作人 员 ， 着 重监测 井 下人 员位 置 、 限制 区域 出入 、 工作 区人员数量以及活动路线等 ， 井下井上信 息交互相对较弱 ， 井上管理层矿区分析 、 整体规划等 问题并未涉及 ， 并且其所得信息多以数据形式呈现 ， 很难 让 团队成 员从 冗杂抽 象 的数据 表格 中掌控 矿 区 的分布状况和发展趋势。针对 以上 问题 ， 笔者设计 了 基于 G I S的采 矿 团 队管 理 系统 ， 该 系统 将属 性 数 据信息与地理空间信息关联起来 ， 以直观可视的形 式呈现给团队成员 ， 在井下可为团 队成员提供位置 信息实时共享 位置跟踪定位 、 路径导航 、 兴趣点标 注等相应服务； 在井上的总体监控 中可实现空 间信 息查询 、 空间数据分析以及空间可视化表达 ， 并可构 建专题图、 热力 图等 ， 实现 了矿井安全 与管 理平行 发展 。 1系统总体 设计 基于 GI S的采矿 团队管理 系统要求对 用户数 据进行实时的集 中管理与分发 ， 考虑到移动端设备 存储、 计算能力有限 ， 不可在移动端平台上部署大型 应用程序 ， 因此 ， 该 系统采用 B ／ S的 网络架构。井 下移动端以井下定位装置为基础 ， 通过无线通信基 站连接工业 以太环网 ， 获取需要 的数据并将位 置信 息和请求发送到服务器端 。服务器接收并解析井下 移动端的请求和数据 ， 将数据存储在数据库中， 并将 井 下移 动端 需要 的数 据从 数 据 库 中取 出 ， 且 以 特定 的格式发送给井下 团队 ， 从而实现井下移动端与服 务 器 的交互 。地 面交 换机 将地 面 网络与 井下 网络联 通 ， 地面移动端通过服务器访问数据库 ， 获取井下作 业 团队实时位置信息 ， 并通过服务 器端进行实时通 信[ 4 ] 。基于 GI S的采矿 团队管理系统 网络结构如 图 1 所 示 。 1 ． 1 服务 器端设计 基于 GI S的采矿 团队管理系统包括 服务 器端 和移动端 2个部分 。其 中服务器端主要用于上传用 井 无线通 信基站无线通信基站 井 下 移 动 端 一 _ 井下定位装置 井下定位装置 无线通信基站无线通信基站 _ _ 井下定位装置 井下定位装置 图 1 基 于 GI S的 采 矿 团 队 管 理 系 统 网 络 结 构 户请 求 ， 下 达服 务响 应 ， 为 用户 随时 随地获 取基 于位 置的服务提供保障。 服务 器端 采 用 WC F 服 务 层 、 Mo d e l 数 据 访 问层 、 B L L 业务 逻辑层 3层架构 ， 实现 了“ 高 内 聚 ， 低耦合” L 6 ] 。WC F 服务层 用 于对外 发布信 息 ， 即服务器的对外展示层 ， 实现井上井下移动端程 序的交互 ， 根据移动端功能需求提供不同的服务 ， 接 收移动端发送的数据和请求 ， 将数据和请求转发至 业务逻辑层 ， 并将所需数据和处理结果反馈给移动 端 。Mo d e l 是服务器端的数据访 问层 ， 其 功能主要 是负责数据库 的访 问， 为数据库 的操作提供方便 。 B L L业务逻辑层是服务器整体架构 中最 能体 现核 心功能的部分， 对所有业务操作类进行了封装 ， 例如 编写用户登录的所有过程程序， 接收移动端发送的 账号密码数据并进行判断 ， 与数据层进行交互查找 并将查找结果返 回到 WC F层 ， 然后反馈 给移动客 户端 。 1 ． 2移动 端设 计 井下移 动端和井上移动端分别 以井下定位系 统 和 An d r o i d系统作为平台[ 1 。 引。移动客户端 开发将 UI 层 、 功 能代 码层 、 引用 资 源 等都 进 行 了分 层管 理 。其 中 ， UI 层 主 要包 括 登 录界 面 、 用 户 主界 面 、 各 功能 模块 图标 以及 地 图展 示 界 面部 署 。功 能 代码层主要开发存储系统的具体功能 ， 包括轨迹记 录与回放、 路径规划 、 标注点添加 、 删除等。移动客 户端除了要进行与服务器的交互外 ， 还要在本地存 储数据 ， 引用资源层 ， 尽量减少不必要 的数据传输， 选取轻量级数据库 S QL i t e为客户端 。井上移动端 地图展示模块选取百度地图 AP I 进行开发， 引用百 度 地 图的 An d r o i d S D K 和 定位 S DK 开发包 进 行地 2 0 1 6年 第 5期 吴佳 怡等 基 于 GI S的采矿 团队 管理 系统 8 3 图的调用和开发。井下移动端采用 由 C AD数据转 化成矢量数据 、 利用 s QL S e r v e r 2 0 0 8 R 2数据库 ， 通过 ADO． NE T实体数据模型和 E n t i t y F r a mwo r k 数据解决方案 ， 作为中间层对数据库进行操作 ， 实现 完全对象化的方法连接与访问数据库 。系统移动端 总体架构如图 2 所示。 ． ⋯⋯⋯⋯鐾⋯ ⋯ ⋯ ． ● ●r 。。 。 。。 。 。。 ‘ 。‘ - 1 r 。。 。。 。 。。 。 ‘ 。 1 r 。。 。 。。 。 。 ‘ ’。 。。 。 。。 。 。。 。 。 。0 。 。。 。 1_ _ ； U I 层 l 登 录 界 面l l用 户 主 界 面l l 地 图 展 示 B a id u M a p A P I l ； 一 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ● ● I 是 I I 业 务 麟 I 数据存储 i ； I P h o n e I l S e r v e r I i i I S Q L i t e l l S Q L S e r v e r I ； i ． ． ． ⋯⋯⋯一 皇暑三 j 皇三三 三 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯． ，j ’ - - - - I _ - - - - ● - ● ● - _ - ● - _ - - - 。 ● ● - ● _ ● _ _ - - ● - - - ● ● _ - - ● - - ● ‘ - - ● - ● ● _ ● - _ ● ● - - _ ● ， 在实际的运行中 ， 采矿团队管理系统 中主要数 据除了位置点数据外 ， 还有其他的人员信息、 团队信 息 、 通信信息等较多的属性数据 ， 大部分数据需要及 时传输到数据库进行存储以保证 团队管理员能实时 监控团队成员及与 团队成员进行及时通信。然而 ， 有些数据不需要与服务器进行交互 ， 但需要存储在 移动端的本地数据库。为了实现复杂数据分布式管 理和交互式访问 ， 提高检索效率 ， 系统采用 了服务器 端关系型数据库 Mi c r o s o f t S QL S e r v e r 与轻量级数 据库 S QL i t e 相结合 的模式。对系统使用过程中用 户发生的所有操作都增加空间坐标字段 ， 实现对数 据 的空 间化 改造 。在 可视化 处理 过程 中再 通过 坐标 信 息实 现系统 数 据 与空 间数 据 的关联 ， 以 实 现数 据 的联动 交互 。 2系统 功 能模块 实现 基 于 GI S的采 矿 团 队管 理 系 统 主要 功 能 模 块 包括综合管理模块 、 个人模块、 团队模块等 ， 如图 3 所示 。 2 ． 1 个人模 块和 团队模 块 个人模块主要实现个人基 础信息管理， 包括位 置定位与显示 、 轨迹记录与回放 、 路径规划 、 标 注点 添加、 删除等 ， 主要用于记录矿工进出矿井 时刻 、 出 入限制区域 、 出入 巷道分支方 向等。采矿团队成员 分布较为分散 ， 接触面积大 ， 矿工对危险点 、 爆破点 、 兴趣点等进行标记 ， 有利于帮助整个团队成员对矿 图 3 基 于 GI S的采 矿 团 队管 理 系 统 主 要 功 能 模 块 区的整体把握 ， 实现空间数据可视化展示 。 团队模块除实现团队的创建、 删除 、 设置信息共 享权限等基础功能外 ， 还可实现矿工团队成员的位 置信息共享、 轨迹上传与查看 等功能。本系统借助 团队模块 ， 优化了井上与井下交互功能 ， 井上的控制 平台及指挥中心可实时了解井下矿工队员的动向并 随时向团队成员下达指令 ， 管理人员、 技术人员 、 安 检人员等通过服务器端获取井下地 图信息、 矿工位 置信息 ， 可视化调动采矿工作人员 ， 接收和发送紧急 救援信号与应急路线导航 ， 接收团队警示点警告等 。 2 ． 2综合 管理模 块 综合管理模块以 GI S作为基础平 台， 对数据进 行空间可视化展示和查询 ， 并依据空间分析功能 ， 为 管理层提供发展依据。 在 空 间 可视 化 方 面 ， 采矿 团队 管理 人 员通 过 服 务器调用百度地图 ， 结合数据库中存储 的属性数据， 可以快速通过项 目关键词检索矿井所在地并获取属 性信息 如闭矿项 目施工周期、 投产矿井项 目进程、 建矿项 目施 工计划等 ， 并 可在 We b GI S页面上发 布链接地址 ， 实现信息共享功能。采矿工程信息位 置 展示 如 图 4所 示 。 在空间分析方面， 基于属性数据生成各种形式 的专题图。本系统中采矿团队管理层可以对矿井分 布情况、 市场需求分布变化 、 采矿进程难易度等数据 进行统计分析， 并生成颜色专题图、 柱状专题图和饼 状 专题 图 。