煤矿安全信息管理系统的设计与实现.pdf

分类号 U D C 密级 1 9 3 4 3 5 8 学位论文 煤矿安全信息管理系统的设计与实现 作者姓名王艾昕 指导教师王剑副教授 东北大学计算机系统研究所 申请学位级别硕士学科类别工学 学科专业名称计算机应用技术 论文提交日期 2 0 0 7 年1 2 月9 日论文答辩日期2 0 0 8 年2 月2 8 日 学位授予日期答懒△摘高福祥 评阅人高福祥、夏利、刘浪涛 东北大学 2 0 0 8 年2 月 ● ～．’’ 0 l I I [ 1lUII I1 1 1 I l llI IIII 、t18 4 4 010 AT h e s i sf o rt h eD e g r e eo fM a s t e ri nC o m p u t e r A p p l i c a t i o nT e c h n o l o g y D e s i g na n dI m p l e m e n t a t i o no fC o a lM i n eS a f e t y I n f o r m a t i o nM a n a g e m e n t S y s t e m b yW a n g A i x i n S u p e r v i s o r A s s o c i a t eP r o f e s s o rW a n g J i a n N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y F e b r u a r y2 0 0 8 ■I■■r r I ． 1 J 一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人 己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而 使用过的材料。与我一N - r 作的同志对本研究所做的任何责献均 己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名西 芝而 日 期硼、3 。＼ 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使 用学位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流。 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同 意。 学位论文作者签名 签字日期 导师签名 签字日期 ．--◆l 1 一 ． ‰． 1 h 东北大学硕士学位论文摘要 煤矿安全信息管理系统的设计与实现 摘要 我国的煤炭工业是国民经济重要的基础产业，安全一直是煤矿的一个 首要问题。由于煤矿工作环境特殊，对安全作业要求极高，因此快速、准 确、及时地提供和处理安全信息是煤矿安全工作的基本要求。现在煤矿生 产事故较多，造成国家财产和人民生命的严重损失。其根本原因是对矿井 作业过程和环境状况缺乏一套系统、科学的动态监测、分析以及实时有效 的控制技术。现代科学技术的发展，尤其是信息化时代的到来，为煤炭工 业这一传统工业的改造指明了方向。本文作者在对煤矿日常生产和安全管 理进行深入调查的同时，主要研究了目前大多数煤矿安全管理的内容、方 法和缺陷，从而设计开发了这个煤矿安全信息管理系统。该系统集实时监 控、信息录入、信息查询、信息统计于一体，融合了C l i e n t ／S e r v e r 体系、 G P R S 移动网络、数据库等一系列技术手段，实现了分布式并行实时监测， 无线传输数据，高层决策支持等功能，把煤矿安全管理提高到一个新的水 平。 论文首先从系统的开发背景、社会需求和实现意义谈起，然后重点介 绍了系统的设计和实现。设计部分从系统实现目标、实现思路和系统分析 着手，提出了系统的总体设计方案，对系统的功能设计和数据库设计做了 详细的说明，并且完成了系统主要模块的实现和测试。最后，论文通过对 系统设计过程中遇到的困难作了分析，指出了系统中存在的不足之处，为 今后的工作指出了目标。 关键词煤矿安全，C A N ，分布式并行监控，G P R S ／C D M A l X ．I I ． ，▲．． 、． I I ．一 ‘ ， ● ～ ． 东北大学硕士学位论文A B S T R C A T D e s i g na n dI m p l e m e n t a t i o no fC o a lM i n eS a f e t yI n f o r m a t i o n M a n a g e m e n tS y s t e m A BS T R A C T T h ec o a li n d u s t r yi sav e r ys i g n i f i c a n ta n df u n d a m e n t a li n d u s t r yt oo u r n a t i o n ’Se c o n o m y ．a n ds a f e t yi So n ec r u c i a l i s s u ef o ra l lc o a lm i n e s ．D u et ot h e s p e c i a lw o r ke n v i r o n m e n tw i t h i nc o a lm i n e sa n dt h eh i g hl e v e lo fs a f e t y r e q u i r e m e n t s ，i th a sb e e nt h eb a s i so fc o a lm i n es a f e t yt op r o v i d ea n dp r o c e s s i n f o r m a t i o nr a p i d l y ，a c c u r a t e l ya n di nat i m e l ym a n n e r ．C o a lm i n ea c c i d e n t s h a v eb e e nh a p p e n i n gf r e q u e n t l y ，w h i c ha r eg r e a tl o s so fn a t i o n a lp r o p e r t ya n d p e o p l e ’Sl i v e s ．T h em a i nr e a s o no ft h i si sal a c ko fs y s t e m a t i c a l l yd y n a m i c m o n i t o r i n g ，a n a l y z i n ga n dr e a l t i m ea n de f f i c i e n tc o n t r o lm e c h a n i s mf o rc o a l m i n i n gp r o c e s sa n de n v i r o n m e n t ．T h ea u t h o ro ft h i sa r t i c l ed i da ni n ．d e p t h r e s e a r c hi nd a i l yc o a lm i n i n gp r o d u c t i o na n ds a f e t ym a n a g e m e n t ，a n df o c u s e d o nt h es a f e t ym a n a g e m e n ts o l u t i o n ，m e t h o d o l o g ya n dd r a w b a c k so fm a jo rc o a l m i n e s ，h e n c ed e s i g n e da n dd e v e l o p e dt h i sc o a lm i n es a f e t ym a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m s ．T h i ss y s t e mc o m b i n e sr e a l - t i m em o n i t o r i n g ，i n f o r m a t i o n i n p u t ，i n f o r m a t i o ni n q u i r i n g ，i n f o r m a t i o ns t a t i s t i c s ，d e p l o y i n g as e r i e so f s t a t e - o f - t h e - a r tt e c h n o l o g i e si n c l u d i n gC l i e n t ／S e r v e rh i e r a r c h y ，G P R Sm o b i l e n e t w o r ke t c ，t h e r e f o r er e a l i z e st h e f u n c t i o n a l i t y o fd i s t r i b u t e d p a r a l l e l r e a l - t i m em o n i t o r i n g ，w i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o n ，h i g hl e v e ld e c i s i o ns u p p o r t ， w h i c hr a i s e st h ec o a lm i n es a f e t ym a n a g e m e n tu pt oam u c hh i g h e rl e v e l ． T h et h e s i ss t a r t sw i t ht h eb a c k g r o u n do ft h es y s t e md e v e l o p m e n t ，s o c i a l d e m a n da n dt h et r u em e a n i n go fr e a l i z a t i o n ，a n dt h e ne m p h a s i z e so nt h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e m ．T h ed e s i g n i n gs e c t i o ns t e p si nw i t h t h eo b j e c t i v e so ft h es y s t e m ，t h ed e s i g n i n gm e t h o d o l o g ya n ds y s t e ma n a l y s i s ， b r i n g sa l o n gt h eg e n e r a ld e s i g ns o l u t i o nf o r t h es y s t e m ，a n dp r o v i d e sa d e t a i l e dd e s c r i p t i o no ff u n c t i o n a ld e s i g no ft h es y s t e ma n dt h ed e s i g no ft h e d a t a b a s e ，a n dt h e ne n d s w i t ht h er e a l i z a t i o na n dt e s to ft h em a i ns y s t e m m o d u l e s ．I nt h ee n d ，t h et h e s i sp o i n t so u tt h e s h o r t c o m i n go ft h es y s t e m t h r o u g ht h ea n a l y s i so fd if f i c u l t i e so c c u r r e dd u r i n gt h es y s t e md e s i g np r o c e s s ， a n dt h e ns e tu pt h eg o a l sf o rf u t u r ew o r k ． K e yw o r d s C o a lM i n eS a f e t y ；C A N ；D i s t r i b u t e dP a r a l l e lM o n i t o r i n g ； G P R S ／C D M A1X ．．1 1 1 ．． ．● ．，● 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I ，煤矿安全信息管理系统的设计与实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。I I A B S T R A C T ⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．．．．．⋯．．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯l l I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I V 第一章引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 煤矿安全信息管理的现状与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 煤矿安全信息管理的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．3 本论文的工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 第二章系统分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 2 ．1 系统应有的功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，6 2 ．2 系统实现的目标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．3 系统硬件及网络解决方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．3 ．1 系统硬件结构图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 ．3 ．2 网络拓扑结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．4 数据流图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 l 2 ．4 ．1 相关概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．4 ．2 系统数据流图的组成符号⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．4 ．3 系统数据流图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 第三章系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 3 ．1 系统设计描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 3 ．2 系统模块图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．2 ．1 系统的总体结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 3 ．2 ．2 系统模块的描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 3 ．3 数据库设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．3 ．1 数据库介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 ．．I V ．． 东北大学硕士学位论文 目录 3 ．3 ．2 设计原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．3 ．4 教据库的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．4 数据库操作的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 ，第四章系统实现⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 ．o o ．o ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 ．1 系统实现描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．2C A N 网络通信的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．2 ．1 上位机节点实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．2 ．2 分站节点实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．2 ．3 C A N 通信的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 矿井监控信息模块的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．3 ．1 瓦斯参数监控子模块的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．3 ．2 参数超限报警监控模块的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．4 安全事故管理模块的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．5 程序调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 4 ．5 ．1 程序调试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．5 ．2 程序调试步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 6 第五章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．1 本文的主要工作总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 7 5 ．2 进一步的研究工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 至贮谢．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 一V 一 l i p ●． L 东北大学硕士学位论文第一章引言 第一章引言弟一早jI 苗 煤矿安全生产直接关系到煤矿企业的生存与发展，采取先进的管理手 段做好矿山安全工作是非常必要和十分紧迫的。随着我国煤矿企业的发展 和计算机应用的普及，以及信息化建设工作在全国的推广，煤矿安全信息 管理水平逐步提高。本章首先从煤矿安全信息管理的产生、发展、系统的 应用情况等方面出发，对管理信息系统在国内外的发展状况进行总结介 绍。然后，通过介绍煤矿安全信息管理系统的现状，给出课题的实际应用 背景及本课题研究的内容和意义。最后给出整个论文的组织安排。 1 ．1 煤矿安全信息管理的现状与展望 随着我国煤炭事业的发展及安全形势的要求，高产高效煤矿对生产过 程监控、全矿井生产安全环境监测、生产过程信息综合利用等方面的网络 化、自动化和智能化提出了新的要求。希望煤矿井上井下的各种子系统能 在一个统一的网络平台上运转，在矿调度室集中监测控制全矿井环境、安 全信息、控制矿井的机电设备，做到井下无操作工，机电硐室无人值守， 信息能得到更多的共享和增值Ⅲ。目前许多矿井都在实施信息化或综合自 动化，发展势头十分迅猛。支撑实现它的核心技术是集成化的数据管理、 集成化的通讯、集成化的编程组态和底层设备的自动化、网络化。目前我 国煤矿的计算机信息化、工业控制自动化工作经过二十多年的自主与协作 开发，研制成功多套独立运行的自动化控制系统、环境监测系统、工业电 视系统等，在安全、生产等各个方面发挥了积极的作用。但是从矿山信息 化要求来说，各个子系统独立运行，不能实现信息共享和网络自由浏览， 存在“自动化孤岛’’和“信息孤岛”现象，限制信息发挥更大的作用，同 时投资大，维护工作量大。然而，事实证明信息只有通过信息管理系统的 加工处理，才能得到有效的利用。目前煤矿信息管理系统也有很多不尽人 意之处，如许多信息管理系统往往只限于对数据的统计分析，而真正涉及 到预测、决策及优化方面的工作较少，结果是只能代替一部分繁重的手工 劳动，并没有充分发挥信息管理系统的效益。 在安全信息方面，国外早在7 0 年代就将计算机技术应用到安全科学方 ．1 ． 东北大学硕士学位论文 第一章引言 面的研究，除进行安全系统工程的基本事件分析 如事故树分析、故障树 分析 之外，已将数据库技术广泛用于安全信息分析。日本熊本博光等提 出了用事故实例数据库来分析原子能工程事故的原因，以提高系统的安全 性。该系统建立了以世界各国的原子能工业事故实例为基础的“事故原因 一结果数据库“ 。美国提出用数据库技术建立事故信息管理系统，开展对 各类事故的频率和趋势分析以及系统统计学测试等方面的研究，对一些复 杂的系统特征作定性和定量的安全性评价，以确保整个系统的稳定可靠 性，防止事故的发生。美、英等国均已研制出用于安全信息分析的成套“微 机信息管理系统软件’’，如英国卫生与安全局开发的安全分析软件包。这 类软件的开发和应用，充分发挥了计算机信息技术在安全信息管理中的优 势．将取得更多的成果和实际效益。 我国从8 0 年代末开始基于微机的安全信息管理技术的研究开发，已先 后在航空、机电、冶金、煤炭、石油等行业取得阶段性的应用成果，取得 了较好的收效。目前在应用的深度和广度商有待发掘和拓展，同时需要进 一步完善信息管理机制，以更好地利用计算机强大地信息处理能力，使安 全管理工作的质量得到显著地改善。 国内外矿业领域 包括油田、金属矿山、煤矿 一直在研究各种类型的 信息管理决策系统以辅助管理进行更有效的生产和安全管理。如美国著名 的石油软件商G E O Q U E S T 2 0 0 0 年推出了一种能结合人和科技知识库，来改 进石油开采过程中工作流程决策的信息管理办法，在网络环境中提供数据 获取的宜人化手段和有效信息的分析方法。 信息管理系统在矿业中地应用主要有生产调度中心信息管理、地温信 息管理、矿山测量、地质钻孔信息管理、水文地质、地质灾害管理、伤亡 事故信息管理、矿山安全计量信息管理 气体浓度、通风参数、粉尘浓度 仪器 、生产设备设施评价、伤亡事故控制有效性评价。 1 ．2 煤矿安全信息管理的目的和意义 现代企业实现计算机网络化生产管理，是提高企业管理水平和生产效 率的有效手段。在我国，短短的几年时间内，计算机信息管理己经渗透到 银行、电信、政府机关、交通、科研院等各个部门，并在财务、人事管理、 ．2 ． ■ ． ．1 d ， 东北大学硕士学位论文第一章引言 办公自动化、电信等业务领域发挥着重要的作用。目前，越来越多的企业 已经意识到采用计算机信息管理的优势，尤其是进行生产管理，生产监控， 安全监控，对于改革现有管理模式，提高生产率和安全监控水平有显著作 用。 煤矿行业是一种典型的传统行业，煤炭资源亦是我国主要的一次性能 源，在国家经济发展中占有举足轻重的地位。随着国家煤矿行业体制改革 的不断深化、现代信息技术的飞速发展，煤矿管理信息化将为煤矿工业的 可持续发展提供良好的条件。煤炭资源特定的生产方式决定了它特殊的工 作环境。如何提高煤矿生产安全管理水平，有效地保护煤矿生产者的生命 安全和保证煤矿各种设施的正常运转，从而确保煤炭生产的正常运行和生 产效率的不断提高，增加煤炭企业的经营效益，使各级领导决策更加科学、 更加及时，一直是国内外政府、能源生产管理机构和煤矿企业领导所关注 和探索的重大问题。煤矿行业的信息内容系统化、安全生产监测监控自动 化、是煤矿行业应用系统的必然趋势；煤矿安全信息管理系统开发与应用 正是基于上述现实需要和技术发展的形势提出的一个实用课题，是煤矿安 全信息管理自动化重要组成部分。该系统能对煤矿瓦斯的情况实现无人自 动监控、自动报警，能确保安全监察业务准确、实时、快速的运行，保证 抢险救灾、安全救护的高效运作，对煤矿安全信息做出科学、全面的统计 分析，对单位内部员工做出合理的人事安排，并提供全面系统的决策资料。 1 ．3 本论文的工作 本文的主要工作是以开发出实时监测井下数据为主的煤矿安全信息管 理系统为目的，按照需求分析，总体设计，详细设计，系统实现四个步骤 对软件进行分析、设计，力求集现有安全管理系统之所长，融合C A N 总线 技术，使所开发软件具有更高的工作效率。 全文共分五章，具体内容如下 第一章介绍了课题的背景和研究的主要内容。 第二章详细介绍了本系统的需求分析过程，确定了系统所要达到的实 现目标，从硬件、软件和网络三个方面拟定出系统的实现方案。 第三章根据需求分析的结论，从系统模块和数据库两个方面，对系统 ．气． 东北大学硕士学位论文 1 第一章引言 进行总体设计和详细设计。 第四章详细介绍了监控系统和矿井现场C A N 监控网络、矿井监控模 块和事故信息管理模块的实现与测试。 第五章是全文总结和展望。 ● 东北大学硕士学位论文第二章系统分析 第二章系统分析 弟一早尔现，刀’1 ’门 软件需求分析是软件生命期中重要的一步，也是决定性的一步乜3 。在 可行性分析阶段，对开发新系统的基本思想和过程进行初步分析和论证， 对系统的基本功能、性能及开发时间的限制、人员安排、投资情况做出客 观分析。需求获取是软件开发中最困难、最关键、最易出错及最需要沟通 交流的活动，对需求的获取往往有错误的认识用户知道需求是什么，我 们所要做的就是和他们交谈从他们那里得到需求，只要问用户系统的目标 特征，什么是要完成的，什么样的系统能适合需要就可以了，但是实际上 需求获取并不是想象的那样简单，它关系到软件系统开发的成败，是决定 软件产品质量的关键口3 。 煤矿安全生产不仅关系着企业和生产和发展，还和人民生活和社会的 安定息息相关。所以各个煤矿及时采集各矿井的安全信息、运转状况等信 息，对于保证矿工的生命安全、合理安排原煤生产，确保各系统稳定运行 以及设备安全经济运行意义重大。基于这一要求，我们提出了本课题的主 要任务，开发研究并实施安全信息管理系统。 在一些大型或特大型煤矿企业中，计算机在安全管理方面的应用已达 到比较高的水平。但是总体上讲，在许多煤矿企业中计算机的应用水平还 不是太高，这主要表现在以下几个方面一是从应用的形式上看，计算机 的应用大多数还是各自独立工作的，其工作内容也是单一的，在许多情况 下，这些计算机的应用还分属于各个不同的科室和部门；二是从应用的内 容上看，许多系统还停留在对安全监测信息、安全管理信息的简单处理， 例如将采集到的信息仅仅进行信息显示、信息查询、信息统计、报表打印 以及信息存储等处理。其结果是，由于信息资源的单一性和孤立性，使各 个部门之间、上下级之间的信息不通畅，造成了信息资源的很大浪费和进 行了许多无谓的重复工作；另外由于对信息资源没有加工或只进行了简单 的加工，利用计算机进行安全管理的层次还不太高，难以达到安全预测、 辅助决策的作用。 煤矿安全信息管理系统应该是建立在计算机网络技术和专家系统基础 上的信息管理系统，按照系统工程的原理将瓦斯安全监测系统、矿井通风 ．5 ． 东北大学硕士学位论文第二章系统分析 网络监测系统、矿井矿压监测系统、井下安全考勤系统等原来单个独立运 行的各子系统有机地结合在一起，可实现信息资源共享，资料综合分析处 理，为煤矿安全生产、决策提供依据，使计算机在煤矿安全信息管理的应 用提高到一个新的水平H3 。 2 ．1 系统应有的功能 根据对目前所面临的煤矿安全生产的要求分析，并把现有安全信息系 统进行对比，综合分析与研究后，得出本系统应具备以下功能∞1 。 1 安全监测功能。在瓦斯安全监测子系统、矿井通风网络监测子系 统、矿井矿压监测子系统的支持下，将矿井井下各瓦斯监测点的瓦斯浓度、 风速、风压、温度等监测值实时动态地显示在包括调度室及有关部门的客 户机端，也可显示瓦斯、风速、风压、温度等传感器在井下位置的分布情 况，瓦斯浓度超过安全值自动报警，并自动转换到紧急处理状态；将矿井 工作面等矿压监测点的矿压监测值实时动态地显示在各有关部门，同样， 超过安全值自动报警，并自动转换到矿压紧急应急处理状态。 2 安全辅助决策功能。在矿井通风网络监测子系统支持下，系统运 用矿井通风网络安全性评价与动态模拟技术，将采集到计算机中的风速、 风压等动态参数通过网络解算，评价通风系统的优劣，对通风系统的完善 和改建提供可行意见，实现灾变时期风流控制和救灾决策的科学化。 3 井下人员管理功能。在井下安全考勤子系统支持下，系统及时提 供矿工出、入井的信息，掌握矿工在并下的实际工作人数及跟班干部在井 下的出勤情况。对井下工作时间超过规定的人员，报警提示，可及时发现 可能发生的安全隐患；在煤矿遇到突发事件时，为制定应急措施提供第一 手资料。 4 审阅、审签功能。该功能模块实现向领导提供安全报表，并对报 告、报表实现网上审阅、审签功能。使领导及时掌握通风、瓦斯等方面的 安全状况，使通风部门及时对各工区的通风状况进行调度，并按领导签阅 的意见迅速调整安全策略。 5 信息录入及信息反馈。有关部门在各自的客户端将最新的安全管 理信息录入到系统中，及时通报安全检查隐患查处、安全隐患查处登记及 ．6 ． 东北大学硕士学位论文第二章系统分析 安全整改后的情况等信息，经过系统传送给相关部门。 2 ．2 系统实现的目标 本系统开发的总体任务是实现对矿井安全参数的实时监控，对煤矿生 产、事故信息的系统化、规范化和自动化，以及为下一阶段煤矿安全信息 预测及决策系统的开发提供支持。它要求能实时的从矿井下采集瓦斯、风 速、温度、一氧化碳、二氧化碳、风机开停等数据信息，通过数模、模数 转换到井上的信息管理中心，由信息管理中心对以上的数据进行处理，及 时的对安全信息进行排查，以防险情的发生，并且能与工业电视结合起来， 对生产信息进行实时监控№1 。信息的管理包括信息的实时查询、信息的存 储和信息的统计。同时还要研究开发友好的人机交互界面，以便监测、查 询、修改信息。生产和安全信息的实时性和及时处理对煤矿来说是至关重 要的，这就要求该系统的处理能力强，存储容量大，连续运行性好，使用 可靠性高，系统恢复能力强。此外，如何对采集、统计的数据进行快速综 合、分析，得出有价值的信息，用于支持企业的管理决策，也是本课题需 要涉及的内容。 系统功能分析是在系统开发总体任务的基础上完成的口1 。本煤矿安全 信息管理系统需要完成的功能主要有 1 对瓦斯浓度、皮带等参数的监控，实现报警功能，并将报警信息 写入数据库，包括探头号、浓度、转速，负载、跑偏、报警日期、报警时 间，以利于查询。 2 对煤矿设备、安全信息进行图形显示，分层管理；能实时更新各 种煤矿设备的使用、以及瓦斯、风机等信息的现状数据，及时反馈到系统 中，并以图形的形式直观地反映出来。系统设置，包括对报警灯、报警声 音等参数的初始化、报警等设置。 3 煤矿安全事故信息管理，包括瓦斯突出时间、突出强度、突出程 度、事故原因、处理措施等，以及煤矿安全事故信息的修改、删除等。能 辅助行政管理，即可根据该系统全面掌握事故信息情况，尤其是在突发事 件中，能做出合理、快速的反应。煤矿安全事故信息的简单查询以及高级 组合式查询。能实时掌握安全数据信息和矿井设备运行情况，以最快的时 ．7 - 东北大学硕士学位论文第二章系统分析 间合理地分配工作任务，保证设备始终保持良好的状态，确保生产安全； 能大大提高工作效率、大大降低劳动强度，由于数据反馈准确及时，领导 只需通过该系统就能掌握最新的矿井情况，无须频繁到现场指挥了解。 4 各个分矿井井口信息的录入和处理。通过汇报卡的登记和处理， 对同时作业情况，井下劳动定员人数及实际入井人数进行记录，管理和控 制。以有效地降低因超负荷开采而造成的安全隐患。 5 对于固定资产设备的管理。实现对资产设备的资产设备的缺陷、 维修的管理。 6 生成各种统计报表给上级煤矿行政管理部门。 7 对安全培训的有关情况进行记载，其中包括培训计划、培训方案、 实际培训情况，相关的法律法规。以此可以随时对相关资料进行查询。 8 登录安全管理，包括对用户的添加、删除、更改用户密码，系统 管理员能为不同的用户设置不同的用户权限。 除了功能上要达到以上目标之外，还必须具备简洁性、透明性，并且 达到便于维护和升级的目标哺1 。 1 必须具备简洁性和透明性考虑到用户可能是非计算机专业人员， 不能掌握很深的计算机知识，为避免造成理解和操作上的困难，煤矿信息 安全管理系统的用户生成界面必须尽可能新颖，操作尽可能简洁直观， 提示尽可能详尽，让用户使用起来得心应手，将一些具体的处理技术过程 隐藏起来。 2 便于维护和升级。本系统的作用在煤矿的安全生产过程中举足轻 重，一旦出问题，丧失了它本身的功能，耽误一分钟可能就是人命关天的 大事，所以系统的维护的重要性可见一斑。 煤矿安全信息管理系统采用的是一个开放式系统框架，可根据各煤矿、 线路的具体情况做出相应的数据修改，因此该系统不仅可以随着技术的更 新而升级换代，同时，也具有一定的普遍性，相关技术方法也可在相关的 行业中推广应用，具有增值能力。 ．8 ． 东北大学硕士学位论文第二章系统分析 2 ．3 系统硬件及网络解决方案 2 ．3 ．1 系统硬件结构图 利用V B 6 ．0 ，S Q L S e r v e r 2 0 0 0 采用C l i e n t ／S e r v e r 结构基本完成“煤矿安 全信息管理系统”的开发工作，实现工业电视的实时监控和本系统安全监 测管理的结合旧1 。考虑本课题所使用的状况，在确保基本功能和性能的前 提下，侧重采用成熟的技术，且考虑其将来的扩充发展在硬件方面考虑 到本系统要求实时性高，人机界面好，系统功能强及用户的一些特殊要求， 要求计算机有较高的处理速度主机为P I I l 8 0 0 C P U 或以上，1 2 8 M 以上内 存，10 G 以上硬盘，4 M 以上显存。系统硬件结构图如图2 ．1 所示。 粤牵F 靠 A n 二 地向 F ／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／AF ／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／A 七 ”F 传 俞 ． 、悄 i t - 下视频监控 各种传感瑷备 肯线对讲 无线对讲 图2 ．1 系统硬件结构图 F i g2 ．1S t r u c t u r a lD i a g r a mo fS y s t e mH a r d w a r e 2 ．3 ．2 网络拓扑结构 煤矿信息管理系统为安全监测业务提供总体解决方案，该系统覆盖安 全监测信息管理和安全隐患源信息管理两个方面，综合利用数据库技术、 数据仓库、联机分析和I n t e r n e t ／I n t e r n e t 技术实现安全信息从收集、处理、 东北大学硕士学位论文第二章系统分析 分析、上报到发布的全过程管理，发布安全监测信息，实现领导远程办公 和相关单位的信息传递。 通讯协议采用T C P ／I P 。 本地监控网C A N 网络。 远程广域网采用G P R S 或C D M A l X 无线传输网络、D D N ／S D N ／P S T N 和异步调制解调器。 C ／S 体系结构是指将系统的设计分为服务器端和客户机两端分别设计 并执行，服务器提供数据操作的各项服务，客户机为用户提供最终操作界 面，由此平衡服务器及客户机的处理负荷，提高系统的执行效率，优化了 系统的性能，减少了网络数据吞吐量和数据传输瓶颈n 引。服务器端对用户 通常是不透明的。客户机上主要运行我们根据业务需求定制开发的业务处 理系统，包括业务数据录入、统计、汇总、查询、打印等多种操作功能。 图2 ．2 系统网络拓扑图 F i g2 ．2T o p o l o g yD i a g r a mo fS y s t e mN e t w o r k