MIS系统在矿井管理中的开发及应用.pdf

论文题目 MIS 系统在矿井管理中的开发及应用 专业学位类别 工 程 硕 士 学 号 200991231622 作 者 姓 名 王 华 指 导 教 师 杨国武 教授 万方数据 分类号 密级 UDC 注1 学 位 论 文 MIS 系统在矿井管理中的开发及应用 （题名和副题名） 王 华 （作者姓名） 指导教师 杨国武 教 授 电子科技大学 成 都 赵增玉 高 工 兖矿集团 济 宁 （姓名、职称、单位名称） 申请学位级别 硕士 专业学位类别 工程硕士 工程领域名称 软 件 工 程 提交论文日期 2012.09 论文答辩日期 2012.11 学位授予单位和日期 电子科技大学 2012 年 12 月 27 日 答辩委员会主席 评阅人 注 1注明国际十进分类法 UDC的类号。 万方数据 MIS SYSTEM DEVELOPMENT AND APPLICATION IN MINE MANAGEMENT A Thesis ted to University of Electronic Science and Technology of China Major Software Engineering Author Wang Hua Advisor Yang Guowu School School of Computer Science system security management subsystem, for example, data entry, data query and analysis of the data; system data integration, taking into account the MIS management system between the mine and mine MIS management systems and higher-level units of ination management systems that may exist between heterogeneous, the use of SOA technologies to achieve the interaction of data between systems, thereby improving the transmission efficiency of data between systems; in addition, in order to protect system data is not due to hardware errors as well as floods, fires and other natural disasters can cause data loss, the article also mine MIS management system data backup and recovery operations. 万方数据 ABSTRACT III Keywords MIS systems; mine production management; data integration; data management; ination construction 万方数据 目 录 IV 目 录 第一章 绪 论 ................................................................................................................ 1 1.1 研究背景 ............................................................................................................ 1 1.2 矿井信息系统研究现状 .................................................................................... 2 1.3 主要研究内容 .................................................................................................... 5 第二章 相关技术概述 .................................................................................................... 6 2.1 J2EE 平台概述 .................................................................................................... 6 2.1.1 J2EE 多层平台 .......................................................................................... 6 2.1.2 轻量级 J2EE 框架 .................................................................................... 7 2.2 SOA 架构概述 .................................................................................................. 13 2.2.1 SOA 技术简介 ........................................................................................ 13 2.2.2 J2EE 对 SOA 架构的支持 ...................................................................... 16 2.3 本章小结 .......................................................................................................... 18 第三章 矿井 MIS 系统分析 ......................................................................................... 20 3.1 系统需求概述 .................................................................................................. 20 3.1.1 系统需求分析原则 ................................................................................ 20 3.1.2 需求概述 ................................................................................................ 21 3.2 矿井生产过程分析 .......................................................................................... 22 3.2.1 矿井生产过程结构 ................................................................................ 22 3.2.2 矿井生产工艺流程 ................................................................................ 22 3.2.3 矿井生产经营特点 ................................................................................ 25 3.3 系统需求分析 .................................................................................................. 25 3.3.1 非功能需求分析 .................................................................................... 25 3.3.2 功能需求分析 ......................................................................................... 26 3.4 可行性分析 ...................................................................................................... 27 3.5 本章小结 .......................................................................................................... 27 第四章 系统设计与实现 .............................................................................................. 28 4.1 系统设计 .......................................................................................................... 28 4.1.1 系统设计原则 ........................................................................................ 28 万方数据 目 录 V 4.1.2 系统架构设计 ........................................................................................ 29 4.1.3 系统功能结构设计 ................................................................................ 31 4.1.4 数据库设计 ............................................................................................ 32 4.1.5 系统对外接口设计 ................................................................................ 34 4.2 系统实现 .......................................................................................................... 35 4.2.1 系统构架实现 ........................................................................................ 35 4.2.2 系统功能模块实现 ................................................................................ 39 4.2.3 数据库实现 ............................................................................................ 50 4.2.4 系统对外接口实现 ................................................................................ 57 4.2.5 系统数据维护 ......................................................................................... 60 4.3 本章小结 .......................................................................................................... 66 第五章 系统测试 .......................................................................................................... 67 5.1 测试环境分析 .................................................................................................. 67 5.2 系统功能测试 .................................................................................................. 68 5.3 系统性能测试 .................................................................................................. 70 5.4 本章小结 .......................................................................................................... 71 第六章 总结和展望 ...................................................................................................... 72 6.1 工作小结 .......................................................................................................... 72 6.2 下一步工作展望 .............................................................................................. 73 致 谢 ............................................................................................................................ 74 参考文献 ........................................................................................................................ 75 万方数据 第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 1.1 研究背景 当前国际经济发展态势迅猛，国内能源需求量也与日俱增。出于我国天燃气、 石油的储备远不如煤炭能源量，现今，我车能源结构将仍然以煤炭生产为主，我 国煤炭仍是国内能源行业的支柱。据统计，国内生产一次能源消耗中，煤炭就占 70以上，由此可见，在我国能源结构中煤炭占据了非常重要的地位。有优势也有 弊端，国内煤炭生产过程中，百万吨煤炭生产过程国内死亡率超过印度的 12 倍， 俄罗斯的 10 倍，更是超过了美国的 100 倍。国外先进的采煤国家已经利用强力、 大型的煤炭采矿设备，并根据所在煤炭地理环境，积极采用先进的、高效的、节 能的、环保的综采设备，机械化向自动化和集约化完美过渡。现今煤炭开采在有 力的设备技术支撑下不仅可以提高煤炭生产的效率，而且可以为对煤炭采矿过程 中的安全监测提供、以及煤矿集约化提供有利条件，不仅有效的预防和控制煤炭 采矿过程中的安全事故，同时在安全事故发生后，有助于进行快速、有效救援工 作的展开[1]。 企业的信息化指的就是企业充分利用现代信息技术来对本单位的信息资源进 行管理，进而不断提高企业的经营管理水平、开发创新能力以及人才队伍水平。 如何利用适应现代企业发展的、先进的信息技术来对煤炭行业进行改革、创新、 组建，从而实现数字化矿山开采，通过智能化、自动化以及信息化来带动煤炭采 矿区的发展和改革，从而开创绿色、清亮、高效、安全、环保以及可持续性有机 科学发展的煤炭行业发展模式，是实现现今国内煤炭行业科学、协调、全面、有 机发展的必由之路。要不断对煤炭行业的管理和生产过程数据进行实时监控和分 析，并且为煤炭行业采矿、管理、运输、销售等过程提供的决策制定信息化辅助 手段，从而实现煤炭行业的管理由传统老套方式向现代化、科学化信息方式转变， 提高煤炭企业的生产效率、管理水平，并且同时增强煤矿生产企业的安全性，增 强煤矿企业的核心竞争力[2]。 由于煤矿生产行业自身存在的特点及国内市场经济的现状，使得我国煤炭生 产行业的综合信息化建设普遍落后于其他行业。此外，煤炭行业的领导干部对综 合信息化的认识也存在局限性，认为购买了计算机、建立局域网、从市场上购买 万方数据 电子科技大学硕士学位论文 2 煤炭生产相关的信息化系统就是实现了煤炭生产的信息化。而实际上，信息化的 建设是一项非常复杂的工程，不仅仅要考虑信息化建设的技术方面，同时更是涉 及到了企业业务流程的再造、管理思想的创新、企业文化的塑造以及企业组织结 构的调整。由于种种原因，目前在我国煤炭生产领域中，并没有一套完善的矿井 管理系统来对煤矿生产进行管理， 而本文也正是基于这个原因吗对矿井管理中MIS 系统的开发和应用进行研究。 1.2 矿井信息系统研究现状 （1）国外矿井信息系统应用现状 在国外发达国家的煤炭企业中，其煤矿生产的信息化随着计算机技术、通信 技术、现代控制技术和网络技术的发展而逐步完善。在国外发达国家，其煤炭生 产已经成仙了集约化、重型化、绿色环保、自动化的特点。其煤炭生产设备向重 型化、 大功率发展， 其设备的运行可靠性高、 储备系数大。 国外的美国九谊 （JOY） 、 德国德伯特（DBT）以及德果艾克夫（Eickhoof）等采矿设备公司都已经生产了具 有高度自动化的采矿产品。Batana（澳大利亚）实现了煤炭生产的跟机自动移架和 自动割煤；美国的联邦 2 号煤矿在煤矿生产过程中实现了跟机自动移架[3-5]。 特别是在煤矿生产的信息化建设方面，国外先进产煤国家在煤矿生产过程中 广泛的应用了信息化技术。例如在矿井生产过程中的环境安全监测一级运行参数 监控方面，可以在地面通过以太网进行实施的监控和故障诊断。其供电系统、运 输系统以及通风系统均以实现了无人值守。并且通过集中视频监控、远程操作， 辅以简单的定员巡视，从而实现了矿井生产中巷道布置的集约化，科学规划了煤 炭生产环节，确保了煤炭生产的高度集中。 德国矿井采煤历史久远，其采煤技术非常发达。目前德国的煤矿生产已经实 现了煤矿生产过程中的实施监控，通过在井下安装大量的高级传感器来实施监控 采矿环境，并且通过数码摄像头来对采矿现场进行实施监控。在煤炭生产的总控 制室中，将各种监控的数据以各种形式显示在监控终端，而视频数据则通过彩色 大屏幕进行展示。采煤现场与监控中心通过现代化通信手段进行联系，一旦总控 制室通过各种监控数据发现任何事故的苗头，都会及时进行处理。同时，利用计 算机技术对煤矿各类人身和非人身生产事故的原因、现状、后果以及整改措施进 行全方位、细致的分析、规划，并且可以通过大量的历史库存数据来找出事故发 生规律，帮助煤炭领导干部更好、更精确、更全面、更完美的统筹管理掌控矿井 万方数据 第一章 绪 论 3 的生产运营情况。目前，德国煤炭行业安全生产保护已经达到了世界顶尖水平， 特别是在 2004 年，德国煤炭生成过程中的事故死亡人数仅为一人。根据国际上公 认的矿产生产安全指标每百万吨的人口死亡率来看，近十年来德国煤矿行业百 万吨生产死亡率控制在 0.04 以内[6 ，7]。 当今在国际煤炭行业中生产和出口占据首位的仍是美国，他们也是世界上煤 炭资源储备量最为丰富的国家之一。回顾历史，美国煤炭生产也经历了安全状况 地下、频繁发生重大安全事故的年代。在二十世纪三十年代，美国煤矿生产过程 中的，平均每年生产人数多达两千多人，到二十世纪九十年代后期，煤矿生产过 程中的死亡人数急速减少。目前，通过采用先进的信息化技术和管理技术，使得 美国在提高了劳动生产率，煤矿生产量大幅提高的同时，大幅的提高了煤炭生产 安全性和降低了煤炭生产成本。美国煤矿生成过程中的安全性得到了更大的提高， 目前美国煤矿生产百万吨的死亡率在 0.035 左右[8]。 （1）国内矿井信息系统应用现状 与国外发达国家相比，国内矿井信息系统的基础较差。在早些年间，国内煤 炭行业技术水平较低，限制煤炭行业的科学、高效发展步伐，虽然矿井各个自动 化控制已初步建设，但由于各环节相互独立，其可靠性较低，效率也低下。随着 经济发展度煤炭资源需求量的大增，矿井相对简单的自动化信息系统已经无法满 足煤炭行业发展的需求，需要将煤矿生产各个独立的自动化信息系统进行整合、 集成，形成较先进的集中控制系统。通过将零散、相互独立的相关信息系统的整 合，来提高煤炭生产的效率和安全性。 目前， 国内较为先进的矿井信息系统包括 KJ4 矿井安全生产监测监控系统 （北 京长安矿山监控技术公司）、KJ90 型煤矿综合监测监控系统（煤炭科学研究院重 庆分院）、KJ95 型煤矿综合监测监控系统（常州自动化研究所）等。这些系统都 是从原来专注于某一个方面的煤矿监测监控系统，经过不断的功能扩展和完善而 发展起来的。例如北京长安矿山监控技术公司的 KJ4 型矿井安全生产监测监控系 统是由原有的矿井安全监测系统，通过不断集成煤矿生产环节的各个子系统，从 而实现的矿井安全生产监测监控系统[9-11]。 山西晋城市阳城县安全生产监督管理局、煤炭科学研究总院抚顺分院软件中 心以及沈阳新元信息工程软件有限公司，于 2003 年共同合作开发了煤矿安全生产 实时监测与监管系统，并通过了中国国家级的鉴定。此项系统通过对设备的端点 状况和故障、风机的开庭状况以及井下瓦斯浓度的检测等进行快捷、高效的实时 监控，特别是在矿井中瓦斯浓度的检测方面取得了非常大的成果，其研究的总体 万方数据 电子科技大学硕士学位论文 4 技术以及其中的分项研究内容已经达到了国际先进水平[12]。 2006 年，黑龙江省煤矿安全数字化监控网络平台正式投入使用，他是由我国 黑龙江移动公司、黑龙江煤矿安全监察局两家联合研发的，此项系统主要由煤矿 瓦检员远程定位监控系统、低瓦斯矿井无线终端监控系统、煤矿超层越界预警系 统、高瓦斯矿井瓦斯监控系统以及小煤矿主扇运行监控系统等五个子系统所组成。 系统通过因特网、网络服务器、GPRS（移动无线数据传输网络）、GSM 网络等技 术，以手机短信的形式，将矿井中的瓦斯浓度、断电告警、电压告警以及处理时 限等数据快速的发送到黑龙江省煤矿监控中心，进而实现了矿井现场安全监控系 统的集中化。该系统具有采集点全、覆盖面广、数据丰富以及成本低廉等优势， 可以从根本上解决传统人工监控结果不准确、无法长时间实时监控等缺陷，为排 除矿井生产安全隐患，降低事故发生率起了很大的作用[13]。 随着国内煤炭需求的快速增长和信息技术的发展，煤炭生产企业对信息化建 设的要求越来越高。目前，国内煤炭行业应用较为广泛的做法是在矿区内建立局 域网络，局域网络主要由矿井设备管理系统、建设系统、销售系统、综合监测监 控系统、人事管理系统、档案管理系统、财务管理系统„„集成后形成矿井信息 化平台，进而实现了矿井资源和数据的共享，在一定程度上实现了矿井管理的自 动化、办公自动化和决策自动化[14]。 矿井管理的信息化建设就是将煤炭行业生产、销售„„管理过程中的物资材 料、实物处理、资金流动、人力资源管理等业务进行数字化，使得矿井管理的资 源配置更加合理，从而适应当今国际、国内市场经济的发展需求，进一步提高矿 井管理的经济效益。 虽然，当前国内煤炭行业管理信息化建设已经取得了较大进步，，并且在一 定程度上实现了矿井管理的自动化，但是我国矿井管理的信息化建设仍然存在一 些问题和难点 （1）缺乏具体的规划 目前，国内矿井管理的信息化建设存在盲目性、急切性、随意性，尤其是一 些煤炭行业在扩建工作中，由于受到权限、资金、观念、技术以及生产等方面的 限制，通常就是非常有目的性的选购一套或者几套信息化管理子系统。而实际上 矿井管理的信息化建设涉及到煤炭生产的各个方面，只有通过统一、科学的规划， 使得矿井管理信息化系统能够真正的与企业的生产管理进行完美结合，才能够真 正实现矿井管理的信息化[15]。 （2）忽视数据的集成管理 万方数据 第一章 绪 论 5 许多煤矿企业将信息化建设局限于单项实物的管理，或者是部门的办公。而 往往忽视了网络的建设，虽然有时网络系统的各项指标设定较高，而且投入的资 金也较多，但是忽视了数据的传输和存储，在信息的采集、共享、处理、分析和 领用方面都有很多需要完善的地方，至使煤炭行业信息化建设还未达到应有的成 效，存在一定的资源浪费现象。 （3）领导重视程度较低 煤矿企业领导受到传统采矿思维的限制，不能够清晰的认识信息化建设给煤 炭生产所带来的好处。同时，缺乏专门针对矿井信息化管理的信息技术人员支持， 也是我国矿建管理信息化建设落后于国外发达国家的原因之一[16]。 1.3 主要研究内容 为了解决目前我国煤矿企业信息化建设过程中所存在的问题，本文使用 J2EE 技术、SOA 技术对矿井 MIS 管理系统进行研究。本文的研究内容主要包括以下几 个方面 （1）MIS 系统分析。首先在对信息系统建设原则简单介绍以及对矿井生产过 程以及采煤的工艺流程详细分析的基础上，确定了矿井 MIS 管理系统所需要实现 的功能，指出矿井 MIS 管理系统实现的关键是对对矿井生产过程实施数据管理， 并进一步从技术、经济以及操作方面对建设进行了可行性分析。 （2）系统设计与实现。本文从系统中数据的管理出发，对系统中数据表的具 体设计、基于 Hibernate 技术的数据持久化操作实现以及数据读写操作的优化进行 研究；同时以系统中的安检管理子系统为例，对数据的录入、数据的查询以及数 据的分析进行了研究；在对系统数据集成方面，考虑到矿井 MIS 管理系统之间以 及矿井 MIS 管理系统和上级单位信息管理系统之间可能存在异构的情况，采用 SOA 技术来实现系统之间数据的交互，从而提高了系统之间数据的传输效率；除 此之外，为了保护系统中数据不会由于硬件错误以及水灾火灾等自然灾害而导致 数据损失，本文还对矿井 MIS 管理系统中数据的备份和恢复操作进行了研究。 （3） 系统测试。 在对矿井 MIS 系统的实际应用测试中， 我们将把安全性测试、 集成测试、兼容性测试、功能测试等做为重点测试项目，通过实际操作测试，了 解和掌握系统的基础保障，进而可以有效地提升对 MIS 系统在矿井实际应用中各 项性能的掌控，扩大系统应用优势的下面宣传力度，达到矿井各个职能部门、生 产科室对 MIS 系统快速接受与广泛使用频率，实际矿井现代化信息管理。 万方数据 电子科技大学硕士学位论文 6 第二章 相关技术概述 2.1 J2EE 平台概述 Sun 公司为企业级应用所推出的 J2EE 平台具有 JDBC API 方便用户的数据库 数据存储、CORBA 技术、“编写一次，随处运行”等特性与优点，同时对 JSP（Java Server Pages）、Java Servelets API、XML 技术、EJB（Enterprise JavaBeans）等提 供了支持服务，从而大幅度节省开发者的精力，缩短系统的建设时间[17]。 作为系统设计思想以及企业级应用软件架构的 J2EE，是由二十多种技术所组 成的系统开发平台。 2.1.1 J2EE 多层平台 具有分布式多层应用模型特点的 J2EE，按照功能的不同，可以基于 J2EE 平 台系统划分成不同的组件，不同的组件按照不同的层次分布在不同的服务器上， 从而实现系统的分布式部署。 虽然， J2EE 可以非常方便的分成三层或者四层部署， 但是绝大多数情况下，被分成客户端、J2EE 服务器和数据库三层[18]。 （1）客户层 客户层运行在客户端上，基于 J2EE 平台的系统是基于 Web 形式的。因此， 客户层一般是以浏览器的形式存在。 （2）Web 层 在 J2EE 平台中，Web 层主要是通过 JSP、 Servlet 组成。使用系统的过程中， 会自动向 Web 层发送各种指令，在该层接收到指令后便会做出与之相应的处理。 目前，有许多开源项目（例如 Struts 等）都对 JSP 或 Servlet 做了进一步的集成， 从而更加方便开发者进行开发。 （3）业务逻辑层 业务逻辑层用于系统满足某种特定的业务，系统中所有业务处理都集中在这 一层中。在业务逻辑层中，也有许多对业务逻辑进行处理的组件（例如 Spring）把 整个系统进行连接。 （4）数据层 数据层负责数据库的管理，包括对数据库中数据的增加、更新、查询以及删 万方数据 第二章 相关技术概述 7 除等操作。J2EE 提供了许多项目（例如 Hibernate）来方便用户对数据库中数据进 行操作。 J2EE 平台是一个组件化平台，进而能够较大地提高平台中代码的可重用性。 比如，系统中数据库层组件就能够被系统中不同的业务模型所使用；而业务模型 层的组件也可以被用来实现不同的业务。从而使得基于 J2EE 平台的系统开发更加 灵活。 2.1.2 轻量级 J2EE 框架 虽然，J2EE 主要是基于 JSP 和 Servlet 技术而实现的，但是随着 J2EE 的发展， 有许多开源技术对 J2EE 平台中的各层进行了进一步的集成，从而进一步减轻了系 统开发人员的负担。 目前， 应用最为广泛的是 StrutsSpringHibernate 轻量级 J2EE 架构， 通过 Sturts 技术、 Spring 技术以及 Hibernate 技术分别对 J2EE 平台中的 Web 层、业务逻辑层以及数据层进行进一步集成来减轻开发者的负担[19]。 （1）Struts 框架 ASF（Apache 软件基金会）赞助的开源项目 Struts 借助于 JSP 技术和 Servlet 技术来实现了 MVC 框架。在目前市面上众多的 MVC 框架中，Struts 应用的范围 最广，具有广泛的项目应用和较高的成熟度。 Struts是一个典型的MVC模式实现， 对MVC模型中的Model、 View、 Controller 都提供了如图 2-1 所示的现实组件 图 2-1 Struts 框架图 ①Model 部分 其中，Struts 的 Model 部分是由 Java Bean 和 Action 共同组成的。 系统使用用户在提交请求时的交互信息都被 Action 进行自动封装，实际 万方数据 电子科技大学硕士学位论文 8 上所有的用户请求都会被封装成 Action 实例。该实例被 Struts 框架中的 ActionServlet 将信息转发给 Action，而后 Action 对用户的相关请求进行进一步的 处理。 JavaBean 主用用于对系统中更底层的业务逻辑（例如数据库访问等）进行进 一步的封装[20]。 ②View 部分 Struts 中的 View 部分主要是通过 JSP 技术来进行实现的。当系统使用者向系 统提出请求时，请求会被系统的 ActionServlet 截获，然后 ActionServlet 则依据具 体请求中的相应参数来调用相应的 Model 进一步处理用户请求，而当用户请求处 理完成之后，再将用户请求的响应展示给用户。 ③Controller 部分 Struts 框架通过 ActionServlet 来实现 MVC 中的 Controller。ActionServlet 是一 个标准的 Servlet，是 HttpServlet 的子类。所有的用户请求都通过 ActionServlet 进 行截获和处理，并且根据系统中的配置文件（struts-config.xml 文件）来将用户请 求分配给相应的 Action 对象来进行处理[21]。 Sturts框架通过Struts-config.xml配置文件来对Action和Action进行配置。 Controller 会 根 据 配 置 文 件 中 的 配 置 来 进 行 页 面 的 跳 转 和 业 务 处 理 。 Struts-config.xml 配置文件中所涵的主要内容如下所示 在上面的配置文件中，根据 Action 对用户请求处理的结果，来进行页面的跳 转。上述代码代表了如下的业务逻辑如果 Action 对用户的请求处理的结果 为”success”， 那么系统向用户返回“//main.jsp“页面； 如果 Action 对用户的请求 处理结果为”failure”，那么系统向用户返回“//failure.jsp“页面。 Struts 框架的整体运作流程如图 2-2 所示 整个处理流程由用户的请求开始。ActionServlet 在拦截到用户请求之后，根据 配置文件中的配置，不同方式的处理模式可为不同类型的