基于webgis煤矿事故应急救援系统的研究.pdf

第2 0卷 第1期 2 0 1 0年1月 中国安全科学学报 ChinaSafetyScienceJournal Vol. 20No. 1 Jan .2 0 1 0 基于WebGIS煤矿事故应急救援系统的研究 3 刘文革 1, 2 高级工程师 于 雷 2 工程师 [1中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083 2国家安全生产监督管理总局 信息研究院,北京100029 ] 学科分类与代码6208040应急救援 中图分类号X936; TD77 文献标志码A 【 摘 要 】 简要论述煤矿事故救援的流程和特点,分析地理信息系统在煤矿事故应急救援中的应 用,同时,重点研究基于WebGIS煤矿事故救援系统的技术架构、 关键技术,开发将应急信息管理、 应 急演练、 应急救援等业务融为一体的的救援系统,并对系统建设的数据库和主要功能模块进行介绍。 系统在WebGIS平台上进行设计、 开发和建设,利用WebGIS的空间分析能力,实现煤矿事故救援的 可视化,为煤矿事故救援提供科学、 准确、 综合的信息支持。 【 关键词 】 煤矿; 事故; 应急救援; WebGIS; 应急预案; 元数据 Study on CoalMine Accident Emergency Rescue System Based onWebGIS L IUW en2ge 1, 2 , Sen ior Engi neer YU Lei 2 , Engineer 1 School of Resource accident; emergency rescue; WebGIS; emergency plan; MetaData 0 引 言 我国煤矿绝大多数是井工矿井,地质条件复杂, 灾害类型多,分布面广,各类煤矿事故时有发生。据 国家安全生产监督管理总局统计, 2007年全国煤矿 死亡3 786人,给人民的生命财产造成重大损失,在 国内外造成严重影响。煤矿事故救援是防范事故范 围进一步扩大,减少人员伤亡的重要环节。煤矿发 生事故后,如能及时启动应急救援系统,采取行之有 效的救援措施,则可以大大降低事故损失,甚至可以 3 文章编号 1003 - 30332010 01 - 0171 - 06; 收稿日期 2009 - 10 - 16; 修稿日期 2009 - 12 - 31 避免人员的伤亡。例如 2007年河南省陕县煤矿发 生特大透水事故,经过75小时生死营救, 69名矿工 全部安全升井,创造了我国煤矿重特大事故救援成 功的范例。但也有一些煤矿由于在发生事故时没能 及时启动事故应急救援系统,造成事故危害和灾害 范围的扩大。2007年4月16日17时53分,河南省 平顶山市宝丰县周庄镇王庄煤矿发生特别重大瓦斯 爆炸事故,井下死亡31人、 伤9人,救护队在抢救过 程中发生二次爆炸,造成15名救护队员受伤,直接 经济损失1 088万元。 目前,发达国家都建立了社会危急处理机制。 一些国家还建立了相应的应急机构和法律体系。例 如早在1968年美国联邦政府就通过了国家应急 计划 ,计划中规定事故超出地方或区域应急者能 力时,可以协调调动联邦机构的资源进行救助。美 国高度重视信息技术在应急救援领域的应用,广泛 建立了信息系统,实现应急信息资源共享,为应急决 策过程提供技术支持。 我国在应急救援体系建设方面也取得一定的进 展,目前,在矿山、 消防、 核工业、 水上搜救、 铁路、 民 航、 国家电网等行业和领域,已初步建立了专业性应 急救援指挥机构、 区域性救援基地和救援队伍,公安 部、 卫生部、 交通部等十几个部委还建设了应急信息 系统。煤炭行业的应急救援系统的工作开展较晚, 水平相对落后,我国煤矿事故应急管理体系目前没 有专项的安排,具体运行和管理依据的是国家安 全生产事故灾难应急预案 [1 ]。在 2007年采矿科 学与安全技术国际学术会议上,专家一致认为,建立 矿山应急平台及创新体系十分紧迫,应急平台建设 是完善国家应急预案的重要工具和基本保证。由此 可见建立煤矿事故应急救援系统具有十分重要的 意义 [2 ]。 笔者通过对煤矿事故救援技术开展研究,利用 先进的计算机技术、 网络技术、 信息技术、 空间数据 库技术和地理信息技术,依据煤矿事故救援的流程, 研发了基于WebGIS煤矿事故应急救援系统,以期 提高煤矿事故应急救援的能力,减少损失,确保人民 群众生命和财产的安全。 1 煤矿事故应急救援系统分析 事故应急救援工作是在预防为主的前提下,贯 彻统一指挥﹑分级负责﹑区域为主﹑单位自救和社 会救援相结合的原则。煤矿事故发生后,首先是事 故接警与响应级别的确定;其次是按所确定的响应 级别启动应急程序,如通知应急中心有关人员到位、 开通信息与通信网络、 通知调配救援所需的应急资 源、 成立现场指挥部等;再次是有关应急队伍进入事 故现场后,迅速开展事故侦测、 警戒、 疏散、 人员救 助、 工程抢险等有关应急救援工作,专家组为救援决 策提供建议和技术支持,当事态超出响应级别无法 得到有效控制时,向应急中心请求实施更高级别的 应急响应;最后是应急恢复,救援行动结束后,进入 临时应急恢复阶段,主要包括现场清理、 人员清点和 撤离、 警戒解除、 善后处理和事故调查等。 煤矿事故应急救援 [3 ]是一个庞大而复杂的安 全系统工程 [4 ] ,影响事故救援的制约因素相当多, 而且情况瞬息万变,与其他行业的事故救援相比较, 煤矿事故的应急救援具有更强的技术性和时效性, 救援所采用的技术、 装备、 救援方案都需要在短时间 内作出准确的判断和协调管理。信息是煤矿事故救 援的基础,煤矿事故发生后,应急管理者首先需要知 道事故的相关信息,才能对事故作出快速反应。煤 矿事故应急救援系统实际上是通过收集、 处理和传 递信息,并根据信息为应急管理者提供辅助决策。 地理信息系统Geographical Ination System, GIS [5 ]是集计算机科学、 地理地质学、 测绘学、 环境 科学、 信息科学和管理科学为一体的多学科结合的 新兴边缘科学,是融合计算机图形学和数据库于一 体,用来存储和处理空间信息的高新技术,把地理位 置和相关属性有机地结合起来,根据用户的需要将 空间信息及其属性信息准确真实、 图文并茂地输出 给用户,借助其独有的空间分析功能和可视化表达 功能,进行各种辅助决策 [6]。煤矿事故应急救援系 统通过GIS具有的网络分析、 空间分析等能力,可以 实现基于电子地图标绘应急预案,生成救援物资的 分布、 救援人员的行进路线、 人员的撤离路径等功 能,从而提高应急救援的快速反应和应急指挥能力。 GIS在煤矿事故应急救援应用,按其功能大体 可以分为3类第一类是应用于单一矿井的GIS应 急救援系统,当事故发生后,可以结合GIS分析事故 的影响范围、 程度,据此生成避灾、 救灾路线图,主要 侧重于事故的处置;第二类是应用于某一区域的 GIS应急救援系统,将事故周边的救援力量、 救援人 员、 救援装备等信息通过GIS进行展示,并结合救援 的知识和案例,为协调指挥和事故处置提供支撑作 用;第三类属于应急救援信息管理系统,主要应用于 政府机关,侧重于宏观层面的管理和决策。该研究 属于第二类。 271 中国安全科学学报 ChinaSafetyScienceJournal 第20卷 2010年 2 系统开发平台及关键技术 2. 1 系统开发平台 ArcGIS Server图 1 是ESR I在ArcGIS 9. 0系 列产品中新推出的一个创建企业级WebGIS应用的 平台。ArcGIS Server提供广泛的基于Web的GIS 服务,以支持在分布式环境下实现地理数据管理、 制 图、 地理处理、 空间分析、 编辑和其他的GIS功能。 图1 ArcGIS Server系统结构图 ArcGIS Server包含以下组成部分 1 GIS Server,包括地图、Globes、 地理处理工 具、 地理编码等,并且将其发布为服务提供给客户端 应用。 2 Web Server,部署Web应用和服务,使用GIS Server上提供的资源。 3 Manager和ArcCatalog管理工具,可以发布 和管理GIS资源和服务。Manager是Web应用,支 持GIS服务和管理、Web应用创建和管理,以及在服 务器上发布ArcGIS Explorer地图。 4 ArcGIS Desktop Content Authors,地 图 处 理工具。 该系统采用微软的. NET平台作为开发和执行 环境,开发语言使用了面向对象的程序开发语言 C,它是专门为. NET平台应用而开发出的语言。 2. 2 关键技术 2.2.1 WebGIS技术 WebGIS是Web技术和GIS技术相结合的产 物 [7 ] ,是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统 的一项新技术。系统采用WebGIS技术开发,通过 Internet平台进行GIS数据的发布和共享,用户通过 自己的Web浏览器在线实现煤矿事故应急救援所 有业务功能。其主要优点包括① 可扩展性强,很容 易跟Web中的其他信息服务进行无缝集成;② 用户 通过Internet可以用WebGIS服务器提供得各种服 务,信息的传递是全球性的;③ 具有跨平台特性,可 以实现分布式部署。 2.2.2 元数据Metadata 元数据 [8]是关于数据的数据 ,包括数据的标 识、 内容、 质量、 应用状况及其他有关特征。为了充 分融合数据库研究和应用的新趋势,特别是在深入 分析煤矿应急资源数据库应用的基础上,建立了一 套用以描述煤矿应急资源数据集的元素集合和煤矿 应急资源元数据模型。 2.2.3 基于XML的数据交换技术 采用数据交换来实现异构数据库的共享,数据 交换的任务包括数据提取、 数据转换、 数据传输和数 据存储。系统遵循国际统一的XML数据通信标准, 提供各种业务数据的加工转换,并通过该标准进行 系统之间的协作和数据共享。 3 系统总体技术架构 基于WebGIS煤矿事故应急救援系统是构建在. NET体系结构上,开发具备3层体系结构 [9] 图2 1 应用层表示层 , 系统通过对各类人员分 级授权的方式进行展示。 2 平台层中间层 , 业务功能层中间层 提 供基础的应用服务。中间层包括基础应用模块 包括信息发布、 信息查询、 数据交换、 数据维护、 统 计分析等模块和软件平台包括. NET平台和 WebGIS平台。 3 信息资源层数据层 , 主要包括煤矿企业 信息数据库、 煤矿事故救援案例数据库、 煤矿事故救 援专家数据库、 煤矿事故救援机构数据库、 煤矿事故 救援预案数据库、 煤矿事故救援知识数据库和地理 信息数据库。 371第1期 刘文革等基于WebGIS煤矿事故应急救援系统的研究 图2 系统3层体系架构 4 数据库设计 煤矿灾害的突发性和多样性,决定了灾害事故 应急救援工作的广泛性、 综合性和专业性 [10 ] ,所以, 笔者对煤矿事故应急救援的具体业务进行分析、 抽 象,并从中找出内在联系,进而确定数据库的关系模 型。以关系数据库的基本理论、 范式理论作为指导, 设计并建设了煤矿应急救援数据库,如图3所示。 图3 煤矿应急救援数据库组成 471 中国安全科学学报 ChinaSafetyScienceJournal 第20卷 2010年 4. 1 煤矿企业信息数据库 煤矿企业信息数据库记录了国家重点监控的煤 矿企业信息,主要包括煤矿基本情况、 地理概况、 主 要灾害类型、 煤矿生产概况、 自然条件、 开采工艺、 主 要设备、 仪器仪表等数据。 4. 2 煤矿事故救援案例数据库 组织专家对国内发生煤矿瓦斯爆炸等12种类 型的1 700余个煤矿事故案例进行归纳、 整理、 分类、 分析、 研究入库,每条数据记录了发生事故的场所条 件、 事故情况、 酿成事故的原因、 使用的各种装备、 抢 救措施及成功经验与失败教训等信息。 4. 3 煤矿事故救援机构数据库 煤矿事故救援机构数据库主要包括救护队基 本情况以及救护队车辆、 个体防护装备、 急救设备、 灭火设备、 气体分析设备、 气体检测仪表和灾区通信 系统等信息。 4. 4 煤矿事故救援预案数据库 煤矿事故救援预案数据库主要包括救援预案 的类型、 等级、 原则和基本要素等信息。 4. 5 煤矿事故救援知识数据库 煤矿事故救援知识库以文档、 图片、 视频等多媒 体数据表现,储存了与煤矿事故预防与救援有关的 各类知识。 5 系统的功能介绍 煤矿事故应急救援系统主要包括应急救援资 源管理子系统、 事故应急预案演练子系统、 事故应急 救援辅助决策子系统、 统计报表子系统和系统管理 子系统,如图4所示。 图4 系统功能结构图 5. 1 应急救援资源管理子系统 应急救援资源管理子系统主要对煤矿事故应急 所需的各类资源进行管理和维护,包括对各类应急 资源空间数据库的维护。该子系统可基于WebGIS 服务区域分析等功能进行优化应急资源配置资源 的合理布局与动态调配 , 完成应急资源的综合利 用、 整合和共享等;可通过提供应急资源的空间分布 电子地图对应急资源的存储、 使用、 效果等情况进行 监控;此外根据应急资源的需求情况,确定调度的资 源数量和存放地点。 5. 2 事故应急预案演练子系统 基于WebGIS的模拟演练系统主要借助于 WebGIS技术、 计算机技术等对应急预案制定的救 571第1期 刘文革等基于WebGIS煤矿事故应急救援系统的研究 援过程进行模拟演练,检验预案的合理性和有效性, 并对预案进一步完善,提高应急人员的熟练程度和 技术水平,提高各级预案之间协调性,以保证在煤矿 事故发生时能够迅速,有效地采取对应措施,最终提 高煤矿事故应急救援能力。 5. 3 事故应急救援辅助决策子系统 事故应急救援辅助决策模块可以根据事故发生 的矿井名称、 事故类别及发生的地点、 与该类型事故 相关的应急预案、 擅长处理此类事故的专家、 类似案 例以及处置经验和知识,可供利用的应急处置力量 和资源等动态地生成一个煤矿事故应急救援的方 案,应急指挥人员根据应急救援方案展开救援处置、 调度应急队伍、 应急物资、 应急装备等资源,将煤矿 事故发生发展情况和应急处置状况传递给相关人 员、 实现协调指挥、 有效监督、 提高应急效率。 6 结 论 1 按照国家应急平台体系信息资源分类与编 码规范,开展煤矿应急救援信息资源分类、 编码规 范、 煤矿应急资源元数据和数据交换等方面的研究, 将城镇信息、 道路信息、 煤矿企业信息、 救援机构信 息各种数据,全部统一在一个标准化体系之内,对于 建设我国的煤矿应急救援体系,实现煤矿应急救援 资源的数据共享与互联互通具有重要的实践意义。 2 煤矿事故应急救援系统是以处置预案为主 线,以救援专家、 救援机构、 救援装备、 事故案例、 煤 矿企业等数据库为基础,包含丰富图层的WebGIS 系统,它可为各级领导在处置各种煤矿事故时提供 丰富的信息资料,提出建设性的意见,设置规范的处 置程序,实现了从个性决策、 拍脑袋决策、 临时处置 向预案决策、 科学决策、 规范处置的转变。 3 系统简单易用,采用模块式设计,组件式开 发,具有良好的可扩展性,不仅可以方便地进行现有 功能的修改,还可以方便地进行今后系统功能的 扩展。 4 系统采用B /S模式设计开发,改变了传统 C/S模式存在系统生命周期短、 移植困难、 投资大等 缺点。 5 基于WebGIS煤矿事故救援系统实现煤矿 企业信息、 救援机构信息、 救援装备信息的可视化, 将空间数据和属性数据完美结合,实现基于电子地 图的应急预案,可以以各类专题图的形式输出,为煤 矿事故救援提供决策依据。 参 考 文 献 [1] 肖兴志,梁晓娟.我国煤矿事故应急管理体系的反思与改进[J ].经济与管理研究, 20088 49 - 53. 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