矿井通风安全管理系统的开发模式.pdf

全 发 了 通 速 好 存 模 的飞速发展， 应用计算机技术对矿井 通风 安全 进 行管理 ，已 日益受 到 重 视。 矿 井通风 安 全管 理 是 直 都是 国 内外矿 井火 灾专 家和 计 算机 图形 图像处理专 家关注 的焦 点。在 国外 ， 美国开发 的 V e n t i l a t i o n D e s i g n能够 支持交互式设 计和三维 显示 ， 波兰科 学院 研 制的 M i n e F i r e S i m u l a t o r能 够 以动态 图形化 方式表示 火灾蔓延 、 通风系统中燃烧物、 温度、 流体等参 数的变化过程 。在国 内， 中国矿 业大 学于 l 9 9 3年推 出了矿 井火灾救 灾决 策支 持系统 ， 可 以实现矿 井通风 系统 图计 算机辅助绘 制、 矿 井火 灾模 拟 、 k 条最佳 救灾与避 灾路 线的选 择 、 火 灾 时 期 风 流 控 制 的 决 策 等 ， 其 中 M i n e C A D子 系统 是专门用于矿井通风 系统 图形 管理 和火 灾救 灾 辅 助决策 的计算机 图形系统 ， 随后 又推 出了基 于 网络 的煤 矿通 风 安全 管理 信息 系 统西安科技学院于 l 9 9 2 年开发的 C F I R E 软件 系统 具有快速插入 模拟计 算功能。山东科技大学于 l 9 9 9年研 制出了 ” 矿 井灾 变处理 系统 ” ， 可以二 全管理就显得非常重要。 2矿井通风安全管理系统开发的 特点和传统的开发方法 1 主要特点 矿井通风安全管理具有专业性、 多学科 性 、 开 发难 度大 ， 任何 企业 或 者个人 、 研究机构都 不可能解决 所有 相 关 司题 。 2 专业性 、 多学科性 煤 矿通 风 安全 涉及 到 的 空间 数 据大 部分来源 于地下 ， 并且携带 了动 态 变化的、 与空 间位 置密切相关 的复 杂信息 ，数据分析处 理涉及到 采矿 、 通风 与 安全 、 测 量 学 、 G I S 、 计 算 机 图 形学 、等 多学 科 ，应该应 用包 括 G I S 在 内的 多学科 技术 建立 煤矿 通风 安 全辅助决 策系统 ， 对这些复 杂的数据 进行高效 的管理和利 用 ， 为煤 矿通风 安全 信息 管理提 供 了集 成 的数据 环 境和可视 化的分析平 台 ， 有利 于多时 相 、 多源 、 时空 数据 的复 合和 无缝 连 接 ，用于指导 煤矿生产和 灾害防治 ， 实现煤 矿通 风安 全信 息 管理 的现 代 化 ， 使煤矿 灾害信息 的管理和 处理 工 作更 加快 捷化 、 系统化 、 科学化 、 规 范 化 。 3 开 发单位单 一 由于该系统 专业非常强 ， 商 业 难 ， 因此一般软件公 司不愿 意涉足 领域 。研发该系统的多是高等院枝 相关 研究机构 ， 一般 是出于科研或 决现场 出现 的问题为 目的。 4 开发难 度大 矿 通风 安全 管 理系 统 的 开发 先必须 熟练掌握相关 的专业知 识 ， 必须 了解计算 机 图形 学和 软件 工 学的相关知识 。 对 于大多教相关单 来说 ，计 算机 图形 学 技术 是 一个 点 ， 往 往 了解通风 安全 的人员计算 水平和 图形 学知识较 差 ， 计 算机水 和 图形学 知识较 好 的却 又在 通风 全方 面的知识和经 验不足 。 5 开发模式不够灵活 进 行这 方 面研 究 的人 员 大 多 没 有产品化经验 ， 往往 将所有 的技 掌握 在一个人手 里 ， 别人无法快速 解 ， 无法进 行 灵活 的 团队开 发 ， 实 性差 。一个 人的流失就可能导致整 研发 的 中断 ， 目前尤其是 在高校和 研单位广泛存在这种情况。 维普资讯 6 功能不够 完善 这些 软件 系统虽 然 在 一定 程度 上解决 了矿 井通风 的一些 问题 ， 但 功 能不够 完善 ，存在 着以下 的不足 ① 大 多只能 在单机环境 下运行 ， 网络 功 能弱； ②可视化程度低 ， 二维和三维 图形功能弱； ③动态模拟功能弱。 各家独立制作通风安全系统 ， 实 用性和后续开发困难。随着计算机网 络 的发展 ， 它们已 经满足不 了人们 的 需要 。人们迫切地需要一种新 的基于 网络、 操作简便、 功能完善的矿井通 风 安全可视化 辅助决 策支持软件 。 3 l 撇 默 矿井通风安全管理信息系统传 统的开发方法主要有 生命周期模 型 ， 面向 对象 的开发 方 法 ， 有 的已 经 开 始使 用基 于 C O M组件 技 术 的开 发 方法。采用的模式一般有三种 购买 基础 G I S平台 ， 购买 G I S组件 ， 从底 层 做 起。 1 生命周期模型 瀑布模型 生命周期模型，是一种十分严谨 的线性开发方法， 它把开发过程分为 计划 、 分 析 、 设计 、 编码 、 测试 、 建置和 维 护 7个 阶段 。其 特 点是 每步 的 更 新 、 变动都会 引起前面 各步文档 的更 新和变动。早期开发 的矿 井通风安全 管理系统一般采用此方法， 模式一般 采用两种 1 平台式 ， 购买一个现成 的 G I S平 台 ， 然后 用此 平台来开 发一 个 可视化 的矿 井通风安全 管理系统 ， 2 构建式 ， 从确定空间概念模型、 数 据模型这些最基础最核心 的概念人 手 ， 3 从最 底层做 起 ， 按 照 自己的需 要 构建矿 井通风 安全 管理系统。 2 面 向对象 的开发方 法 针对 日趋 复杂 的软件 需求 的挑 战 ， 软件业界 提 出了面 向对象 的软件 开发模式， 是 目前针对软件危机的最 佳 对策 ， 是一 种 自底 向上和 自顶 向下 相 结合 的方法 ， 面 向对象的开发 强调 从 问题 域 的概 念 到软件 程 序和 界 面 的直接映射， 而且它以对象建模为基 础。中国矿业 大学就采 用面向对象的 开 发方 法研发 了具 有知 识 产权 的基 于网络的矿井通风安全管理信息系 统 。 3 开发 中存 在的主要 问题 可 以看到 ， 一个功 能强 大的矿 井 通 风 安全 管理 系统 是有 很高 的 技术 含量 的 ， 靠 个人 力量很难 完 成 ， 必 须 借助 团队力量和 已有成熟技 术 ， 才能 做 出真 正强大 、 实 用的系统。 用传 统 的开发方法与模式来设计矿井通风 安全 管理 系统软件 ， 已经取得 了一 些 成果 ， 随着 应 用 的进 一 步深 人 ， 它 的 弊端已逐 步暴露 出来 ， 传统 的瀑布式 方法 开发 软件 存在 着不 易 适应 需 求 变化的问题； G I S平台式模式具有价 钱 高、 系统复杂等 问题 构建式需要投 入 很 多的时间和人 力 ， 对开 发人员 的 要 求 比较高 ； 软件 升 级周 期长 ， 软 件 维 护困难 。这些弊端不利于我 国矿 井 通风 安全 管理 系统的普及 和推广 ， 严 重 影响和 阻 碍 了矿 井 通风 安 全管 理 系统研发和技术进步 。 囊 4基于． N E 的组件技术与快速 原 型法相结合的开发模式 一 矿 井通 风安全 管理系统 未 来 的开发方 向主要 有 二维和真 三维 可 视化 支持 ， 以二维 、 三维 或 动 画形 式模拟通风、 瓦斯相关参数的空间动 态 变化 ， 强 大 的空 间分析 功能 ， 强 大 的 网络功 能 ， 辅 助设 计功 能 ， 专 家决 策支持功能等等。 如果 矿 井通风 安全 管理 系统要 实现 以上的功能 ， 那么该 系统就 比较 庞大 ， 用传统 的开发方法任 何企业 或 者个人 、 研究机构 都很难 解决所有相 关 问题。为克服传统开发方法 的一些 弊 端 ， 同时考虑到矿 井通风 安全管理 系统本 身的特点 ， 笔者认为 可以采 用 基于． N E T框架的组件技术与快速原 型 法相 结合 的模 式 来开 发矿 井通 风 安全 管理 系统。 1 相 关概 念 ．N E T框 架 可 以解决 开 发 中跨 语 言的集成问题 ， 组件技术可以增加开 发 的灵活性 ， 而快速原 型法可 以迅速 开发 出符合 用户 需求 的系统 。 2 ． N E T框架 ．N E T框 架 是 一 个 崭 新 的 基 于 I n t e r n e t的开 发和应 用平台 ， 支持 多 种语言 ， 允许 在这些语言 中进行 空前 的集成。通过 公共类型 系统 以及全 面 地控制 接 口调 用 ， ． N E T框 架 中的 C L R 允许语言 比以前更透 明地协 同工作 ， C O M技 术 的跨 语言 集 成 问题 在 ． N E T 中已不存在。 在． N E T F r a m e w o r k中可 以使 用一 种 语言 从 用另 一种 语言 实现 的 类 中 直接派 生子类 。例如 用 V B编 写的类 可 以从 用 C 或其他语言 编 写的基类 中继承 ， V B程序 甚至不需要 知道 编写 基类所使 用的语言。． N E T 提供 了继承 的完整 实现 ， 在基类 发生变化 时也 不 需要重新编译。 因此 基 于 ． N E T框 架开 发矿 井通 风安全管理系统就显得 比较灵活， 开 发人 员都 可 以使 用 自己熟 悉 的编 程 语 言来进行 编程 ， 而不 用再担心跨语 言的集成问题 ， 例如通风安全专业的 开 发 人 员可 以使 用 V B 、 D e l p h i或 V C 来开发通风 网络解算等专业方面的 方法库组件 ， 计算机图形学方面的开 发 人 员可 以 用 V C 、 C 开发 图形及 属 性 显示组件等 等 ， 不同的程序设 计人 员都可 以使 用 不同 的程序 设 计语 言 负责 不同 的模块 ， 最终 可 以通 过接 口 或类 的继承集成在 大系统 中。 3 组件技术 在软件工程 中， ” 组件 ” 这个 术语 通 常用 于可重 复 使用并 且 可 以和 其 他 对象进行交互的对象。组件 技术的 成熟和 发展 为大型 复杂系统 的开发 、 建立带来了革命性的变化。很多大型 的应 用软件 都逐渐 的采 用组件 技术。 目前 ， 不 少的机构 基于流行 的 G I S组 件 开 发 了可视 化 的矿 井通风 安 全 管 理 系统 。 利 用组件 技术 我们 可 以将 复杂 的矿 井通风 安全 管理 系统 划 分 为许 多组件 ， 然后 由组件 在进行 有机 的组 装成具有完 整功 能的大系统 。组件技 术将大量复杂的与通风安全 、 计算机 图形学 和 专家决 策支 持相 关 的 技术 封 装起来 ， 通过接 口让开发 人员使 用 其 内部 功能 ，开 发得 到 了充 分 的重 用 ，而且保证 了系统的 团队开发 ， 系 统无缝升级 ， 维护变得更简单。 4 快速原型 法 原型法是一种以模型做驱动的 软件开 发方法 ， 快速原 型法 的基本 思 想是 首先建 立一个能反 映 用户 需求 的原型系统 ，让用户在计算机上运 行 ， 试 用这个原型 系统 ， 通过 实践 ， 了 解未来系统的概貌。用户通过 实际使 用原型系统。提 出修改意见 ， 根据这 些意见， 快速修改原型系统， 经过对 原 型系统 的反复试 用和改进 ， 最终建 立起完全符合用户需要的新系统。快 速 原 型 的构造 过程 是一 个 浓缩 的瀑 维普资讯 布模型的生命周期， 之所以能进行这 种 浓缩 ， 是 因为组件 技术为原 型的快 速构 造提供 了现实可能 性 ， 没 有组件 工具 的支持 ， 原型 的快速构造和 进化 是难 以想象 的。快速原型法的关键在 于如何 快速地 实现 可运行 的原型 ， 以 便尽快提交确认 ， 然后再进 行改进。 利 用组 件 技术和 快 速 原 型法 我 们可 以快 速构 建 一个 反映 用 户需 求 矿井通风安全管理系统原型 ， 经过对 原型 系统 的反复试 用、 改进和进一 步 开发 ， 最终建 立起完全符 合用 户需要 的完善的系统。 二 关键技术 基 于． N E T 框 架 的组件 技术 与快 速 原 型法 相结合 的模 式 来 开发矿 井 通 风 安全 管理 系统 的关 键 技术就 是 如何 有效 的选 择开发平 台 ， 如何 根据 具体 要求快速 、 低成 本获取所 需的方 法库组件 、 可视化 显示组件和 相关分 析 等组件 ， 如何根据获取 的组件基于 ．N E T框 架建 立起 可 以运 行 的矿 井通 风 安全 管理 系统 原型。 三 具体实现方式 据 不 同的 要求 快速 开 发 ， 具 有 独 立知 识产 权 具体 实现 方 式也 不 同， 下面具体 分析。 1 开发语言 的选择 基 于 ． N E T框 架 的 语 言 很 多 如 C 、 V B 、 C 、 D e l p h i 、 J 等 等 ， ． N E T 框 架是 一个 崭新 的基 于 I n t e r n e t的 开 发和 应 用平台 ， 支持 多种 语言 ， 允许 在这些语言 中进行空前 的集成 。 这 种 模式特别适合高校和科研机构， 由于 不同 的开 发人 员有可 能擅 长 某一 种 语言 ， 人才流动频繁 ， 如 果不基 于． N E T 框 架 的话 软 件 系统就 很难 进 行可 持 续 开发和维 护。因此 ， 建议开 发矿 井 通风 安 全 管理 系统采 用基 于 ． N E T框 架 的 V B ． N E T 、 C 、 D e l p h i或 V C ， 从 而保 证 了系统 的团队开 发 ， 系统 无缝 升级 ， 而维护则变得简单。 2 数据库平台 由于矿井通风安全管理系统数 据量 大 、 并且要 支持 网络 功 能 ， 因此 数 据 库 平 台采 用微 软 的 S q I S e r v e r ， 性能 稳定 ，价 格适 中 ，也 可 以采 用 S q I S e r v e r 的正版 免费版本 M S D E 2 0 0 0 功能 有所限 制 ，但对于开 发矿井通 风 安全 管 理系 统来说 完全 可 以满 足 需求 。 3 组件 获取 开发矿井通风安全管理系统一 般 需要通风安 全相关方 法库组件 ， 二 维 G I S图形可视化组 件、三维 G I S可 视 化与分析 组件、 通 用数据库 开发组 件、动画或动态模拟相关数据组件、 数 据输入输 出组 件 、 专家辅助 决策组 件和 数据格式 转换组件等 等 ， 以上组 件 的获取主要有 以下几种 方式 。 4 购买相关的组件 如 果组 件 的开 发难 度大 ， 周期 长 或投入 大 ， 那 么就可 以考虑购买相 关 成熟 的组件 ， 如 二维 G I S 组 件就有很 多 成 熟 的 产 品 M a p g i s ， G e o S t a r ， M a p X ， M a p O b j e c t 。 实际上 ， 如 果想快 速高质量开发矿井通风安全管理 系 统 ， 就可 以采 用这 种 方式 ， 自己独 立 开发与通风安 全相关 的方法库 、 分析 组件 ， 购 买其他相关 的所有组 件。这 种开发模式， 开发出来的产品具有速 度快、 质量高、 功能完善， 但成本高且 不具有完全的知识产权， 推广受限于 所 用的组件 。 5 已有 的成 果的处理 方式 如果前期已经具有一定规模的 成 果 ， 现 在想采 用该 模 式开 发 ， 那 么 可 以将 已有 的成 果整 理分 类打 包 成 多个 功 能相 对独 立 的组 件 或 D L L供 使用。 6 完全 知识产权的开发 如 果想 开 发具 有独 立 完 全知 识 产 权的矿井通风 安全管理 系统 ， 那 么 所 需 的功 能组件 都需 要 自己从底 层 开 发了。这种开发难度大 ， 周期长 ， 当 然 其开 发也 可 以采 用一种 折 中的开 发 方式 ， 先购买部分相 关 的组件 将系 统 的功能都实现 ， 后 期在将购 买的组 件 功能 自己开 发 ， 逐步 将购买 的组 件 用自己开发的组件替换掉 ， 最终的矿 井 通风 安全 管理 系统 就具 有 完全 的 独立知识产权 。 四 快速构建系统原型 利 用独 立开 发 的组 件 或购 买 的 组件， 根据需求 ， 初步快发构建矿井 通风安全 管理系统 的原型 ， 然后经过 对原型 系统 的反复试 用和改进 ， 最终 建立起完全符合用户需要的系统。 维普资讯