基于WebGIS的煤矿应急救援管理指挥系统研究

吴 兵 华明国 倪英杰 董文童

（1.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083；2.北京金石科信技术有限公司，北京市海淀区，100083）

基于WebGIS的煤矿应急救援管理指挥系统研究

吴 兵1华明国1倪英杰2董文童1

（1.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083；2.北京金石科信技术有限公司，北京市海淀区，100083）

根据开滦集团国家级矿山应急救援基地的实际需要，将网络地理信息系统（WebGIS）引入到矿山救援中，并结合应急救援流程开发完成了煤矿应急救援管理指挥系统。介绍了系统的机构组成及相互关系，确定了系统的需求分析及功能要求，设计了系统的总体架构和每个子系统的功能，并依据系统功能设计了数据库。目前，系统已经在开滦应急救援基地实际运行，运行结果表明，该系统能够分析处理大量现场数据，为有效实施应急救援提供了保障。

应急救援 救援基地 国家级矿山 地理信息系统

我国煤矿地质赋存条件复杂且灾害种类多，这导致了煤矿重特大事故时有发生，严重威胁着矿井人员的生命安全和企业的正常生产。及时有效的应急救援行动是防止煤矿灾害进一步扩大、减少人员伤亡和财产损失的有效手段。煤矿发生事故后，如果能及时启动应急救援程序并采取有效的救援措施，可以在很大程度上减少人员伤亡，降低事故损失。因此，需要一套能及时启动应急救援程序、有效控制危险源、指挥抢险救援人员和估算井下危害程度等的煤矿应急救援综合指挥平台，该平台能在平时管理和培训相关技术人员，在发生灾害时快速利用监测数据分析事故情况，而且能够有序地管理应急救援实施过程。

1 系统的机构组成

应急救援管理指挥系统由应急指挥中心、现场指挥中心、支持保障机构、媒体中心和信息管理中心5个机构组成，每个机构要根据事故情况协调配合，保证应急物资的合理分配和人员之间的有效协作，最终将事故现场的人员伤亡及财产损失降至最低。各机构的信息交流关系如图1所示。

图1 应急救援管理指挥系统组织机构运作关系

2 系统实现的技术研究

2.1 WebGIS简介

WebGIS是一种基于B／S模式的Internet GIS，从技术角度看，WebGIS具有以下基本特征：（1）通过Web服务器发布动态的Web应用；（2）客户端是IE、Chrome、Firefox等Web浏览器，用户通过浏览器与地图交互；

（3）WebGIS是基于HTTP协议的B／S模式的分布式GIS，WebGIS产生的真正意义在于它将GIS应用从专业领域推向了大众化服务，同时为地理信息共享提供了方便而有效的途径。

2.2 WebGIS平台选择

目前国内外许多厂家都推出了ArcIMS、MapGuide、MapXtreme、GeoMedia、WebMap、GeoSurf、TopMap等WebGIS解决方案，通过对比各种WebGIS开发平台，本系统选择Autodesk MapGuide做为应急救援系统的开发平台。MapGuide是Autodesk公司推出的一款WebGIS地图发布软件，用户能够使用浏览器就可以非常方便地浏览地图数据，而且用户可以像Google Map那样快速地开发和部署WebGIS的应用和服务。

3 系统的分析与设计

煤矿的地理信息数据较为复杂，信息量大且没有统一的规范模式要求。必须在彻底了解煤矿应急救援流程的基础上，采用结构化系统分析的方法逐步地将煤矿应急救援需求加入到系统之中，有条理且清晰地表述信息并反映在软件系统中，进而使煤矿的应急救援更加有效。

3.1 需求分析

需求分析是WebGIS系统开发具有决定性的一步，是整个系统成功与否的关键，所以在进行需求分析的时候，一定要结合使用单位的实际情况，在彻底了解和研究整个流程之后才能编写出完善的需求分析。只有通过WebGIS软件需求分析，才可以将整个系统的功能和性能的总体概念描述为具体的WebGIS需求说明，从而为软件开发奠定坚实的基础。

3.2 系统软件开发流程及设计原则

对于煤矿应急救援软件来说，同样遵循软件设计开发的一般流程，即软件的开发按照渐增模式，在开发的时候先按照需求说明开发出一个基本的框架和平台，通过运行和测试整个系统得到的经验和反馈不断完善整个系统，直到客户和软件开发人员满意为止。根据软件的实际开发要求并集合软件本身的特点，我们提出了先进性、可靠性、实用性和可扩展性原则。

3.3 系统体系结构设计

3.3.1 总体结构概述

应急救援管理指挥系统包含矿井应急资源、应急预案、应急案例、技术文档图件、技术专家、相关法规标准以及应急中的重要信息管理等内容。应急救援系统通过计算机技术、网络技术、通讯技术、GIS技术以及GPS技术的共同运用，实现灾害事故信息动态获取、科学制定应急救援方案、应急救援决策及时下达、应急救援决策执行信息及时和动态获取，实现煤矿应急救援指挥、决策和救援的联动，从而为应急救援提供辅助决策支持。

3.3.2 子系统设计

（1）应急救援信息管理系统。该部分主要实现煤矿应急救援物资的管理、应急救援队伍管理、应急机构信息管理、应急预案的存储查询、专家查询、事故案例管理、技术资料管理等。在事故发生时能迅速查找到相关技术资料，急时联系到救援人员及专家。

（2）应急救援综合指挥系统。应急求援综合指挥是实现应急指挥图、应急信息管理、应急调度管理、监测信息、远程通讯和会议的系统。该部分能在事故应急救援中及时获取实时信息，并保障通讯顺畅和调度的有序进行。

（3）救援基本管理信息系统。该部分包括工作日志、技术管理、装备管理、学习训练、人员管理、车辆管理等内容，主要负责应急救援基地的日常运行。

（4）救援培训演练系统。该部分包括培训计划、培训班管理、教案管理、在线培训、题库管理、证书管理、火灾演练、水灾演练等内容，主要负责应急救援人员的日常培训和演练。

（5）实训矿井管理系统。该部分包括监控平台、演练管理、新装备测试等内容，主要负责救援人员虚拟现实的培训及实际演习巷道的训练管理。

3.4 数据库的选择与设计

3.4.1 数据库的选择

数据库理论经过了文件数据库、层次数据库、关系数据库、面向对象数据库、网络数据库等多种模式的发展过程，至今多种模式并存，但应用范围最广且应用程度最深应属关系数据库。综合比较ACCESS、MYSQL、SQLServer和ORACLE数据库，考虑系统数据量较大、需要高可靠性和易于维护等特点，最终选择当前与.Net平台集成性能最好的SQL Server 2008Enterprise R2数据库。SQL server数据库具有性能稳定、兼容性好、体系结构灵活、数据管理界面可视化、系统可靠性高、数据的安全性和保密性好、可扩展性好以及便于程序开发和后期完善等优点。

3.4.2 数据库的设计

在了解了整个系统流程和明确了整个系统所要涉及的功能之后，就需要对整个信息系统进行数据库设计。煤矿应急救援指挥系统的数据库分为两大类，一类是对象属性数据，另一类则是空间图像数据。应急救援管理指挥系统的数据表主要是应急救援指挥、日常应急管理和培训演练，其数据库先在E－R Studio专业数据库软件中设计完成，确定各个数据表之间的关系后导出数据库设计的脚本，最后导入到SQL Server数据库中。在E－R Studio专业数据库软件中的E－R关系模型有应急物资E－R模型、日常培训及技术文档E－R模型、应急事故ER模型、应急处理E－R模型、应急装备管理E－R模型和培训管理E－R模型。

4 系统实现的功能

应急救援管理指挥系统包括应急救援信息管理系统、应急救援指挥系统、救援基本管理信息系统、救援培训演练系统和实训矿井管理系统5个子系统，各子系统实现的功能如下。

4.1 应急救援信息管理系统

应急救援信息管理系统主要实现应急救援队伍管理、应急机构信息管理、应急救援装备物资管理、应急预案管理、专家库管理、案例管理和技术资料管理。其中案例管理以事故分类的方式进行管理，主要对以往发生的事故进行汇总，对各类灾害救灾中采取的措施、采用的设备、救护队行动、获得的效果、救援经验和注意事项以及事后救援技术进行总结，并按灾害不同进行分类存储。在对人员进行培训时候，可以按照这些实例进行教育，并在发生事故时候提供相应的救援参考意见。

4.2 应急救援指挥系统

应急救援指挥系统主要实现现场应急救援指挥的一个综合信息平台，以军队设立作战指挥平台的构架设立，具有相对的独立性，可以在救灾现场迅速设立，并形成整个救灾过程的信息处理和指令发布中心。应急救援指挥系统主要供救灾指挥部使用，由救援基地负责日常维护，由现场指挥部安排相关人员和基地系统操作人员负责现场的系统运行。应急救援指挥系统包括指挥信息管理、应急调度管理、指挥图、监测信息、远程通讯和会议系统。

4.3 救援基本管理信息系统

救援基本管理信息系统主要实现救援基地所属队伍的日常管理。

4.4 救援培训演练系统

煤矿重大灾害的模拟演练和培训是提高应急救援能力的一个重要手段，因此，救援培训演练系统主要实现指挥员决策能力的提高培训、救护队能力的提高演练和煤矿员工救援知识的学习。救援培训演练采用实际训练、虚拟现实和动画交互相结合方式进行。为了更好进行培训管理，系统还包括应急救援培训管理信息系统。

4.5 实训矿井管理系统

实训矿井管理系统包括井下巷道系统、人员提升系统、训练环境模拟系统、监测系统、指挥调度系统、恢复系统以及安全保障系统等，实训基地在荆各庄矿建设。实训矿井的建设目的有两个：一是针对救护队进行必要的实际矿井救灾演练；二是提供各类救援新技术和新装备的井下试验场所。

5 结语

本系统是针对开滦集团国家级矿山应急救援基地的实际需要而开发的，在本系统设计和开发过程中一直有救援基地的人员参与其中，这保证了系统开发的可操作性、科学性、针对性和实用性较强。通过对煤矿事故应急救援技术开展研究，利用计算机技术、网络技术、空间数据技术和地理信息技术，根据煤矿事故应急救援的特点开发的基于WebGIS的煤矿应急救援指挥平台实现了矿井环境信息的空间位置与属性数据的有机结合，及时、准确、直观和形象地将危险信息以图形化的形式提供给救援人员，便于救援人员及时准确地决策，从而提高煤矿事故应急救援的能力，最终减小人员伤亡并将事故影响降至最低。

［1］ 任乃俊.创新现场应急救援体系建设研究与实践［J］.中国煤炭，2012（7）

［2］ 金永飞，邓军，文虎.矿山救援可视化指挥系统的模型研究［J］.中国煤炭，2007（5）

［3］ 刘孝龙.煤炭企业劳动安全保护存在的问题及对策［J］.生产力研究，2010（10）

［4］ 岳宁芳.煤矿重大灾害事故应急能力评估指标体系的构建［J］.煤炭技术，2009（2）

［5］ 李宁.基于GIS的崇义县矿山应急救援系统的研究［D］.江西理工大学，2011

［6］ 宋关福，钟耳顺，王尔琪.WebGIS—基于Internet的地理信息系统［J］.中国图象图形学报，1998（3）

［7］ 杨建军，王天保.WebGIS在煤矿防救灾管理系统开发中的应用［J］.煤矿安全，2005（8）

［8］ 王汝柱.探索矿山救援培训新方法［J］.劳动保护，2012（2）

Research of mine emergency rescue command platform based on WebGIS

Wu Bing1，Hua Mingguo1，Ni Yingjie2，Dong Wentong1
（1.Faculty of Resources and Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China；2.Beijing Jinshi Kexin Information Co.，Ltd.，Haidian，Beijing 100083，China）

Aimed at the actual requirements for emergency rescue base of Kailuan Group，an emergency rescue management command system for coal mines was set up on the basis of Web Geographic Information System（WebGIS），according to the emergency rescue procedures.The constitutions of the system and their relationship were introduced，and the demand analysis and functional requirements of the system were determined.Moreover，the overall system architecture and the functions of each subsystem were designed，and the database was set up according to the system functions.At present，the system has been applied to the Kailuan Group Emergency Rescue base.The results indicated that the system could analyze and process a lot of field data，providing aguarantee for the effective implementation of emergency rescue.

emergency rescue，rescue base，national mine，geographic information system

TD－91

A

吴兵（1967－），男，山西阳泉人，教授，博士生导师，主要从事矿井通风、火灾防治、瓦斯抽放、矿山应急救援、灾害数值仿真和虚拟现实技术等研究。作为主要研究成员参与了国家“八五”攻关，“十五”攻关和国家自然基金项目的研究。参与并承担了多项矿山灾害防治、救灾及技术、安全管理方面的横向、纵向课题研究，获得省部级科技进步奖多项，出版著作3部，2006年被聘为第四届国家安全生产专家组成员。

（责任编辑 路 强）