WebGIS在煤礦防救災管理係統中的開發及應用

[摘要] 本文通過WebGIS在煤礦防救災係統的開發、應用，係統地介紹了WebGIS的開發過程，實現了與煤礦井下各種危險源及相應的應急救援預案數據庫的無縫連接，以及客戶端實時更新WebGIS數據庫數據，動態模擬演示各種02manbetx.com 的避災線路，完成了煤礦防救災地理信息係統的開發。 [關鍵詞] WebGIS煤礦管理開發 應用

1引言

目前，在美國、日本等先進國家，已建立了技術先進、成熟的災害應急救援聯動係統，我國一些城市已經或正在建立城市應急聯動係統。我國早在九十年代已經提出，建立各行業特別是高危行業的重大02manbetx.com 應急救援預案：1997年原化學工業部就發出了《關於實施化學02manbetx.com 應急救援預案，加強重大化學危險源管理的通知》；2002年6月頒發的《中華人民共和國安全生產法》，更是將建立特大生產安全02manbetx.com 應急救援預案以法律的形式予以確立。一些石油、化工、電力的企業更是率先建立了重大危險源監控及事故應急響應係統。煤炭行業特大生產安全事故應急聯動係統的工作開展較晚，技術手段比較落後，大部分還停留在應急救援程序上牆，事故發生後手工操作階段，效率低、效果差，在一定程度上製約了煤礦重大事故搶救工作的開展，事故造成的影響及損失巨大。

WebGIS是Internet和WWW技術應用於GIS開發的產物，是實現GIS互操作的一條最佳解決途徑。

隨著Internet和WWW技術的不斷發展和提高，WebGIS在各個領域得到前所未有的應用前景，適用的範圍非常廣泛，可應用於物流、農業、林業、水利、地礦、交通、通訊、新聞媒體、城市建設、教育、資源（土地、森林、水、礦物、海洋等）、環境、人口、海洋以及軍事等幾十個領域，如資源合理利用、數字天氣預報、災害監測與評估、災害模擬和預報、漁場預報、智能交通管理、城市管道管理、在線政府公共信息服務等。

WebGIS還可以應用於Intranet建立企業/部門內部的網絡GIS，可以在科研機構、政府職能部門、企事業單位得到廣泛應用。WebGIS提供了一種易於維護的分布式GIS解決方案。盡管目前的WebGIS軟件提供的空間03manbetx 功能很難滿足專業應用的需要，但是隨著技術的發展，WebGIS終將取代傳統的GIS。

2WebGIS地理信息係統設計及開發

峰峰集團公司防救災聯動係統包括礦山應急救援體係、重大危險源辨識專家係統、應急救援地理信息係統平台、應急救援決策支持平台、防救災應急救援智能聯動係統、安全生產及應急救援網絡平台、應急救援無線通信係統等7個子係統的龐大係統，其中應急救援地理信息係統平台，采用了麵向對象、分布式和互操作為關鍵特征的WebGIS。

2.1 WebGIS開發基本思想

WebGIS是基於瀏覽器/服務器模式的地理信息係統，客戶端僅需通過通用的瀏覽器進行係統操作，簡單易用，使得不僅是專業人員，而且普通用戶也能方便地獲取所需的信息，使得任一Internet用戶均可獲得WebGIS服務器提供的服務；同時，具有良好的

可擴展性和開放性。WebGIS已成為GIS的重要發展方向，各種GIS平台，如國外的Arc/Info、MapInfo和國內的北京超圖SuperMap IS和中遙地網GeoBeans等均已推出了相應的WebGIS產品。
　WebGIS從邏輯上可分為三層：客戶、Web應用服務器和GIS係統服務器。

客戶：使用Internet標準(如TCP/IP、HTTP、HTML和XML)與Web應用服務器通信來獲取GIS應用數據和應用邏輯；
　Web服務器：為WebGIS應用提供數據存取和應用繼承等服務，對客戶端通過Web頁麵產生的用戶請求根據業務邏輯進行03manbetx 處理，產生新的頁麵，並送回到客戶端；
　GIS係統服務器：通過連接器與Web服務器連接，與Web服務器集成起來為客戶服務。

2.2 WebGIS開發環境：

WebGIS的開發環境根據各行業的需求有所不同，WebGIS的開發環境依賴於服務器的操作係統、地理信息係統平台、所用的數據庫類型和所用的開發語言。

目前WebGIS係統從實現模式上主要可以分為兩類：采用服務器端策略和采用客戶端策略。服務器端策略的WebGIS係統通常是通過CGI（公共網關接口）、ASP（Active Server Page）、JSP(Java Server Page)或Server API實現客戶端於服務器之間的交互，達到進行GIS數據處理和03manbetx ；客戶端策略的WebGIS係統通常是通過GIS Plug-in（插件）、ObjectWeb(分布式對象組件結構，基於DCOM/ACTIVE標準或CORBA/JAVA標準)來進行GIS數據處理和03manbetx 。

在河北峰峰集團的WebGIS係統開發中，根據集團的需求擬出如下開發環境的：

（1）WebGIS平台：

根據平台的選擇原則，對比了國內外的GIS廠商的產品，我們選擇國產的地網GeoBeans作為GIS開發平台。

地網GeoBeans采用B/S計算模式，由分布在Internet上的客戶端、Web服務器、多應用服務器、多數據庫服務器以及圖形編輯器組成。主要功能包括：柵格與矢量地圖的放大、縮小、全圖、漫遊，柵格與矢量合成操作，屬性和空間雙向查詢，圖層控製與鷹眼，空間分析與網絡分析，動態製圖和三維可視化，分布式計算等。該軟件的主要特色包括：跨平台操作，靈活的構件化技術，海量數據支持，開放式體係結構，多種開發模式，客戶端兼容矢量和柵格數據操作，基於RMT/CORBA等先進技術，擴展能力較強。係統的文檔規範齊全，商品化程度較高。

（2）服務器操作係統

根據操作係統的直觀性、普遍性、穩定性、安全性和易用性原則，我采用了美國微軟的Windows操作係統。

（3）數據庫平台

在性能價格比以及考慮到穩定性、兼容性、穩定性、安全性和易用性，我們選擇美國微軟的Sql Server2000數據庫平台。

（4）開發語言

根據Web編程的特點、各支撐平台的選擇以及綜合考慮集團公司的需求和係統的穩定性、易擴展性跨平台性，我們擬采用服務器端策略和客戶端策略相結合的係統實現模式，所以在在開發語言中，客戶端開發語言采用HTML4語言和Javascript語言；客戶端開發語言采用當前流行而且成熟的asp語言。

（5）其他支撐的軟件

本係統的客戶端采用Java Applet策略，所以需要到JAVA虛擬及來支撐運行。由於集團的圖形數據大多是用AutoCAD來做，所以在倒入數據方麵采用c/s結構。

2.3係統總體結構設計：

係統的基本框架采用B/S和C/S相結合的結構，空間數據的更新部分及係統維護部分采用C/S結構，用戶查詢統計部分采用B/S結構，三層結構的瀏覽器/服務器模型(B/S)是當前網絡應用程序的主要開發模型(見下圖)，這種方案將係統劃分為三“層”，客戶機、網絡應用服務器和數據庫服務器。B/S結構通過平衡客戶機/服務器間的數據通訊，利用服務器的高性能處理複雜的關鍵性的應用，降低網絡數據流量，並簡化了客戶端的應用運行環境，降低了軟件的維護費用。

(1)瀏覽器

進行Web-GIS的設計最重要的一點是在客戶端如何顯示地圖，無論是矢量還是柵格，對於Web-GIS來說，客戶端的程序在瀏覽器中運行，如IE、Netscape等，為用戶服務提供一個可視化的界麵，用來接收用戶輸入以及最終的信息表示。應用IE等瀏覽器，從Web服務器卸載程序和數據，進行地理信息服務。GeoBeans圖形瀏覽模塊，是以Java軟件包的形式提供給用戶的JavaBeans組件。用戶利用這些軟件包與HTML、JavaScript、VBScript 語言開發網頁。在客戶端使用本係統時，盡量不下載控件及安裝本係統的軟件，保證係統的安全及客戶方軟件係統的獨立性，盡量在客戶方做到零維護，同時使客戶方的軟硬件資源得到充分的利用，以減輕服務端的負擔，客戶方通過服務方提供服務，通過應用服務器訪問數據庫。

用戶界麵可以通過標準的HTML的表元素的組合來實現，如按紐、文本框、下拉框等，但標準的HTML語言隻支持GIF、JPEG格式的圖像，而不能讀取矢量圖形，因此必須將矢量地圖在服務器上轉換成柵格形式才能下載到客戶機上顯示。每次客戶對地圖的操作都要傳回到服務器，等待服務器生成新的柵格圖像傳回來顯示，這種方法兼容性強，適用於各種瀏覽器，對於客戶端要求不高，但操作和數據顯示不夠直觀，而JavaBeans組件正好可以解決這個問題。

(2)分布式應用服務器

服務器端要負責Web服務器與數據庫服務器之間的通信，負擔比較大。可以考慮多台應用服務器，進行負載均衡，負責服務端的計算、與數據庫服務器交換數據，Web服務，空間數據的發布。多台服務器可以分擔不同的任務，如：GIS應用服務器，屬性數據搜索、統計計算應用服務器，也可設多台GIS應用服務器，多台Web服務器，係統根據用戶訪問的數量及係統運算量，進行負載均衡，以確保係統的速度和安全可靠，安裝係統的服務端控件及數據庫接口，如：JDBC、ADO.NET等安裝在應用服務器上。

峰峰集團WebGIS地理信息係統體係結構圖

係統采用的物理結構如下圖所示：前台信息服務部分由數據庫係統、WebGIS應用服務器、Web服務器和瀏覽器組成。

係統物理結構圖

係統總體結構示意圖

係統由下列幾部分組成：後台維護計算機組、網絡服務器群、應用服務器群、數據庫服務器群和用戶端，簡要描述如下。

各類用戶通過安全認證訪問係統，由安全機製作保障。

（3）係統界麵采用框架結構（如下圖）。

1）係統標題欄（TitleFrame）

係統標題欄顯示係統標題，包括集團名稱和係統名稱。

2）圖層列表欄(LayerListFrame)

圖層列表欄最好以樹形結構列出各項目所涉及到的圖層，根節點為項目名，子節點為圖層名，同時可控製圖層的可視。項目及其圖層應動態讀取。

3）工具欄(ToolBarFrame)

係統操作的基本工具欄。

4）地圖瀏覽欄(MapFrame)

瀏覽地圖的窗口。

5）查詢結果欄(ResultFrame)

如機械設備查詢結果等。

6）編輯操作條件選擇欄(ConSelectFrame)

如在工具欄點擊編輯按鈕時，給出編輯圖層下拉列表框共選擇編輯，選中一個圖層，添加圖元屬性輸入欄列出相應的屬性輸入框。

查詢操作也類似。

7）添加圖元屬性輸入欄(InPutProFrame)

2.4源數據庫設計：

根據集團公司對WebGIS能進行在線編輯的需求，考慮到當前WebGIS原有平台不支持在線編輯的局限性，本係統決定在圖形數據的存取方式采用脫離原有平台的文件格式，把所有數據全部放在數據庫中。由於地理信息圖形存儲的特殊性，所以涉及到圖形存儲的數據庫表結構設置應該是層次性的、關聯性的。整個係統設計了礦區表、子係統表（集團公司稱之為項目）、圖層集信息表、動態演示路線圖層集信息表、點、線、麵圖層表、注記圖層表、設備配件表、與圖層關聯表的信息表、與圖層關聯表的字段信息表。

3係統的應用及主要功能

係統應用

河北峰峰集團的WebGIS項目的主要目的是依托於GIS平台，將峰峰集團範圍內（包括地上和地下）的電子地圖、屬性數據以及統計數據相結合，構成峰峰集團WebGIS地理信息係統平台，並將此平台集成到集團公司的門戶網站中。通過此平台，實現峰峰集團管轄範圍內的地理數據、井下巷道、采掘工作麵和各種機械設備數據及其他數據的全麵整合，達到數據統一管理和資源共享。同時在此基礎上，係統將麵向局領導和相關職能部門及時準確的提供統計、分析資料，防救災模擬及對應采取的方案為領導決策和職能部門辦公提供輔助決策手段和輔助分析數據，提高集團公司行政管理工作的科學性、規範性、準確性和及時性。

WebGIS係統在煤礦中可包括多個子係統，如：采掘工程、運輸係統、供電係統、避災係統、提升係統等。在此，避災係統在煤礦企業的放救災管理中尤為重要，該係統可以靈活與現成的安監係統無縫掛接，當發生事故時，能夠根據安監係統中的事故類型和發生地點立即在圖上顯示定位。也能與各個現有係統直接掛接，共享現有係統的數據資源。

峰峰集團的WebGIS能在線繪製、編輯多條避災與救災路線（路徑）；路線可放在不同的圖層，可沿事先設定的避災路線動態模擬顯示避災人群，能根據可調的速度自動計算避災所需的時間。河北省峰峰集團的WebGIS項目一開始就考慮到係統的可擴展性，一次編程，多個項目發布，元數據管理模式，在線動態配置。目前該係統應用於集團公司的采掘工程、運輸係統、供電係統、避災係統、提升係統、通風係統，係統運行良好，特別是2004年9月26日集團公司牛兒莊礦，由於小煤礦超層越層開采下三層煤，引發奧灰水通過礦井采空區潰入礦井，最大湧水量達到95m³/min，嚴重威脅礦井井下380多人的生命安全，調度室在接到事故通報後，立即啟動礦井水災應急救援預案，並實時在各計算機終端動態顯示各生產地區避災路線走向以及避災路線長度、升井大約需要的時間，救災指揮部根據係統提供的數據，製訂了不同的應急方案，由於采取措施得當，雖然礦井最後被淹，但當時井下380多人都按避災路線順利升井。該係統的成功應用受到各個部門領導的好評。

3.2 係統的主要功能

3.2.1基礎空間數據庫的資料查詢、瀏覽等基本功能：

3.2.1.1 對地圖進行放大、縮小、漫遊、複位。

3.2.1.2圖層控製，瀏覽器端矢量格式顯示。

3.2.1.3 支持並發用戶，瀏覽不同的WebGIS項目

3.2.1.4 從信息查詢圖形，從圖形查詢信息

3.2.1.5 選擇圖元閃爍

3.2.1.6 鷹眼

3.2.1.7 表示出多層數據（各種專題、基礎矢量數據的分類，動態顯示圖層數據）

3.2.1.8 支持多個WebGIS項目的發布 ；

3.2.2圖形顯示

係統能將各類等級矢量圖、以及基礎地形圖進行分層綜合顯示，包括圖形無級縮放、圖形平滑漫遊、圖形顯示“鷹眼”功能。

3.2.3空間查詢

可對WebGIS係統中的圖形信息和屬性信息（數據庫信息）進行靈活多樣的雙向空間查詢。

3.2.4其他基本功能

Ø 用IE瀏覽器能方便顯示整個集團公司的總地理圖；能導航到下屬的各子公司（煤礦或廠）；

Ø 能動態模擬顯示礦井避災、救災路線圖；

能顯示各煤礦的地麵及井下的設備布置圖並動態關聯到指定的設備；

Ø 有人員、權限管理，並能集成到企業信息門戶網站中；

Ø 能從其他子係統（報表係統中的表格內容）動態關聯到設備布置圖中的設備；

Ø 能從其他子係統關聯到指定的避災、救災路線圖中；

Ø 動態用戶數50個；

3.2.5避災、救災路線圖功能

Ø 礦井防火、防水、防瓦斯避災與救災路線圖、井下供電係統圖的圖文管理（有WebGIS圖文信息的存儲、打開、編輯、剪貼、複製、粘貼等基本功能）、圖文顯示、圖文查詢；在線動態繪製，動態修改，以及其他基本WebGIS功能；

Ø CAD等矢量圖導入功能；

Ø 能包含基本3維空間的圖形屬性；主要地點、線段可以設置三維屬性，其他線段可以計算出三維屬性；

Ø 基本圖形繪製功能；

Ø 礦井防火、防水、防瓦斯避災與救災路線的在線動態繪製功能：

要求能在線繪製、編輯多條避災與救災路線（路徑）；

路線可放在不同的圖層，能保存並顯示。

可選擇多種、多組圖元，綁定到路線上，並沿路線能連續、動態模擬顯示人群的移動；

移動的速度可調；

Ø 有圖層管理功能，能獨立顯示或關閉不同層；

Ø 用戶自定義圖元功能：

用戶可以繪製或導入一些圖元（例如：簡單人像、箭頭、風門、機電設備等），圖元是一些基本（有顏色及填充的）圖形組合；

Ø 屬性顯示及查詢

能設置一些圖形、圖元的關聯屬性，點擊圖形、圖元能顯示其屬性，例如：

巷道（兩條平行線）的屬性：高度、寬度、標高，基本圖形形狀；

風機、變壓器等設備的屬性：型號、功率、電壓、電流、廠家、日期；

Ø 外部動態關聯

能從外部子係統動態關聯，可以直接調出並顯示某指定的避災與救災路線圖；

Ø 人員、權限管理分設成兩級，公司級可以全麵管理，二級單位的人員隻能編輯、管理自己的圖形；有角色或組管理功能，每人屬於某個或多個組，具有組所有的功能；係統能集成到企業信息門戶網站中；

3.2.6設備圖文檔案管理功能

Ø 能處理井下設備布置示意圖、地麵運輸係統圖，提升係統圖等CAD圖形；

Ø 能管理設備技術參數表；有添加、錄入、編輯、刪除、顯示等功能；

Ø 能管理每個設備的總圖（片）、多個子圖（片），能動態關聯，並與其各技術參數動態關聯；

Ø 報表顯示內容與圖形動態關聯，設備係統圖、設備布置圖與設備技術參數等信息的動態關聯；

Ø CAD等矢量圖導入功能；

Ø 基本圖形繪製功能；

Ø 用戶自定義圖元功能

用戶可以繪製或導入一些圖元（例如：提升機、水泵、風機等機電機械設備等），圖元是一些基本（有顏色及填充的）圖形組合；

Ø 屬性顯示及查詢

能設置一些圖形、圖元的關聯屬性，點擊圖形、圖元能顯示其屬性，

例如： 提升機、風機、變壓器等設備的屬性：型號、功率、電壓、電流、廠家、日期等；

Ø 外部動態關聯

能從外部報表子係統動態關聯，可以直接調出並顯示某指定的設備的總圖或某礦的地麵、井下設備布置圖等；

人員、權限管理分設成兩級，公司級可以全麵管理，二級單位的人員隻能編輯、管理自己的圖形；有角色或組管理功能，每人屬於某個或多個組，具有組所有的功能；係統能集成到企業信息門戶網站中。

4.結論

依據河北省峰峰集團的WebGIS地理信息係統介紹WebGIS在煤礦防救災管理係統中的開發及應用。實現為以下功能：

1、 WebGIS可用於除了一般數據外的特殊數據類型，尤其是矢量數據的處理，以網絡瀏覽器為應用工作平台，在客戶端可以實現對矢量數據的操作，可以在多個客戶端實現原來在本機上才能實現的功能，並可通過網絡遠程調用和發布各類數據、圖形、圖像。

2、 實現了WebGIS地理信息係統與煤礦井下重大危險源及應急救援數據庫的無縫連接。實現了事故後事故地點、事故類型等各類事故信息在地理信息係統中的定位顯示。

3、 實現了客戶端對WebGIS數據庫的實時更新以及事故後煤礦井下避災事故的動態模擬演示。如隨著煤礦井下生產地區的不斷變化，實時更新避災路線等信息，保證事故搶險數據的快速、準確。

當然，由於各自的空間數據技術策略和實現方案不同，而造成了各WebGIS不能相互兼容和互操作，從而不能根據各自特點進行有機集成。目前，國際萬維網協會已推出了基於XML技術的SVG(可擴展矢量圖形)描述語言，若用SVG來編碼矢量空間數據，則瀏覽器就可直接顯示，對於不同的WebGIS產品，隻要將地圖數據使用SVG語言編碼，就可實現互操作。但，這些技術還不夠成熟，需要進一步發展。

主要參考文獻：

電子地理信息係統(GIS)在有線電視網絡管理中的應用、高文慶等、中國有線電視。2001.3
電子商務應用開發技術，瞿裕忠等，高等教育出版社。2000.10
基於Internet的地理信息係統(WebGIS)的研究與開發，郭傑華等，圖形圖象學報。1998

WebGIS係統及其在有線電視網絡管理係統中的應用，來源於廣播電視網絡技術

[作者簡介] 楊建軍（1963-）男，工程師，畢業於河北工程學院采煤專業，現任峰峰集團公司安全監督局副局長所在單位河北峰峰集團公司安全監督局