基于Eclipse RCP的隧道通风安全信息系统研究

李少利

(中铁隧道集团三处有限公司，广东深圳 518000)

0 引言

隧道通风系统是隧道施工生产系统的重要组成部分，其任务是利用通风动力，以经济合理的方式向地下作业空间内各用风点提供足够的新鲜空气，稀释和排出地下作业空间内的有害气体和粉尘，创造良好的地下作业环境，保障地下作业空间内作业人员的身体健康和劳动安全。在瓦斯隧道施工中，通风是治理瓦斯的基础;在地热隧道中通风是降低隧道高温的重要方法，是保障隧道施工安全的主要技术手段之一。通风系统的管理直接影响到隧道施工的安全生产和经济效益，所以必须加强隧道通风管理，从本质上保证施工隧道的通风可靠。

国内煤矿安全研究和管理部门针对煤矿通风安全信息系统开展了不同程度的研究与开发，如:北京龙德时代科技发展有限公司研制开发了“一通三防信息管理系统”，北京时空信步科技有限公司三维可视化信息技术开发了“贵州数字矿山三维信息系统”。国外相关的产品主要有澳大利亚的Vensim和美国的Vent-PC等，但专门针对隧道的通风信息系统却不多，且每种产品都存在一定的缺点，如报表信息与图形的有效关联、图形的简便更新等［1］。针对这些问题，运用当前流行的Java编程语言、Eclipse RCP技术、GIS技术，并以开源的POI以及JFreeChart等插件为辅助，将隧道施工通风信息与电子地图结合起来，建立GIS与RCP相结合的地下作业空间通风信息管理系统［2-5］，实现地下作业空间内信息的及时采集、查询、管理等，直观、快捷、实时地提供地下作业空间内信息，为安全生产和防灾救灾提供重要的信息支持。

1 Eclipse及Eclipse RCP

Eclipse是一个开放源代码的软件开发项目，专注于为高度集成的工具开发提供一个全功能的、具有商业品质的工业平台。主要由Eclipse、Eclipse工具和E-clipse技术3个项目组成，具体包括Eclipse Platform、JDT、CDT和PDE 4个部分。JDT支持Java开发，CDT支持C开发，PDE用来支持插件开发，Eclipse Platform则是一个开放的可扩展IDE，能提供一个通用的开发平台。Eclipse附带了一个标准的插件集，包括常用的Java开发工具(JavaDevelopment Tools)［6-7］。Eclipse平台主要由6部分组成，分别是平台运行库(Platform Runtime)、工作区(Workspace)、工作台(Workbench)、团队组件(Team Component)、调试(Debug)及帮助(Help)。Eclipse的体系结构如图1所示。

图1 Eclipse体系结构Fig．1 Configuration of Eclipse system

Eclipse RCP是基于Eclipse项目推出的一个开发富客户端应用的框架，目的在于为开发人员提供一个功能强大的、快速的、可扩展的应用平台。

2 系统主要功能模块

根据系统总体规划，系统的设计采用结构化分解和面向对象的设计相结合的方式，即:首先对系统功能进行结构化分解，然后确定各子系统的模型和视图以及其之间的关系。系统主要功能模块分别为:通风日常管理、电子地图、安全监测、通风技术测定及风机选型模块、通风安全预警、短信发送与报表导出。

2．1 通风日常管理模块

该模块是将通风管理日常需要处理的多种报表进行计算机处理，然后将计算、汇总、统计后的各类报表进行存储和导出，上报相关部门。在该模块中可以实现通风日常信息数据的输入、查询、浏览和输出等功能。

2．2 电子地图模块

系统中建立基于GIS的空间数据库，通过空间数据库的建立对通风系统图形与属性数据进行连接，实现图形数据的添加、图形数据-属性数据的互查、属性数据的管理(添加、修改、删除等)、更改标注符号(颜色、形状、大小等)以及监测数据、报警数据等相关数据在地图上的显示。电子地图模块结构框如图2所示。

2．3 安全监测模块

安全监测模块与监控系统数据库相连，将监测数据显示到本系统用户监测视图中。该模块主要包括瓦斯体积分数、温度、CO体积分数、风速和通风机负压等的实时监控数据的图形查看、历史数据的查看、监测报表的导出等。开挖面温度监测与瓦斯监测分别见图3和图4。

2．4 通风技术测定及风机选型模块

通风机的运行状态、风管风道的漏风情况对隧道施工的经济性及安全有重要影响，必须对通风机的实际性能、风管的漏风情况、阻力特性进行测定。该模块可根据风机性能测试数据自动绘制通风机在标准大气压下的性能曲线，计算风管或风道的阻力系数、漏风系数等。系统也可以根据数据库中的风机性能参数，对系统进行合理的风机选型。

图2 电子地图模块结构框图Fig．2 Structure of electronic map module

2．5 通风安全预警模块

通风安全信息预警子系统主要根据通风监测系统中的风速、风压、温度、粉尘、有毒有害气体浓度、风机开停等方面有安全的隐患各类信息的进行提示、预警等。系统中可以设置监测数据的预警阈值，当安全监测数据中有超过预先设置的预警阈值时，进行声光、短信报警，并将预警信息存入历史数据库，便于以后查询备案。

2．6 短信发送模块

本模块主要利用硬件短信猫实现短信的接收和发送，短信猫其实是一种工业级GSM MODEM，通过串口与计算机相连。系统用户将电话号码按不同的岗位级别分组添加到系统电话本中，系统根据预警模块的判别将相应的预警短信发送到指定的工作人员手机中，并能根据工作人员回复的短信进行相应的操作。

2．7 报表打印功能

将通风与安全有关的数据以报表或者专题图纸的形式输出。

3 系统关键技术

3．1 系统数据库选择及数据持久化

系统采用Oracle数据库作为远程数据库，并将MapInfo中处理过的地图数据通过Easyloader导入到Oracle 10g数据库中，用Oracle Spatial组织管理空间数据及相应的属性数据。选用Apache Derby作为客户端本地数据库，Apache Derby完全运用Java语言编写，是基于商业数据库内核的关系数据库系统，适合嵌入到Java应用程序和服务器中。在Derby中，数据库访问有2种方式，即嵌入式数据库(Embedded Derby)和网络服务器(Derby Network Server)。运用Hibernate对JDBC进行轻量级的对象封装，其内部封装通过JD-BC访问数据库的操作，并向上层应用提供面向对象的数据API。Hibernate是采用ORM模式实现数据持久层的一个优秀的Java组件，其提供了强大、高效的将Java对象进行持久化操作的服务。利用hibernate，开发人员可以方便地按照Java对象的结构进行持久层的开发，并可以使用Hibernate所提供的HQL(Hibernate Query Language)完成Java对象和关系型数据库之间的转换和操作。通过转储程序实现监控系统实时数据库与Oracle数据库的通信，实现实时数据向Oracle数据库的周期性转储。

3．2 数据绑定

为了实现监测数据、报警数据以及属性数据在地图上的显示，需要用到MapXtreme Java提供的数据绑定功能，将*．tab文件与JDBC数据源合并为MapX-treme Jave之中的单一图层，实现存储在数据库中的数据在地图上可视化。

3．3 利用POI进行报表导出

由于Java应用程序跨平台性不能直接操纵Excel，所以报表输出是Java应用开发中经常涉及的一个问题，而一般的报表往往缺乏通用性，不方便用户进行个性化的编辑;因此，系统利用POI与Excel交互，进行报表的Excel导出。POI是Apache Jakarta的免费开源子项目，POI提供了一组操纵Windows文档的Java API，以便用户能够使用纯Java代码处理微软的OLE2复合文档，例如 Word、Excel、PowerPoint。POI使用HSSF读写xls文件，使用HWPF操作Word文档［8］。

3．4 图表绘制

目前主要的Java图表软件达50多款，但采用较多的为 ChartDirector、JFreeChart、OpenChart2 等。JFreeChart是一款功能强大的Java图形组件，为用户提供了生成饼图、柱状图、散点图、时序图和甘特图以及一些仪表盘等统计图的2D和3D图形开发包，并可输出为PNG、JPEG等格式的文件［9-13］。系统中的大部分图形均运用JFreeChart插件实现，例如实时监测曲线、风机性能鉴定曲线等。

4 结论与讨论

1)利用 Eclipse作为开发平台，集成 Window Builder、Hibernate3．2、JFreechart、POI2．5 等多种开发工具，以MapXtreme Java为地图服务器，选用 Oracle 10g数据库，开发了一套主要针对隧道施工通风安全管理的信息系统。

2)系统稳定可靠、界面友好、操作简单、应用方便，具有较好的跨平台性及可扩展性，并能通过访问远程站点实现自动升级。

3)系统将安全监控数据与电子地图绑定在一起，并实现了安全监测的短信报警与地图声光报警，在施工隧道灾害预测与监控、事故处理与决策方面有着广阔的应用前景。

4)系统在贵州省仁怀至赤水高速公路邓家沟隧道进行了应用，取得良好的效果。

5)在系统的后期完善中如果能对系统进行改进，将RCP系统升级为RAP(Rich Ajax Platform)系统，用户便可无需安装客户端而通过浏览器直接访问系统。

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