化学矿山重大危险源安全管控一体化系统设计

路海华，秦孙巍

（1.武汉工程大学职业继续教育学院，湖北武汉430074；2.武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北武汉430074）

化学矿山生产安全一直是我国矿山生产管理中的重点和难点，化学矿山企业重特大事故多发的直接原因主要是违章作业、违章指挥、违章决策，间接原因是缺乏对重大危险源的科学有效监控［1］。据中国国土资源部统计，2005年、2006年的百万工时死亡率分别为2.83和2.04［2］。目前，矿山重特大事故时有发生，在尾矿库、采空区、露天边坡等方面仍存在重大隐患，安全生产形势依然严峻［3］。因此，如何有效对重大危险源进行辨识、监测、控制和管理，是所有化学矿山企业亟待解决的重大问题。受自然地理条件等因素影响，化学矿山工矿环境十分复杂，往往不能从物质上确定明确的重大危险源限量，而且危险源间具有一定的相关性，如边坡、排土场、塌陷、冒顶片帮等都是由于工程开挖造成岩土体稳定性发生变化而产生的，具有地理空间相关性。这一特点决定了化学矿山重大危险源安全管控应该从区域整体出发，综合监管整个区域内的多个危险源，在监测上针对具体危险源建立对应的监测系统，在管理上将相关危险源作为整体建立综合预警预报应急体系，建立多层次的一体化管理系统。

作者在此提出了以标准化管理为基础、以集成监测为技术手段的化学矿山重大危险源安全管控一体化系统。

1 系统架构设计

系统采用经典B／S三层结构，如图1所示。

图1 系统总体架构Fig.1 Overall framework of the system

数据层采用PostgreSQL数据库作为本地空间数据库。PostgreSQL属于面向分析型的关系数据库［4］，作为开源数据库具有良好的扩充性以及较强的空间分析能力，支持多种GIS平台，降低业务间耦合。由于PostgreSQL采用多线程机制，高并发情况下比较耗费服务器资源［5］，因此空间数据之外的业务数据统一采用Oracle数据库，进一步提升系统处理能力。由于危险源种类繁多，各监测系统相互独立，因此它们各自采用自身的数据库，由服务层运用第三方信息流的方式将监测数据最终集成到Oracle数据库，实现异构监测系统集成［6］。

服务层地图服务分为远程和本地两种。远程地图服务使用GoogleMap、BaiduMap等支持二次开发的WebGIS系统用于提供小比例尺全景图、卫星影像图等基本空间信息。本地地图服务采用符合OpenGIS（open geodata interoperation specification，OGIS－开放的地理数据互操作规范）规范的GIS服务器GeoServer作为地图服务器，开源的GeoServer具有可定制性、可互操作性和可移植性等特性，适合中小型WebGIS项目［7］，本地地图服务主要提供矿区地形地质状况、生产现状、危险性分区、监测点位等大比例尺空间信息。业务服务采用J2EE架构，以Web Service形式提供服务，用于安全管理业务逻辑的实现及监测数据的集成。

展示层采用OpenLayers开源WebGIS客户端集成远程地图服务和本地地图服务实现空间数据展示，配合空间数据业务逻辑采用支持Ajax技术的框架如ExtJs等实现业务展示。

2 系统功能设计

化学矿山重大危险源安全管控一体化系统分为矿山安全标准化管理和重大危险源监测两大部分，其功能如图2所示。

图2 系统功能Fig.2 Function of the system

矿山安全标准化管理包括组织机构、岗位职责、安全管理制度、安全操作规程、风险管理、绩效考核、劳动组织管理、安全培训管理、安全技术管理、安全生产标准化、日常安全检查、“三同时”管理、职业卫生管理、事故管理、工伤保险等15个模块，涵盖国家安监总局发布的《金属非金属矿山安全标准化规范》中要求的14个核心要素［8］，实现了矿山安全的过程化管理；重大危险源监测包括危险源管理、监测设备管理、监测预警、视频监控、上报与处置等5个模块，实现了危险源、监测点空间信息管理及异构监测系统间数据采集与预警。

3 系统实现

3.1 地图服务的实现

矿山地质资料往往采用独立坐标、西安－80、北京－54及WGS－84等多种坐标系，加之远程地图服务也存在多种坐标系，如GoogleMap英文版采用的是WGS－84，中文版采用的是经国家保密插件进行数据加偏处理的坐标系，其投影坐标用的是横轴墨卡托投影（EPSG：900913）。因此系统工作在统一坐标系下显然是不合适的，为了保证本地地图服务和远程地图服务能无缝联合使用，系统并不限定数据在某一坐标系内，而是在客户端显示的时候再通过统一的坐标变换，实现多坐标系数据的融合。地图服务如图3所示。

图3 地图服务Fig.3 The map service

3.2 监测数据采集

由于监测系统异构，无法采用统一的方式提取数据，系统提供三种数据自动提取策略：第一种方式是在数据库层次，通过跨库查询、远程视图以及DTS（数据转换服务）等方式实现数据库级别的数据共享。该方法要求数据库间在物理上连通并且数据结构明确，是效率最高的方法；第二种方式是采用Web Service方法，由监测系统提供专门的数据采集接口将监测数据转换为标准格式XML，数据采集模块采用定时器方式定时读取数据并保存到本地数据库。该方法要求监测系统提供专用的数据交换接口，适用于新建的系统，能有效降低系统间耦合（图4）；第三种方式是采用网络蜘蛛的方式，即采用HTTP协议读取监测系统网页，分析网页的内容，提取需要的监测数据。该方法无需监测系统作出任何修改，只要求所采集网页格式固定，即可通过正则表达式提取数据，该方法适合已经建成使用的监测系统。

上述三种方式除第一种方式外，其它两种均要求监测系统支持HTTP协议。

图4 数据采集Fig.4 The data acquisition

4 结论

通过对化学矿山安全管理现状的分析，将矿山安全标准化管理体系引入化学矿山重大危险源安全管控一体化系统，提出基于区域范围的多危险源集成监测方案，设计了系统架构，并实现了多源地图的数据融合及异构监测系统的数据集成。该化学矿山重大危险源安全管控一体化系统满足化学矿山安全生产管理要求，为化学矿山重大危险源集成监测提供了一种可行方法。

［1］ 施富强.矿山数字化建设战略与战术研究［J］.爆破，2013，30（2）：37－40.

［2］ 刘嘉琪.试析金属非金属矿山危险源辨识与事故隐患的排查治理［J］.新疆化工，2013，（1）：24－28.

［3］ 蒋敖.浅析我国矿山安全生产现状及对策［J］.才智，2013，（14）：294.

［4］ 覃雄派，王会举，李芙蓉，等.数据管理技术的新格局［J］.软件学报，2013，（2）：175－197.

［5］ 任宏萍，黄晟.PostgreSQL存储引擎多线程化的研究与实现［J］.计算机与现代化，2013，（9）：210－214.

［6］ 秦孙巍，刘伟.矿山多源安全管理系统设计与实现［J］.武汉工程大学学报，2013，35（7）：6－8.

［7］ 林巧莺.基于开源GIS软件的WebGIS研究与实现［J］.阜阳师范学院学报（自然科学版），2013，30（2）：73－76，92.

［8］ 侯茜，王云海，程五一，等.金属非金属矿山安全标准化创建与考评［J］.金属矿山，2009，（8）：140－142，148.