基于北斗的地质调查安全生产保障系统设计与实现

2015-12-05李小杰叶成明郑宝锋

安全与环境工程 2015年3期

李小杰，叶成明，郑宝锋

（中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051）

国务院《找矿突破战略行动纲要》，要求我国地质矿产勘查工作通过实施找矿战略，实现新的重大突破，形成一批重要矿产资源战略接续区，建立重要矿产资源储备体系，为经济平稳较快发展提供有力的资源保障和产业支撑。推进实施《找矿突破战略行动纲要》，举全国之力促进找矿突破的号角已经吹响。作为国家基础性、公益性、战略性地质和矿产勘查工作的组织者和部署者，中国地质调查局积极响应国家号召，全力投入到地质找矿突破行动当中。在地质调查与找矿突破战略行动中如何提高地质队员安全保障程度，坚持以人为本，亟待思考和解决。

随着地质调查工作的加强，从事地质调查工作的单位、人员和车辆越来越多，每年有几千个项目组、上万人和上千台车辆分布在全国各地从事地质调查工作，比如在重点地质调查区之一的西藏、新疆、青海三省（区），每年部署的基础地质调查、矿产资源调查评价、水资源调查评价、地质灾害调查评价等工作，任务量增加很快［1-2］。同时，随着形势的发展，地质调查单位传统的安全管理手段、安全保障措施等已不能适应现代野外地质调查工作的要求，地质调查安全生产工作面临很大压力。新形势下，迫切需要总结中国地质调查局和其他地勘单位安全生产管理工作与应急救援工作经验，创新安全管理模式，建立覆盖全面、反应迅速、处置灵活的地质调查安全生产保障平台，保障野外地质调查工作者的生命安全。针对以上问题和挑战，中国地质调查局主动出击、积极探索、勇于实践，逐步建立起了全方位、立体化的基于北斗的地质调查安全生产保障系统。本文介绍了基于北斗的地质调查安全生产保障系统的设计与实现，可为其他行业安全生产工作提供一定的借鉴。

1 地质调查安全生产保障系统设计

地质调查安全生产保障系统分两期进行建设，第一期主要开展地质调查安全生产管理平台建设，构建集安全管理工作网上办公、安全信息与资源网上共享、历史资料保存与查阅等于一体的多种功能安全生产管理信息化服务平台；第二期主要开展地质调查安全生产远程监控系统建设，构建基于北斗卫星技术、GPS技术和天地图技术的安全生产远程监控系统［3］。

在地质调查安全生产管理平台基础上，引入我国拥有自主知识产权的北斗系统和我国自主开发的电子地图（天地图），开发了具有地质调查日常安全生产管理，野外作业人员、车辆、飞机、船只安全监控，野外作业突发事件应急处置调度指挥和地质调查项目生产调度与质量监控功能的远程监控系统，为地质调查日常安全生产管理、野外作业突发事件应急处置调度指挥以及野外作业人员、车辆、飞机、船只安全监控等提供高新技术平台。

1.1 系统组网

1.1.1 系统运行网络

采用网络主中心部署于中国地质调查局，通过国家地质调查网络体系、互联网、北斗卫星网络和地面移动通信网络与项目承担单位、野外工作站及野外作业人员、车辆、飞机、轮船连通，通过卫星链路或地面有线链路，将北斗终端定位和通信数据传输到网络中心，通过地面有线链路（国家地质调查网络体系、互联网）为系统用户提供服务。地质调查安全生产保障系统网络部署见图1。

1.1.2 北斗数据网络

基于北斗、GPRS、GPS的地质调查安全生产远程监控系统服务于全局系统，拥有大量北斗终端用户，具有稳定可靠的地面网络链路和固定的网络主中心。野外作业人员、车辆、飞机、船只监控和应急调度指挥需要基于北斗技术，建立多级监控指挥系统。

基于北斗、GPRS、GPS的地质调查安全生产远程监控系统北斗卫星数据组网采用点对点模式和专线通信组网模式相结合［4-8］。点对点模式下，远程监控系统北斗卫星数据组网由北斗终端、北斗指挥机、安全保障网络中心、北斗卫星等组成；专线通信组网模式下，远程监控系统北斗卫星数据组网由北斗终端、安全保障系统网络中心、地面有线链路、北斗运营中心等组成。系统组网模式见图2。

1.2 系统软件设计方案

基于北斗、GPRS、GPS的地质调查安全生产远程监控系统软件包括监控保障平台和北斗终端软件两部分，包含安全监控、业务管理、权限认证、协议交互、终端设备五大核心子平台，子平台通过相互协作完成数据访问、交互和共享［9-11］，见图3。

（1）安全监控平台：实现监控系统的业务逻辑，对地质调查作业主体进行定位标示、轨迹回放、信息统计，辅助应急救援。

（2）业务管理平台：局及项目承担单位日常安全生产管理工作网络平台，实现局及项目承担单位安全生产管理工作的业务逻辑。

（3）权限认证平台：管理单位、部门以及用户权限，并与其他系统进行融合。

（4）协议交互平台：数据解析、数据通讯、数据安全以及数据的冗余处理。

（5）终端设备平台：结合终端设备实现安全保障的相关业务。

1.2.1 监控平台软件研发

远程监控软件包括基于北斗、GPRS、GPS的地质调查安全生产远程监控系统监控平台软件、北斗终端软件和数据交互协议平台。

地质调查安全生产远程监控系统采用B／S 架构，开发工具采用Eclipse+Flex，数据库采用SQL Server 2005，集成了北斗定位系统、全球定位系统（GPS）、公共移动通信网（GPRS）、地理信息系统（GIS）、终端设备，将文字信息、地理信息、图片信息、业务内容等统一建立在可随时随地进行访问的数据信息系统中［12-16］。

（1）北斗监控：用户手动打开实时监控，系统自动接收北斗设备上报的位置信息并显示到地图上。鼠标移动到地图目标上时会有信息标牌显示，信息标牌中包括人员或车辆的一些基础信息，以及跟踪、历史、详情、短信等常用操作按钮，见图4。

（2）轨迹回放：用于查看监控目标的历史轨迹信息，并提供快速寻找监控目标以及播放控制等功能。

1.2.2 北斗终端软件研发

北斗终端软件是地质调查安全生产远程监控系统的一部分，采用JAVA 语言开发，安装在Android操作系统的个人、车载、机载、船载终端设备，与北斗终端配套使用。

北斗终端软件有11个功能模块，分别是一键平安、一键求救、北斗连接、周边寻人、指南针、短信箱、写短信、天气预报、周边搜索、通讯录、设置。北斗终端软件状态栏分别显示了当前登录用户名称、北斗波束信号、北斗终端电量、北斗终端北斗卡号与未读短消息，见图5。

（1）周边寻人：通过北斗短报文的方式，以当前设备为中心进行一定范围内的周边人、车查找，并显示到查询人的显控设备中。此功能的优点在于整个查询、数据传输过程全部使用北斗短报文方式进行，即使在无手机信号覆盖的无人区也可以正常使用，见图6。

（2）北斗短信：北斗设备之间以北斗短报文的方式进行短消息交互，收件人一栏以北斗卡号作为目标地址，短消息内容不超过78.5个字节，可实现北斗设备与普通手机之间进行短信交互。

2 地质调查安全生产保障系统运行与测试

2011年，中国地质调查局项目组在河北、北京、内蒙古、宁夏、陕西、山西、河南等地，在高速、国道、省道、县道、乡间小路等不同路况下，草原、沙漠、山区等不同野外环境中，以不同速度在不同天气下对地质调查安全生产远程监控系统技术原型进行了测试。测试和试运行结果表明：GPS+GPRS 的定位模块在有移动通信信号地区完全满足野外监控要求，在没有移动通信信号地区，北斗定位通讯设备能够满足人员、车辆等安全监控需求。2012年9 月，地质调查安全生产远程监控系统正式在中国地质调查局及所属28个单位开通运行。截止目前，系统注册单位数125个，注册人数10 660人，注册车辆数1 660辆，已接入系统的北斗指挥机4台，北斗个人终端526台，北斗车载终端350台，北斗船载终端6台。2013年，累计完成对我国境内及境外2 851个工作组、13 748人次、2 222车次、16 架次飞机、48船次的安全管理保障，为雅安地震、四川暴雨等重大地质灾害的应急排查提供了安全保障和应急通信服务，并成功处置野外突发事件2 起，使3 人脱离险境，避免了人员生命和财产损失。如2013年6月2日，《新疆和田东三县1：5万航磁调查》项目组3人返程中遭遇突发山洪遇险，当日18∶55北斗终端发出求救报警，接警后，乌鲁木齐工作站迅速施救，6月3日6∶40，3人成功脱离险境。“4.22”四川芦山地震后，系统成功为在震区开展地质灾害应急排查的120余名地质人员、40余辆车提供了安全保障及应急通信。