基于GIS的煤矿火灾预警救援系统设计

摘要：建立基于GIS的煤矿火灾预警救援系统，使系统具有空间分析功能，实现空间可视化监控指引，并以地理信息系统(GIS) 软件平台SuperMap Objects 为开发工具，运用C#编程语言，结合数据库SQL Server2000进行研究开发，将GIS技术应用到煤矿火灾预警救援管理中。

关键词：GIS；煤矿；火灾预警救援

中图分类号：TD164+.1文献标识码：A

随着我国对煤炭生产安全的重视和计算机技术的发展，将GIS技术引入煤矿安全生产系统已经成为行业趋势，并且呈现功能全面化、复杂化和完善化的特点。GIS应用与煤矿火灾预警救援，首先着眼于预防预警，降低事故发生率。一旦发生火灾，帮助决策者做出快速有效的决策，降低事故造成的损失。

1需求分析

系统基于GIS进行开发，GIS在计算机软件、硬件基础上对空间数据和属性数据进行管理的信息系统，具有3个特征：(1)具有信息的采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力, 具有空间性和动态性特征。(2)由计算机系统支持进行空间地理数据管理, 并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法, 作用空间数据, 产生有用信息。(3)由计算机系统的支持,能够快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程的动态分析[1]。

本系统的总体功能是对矿业时空数据进行采集、处理、存储、实现潜在火灾爆发预警，煤矿火灾预警救援的可视化,以防灾害的发生。 一旦发生火灾的情况下为决策者和救援人员提供可靠及时的井下信息,为救灾行动提供正确有效的决策支持, 将火灾造成的损失降至最低。

2系统设计思路

本系统采用SuperMap进行数字化，利用SuperMap Objects控件、C#编程语言进行二次开发。SuperMap Objects是功能强大的、以COM/ActiveX 技术规范为基础的全组件式GIS 开发工具，适合用户进行二次开发和与MIS、OA等其它系统的有机集成[2]。利用GIS工具建立如巷道名称、位置等基础数据的网络模型，在网络模型的基础上进行网络分析，如最佳路径分析。因此，在预警救灾基本理论研究的基础上,借助于GIS技术，可以进行潜在火源分析、影响范围确定、逃生方案确定等。

3系统结构

本系统包含三大模块：火灾影响区域判定模块、救援分析管理模块、数据库。如图1：

它具有管理维护系统中电子地图的基本功能，能实现电子地图显示与操作、图层管理和专题地图的操作。地图的显示与操作主要是实现地图浏览的基本功能，即地图的放大、缩小、漫游等功能。图层管理主要实现图层的添加、删除、修改、移动以及图层加载等基本功能。专题地图的操作可以实现煤矿通风信息管理的数据图形化，使通风信息的数据以各种图形的方式直观的在图上显示出来，并使用相应的颜色渲染在地图上显示，为管理人员的决策提供直观判断。

3.2 数据库

数据库包含空间数据库和属性数据库。

3.2.1 矿井基本信息

井巷信息描述井下各个巷道的详细特征, 包括井下各巷道的编号、名称、巷道长度、倾角、高程、设施、巷道类型、可燃物分布等信息等[3]。在GIS系统中，井巷空间信息以电子地图进行存储并以可视化展现，例如实时井下人员信息、节点位置、巷道中基础设备分布情况、硐室方位、井巷坡度倾角等等。

3.2.2 火灾高爆发地点信息

火灾高爆发地点信息通过结合煤矿地下系统环境。通风情况、设备分布等因素分析出巷道中易发生火灾地点及区域，从而实施重点监控，防止火灾事故的发生。

3.2.3 井巷通风信息

通风信息包括各通风巷道的风量、风速、风阻、风向、温度、瓦斯浓度、一氧化碳浓度等，它是根据每班测定的数据进行及时修改的。通风信息数据包括井下各通风巷道中的风门、风墙、风窗、风桥等通风构筑物的位置及有关参数[4]。利用这些数据可以快速的分析出火灾发生后的影响范围和破坏程度，确定安全巷道方位、巷道能否通过，以及井下人员在所处位置空气环境下行走速度和时间估算等等。

3.2.4 井下工作人员信息

井下工作人员信息包括矿井工作人员个人基本信息，入井、升井时间以及在井下各区域的停留工作时间的记录与统计，完成对全矿个人、部门以及干部的考勤信息查询、统计，以及井下工作人员实时动态定位信息。

3.2.5 救援指导信息

指导信息是指国家政策、灭火技术以及灭火方法、矿井火灾历史记录、经验知识和资料等。

3.3 预警救援分析管理模块

该模块包括火灾预警管理模块和救援分析管理模块。

3.3.1 火灾预警管理模块

预警系统包含井下重点建筑管理和火灾高爆发地点实时监控。

该功能模块分析火灾潜在火灾隐患，定时对煤矿安全生产状况进行评估，排除火灾隐患。

3.3.2 火灾救援分析管理模块

该模块是预警救援管理系统核心模块之一，具有维护和管理煤矿火灾应急救援的基本功能, 也是具体实施救援时的决策依据，主要内容包括：最佳救援及逃生路线分析、火灾影响区域查询、最近逃生地点分析、定位分析、火灾影响区域判定模块。

4 系统主要功能

4.1 最佳救援及逃生路线分析

该模块通过人机交互及通讯指挥系统，及时分析出最佳的救援及逃生路线，指挥救援人员和逃生自救人员找到风险尽量小，路径尽量最短的路线。

该功能算法思路为：判断有烟巷道-判定安全地点-判断巷道的连通性（分析障碍点）-采用E.W. Dijkstra算法求解最优路线。

4.2 火灾影响区域查询

系统需要对事故可能影响的范围做预测。系统根据火灾发生地点周围巷道结构、巷道通风情况、火灾发生的严重程度及破坏程度，结合GIS的缓冲区分析功能按照事故类别划分灾害范围，从而析出火灾能够直接影响到的巷道及有可能间接影响到的巷道，同时，防止二次火灾的发生。在矿山井下事故中，针对火灾事故灾害范围的划分，要求确定根据火灾时期的风流（烟流）流动状况，烟流污染状态与火灾燃烧产物的关系，划分火灾非污染区域、火区、污染区域和可能污染区域，处于火源下风侧的巷道都会处于污染范围内。

4.3 定位分析

利用相关设备对井下人员及节点进行定位，可很快分析出井下人员位置及发生火灾地点准确位置，了解自救及救援进度情况，并帮助决策者根据事态发展对做出的救援方案做出即使调整。

5 结语

GIS应用于煤矿火灾预警救援已经开始发展，许多专家已经致力于这方面的研究与实践，并取得了很多实用的成果，应用到了实际生产中。但煤矿火灾发生情况多种多样以及井下结构的及其复杂性，现有手段方法还不能满足煤矿火灾的预防和救援的分析要求，系统的结果仍然是参考性。在真正实践中仍需要决策者具有丰富的救援经验，所以GIS在火灾救援中的应用仍然需要不断的探索和完善，实现对煤矿火灾与救援更加准确的分析，为煤矿生产安全提供更加强大的服务。

参考文献

[1]邬伦,刘瑜等.地理信息系统原理、方法和应用[M].北京:科学出版社,2001.

[2]张伟.木城涧.煤矿应急管理与救援指挥系统的研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2006.

[3]董枫,蒋仲安等.地理信息系统在矿井灾害应急救援中的应用[J].矿业安全与环保,2007(3).

[4]郝天轩，魏建平，杨运良，张福旺．数字化及可视化技术在矿井通风系统中的应用[M]．北京：煤炭工业出版社,2009.

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