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煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的研究

文檔作者：趙曉文檔來源：陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2023年02月05日
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煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的研究 
趙 曉
（陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，陜西咸陽，712081）
摘 要:  本文提出了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖和實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)討論了系統(tǒng)開發(fā)中涉及到的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、鏈表的使用等主要技術(shù)。本系統(tǒng)的開發(fā)和使用將大大改善煤礦安全生產(chǎn)中的不安全因素。
關(guān)鍵詞:  煤礦安全生產(chǎn)，監(jiān)測，數(shù)據(jù)傳輸，鏈表
Investigation about the Safety Productions of Coal Mine Monitor System
(Shaan Xi university of Science &amp;amp; Technology  Xian Yang  712081)
Abstract:  This paper put forward a total structure diagram and a method about safety productions of coal mine monitor system, and then, we discussed some important technology that involved in the development of system, such as data transmission, the usage of chain form technique and so on. The development and usage of this system will improve the insecurity factor of safety productions of coal mine.
Key words: the safety productions of coal mine, monitor, data transmission, chain form
中圖分類號：TP39
1引言
    煤礦安全生產(chǎn)是指通過改善勞動環(huán)境，減少生產(chǎn)中的不安全因素，防止傷亡事故的發(fā)生，從而確保煤礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在安全生產(chǎn)中，安全是前提；生產(chǎn)是目的，是維系安全的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是二者之間仍存在一定的矛盾，從某種意義上講，在投入資源一定的情況下，投入安全中的資源增加，意味著投入生產(chǎn)中的資源減少；另外，許多企業(yè)由于缺乏長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)。為了追求短期的高效益，往往會以犧牲人員或設(shè)備的安全為代價來換取暫時的利潤。而且，煤礦生產(chǎn)本身具有特殊的作業(yè)環(huán)境，加上地質(zhì)和環(huán)境的復(fù)雜性，致使煤礦生產(chǎn)具有更多的潛在的不安全因素。在日常的生產(chǎn)過程中，由于安全管理不善而引發(fā)各類安全事故層出不窮。從而影響了煤礦的生產(chǎn)經(jīng)營秩序，企業(yè)總體經(jīng)濟(jì)效益不斷下降。由此可見，煤礦安全管理己成為煤礦生產(chǎn)經(jīng)營的“瓶頸”，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)正是基于上述背景條件下產(chǎn)生的。該系統(tǒng)是以煤礦企業(yè)預(yù)警管理理論為指導(dǎo)，針對煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的不安全因素提出的，是一種新型的、具有創(chuàng)造意義的研究課題。它通過及時反饋安全事故信息，提出一種能夠監(jiān)測、預(yù)控安全事故的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。旨在為煤礦安全生產(chǎn)管理提供一種具有實(shí)際運(yùn)用價值的安全管理新模式。
2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述
煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用以B/S（Browse/Server）與C/S（Client/Server）相結(jié)合的方式來架構(gòu)整個系統(tǒng)。B/S方式用于查詢實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，C/S方式用于實(shí)現(xiàn)各礦動態(tài)圖形的上傳和維護(hù)管理。
在設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)。三層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在傳統(tǒng)兩層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入一個業(yè)務(wù)邏輯層。它將C/S體系結(jié)構(gòu)中原本運(yùn)行于客戶端的應(yīng)用程序移到了中間件層，客戶端只負(fù)責(zé)顯示與用戶交互的界面及少量的數(shù)據(jù)處理(如數(shù)據(jù)合法性檢驗(yàn))工作。客戶端將收集到的信息(請求)提交給中間層服務(wù)器，中間層服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理(包括對數(shù)據(jù)庫的操作)，再將處理結(jié)果反饋給客戶機(jī)。這樣減輕了中心服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提高了整個系統(tǒng)的安全性。
因?yàn)锽/S結(jié)構(gòu)的無連接性，實(shí)時數(shù)據(jù)以及曲線無法及時更新到監(jiān)控客戶端，所以本系統(tǒng)采用了C/S結(jié)構(gòu)來解決這個問題。同時為了兼容B/S結(jié)構(gòu)的安裝部署方便、客戶端零維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)采用了Web部署來解決這個問題。首先監(jiān)控客戶端程序部署在中心服務(wù)器上，當(dāng)客戶端通過權(quán)限驗(yàn)證后，就可以請求執(zhí)行客戶端監(jiān)控程序（一個可執(zhí)行應(yīng)用程序文件）。Web服務(wù)器收到請求后，首先檢查服務(wù)器中的客戶端監(jiān)控程序有無更新，然后將該應(yīng)用程序發(fā)送至客戶端進(jìn)行執(zhí)行。
此種方案所具有的優(yōu)點(diǎn)：
(a)客戶端部署方便：客戶端無需安裝，只需通過Web頁面請求執(zhí)行監(jiān)控程序即可，Web服務(wù)器會自動將客戶端監(jiān)控程序運(yùn)行所需的運(yùn)行庫發(fā)送至客戶端進(jìn)行執(zhí)行，高效而且方便。
(b)客戶端零維護(hù)：客戶端的應(yīng)用程序是通過請求Web服務(wù)器來執(zhí)行，服務(wù)端在得到請求后首先進(jìn)行版本的更新檢查以及各種運(yùn)行時更新檢查，然后發(fā)送至客戶端進(jìn)行執(zhí)行。客戶端無需進(jìn)行維護(hù)。
(c)安全性高：客戶端應(yīng)用程序與服務(wù)端程序通信的協(xié)議是自行設(shè)計(jì)且進(jìn)行了信道加密，確保通信安全，數(shù)據(jù)不被竊取、篡改。保證整個系統(tǒng)的安全性不受威脅。
(d)與B/S架構(gòu)整合統(tǒng)一：客戶端應(yīng)用程序是通過Web瀏覽器來請求執(zhí)行的，可與B/S架構(gòu)做到完美的結(jié)合。整體的操作風(fēng)格趨于一致。
2．2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖
煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如下圖2-1所示：
 
圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
（a）服務(wù)端程序：整個軟件的核心，是一個服務(wù)端上的應(yīng)用程序，由系統(tǒng)管理員進(jìn)行管理。
（b）瀏覽器：主要是指IE瀏覽器，它能通過Internet瀏覽ASP.NET頁面進(jìn)行一些基本的歷史數(shù)據(jù)的查詢。
（c）安全監(jiān)控客戶端：它是一個智能客戶端，使用了.NET非接觸式（no-touch deployment）部署的特性。它就如同是部署在網(wǎng)站上的ＷinForms的應(yīng)用程序。用戶可以直接通過網(wǎng)絡(luò)見到各礦點(diǎn)的數(shù)據(jù)的動態(tài)變化。
（d）監(jiān)控程序1，監(jiān)控程序2，…：是各個礦點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，我們用一個模擬程序來表示它們。
（e）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：SQL Server2000數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是保存了各礦點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
2．3 服務(wù)器程序的詳細(xì)介紹
在圖2-1中，體現(xiàn)出服務(wù)程序是整個系統(tǒng)的核心，各礦點(diǎn)的數(shù)據(jù)是通過它來中轉(zhuǎn)的。
各個礦點(diǎn)通過TCP傳送數(shù)據(jù)時，服務(wù)程序?yàn)楦鞯V點(diǎn)開辟了一個實(shí)時連接線程，進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的傳輸。然后將數(shù)據(jù)排入緩沖池，緩沖池的設(shè)計(jì)防止了數(shù)據(jù)因?yàn)橥瑫r的發(fā)送，而造成數(shù)據(jù)接收時的沖突，解決數(shù)據(jù)收發(fā)的速率匹配問題，防止從監(jiān)控程序接收的數(shù)據(jù)直接發(fā)送至客戶端而帶來的延時及數(shù)據(jù)丟失。
數(shù)據(jù)通過兩路前行，一路是數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，這是一個后臺的操作。另一路是數(shù)據(jù)流向安全客戶端，同樣安全監(jiān)控客戶端也與服務(wù)程序的客戶端連接及管理開辟連接線程，通過TCP接收數(shù)據(jù)。
從總體上來說，安全監(jiān)控客戶端和各礦點(diǎn)的監(jiān)控程序與服務(wù)程序采用了C/S的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不但能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，而且能夠保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性。
3 功能實(shí)現(xiàn)中的主要技術(shù)
3．1 數(shù)據(jù)傳輸代碼的實(shí)現(xiàn)
服務(wù)端的監(jiān)控部分和客戶端的訪問部分都用到了數(shù)據(jù)的傳輸，有兩個關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕悾謩e是連接類和連接管理類，這兩個基類分別用了Microsoft的Socket類和TcpListener 類。
（1）Socket類
Socket類為網(wǎng)絡(luò)通信提供了一套豐富的方法和屬性。Socket類允許您使用ProtocolType枚舉中所列出的任何一種協(xié)議執(zhí)行異步和同步數(shù)據(jù)傳輸。Socket類遵循異步方法的.NET Framework命名模式；例如，同步Receive方法對應(yīng)于異步BeginReceive和EndReceive方法。
如果當(dāng)前使用的是面向連接的協(xié)議（如TCP），則服務(wù)器可以使用Listen方法偵聽連接。Accept方法處理任何傳入的連接請求，并返回可用于與遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的Socket?？梢允褂么朔祷氐腟ocket來調(diào)用Send或Receive方法。如果要指定本地IP地址和端口號，在調(diào)用Listen方法之前先調(diào)用Bind方法。如果不調(diào)用Bind，基礎(chǔ)服務(wù)提供程序?qū)槟峙溥@些值。此后，可以使用LocalEndPoint屬性來標(biāo)識分配給Socket的IP地址和端口號。如果想連接到偵聽主機(jī)，調(diào)用Connect方法。若要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，調(diào)用Send或Receive 方法。
當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收完成之后，可使用Shutdown方法來禁用Socket。在調(diào)用Shutdown之后，可調(diào)用Close方法來釋放與Socket關(guān)聯(lián)的所有資源。
如果編寫較簡單的應(yīng)用程序，而且只需同步數(shù)據(jù)傳輸，則可以考慮使用TcpClient、TcpListener和UdpClient。這些類為Socket通信提供了更簡單、對用戶更友好的接口。
代碼舉例：
public WinSocket(ConnManage inManage,Socket inSocket)//連接類構(gòu)造函數(shù)
{
Manage=inManage;
conn=inSocket;
ThreadStart ts=new ThreadStart(ReadData);
clientThread=new Thread(ts);
clientThread.Name="Connected";
clientThread.Start();
}
（2）TcpListener類
TcpListener類提供一些簡單方法，用于在阻塞同步模式下偵聽和接受傳入連接請求。使用TcpClient或Socket來連接TcpListener，使用IPEndPoint、本地IP地址及端口號或者僅使用端口號，來創(chuàng)建TcpListener。可以將本地IP地址指定為Any，將本地端口號指定為0（希望基礎(chǔ)服務(wù)提供程序分配這些值）。如果選擇這樣做，使用LocalEndpoint來標(biāo)識已指定的信息。
Start方法用來開始偵聽傳入的連接請求。Start將對傳入連接進(jìn)行排隊(duì)，直至您調(diào)用Stop方法或它已經(jīng)完成MaxConnections排隊(duì)為止。可使用AcceptSocket或AcceptTcpClient從傳入連接請求隊(duì)列提取連接。這兩種方法將阻塞。如果要避免阻塞，可首先使用Pending方法來確定隊(duì)列中是否有可用的連接請求。
調(diào)用Stop方法來關(guān)閉TcpListener。Stop方法不會關(guān)閉任何已接受的連接。需要用戶負(fù)責(zé)分別關(guān)閉這些連接。
代碼舉例：
public ConnManage(int port)//連接管理類構(gòu)造函數(shù)
{
	this.port=port;
	try
	{
		acceptsocket=new TcpListener(port);
		acceptsocket.Start();//監(jiān)聽
		ThreadStart serverThreadStart=new ThreadStart(Listening);//建立線程
		serverthread=new Thread(serverThreadStart);
		serverthread.Name="Manager";
		serverthread.Start();
		}
	catch(SocketException)
	{
		throw;
	}
}
3．2 程序所用鏈表的代碼實(shí)現(xiàn)
在程序中我們經(jīng)常會用到鏈表這樣一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。很幸運(yùn)Microsoft為用戶提供了很好的數(shù)組類ArrayLIst，用起來很方便，如同在用一個鏈表。
ArrayList類提供在大多數(shù)Collections類中提供但不在Array類中提供的一些功能。例如：
Array的容量是固定的，而ArrayList的容量是根據(jù)需要自動擴(kuò)展的。如果更改了ArrayList.Capacity屬性的值，則自動進(jìn)行內(nèi)存重新分配和元素復(fù)制。ArrayList提供添加、插入或移除某一范圍元素的方法。在Array中，您只能一次獲取或設(shè)置一個元素的值。ArrayList提供將只讀和固定大小包裝返回到集合的方法。而Array不提供。另一方面，Array提供ArrayList所不具有的某些靈活性。例如：可以設(shè)置Array的下限，但ArrayList的下限始終為零。Array可以具有多個維度，而ArrayList始終只是一維的。特定類型（不包括Object）的Array的性能比ArrayList好，這是因?yàn)锳rrayList的元素屬于Object類型，所以在存儲或檢索值類型時通常發(fā)生裝箱和取消裝箱。要求一個數(shù)組的大多數(shù)情況也可以代之以使用ArrayList。它更易于使用，并且通常具有與Object類型的數(shù)組類似的性能。
代碼舉例：
protected ArrayList conlink=ArrayList.Synchronized(new ArrayList());//成員“連接類鏈表”是一個鏈表對象
public int GetCount()//返回連接對象的個數(shù)
{
	    return conlink.Count;
	 }
public virtual void OnCloseConn(WinSocket inConn)//斷開連接
	{
DelConn(inConn);
}
protected void AddConn(WinSocket inConn)//加入一個連接對象
	{
conlink.Add(inConn);
}
protected void DelConn(WinSocket inConn)//刪除一個連接對象
{
Monitor.Enter(conlink);//同步鎖
		 conlink.Remove(inConn);//移除連接對象
		 Monitor.Exit(conlink);
}
3．3 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的主界面
煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的主界面如圖3-1所示。
 
圖3-1 主界面設(shè)計(jì)
a)	菜單欄：
菜單欄擁有系統(tǒng)、查詢、視圖、幫助四個大欄目。在系統(tǒng)欄中包括了一些系統(tǒng)級的操作，包括：礦場帳號管理、超級管理員密碼修改、報(bào)表打印等操作。查詢欄中主要是歷史紀(jì)錄的查詢。視圖的作用是當(dāng)?shù)V場屬性、歷史報(bào)警記錄關(guān)閉時，可以在里面選擇重新打開。
b)	顯示框：
顯示框的根代表的是礦務(wù)總局，也就是系統(tǒng)管理員所在的單位。當(dāng)?shù)V場連上礦務(wù)局這個服務(wù)端后，就會在顯示框中顯示出礦場的名字，以及這個礦廠所擁有的測點(diǎn)。
c)	顯示測點(diǎn)信息欄：
在顯示框中當(dāng)有礦場登陸時，系統(tǒng)管理員可以在顯示框中單擊那個礦場，在顯示測點(diǎn)信息欄中就可以看到礦場測點(diǎn)的動態(tài)變動值和相關(guān)的測點(diǎn)信息。
d)	歷史報(bào)警記錄欄：
在歷史報(bào)警記錄欄中記錄了最近所有礦場的超限記錄，方便了系統(tǒng)管理員對各礦場的超限值的及時掌控。
e)	礦場屬性欄：
在顯示框中當(dāng)有礦場登陸時，系統(tǒng)管理員可以在顯示框中單擊那個礦場，就可以在礦場屬性欄中看到礦場的具體信息。
4總結(jié)
本系統(tǒng)現(xiàn)已投入使用，各煤礦企業(yè)將實(shí)現(xiàn)井上下探測有毒、有害氣體濃度的實(shí)時監(jiān)測警報(bào)，井上下主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，采掘動態(tài)位置顯示，隱患整改督察，調(diào)度指揮，故障、事故調(diào)查分析“黑匣子”功能；各市、縣及煤礦集團(tuán)公司將實(shí)現(xiàn)對各煤礦安全生產(chǎn)重要信息實(shí)時在線監(jiān)管，對各煤礦下達(dá)警告提示、督察指令和工作指示功能，各煤炭管理部門、安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門、駐地煤礦安全監(jiān)察辦事處(站)之間可交換信息，進(jìn)行安全調(diào)度和資料查詢及傳輸:省級監(jiān)控中心主要對重點(diǎn)煤礦實(shí)行在線督察，對市、縣兩級安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門、煤炭管理部門、煤礦安全監(jiān)察辦事處、煤礦集團(tuán)公司下達(dá)工作指令，進(jìn)行安全調(diào)度、信息和資料查詢及傳輸，與省級聯(lián)合執(zhí)法部門交流信息，向省政府、國家局報(bào)送信息，并接受其網(wǎng)上指令。
參 考 文 獻(xiàn)
［1］Simon Robinson, Christian Nagel．C#高級編程(第三版)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2004.
［2］Chris Sells. Windows Forms程序設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社,2004.
［3］李律松，陳少剛，沈剛等. Visual C#數(shù)據(jù)庫高級編程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005.
［4］林銳. 軟件工程思想[M]. 北京：人民郵電出版社,2004.
［5］李琨． 煤礦瓦斯綜合監(jiān)控系統(tǒng)[J]．計(jì)算機(jī)科學(xué)，2004，31(9)：358-359
［6］Andrew S. Tanenbaum . 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第三版，熊桂喜等譯）[M]. 清華大學(xué)出版社. 1998. 
［7］陳寶智，王金波. 安全管理[M]．天津大學(xué)出版社．1999.

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