基于Eclipse RCP的隧道通風安全信息系統研究

李少利

(中鐵隧道集團三處有限公司，廣東深圳 518000)

0 引言

隧道通風系統是隧道施工生產系統的重要組成部分，其任務是利用通風動力，以經濟合理的方式向地下作業空間內各用風點提供足夠的新鮮空氣，稀釋和排出地下作業空間內的有害氣體和粉塵，創造良好的地下作業環境，保障地下作業空間內作業人員的身體健康和勞動安全。在瓦斯隧道施工中，通風是治理瓦斯的基礎;在地熱隧道中通風是降低隧道高溫的重要方法，是保障隧道施工安全的主要技術手段之一。通風系統的管理直接影響到隧道施工的安全生產和經濟效益，所以必須加強隧道通風管理，從本質上保證施工隧道的通風可靠。

國內煤礦安全研究和管理部門針對煤礦通風安全信息系統開展了不同程度的研究與開發，如:北京龍德時代科技發展有限公司研制開發了“一通三防信息管理系統”，北京時空信步科技有限公司三維可視化信息技術開發了“貴州數字礦山三維信息系統”。國外相關的產品主要有澳大利亞的Vensim和美國的Vent-PC等，但專門針對隧道的通風信息系統卻不多，且每種產品都存在一定的缺點，如報表信息與圖形的有效關聯、圖形的簡便更新等［1］。針對這些問題，運用當前流行的Java編程語言、Eclipse RCP技術、GIS技術，并以開源的POI以及JFreeChart等插件為輔助，將隧道施工通風信息與電子地圖結合起來，建立GIS與RCP相結合的地下作業空間通風信息管理系統［2-5］，實現地下作業空間內信息的及時采集、查詢、管理等，直觀、快捷、實時地提供地下作業空間內信息，為安全生產和防災救災提供重要的信息支持。

1 Eclipse及Eclipse RCP

Eclipse是一個開放源代碼的軟件開發項目，專注于為高度集成的工具開發提供一個全功能的、具有商業品質的工業平臺。主要由Eclipse、Eclipse工具和E-clipse技術3個項目組成，具體包括Eclipse Platform、JDT、CDT和PDE 4個部分。JDT支持Java開發，CDT支持C開發，PDE用來支持插件開發，Eclipse Platform則是一個開放的可擴展IDE，能提供一個通用的開發平臺。Eclipse附帶了一個標準的插件集，包括常用的Java開發工具(JavaDevelopment Tools)［6-7］。Eclipse平臺主要由6部分組成，分別是平臺運行庫(Platform Runtime)、工作區(Workspace)、工作臺(Workbench)、團隊組件(Team Component)、調試(Debug)及幫助(Help)。Eclipse的體系結構如圖1所示。

圖1 Eclipse體系結構Fig．1 Configuration of Eclipse system

Eclipse RCP是基于Eclipse項目推出的一個開發富客戶端應用的框架，目的在于為開發人員提供一個功能強大的、快速的、可擴展的應用平臺。

2 系統主要功能模塊

根據系統總體規劃，系統的設計采用結構化分解和面向對象的設計相結合的方式，即:首先對系統功能進行結構化分解，然后確定各子系統的模型和視圖以及其之間的關系。系統主要功能模塊分別為:通風日常管理、電子地圖、安全監測、通風技術測定及風機選型模塊、通風安全預警、短信發送與報表導出。

2．1 通風日常管理模塊

該模塊是將通風管理日常需要處理的多種報表進行計算機處理，然后將計算、匯總、統計后的各類報表進行存儲和導出，上報相關部門。在該模塊中可以實現通風日常信息數據的輸入、查詢、瀏覽和輸出等功能。

2．2 電子地圖模塊

系統中建立基于GIS的空間數據庫，通過空間數據庫的建立對通風系統圖形與屬性數據進行連接，實現圖形數據的添加、圖形數據-屬性數據的互查、屬性數據的管理(添加、修改、刪除等)、更改標注符號(顏色、形狀、大小等)以及監測數據、報警數據等相關數據在地圖上的顯示。電子地圖模塊結構框如圖2所示。

2．3 安全監測模塊

安全監測模塊與監控系統數據庫相連，將監測數據顯示到本系統用戶監測視圖中。該模塊主要包括瓦斯體積分數、溫度、CO體積分數、風速和通風機負壓等的實時監控數據的圖形查看、歷史數據的查看、監測報表的導出等。開挖面溫度監測與瓦斯監測分別見圖3和圖4。

2．4 通風技術測定及風機選型模塊

通風機的運行狀態、風管風道的漏風情況對隧道施工的經濟性及安全有重要影響，必須對通風機的實際性能、風管的漏風情況、阻力特性進行測定。該模塊可根據風機性能測試數據自動繪制通風機在標準大氣壓下的性能曲線，計算風管或風道的阻力系數、漏風系數等。系統也可以根據數據庫中的風機性能參數，對系統進行合理的風機選型。

圖2 電子地圖模塊結構框圖Fig．2 Structure of electronic map module

2．5 通風安全預警模塊

通風安全信息預警子系統主要根據通風監測系統中的風速、風壓、溫度、粉塵、有毒有害氣體濃度、風機開停等方面有安全的隱患各類信息的進行提示、預警等。系統中可以設置監測數據的預警閾值，當安全監測數據中有超過預先設置的預警閾值時，進行聲光、短信報警，并將預警信息存入歷史數據庫，便于以后查詢備案。

2．6 短信發送模塊

本模塊主要利用硬件短信貓實現短信的接收和發送，短信貓其實是一種工業級GSM MODEM，通過串口與計算機相連。系統用戶將電話號碼按不同的崗位級別分組添加到系統電話本中，系統根據預警模塊的判別將相應的預警短信發送到指定的工作人員手機中，并能根據工作人員回復的短信進行相應的操作。

2．7 報表打印功能

將通風與安全有關的數據以報表或者專題圖紙的形式輸出。

3 系統關鍵技術

3．1 系統數據庫選擇及數據持久化

系統采用Oracle數據庫作為遠程數據庫，并將MapInfo中處理過的地圖數據通過Easyloader導入到Oracle 10g數據庫中，用Oracle Spatial組織管理空間數據及相應的屬性數據。選用Apache Derby作為客戶端本地數據庫，Apache Derby完全運用Java語言編寫，是基于商業數據庫內核的關系數據庫系統，適合嵌入到Java應用程序和服務器中。在Derby中，數據庫訪問有2種方式，即嵌入式數據庫(Embedded Derby)和網絡服務器(Derby Network Server)。運用Hibernate對JDBC進行輕量級的對象封裝，其內部封裝通過JD-BC訪問數據庫的操作，并向上層應用提供面向對象的數據API。Hibernate是采用ORM模式實現數據持久層的一個優秀的Java組件，其提供了強大、高效的將Java對象進行持久化操作的服務。利用hibernate，開發人員可以方便地按照Java對象的結構進行持久層的開發，并可以使用Hibernate所提供的HQL(Hibernate Query Language)完成Java對象和關系型數據庫之間的轉換和操作。通過轉儲程序實現監控系統實時數據庫與Oracle數據庫的通信，實現實時數據向Oracle數據庫的周期性轉儲。

3．2 數據綁定

為了實現監測數據、報警數據以及屬性數據在地圖上的顯示，需要用到MapXtreme Java提供的數據綁定功能，將*．tab文件與JDBC數據源合并為MapX-treme Jave之中的單一圖層，實現存儲在數據庫中的數據在地圖上可視化。

3．3 利用POI進行報表導出

由于Java應用程序跨平臺性不能直接操縱Excel，所以報表輸出是Java應用開發中經常涉及的一個問題，而一般的報表往往缺乏通用性，不方便用戶進行個性化的編輯;因此，系統利用POI與Excel交互，進行報表的Excel導出。POI是Apache Jakarta的免費開源子項目，POI提供了一組操縱Windows文檔的Java API，以便用戶能夠使用純Java代碼處理微軟的OLE2復合文檔，例如 Word、Excel、PowerPoint。POI使用HSSF讀寫xls文件，使用HWPF操作Word文檔［8］。

3．4 圖表繪制

目前主要的Java圖表軟件達50多款，但采用較多的為 ChartDirector、JFreeChart、OpenChart2 等。JFreeChart是一款功能強大的Java圖形組件，為用戶提供了生成餅圖、柱狀圖、散點圖、時序圖和甘特圖以及一些儀表盤等統計圖的2D和3D圖形開發包，并可輸出為PNG、JPEG等格式的文件［9-13］。系統中的大部分圖形均運用JFreeChart插件實現，例如實時監測曲線、風機性能鑒定曲線等。

4 結論與討論

1)利用 Eclipse作為開發平臺，集成 Window Builder、Hibernate3．2、JFreechart、POI2．5 等多種開發工具，以MapXtreme Java為地圖服務器，選用 Oracle 10g數據庫，開發了一套主要針對隧道施工通風安全管理的信息系統。

2)系統穩定可靠、界面友好、操作簡單、應用方便，具有較好的跨平臺性及可擴展性，并能通過訪問遠程站點實現自動升級。

3)系統將安全監控數據與電子地圖綁定在一起，并實現了安全監測的短信報警與地圖聲光報警，在施工隧道災害預測與監控、事故處理與決策方面有著廣闊的應用前景。

4)系統在貴州省仁懷至赤水高速公路鄧家溝隧道進行了應用，取得良好的效果。

5)在系統的后期完善中如果能對系統進行改進，將RCP系統升級為RAP(Rich Ajax Platform)系統，用戶便可無需安裝客戶端而通過瀏覽器直接訪問系統。

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