煤矿井下作业人员跟踪定位管理系统架构设计.docx

煤矿井下作业人员跟踪定位管理系统
（系统软件部分）

设
计
方
案

重庆安生威测控系统设备有限公司
二零零七年五月

请注意保密！！

第二章 系统架构设计
2.1 概述
根据《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》和《煤矿井下人员位置监测与管理系统通用技术条件》的要求，本系统使用的操作系统、数据库、编程语言必须为当前高可靠性、开放性好、易于操作、易维护、安全成熟的主流产品，以确保系统能够安全稳定工作。同时考虑各煤矿生产企业的实际情况，我们采用大家都熟悉的Windows作为操作系统，用户操作基于IE浏览器模式。
2.2 总体方案
2.2.1 系统网络结构
本系统采用B/S架构，支持单服务器、双服务器热备模式；对较大规模的煤矿后台系统可以支持数据库独立，对较小规模的后台系统也可采用单机集成数据库模式，分别如图1、图2、图3所示。
图1 单机人员定位管理系统
图2 双机热备人员定位管理系统

图3 独立服务器双机热备人员定位管理系统

2.2.2 数据中心服务器
在上面三个结构图中，带背景部分为煤矿地面管理中心，在管理中心的计算机中安装本系统软件；这些系统软件主要包括以下功能：
Ø 矿区分布图绘制与读卡器位置安装配置；
Ø 矿区人员信息与分组及其权限管理配置；
Ø 整个监控系统范围作业人员定位读卡器的通信巡查；
Ø 人员位置信息的综合分析处理；
Ø 人员出/入、滞留时间、报警、日志等各种信息的存盘处理；
Ø 为IE瘦客户端提供查询服务；
Ø 为外部或上级管理部门提供数据接口。
当然，在管理中心的每一个服务器上也与客户终端一样可通过IE浏览器进行查询，同时，在管理中心还可视情况配置大屏幕投影仪、电视墙等设。
2.2.3 查询客户端
其他笔记本、各办公科室查询终端仅通过IE浏览器即可对系统的监控范围人员分布图信息及历史统计报表信息进行查询。
这样让客户端真正瘦下来，只需要安装操作系统和IE浏览器，IE浏览器会自动下载和更新系统所需的相关控件，从而就可完成对矿区作业人员分布图及其信息查询、各种图表查询、报警信息查询等。

2.3 现场通信网络
管理中心服务器通过现场总线CAN网络与分布在井下各区域的读卡器连接，定时巡检各读卡器区域的作业人员信息，图4、图5分别示意单机和双机热备的现场CAN通信网络。
图4 单机现场CAN通信网络
图5 双机热备现场CAN通信网络
在双机热备的系统中，互为热备的两台管理服务器通过以太网络进行数据同步与心跳状态监测，同时确保只有主管理机可与各区域读卡器进行通信。
读卡器及井下作业佩带的RFID卡的描述参见相关硬件系统描述。

2.4 数据库
数据库是本系统的数据存储中心，它们包括系统配置信息、管理操作人员及其权限、作业人员信息、进/出井下记录、停滞记录、报警记录、日志记录等。
2.4.1 数据库的选配
在本系统中，根据系统规模可以有两种数据库进行选配，它们是：
Ø MSSQL Server2005：用于独立数据库系统和较大规模的系统，需要为用户花钱购买。
Ø MSSQL MSDE：用于单机小型规模，免费数据库。
2.4.2 主要的数据库表
1. 科室与班组表：主要属性有标识号、名称、权限、职责概述等，其中权限主要有系统管理、人员管理、数据库管理、系统设置、报警设置、报警处理、区域权限等。系统有一个固定的特殊组就是“系统管理员组”，这个组具有所有系统权限。
2. 操作管理人员表：主要属性有标识号、姓名、所属科室班组等，每个人员最多可属6个不同组，这样他/她将具有所有所属组的权限。
3. 井下作业人员表：主要属性有RFID卡号、姓名、曾用名、身份证号、出生日期、性别、籍贯、相片、所属班组、婚姻状况、民族、政治面貌、职务、体重、身高、学历、毕业学校、专业、工种、计算机能力、外语能力、联系电话、住址等信息。
4. 读卡器表：主要属性有读卡器地址号、所属区域、类别等。
5. 区域管理表：主要属性有编号、名称、安全级别、人数限制、作业时间限制等。
6. 机车等设备管理表：主要属性有机车RFID卡号、名称、生产厂家、投运日期、最近检修日期等。
7. 作业人员位置变更表：主要属性有时刻、RFID卡号、读卡器地址、停留时间（需读卡器的统计支持）等，通过该表记录可以统计作业人员的出/入井时间、每个位置的停留时间等。
8. 人员超限记录表：主要属性有时刻、读卡器地址、超限人数等。
9. 非法闯入记录表：主要属性有时刻、RFID卡号、闯入区域等。
10. 超时停滞记录表：主要属性有时刻、RFID卡号、区域、超时时间等。
11. 照片管理表：主要属性有标识、文件名称、更新时间、大小、文件内容等。
12. ……

2.5 系统扩展
系统基于B/S架构，当需要进行功能扩展时完成相应功能后，客户端即可自动访问，不必相互影响，因此系统具有极强的扩展功能。
同时系统预留与上级管理部门的数据访问接口，以备全局（省、国）联网。

第三章 界面功能设计
3.1 概述
图形界面是用户与系统交流的平台，本着简单、方便、稳定的原则，本系统采用B/S结构，其人机界面的框架如图6所示。

图6 系统界面示意图

3.2 人员监测
人员监测是系统的核心内容，本系统不仅能实时动态显示每个井下作业人员的位置、区域滞留时间、人员总数等，而且能在分布图上查看每个作业人员的行动轨迹。
3.2.1 动态分布图
动态分布图实时动态显示每个井下作业人员的位置，图形可以通过菜单右键或工具按钮无级放大、缩小，同时可以根据放大缩小的比例不同显示不同的内容，如人员姓名、实际拍摄的井下照片等，在绘制分布图时可以设计哪些图形元素在哪个比例下显示，哪些元素在哪层或所有层显示，这样可以达到近似GIS的效果。
在分布图上还可表达和操作显示以下信息：
² 鼠标移动过程可动态显示当前位置的人名，通过鼠标点击察看井下人员的详细信息如入/出井时刻、当前位置停滞时间等；
² 系统用图形方式自动区分井下人员在监测区和不在监测区；
² 图形方式区分区域人员超限
² 通过区域框选可以查看区域人数等统计信息；
² 手动通过选择确定只显示分布图的指定层；
² 实现画面漫游
² 实现总图加局部放大
3.2.2 历史活动轨迹
通过选择一个井下作业人员可以查询其当日或某日的作业行动轨迹、每个区域的停滞时间等，并图形化显示在分布图上。
3.2.3 人员一览表
用户一览表可以全屏显示所有井下作业人员的名字、班组等基本信息。

3.3 统计查询
统计查询对历史保存的各种信息进行分析、处理，用图表等形式反映给查询用户，同时提供打印功能。
3.3.1 考勤统计查询
可以按时间、按班组、按区域查询作业人员的出/入井时刻，与作息时间比较形成考勤统计记录表、考勤棒图、出勤率曲线等。
考勤棒图：以个人为查询对象，他/她在每月/每年的缺勤、迟到、早退累计时间。如果查询一月，横坐标为最多31天；如果查询一年，横坐标为最多12个月。
出勤率曲线：以班组、全矿为单位，以日、月为横坐标，显示一月、一年各班组或全矿的出勤率曲线。
3.3.2 区域作业人数统计查询
按时间、班组等对作业区域进行人数统计，形成特定区域在某一时间段的作业人员分布曲线。
3.3.3 人员下井次数与时间统计
按班组或全矿在给定时间段内的下井次数与时间统计报表，如月报、年报等。
3.3.4 进入重点区域的时间总计和超时统计
按某重点区域在给定时间段的进入时间与超时统计报表。
3.3.5 进入重点区域人数统计和超时总数统计
按某重点区域在给定时间段的进入的人数与超时统计报表。
3.3.6 进入限制区域的时间总计和超时统计
按某限制区域在给定时间段的进入时间与超时统计报表。
3.3.7 进入限制区域人数统计和超时总数
按某限制区域在给定时间段的进入的人数与超时统计报表。
3.3.8 报警统计查询
对区域人数超限、超时、非法闯入等按给定时间端进行统计处理，形成报表或曲线、棒图。
3.4 报警查询
3.4.1区域人员超限报警查询
按人员、班组、给定时间段内、区域等条件对区域人员超限记录信息进行查询，形成报表。
3.4.2 非法闯入报警查询
按人员、班组、给定时间段内、区域等条件对区域人员非法闯入记录信息进行查询，形成报表。
3.4.3 停滞超时报警查询
按人员、班组、给定时间段内、区域等条件作业人员在区域停滞超时记录信息进行查询，形成报表。
3.5设备信息查询
设备信息查询包含对系统中使用的设备及其属性信息的查询，以表格的方式显示其各种信息，以便浏览、打印。
3.5.1 读卡器一览
读卡器信息一览表包括读卡器的各种属性，如地址、名称、区域名称、安全级别、类别等，同时可以实时显示其当前的作业人员总数等状态。
3.5.2 机车设备一览
机车设备信息一览表包括机车的各种属性，如卡号、名称、生产厂家、投运日期等，同时可以实时显示其当前位置。
3.6 人员管理
3.6.1 科室与班组管理
科室与班组管理包括添加、修改、删除，系统默认有一个“管理员组”，改组人员具有系统所有权限，并且不可删除和修改。

其他新添加的科室与班组可以对他们赋予各自相应的权限，当操作管理人员属于该组时将具有该组的相应权限。
3.6.2 操作人员管理
操作人员指使用操作本系统的各种工作人员，包括系统管理员、各科/处/局领导/主办人员、管理中心操作员等。
操作人员管理包括对这些人员的添加、删除、修改。
每个操作人员都必须首先登陆系统后，系统根据其权限开放相应的功能菜单，从而有效地防止非授权人员登陆系统，当然操作人员操作完毕后应退出浏览器或注销登录，系统自动关闭其操作，从而确保系统安全。
3.6.3 密码修改
当操作人员登陆系统后，都可修改自己的密码，初始密码由系统管理员添加用户时设置。
3.6.4 井下作业人员管理
井下作业人员是本系统监控的重点对象，人员管理可以对他们的信息新型添加、修改、删除，具体内容参见表结构。
3.6.5 权限管理
系统定义各种权限，前面已有讲述。

3.7 系统设置
系统设置主要对一些系统参数、系统表进行管理没，从而让系统结构和系统运行在这些设置下具有更大的灵活性，在各自种复杂的矿区均可通过这些配置信息来适应。
3.7.1 井下区域管理
每个煤矿的井下结构都不相同，区域管理可以帮助操作人员更直观地明确区域的含义及位置。
区域管理对井下区域的名称、安全级别等信息进行添加、删除、修改。
3.7.2 读卡器管理
读卡器是一种安装在井下特定区域的一种设备，它必须与一个区域相关联，它可以监测出进入该区域的人员RFID及其停留时间。
读卡器管理可以对读卡器进行添加、修改、删除，包括其地址、名称修改，区域绑定等。
3.7.3 机车设备管理
机车是一种运载工具，通过在机车上安装RFID卡，也可以通过读卡器监测其运动轨迹、位置等。
机车设备管理可以对机车设备进行添加、修改、删除。
3.7.4 报警设置
报警设置主要对一些报警参数进行设置，主要包括：
Ø 是否存盘
Ø 产生的报警信息是否发送给所有的瘦客户端
Ø 是否语音报警及语音遍数
Ø 是否实时打印及打印端口
3.7.5 通信设置
通信设置项目只要包括：
Ø CAN通信使用的端口
Ø 波特率
3.7.6 历史存储设置
历史存储设置主要包括：
Ø 历史信息保存年限
Ø 历史信息最大允许的磁盘空间

3.7.7 其他设置
其他一些系统必要的参数设置。

3.8 绘制矿区分布图
绘制矿区分布图依赖于本系统提供的一个图形绘制工具，它与系统管理服务起软件一起安装，并可在任意一台管理中心服务器上运行来绘制或修改矿区分布图。
矿区分布图采用多层面技术，通过图形缩放比例的大小在屏幕上显示不同的内容，从而达到近似GIS的效果。
如图7为绘图工具绘制的井下分布图。

图7 井下分布图的绘制

3.9 加密狗
加密狗可以为系统提供很好的发布模式，其主要功能包括：
Ø 确定接入系统的读卡器容量
Ø 确定人员容量
Ø 其他市场需要的发布模式
Ø 有效避免软件被非法复制。

第四章 主要性能指标
² 系统允许接入子站最大个数 128
² 识别卡数量 ≥ 10000
² 最大巡检周期 ≤ 30s
² 历史数据存储时间 ≥ 3年
² 双机热备故障切换时间 ≤ 2分钟
² 系统平均无故障时间 ≥ 2000小时
² 本机调出画面时间 ≤ 3s
² 通过网络调出画面时间 ≤ 5s (100M以上网络正常，第一次需要自动下载相关组件除外)