煤矿安全生产热力图WEBAPP的设计与实现

王磊+黎望怀+刘殿武

【摘要】 煤矿安全生产热力图WebApp是基于百度地图开放平台Javascrip API开发的，采用.NET的三层构架，将地理信息由XML转换成JSON数据交换格式，利用HTML5的canvas标签图像功能，将煤矿安全生产事故信息在地图上以热力图的模式反馈给煤矿安全监管人员。分析事故信息与时间和空间上的关系，为煤矿安全监管提供及时准确的监管信息。

【关键字】 煤矿安全生产 热力图 HTML5

引言

湖南地区煤矿点多面广，开采难度大，安全监管任务重。为了能够让安全监管人员随时随地的掌握煤矿安全的数据信息，采用万维网联盟宣布的新一代超文本标记语言HTML5.0在移动应用和图形显示上的优势，利用Web的具有跨平台的优点，可以很好的兼容Android和iOS平台，降低了开发成本，用户无需安装、维护和更新[1]。将煤矿安全生产中的事故时间、事故类型、事故原因、事故致因、经济损失等信息在WebApp的地图上以热力图的形式展示，将事故的信息与地理位置结合起来，为煤矿安全监管理提供准确、及时地决策支持数据。监管人员可以在时间和空间上来审视和剖析煤矿安全监管事故数据的关系，更深层次的挖掘安全事故之间的联系，总结相关的事故规律。

一、系统体系结构与数据库的设计

系统采用界面层、应用服务层和数据服务层三层结构进行设计[2]。界面层的主要是解决用户与WebApp之间的交互问题。一是反馈地图数据信息，二是用户信息检索。系统嵌入百度地图Javascrip API中的热力图，用以构建WebAPP的地理信息平台，将事故的信息与发生的地理位置用热力图的形式反馈在地图上。用户可以根据自己的需求，设置需要检索和展示的参数，观察和对比煤矿事故的各类信息。应用服务器用于处理用户的信息检索，地理的数据转换和热力图的参数设置。数据服务层用于存取煤矿矿井信息、煤矿安全生产事故信息和煤矿地理坐标信息等。

数据库主要有三个表。一个是煤矿矿山的信息，二是煤矿安全生产事故信息，三是煤矿地理坐标。煤矿矿山信息主要保存的是矿山的规模、类型和煤矿生产能力。煤矿安全生产事故信息保存的是煤矿事故的类型，起因，伤亡人数等。煤矿地理坐标信息保存的是煤矿的经纬度。根据这些信息能够将煤矿信息和煤矿事故信息在地图上以空间和时间的方式反馈给用户。

二、热力图

热力图是用不同颜色的区块叠加在地图上实时描述相关信息分布、密度和变化趋势的一个WebApp。热力图的优势在于没有使用枯燥的数据表格式的分析，而是采用图像化的方式进行表示，能够清晰的显示热度信息在地图上的分布情况。将各类煤矿安全生产事故数据根据时间、地点、事故类型、事故原因、事故致因、经济损失等类型进行统计，形成多层次可视化的热力图，更深层次的挖掘煤矿安全事故与地理信息之间的联系。

系统基于百度地图开放平台作为WEBAPP的基础。百度的热力地图是在开源代码heatmap.js的基础上开发的。可以将其Javascrip代码嵌入到系统的前端中，并调用百度开放平台所提供的API函数实现相关功能。

主要设置的参数有：密钥（ak），使用百度地图开放平台需要在“百度开发者中心”注册，并创建应用，而后获取密钥。将密钥嵌入到百度提供的源代码中，即可调用百度地图的JavaScript API，对于热力图而言没有设置使用次数的限制。openHeatmap（）和closeHeatmap（）函数用于“显示和关闭热力图”。初始化地图函数map.centerAndZoom（point，size）是用于初始化地图，其中有两个参数：point是设置初始化地图的时候中心点的坐标，size是地图的级别。百度的地图级从20米到2000公里，共3-19级，共17个级别。系统设置成初始为8级，能够较好的展示整个湖南省的地区。热力图采用HTML5的canvas标签绘制图形图像，降低了对浏览器插件的依赖，便于在移动终端、便携电脑等终端设备上的Web浏览器上显示图形信息[3]。

三、XML与JSON之间的转换

百度热力地图中采用的是JSON数据格式，系统中采用的是XML的数据格式。地理信息需要将XML的数据格式转换成为JSON数据格式，因为从安全性和运行效率上看JSON比XML更适合在Web应用中做为数据的交换格式使用[4]。

XML（Extensible Markup Language）可扩展标记语言，是一种跨平台的格式化语言，采用了父/子的数据结构，应用程序可以共享和解析同一个XML文件。JSON （Java Script Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，是基于Javascrip语言的一种独立文本格式，可以传输字符串、数组、数值、布尔值和对象等多种数据类型。

百度热力图JSON数据格式是[“lng”：116.418264，“lat”：39.912984，”count”：50]，其中“lng”和“lat”是百度坐标的经纬度。但是百度坐标的值与GPS的经纬度是不同的，不能通用。如果采用GPS的坐标，需要由百度的地图转换接口进行转换。“count”是权重，于在热力图上展示不同的层级。例如在煤矿事故中作为量值，该地区发生煤矿事故为3起，则该值为3，能够反映出该地区事故发生的情况与其他地区进行对比。对于有些煤矿事故类型而言，数据的值偏小。偏小的值在热力图上颜色较浅，用户难以观察。为了能够在地图上明确的展示数据的分布情况，需要将数据的值放大处理。在对比多个类型的数据的时候，需要将数据统一放大到同一个数量级别，才能够方便用户在不同的事故类型之间进行对比。

.NET技术提供了处理DATASET数据集转成XML数据结构的方法，从查询的到的数据写入到文件中的XML数据结构如下：28.0309170112.991189

，再采用编程的的方法将XML的数据结构转换成JSON格式，嵌入到Javascrip中，实现系统数据与百度服务器之间的交互。

四、煤矿安全生产事故热力图

湖南省地区根据其含煤建造的展布及煤炭资源赋存特征大体呈现为桑石、黔溆、涟邵、韶山、郴耒、资汝六大煤田区[5]。通过对历年的煤矿事故的总计得出的热力图，与湖南省的煤炭资源的分布相吻合，主要煤矿事故集中的地区是涟邵和郴耒煤田区。

湖南省煤矿常发事故类型有四种，如图2所示。从左至右分别是 “冒顶片帮事故”，“瓦斯事故”，“中毒和窒息事故”和“透水事故”。

冒顶片帮事故是指矿井顶板和侧壁发生坍塌致害的事故，这类事故我省六大煤田区中都有分布，是一个非常普遍的事故类型。瓦斯事故是指矿井释放大量瓦斯气体致害的事故，该类主要集中在涟邵煤田和郴耒煤田区。中毒和窒息事故主要是由瓦斯事故造成，所以在邵煤田和郴耒煤田区也是该类事故的高发地区。从透水事故的热力图上看主要发生在桑石、黔溆和郴耒煤田。根据不同事故类型在地图上的分布情况，分析煤炭事故在煤层地理上的分布规律，可以有针对性的实施安全管理措施。

五、结论

利用热力图的方式展示煤矿安全生产事故信息，能够将信息的数量和地理位置反映出来。安全监管人员能够从空间和时间的层面上直观的分析数据的特征。湖南省煤矿资源地质结构复杂，分布不均。

煤矿安全生产事故多以冒顶片帮和瓦斯事故为主，反映出煤矿事故与地质环境之间存在着关联。WebApp提供给用户方便简介的系统功能访问方式，便于安监人员使用和操作，提供了一种煤矿安全生产监管的手段。

参 考 文 献

[1] 周森鹏，陆正球，张城，等. 基于HTML5的企业WebApp设计与实现[J]. 现代计算机（专业版）， 2015（7）： 51-54.

[2] 杜传明. 百度地图API在小型地理信息系统中的应用[J]. 测绘与空间地理信息， 2011， 34（2）： 167-168， 171.

[3] 徐莎，杨帆，徐昌庆. 基于HTML5的WebGIS的研究与应用[J]. 信息技术， 2012（4）： 149-151.

[4] 胡千里. 比较XML与JSON在Web中的应用[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）， 2011（7）： 273-275.

[5] 陈美英. 湖南省煤炭资源构造特点及找煤潜力分析[J]. 资源与产业， 2009， 11（6）： 68-72.