ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ・技术交流 于ＧＩＳ的矿用分布式光纤测温监测系统软件设计 天地（常州）自动化股份有限公司 贾文琪 【摘要】针对如何将光纤测温技术更好的应用到井下的问题，提出了基于ＧＩＳ的矿用分布式光纤测温监测系统软件，详 细介绍了该系统原理及功能与软件设计。该软件基ｆｔ＂Ｗｉｎｄｏｗｓ平台，结合ＭｏＤＢｕｓ／ＴｃＰ通信协议、ＭａｐＷｉｎＧｉｓ；￣图控 件、ｗｐ敲术和光纤测温技术实现对井下设备进行实时温度监测。 【关键词】光纤测温；实时监测；ＭａｐＷｉｎＧｉｓ；Ｗｐｆ；ＭＯＤＢＵＳ 学滤波、光电转换、放大、模一数转换后，送入信号处 １ 引言 我国煤矿生产危险源多、灾害严重的形势非常严 峻，矿井火灾是直接威胁矿井安全的主要危害之一…。煤 矿火灾分为内因火灾和外因火灾。外因火灾是指违章在井 下吸烟、矿用电气设备等引起的火灾。内因火灾是指煤炭 由于自身的物理化学性质具有自燃性，与空气接触后能氧 化生热，如果散热条件不好，就会自燃。国家安监总局公 布的“煤矿安全生产十二五规划”中，明确指出：进一步 理器，便可将温度信息实时显示出来，同时根据光纤中 光波的传输速度和后向光回波的时间对温度信息定位。 测温主机同时可以设定温度报警值并通过继电器信号输 出。根据现场布置需要，测温主机可布置于井下或地 面。测温主机通过网络接入设备与地面工控机相连，通 过系统软件监测设备实时温度。 ３ ＧＩＳ技术介绍 地理信息系统（ＧＩＳ）是描述、储存、分析和输出空间 信息的理论和方法的一门交叉学科，是以地理空间数据库为 基础采用地理模型的分析方法，适时提供多种空间和动态的 地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。 运用ＧＩＳ技术，可以将矿区的基本信息（包括道路、 水系、铁路、电力设施、通信设施和机电设备等）分为不 同的图层进行叠加展现。用户可以选择自己感兴趣或与工 作相关的图层进行浏览。系统提供的浏览功能包括放大、 缩小、漫游、鹰眼和全图查看等。根据人眼的视觉原理， 自动实现在不同比例尺下ＧＩＳ基础应用平台显示不同的数 据层。在功能上，可以实现矿井信息的多角度查看，同 时将重要设备信息、人员等在虚地图中标识出来。 加大火灾成因机理分析、火灾预防、监测预警和火灾发生 后应急处理设备研究力度；有效防范和及时消除煤矿电 缆、皮带、电气、可燃材料支护等存在的外因火灾隐患。 分布式光纤测温系统是近年来发展起来的一种用于 实时快速多点测温和测量空问温度场分布的传感系统。 它是一种分布式的、连续的、功能型光纤温度测量系 统。当激光脉冲在光纤中传输的过程中与光纤分子相互 作用，发生多种形式的散射，有瑞利散射、布里渊散射 和拉曼散射。这里提出的光纤测温原理是依据背向拉曼 散射的温度效应Ｅ２ ３］。该系统稳定性好，抗干扰，可不受 任何环境的影响，本身安全，适用于特殊危险场合。 ２光纤测温系统架构 分布式光纤测温监测系统由系统主要由工控机、打 印机、不间断电源、电涌保护器、矿用环网接入器、矿 用隔爆兼本安型光纤测温主机、矿用本质安全型声光报 警器、矿用本安型计算机键盘、煤矿用阻燃温度探测光 缆和其他必要设备组成。系统连接示意图见图１。 口 露］曼 图２软件架构 ４软件架构设计 本系统基于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统实现，使用Ｗｐｆ技术， ｃ＃，ｃ＋＋开发语言。系统采用ＭＶＣ分层架构如图２所示，其 图１系统连接图 温度探测光缆沿被测场所或机电设备布置，采集 环境温度。测温主机采集温度探测光缆的光信号经过光 ・１ １ ２・电早世界 中关键模块功能包括系统调度模块，地图编辑模块，地 图实时显示模块，温度数据实时显示模块，ＭＯＤＢＵＳ数据 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ・技术交流 通信模块。系统调度模块为核心模块，负责各模块直接 协作调度、系统业务处理和界面更新等功能。文件上传 下载模块负责下位机配置文件读写功能。数据库访问模 块负责ＭｙＳｑｌ数据库操作。ＭＯＤＢＵＳ数据通信模块负责通过 ＭＯＤＢＵＳ／ＴＣＰ协议与下位机进行通信，获取实时数据。 信模块作为客户端程序接收三类事件：１）对ＭＯＤＢＵＳ请求 进行编码，并使用ＴＣＰ管理组件服务通过网络进行发送 ＭＯＤＢＵＳ请求。２）处理ＭＯＤＢＵＳ证实，对接收到的ＭＯＤＢＵＳ数 据进行解码，根据解码后内容作响应处理。３）对于用户 请求超时的，进行重传处理。具体过程如图４所示。 ５软件实现 ５．１表示层模块实现 地图编辑模块，地图实时显示模块，温度数据实时 显示模块均属于前端显示模块。用户体验成为模块实现 的首要考虑因素。 系统界面采用Ｗｐｆ技术［６ ７ 编写，首先ｗｐｆ统一了 Ｗｉｎｄｏｗｓ｛￣ｌＪ建、显示和操作文档、媒体和用户界面（ＵＩ） 图４ Ｍ０ＤＢＵＳ通信模块流程图 的方式，使开发人员和设计人员可以创建更好的视觉效 ６结语 本软件基于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统的Ｗｐｆ技术、ＭａｐＷｉｎＧｉＳ 第三方地图控件５ｇＩＭＯＤＢＵＳ通信协议开发，能够更灵活方 便的对煤矿机电设备、动力电缆及高速运行的皮带各处 果、不同的用户体验。其实，Ｗｐｆ采用数据驱动的ｕＩ，数 据是核心，处于主动的，ＵＩ从属于数据并表达数据，是 被动的。ＷＰＦ数据第一，控件第二。因此，Ｗｐｆｌｌ‘。￣更好可 以使开发人员和设计人员同步紧密地合作来快速提供不 同的连通体验，使软件易于维护。 地图显示与编辑模块采用ＭａｐＷｉ ｎＧｉ ｓ第三方开源Ｇｉ Ｓ 进行二次开发，ＭａｐＷｉｎＧｉＳ是一个相当高效的地图引擎， 放大、缩小、漫游速度很快，被誉为开源中的ＡｒｃＧｉＳ。对 ．的温度进行实时在线监测，也可以对煤矿重点区域进行 环境温度检测，预防检测火灾的发生。目前，该软件已 经在煤矿得到应用，取得了显著效果。 参考文献 『１１鲜学福，王宏图，姜德义．我国煤矿矿井防灭火技术 研究综述［Ｉ１．中国工程科学，２００１（１２）． Ｎｅｔ的二次开始相当支持。速度、效率总体不错［８一 。 系统主界面采用地图方式对全矿井平面、所要监控 的对象进行展示。当鼠标移至设备对象时，显示对象在 光纤中的基本信息如图３所示，具有良好的用户体验。 【２１赵玉明，李长忠，翟延忠，许舒荣．基于拉曼散射分布 式光纤测温系统的理论分析卟计量学报，２００７（ｚ１）． 【３】张在宣，刘天夫，张步新，陈阳，陈晓竹．激光拉曼型分 布光纤温度传感器系统【Ｉ１．光学学报，１９９５（１１）． ｆ４１肖恺，李平，罗巧梅，张静，杨峰，赵浩．分布式光纤测温 系统在电缆温度监测中应用【『１＿现代电子技术，２０１４（１２）． 『５１申永文．光纤测温系统在黑岱沟选煤厂的应用【Ｉ１．电 子制作，２０１４（１２）． 『６１何英．基于ｗＰＦ技术的典型工业检测系统上位机软 件显示模块的开发『Ｉ１．电脑知识与技术，２０１ｏ（１８）． 图３软件主界面 ５．２系统调度模块实现 ［７】徐滔．ｗＰＦ控件设计综述阴．现代计算机（专业版），２ｏｏ９（７）． 【８１杨益飞，刘小勇．基于ＭａｐＷｉｎＧＩＳ的组件式ＧＩＳ开发 及应用【Ｉ１．测绘与空间地理信息，２０１０（６）． 系统调度模块位于系统的逻辑层，主要模块功能 有：１）定时读取底层数据；２）定时更新用户界面；３）负 责各模块之问协调与数据相互访问性；４）控制历史数据 的存储及访问；５）控制系统配置文件进行上传下载。 系统调度模块采用Ｏｂｓｅｒｖｅｒ模式ｆｌＯ］，系统调度模内 包含多个观察者（如地图显示模块等），通过系统调度 模块监视被观察者（￣ＨＭＯＤＢＵＳ数据通信模块等）。这样 就阻断了各模块之间的直接联系，松散了耦合关系。被 观察者通过Ｕｐｄａｔｅ函数通知观察者做出相应的动作，完 成Ｏｂｓｅｒｖｅｒ模式整个流程。 ５．３ Ｍ０ＤＢＵＳ通信模块实现 ＭＯＤＢＵＳ通信模块基于ＭＯＤＢＵＳ／ＴＣＰ协议… ，采用Ｃ＋＋ Ｄｌｌ库文件方式实现，方便Ｃ＃等其它程序调用。ＭＯＤＢＵＳ通 【９１吕秀琴，张毅．ＭａｐＷｉｎＧＩＳ应用于ＧＩＳ程序设计实践 【『１．实验技术与管理，２０１２（１０）． Ｉ１０１吴善明，沈建京，刘辉．浅析Ｏｂｓｅｒｖｅｒ模式在ＧＩＳ软件 设计中的应用．计算机工程与设计，２００７（１８）． 【１ １】卢文俊，冷杉，杨建军．基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的控制器远 程监控系统『Ｉ］．电力自动化设备，２００３（６）． 『１２］ＭＯＤＢＵＳ通讯协议中文）ｂ￣．［ＤＢ／ＯＬ１．ｈｔｔｐ：／／ｗｅｎｋｕ． ｂａｉｄｕ．ｃｏｍ／ｖｉｅｗ／７ｅｅａＯＯ８３ｅｃ３ａ８７ｃ２４０２８ｃ４ｅｂ．ｈｔｍｌ，２０１ ３． 作者简介： 贾文琪（１９７８一），男，江苏武进人，大学本科， 工程师，现在天地（常州Ｉ）自动化股份有限公司从事矿 用产品研发工作。 屯子世界・１１３・
