基于Android平臺的鉆孔瓦斯涌出初速度軟件的設(shè)計(jì)

江 旭

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司， 重慶 400037）

引言

煤與瓦斯突出事故是煤礦安全的“第一殺手”，目前通過鉆孔獲得反映采掘工作面瓦斯突出危險(xiǎn)性的量化指標(biāo)則是煤與瓦斯突出預(yù)報(bào)預(yù)測的有效措施。在突出預(yù)測的多種指標(biāo)[1]中，鉆孔瓦斯涌出初速度[2]被認(rèn)為全面反映了煤層瓦斯壓力和含量、煤的滲透性能、力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力等因素的變化，是一個(gè)應(yīng)用比較廣泛其可靠性很高的指標(biāo)，已被列入我國《防止煤與瓦斯突出規(guī)定》。但是現(xiàn)有的鉆孔瓦斯初速度測定儀使用的技術(shù)相對落后，對于數(shù)據(jù)的儲存和處理已經(jīng)跟不上如今大數(shù)據(jù)時(shí)代的需求。對此，本文結(jié)合上述需求，設(shè)計(jì)了一款配套鉆孔瓦斯涌出初速度測定儀使用的APP。

1 軟件功能分析

結(jié)合井下測量時(shí)的實(shí)際情況，以及目前煤炭行業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”的利用依托大數(shù)據(jù)技術(shù)多方面多角度地進(jìn)行煤礦數(shù)據(jù)的挖掘與處理的需求，將鉆孔瓦斯涌出初速度測定儀APP的功能分為以下幾類，具體情況如圖1所示。

圖1 軟件功能分析框圖

客戶端需在井下測量時(shí)使用，包含有工作面管理、數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)設(shè)置這四大功能。工作面管理可編輯工作面編號、名稱、類型等詳細(xì)信息；數(shù)據(jù)測量是通過藍(lán)牙通訊與鉆孔瓦斯涌出初速度測定儀連接，獲取壓力值計(jì)算出鉆孔瓦斯涌出初速度和衰減系數(shù)；數(shù)據(jù)管理內(nèi)可查詢所有已保存的測量值，可連接藍(lán)牙打印機(jī)打印出小票，還能在連接網(wǎng)絡(luò)的情況下直接上傳至服務(wù)器端；系統(tǒng)設(shè)置主要用于設(shè)置配套APP使用的儀器和打印機(jī)的地址。服務(wù)器端的主要功能為云端存儲和數(shù)據(jù)分析。

2 軟件的實(shí)現(xiàn)

鉆孔瓦斯涌出初速度測定APP的關(guān)鍵技術(shù)在于與設(shè)備的藍(lán)牙連接通訊和用于管理數(shù)據(jù)的輕量型數(shù)據(jù)庫SQLite建立。

2.1 Android平臺下的藍(lán)牙BLE設(shè)計(jì)

藍(lán)牙BLE[3]的全名是Bluetooth LowEnergy，簡單解釋是低功耗藍(lán)牙的意思，最少需要API18（Android4.3）以上設(shè)備才能支持。相比于傳統(tǒng)藍(lán)牙，BLE設(shè)備的功耗極低，通過GATT協(xié)議[4]進(jìn)行設(shè)備之間的通訊。

Android平臺下BLE開發(fā)流程如下頁圖2所示。

2.1.1 開啟權(quán)限

首先需要在AndroidManifes.xml文件中為APP申明低功耗藍(lán)牙操作權(quán)限，具體申明如下：

2.1.2 打開Android設(shè)備藍(lán)牙功能

首先需要通過藍(lán)牙管理器BluetoothManager獲得藍(lán)牙適配器BluetoothAdapter，然后判斷藍(lán)牙是否開啟，若為開啟則調(diào)用函數(shù)開啟，并可直接搜索周圍BLE設(shè)備。

2.1.3 搜索周圍BLE設(shè)備

搜索掃描BLE設(shè)備需要調(diào)用startLeScan（LeS-canCallback)方法，該方法調(diào)用參數(shù)BluetoothAdapter. LeScanCallback返回掃描結(jié)果。

圖2 Android平臺下BLE開發(fā)流程圖

2.1.4 連接GATT服務(wù)端

搜索到配套設(shè)備后需要和它連接，實(shí)際上就是和BLE設(shè)備上的GATT Server進(jìn)行連接，需要調(diào)用connectGatt()方法。同搜索設(shè)備時(shí)有返回值一樣，連接后也會有返回值，返回值BluetoothGattCallback用于傳遞結(jié)果，例如連接狀態(tài)，以及任何進(jìn)一步GATT客戶端操作。

2.1.5 讀寫數(shù)據(jù)

APP連接到GATT服務(wù)端且發(fā)現(xiàn)services后，通常使用Characteristic屬性來描述廣播信息和數(shù)據(jù)，調(diào)用相應(yīng)的方法就可以讀、寫存儲在屬性里的信息和數(shù)據(jù)。

2.2 管理數(shù)據(jù)的SQLite數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

Android支持高效、快速的數(shù)據(jù)存儲方式，內(nèi)置了一款輕量級的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQLite[5]，它的運(yùn)算速度非常快，占用資源少，為本地持久化的功能提供了一個(gè)質(zhì)的飛躍。

訪問SQLite數(shù)據(jù)庫方面的主要功能有：工作面信息編輯；測量數(shù)據(jù)的管理。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，采用SQLite建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的表。其中新建工作面表WorkFace，設(shè)置“id”、“礦井名稱”、“工作面編號”、“工作面名稱”、“工作面類型”和“日期”六個(gè)字段；新建測量結(jié)果表Result，設(shè)置“id”、“噴嘴系數(shù)”、“涌出初速度”、“衰減系數(shù)”和“日期”五個(gè)字段。

Android平臺已封裝了 SQLiteOpenHepler和SQLiteDatabase類，利用ContentValues類來代替復(fù)雜的SQL語句對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增刪改查的操作。

2.3 APP運(yùn)行與測試

在正式向市場推廣之前，需要測試APP的穩(wěn)定性和安全性，由于藍(lán)牙功能不能在虛擬機(jī)中測試，要將APP安裝在礦用Android手機(jī)上。打開APP后，如果配套設(shè)備已開啟，APP將自動連接設(shè)備，并在界面顯示設(shè)備連接成功，只有在連接成功的狀態(tài)下，才能使用測量數(shù)據(jù)功能。在開始界面點(diǎn)擊“測量”按鈕，在界面中將顯示當(dāng)前的流量值，測量1 min后界面中將顯示鉆孔瓦斯涌出初速度的流量值，繼續(xù)測量4 min后界面中將顯示衰減系數(shù)。在數(shù)據(jù)管理界面中，選擇需要查詢的工作面和日期，點(diǎn)擊查詢即可查詢測量結(jié)果。程序運(yùn)行結(jié)果如圖3和下頁圖4所示。

圖3 鉆孔瓦斯涌出初速度測量界面

3 結(jié)語

本文將在物聯(lián)網(wǎng)中廣泛應(yīng)用低功耗藍(lán)牙技術(shù)和小巧、全面的SQLite數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一款配套鉆孔瓦斯涌出初速度測定儀使用的APP。主要應(yīng)用于煤礦安全領(lǐng)域，不僅能夠獲得鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)，為煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測和評價(jià)、礦井瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)程度評價(jià)提供重要參考，還為煤礦大數(shù)據(jù)分析、煤礦智能化、信息合理安全化提供了技術(shù)支撐，填補(bǔ)了煤與瓦斯突出危險(xiǎn)預(yù)報(bào)在Android平臺下應(yīng)用的空白。本文只是介紹了軟件的初步設(shè)計(jì)，還有更多的功能需要去完善，例如數(shù)據(jù)處理智能化、交互界面的友好程度、客戶端的多樣化等方面可以繼續(xù)改進(jìn)。

圖4 APP數(shù)據(jù)管理界面