基于物联网的矿山移动信息化系统的设计与实现

1、基于物联网的矿山移动信息化系统的设计与实现 基于物联网的矿山移动信息化系统的设计与实现杨姗姗*510152025303540（北京邮电大学计算机学院，北京 100876）摘要：近几年，物联网技术和移动互联网技术得到了迅速地发展。煤矿作为一个高危行业，其安全工作历来成为全社会关注的话题。运用物联网技术和移动互联网技术，能够针对煤矿产业的安全问题提供一个全新有效的解决方案。本文提出了一个融合物联网和移动互联网的矿山移动信息话系统，并基于 android 平台开发了其手机客户端。用户通过使用该系统，能够随时随地获得全面及时的煤矿安全信息和生产信息，及时作出对应和决策。有了本系统的支持，煤矿产业将能有

2、效地预防安全事故，保证煤矿工人的生命财产安全。关键词：计算机软件；物联网；移动互联网；煤矿安全；android中图分类号：tp302.1the design and implementation of coal mine informationsystem based on internet of thingsyang shanshan computer school, beijing university of posts and telecommunications, beijing 100876 abstract: coal-mining as one of the high-risk

3、industries, its safety has always been a focusconcerned by the whole society. using internet of things and mobile internet, which havedeveloped rapidly recently, we find a new effective solution to improve the safety of coal-mining.in this paper, we integrate these two technologies to design and imp

4、lement a coal mineinformation system. moreover, we develop the android client applications, with which users canget the real time information anytime and anywhere and then make timely decisions.with the helpof this system, coal-mining industry will be able to prevent accidents effectively and ensure

5、 theworkers life and property safety.keywords: computer software; internet of things; mobile internet; coal-mining safety; android0 引言随着科技的进步和时代的发展，物联网技术逐渐地受到人们的关注。物联网的概念于1999 年首次提出，如今国际社会广泛达成共识，物联网被认为是继计算机、互联网与移动通信网之后世界信息产业的第三次浪潮，代表了下一代信息发展技术。此外，随着移动通讯技术的发展以及手机终端的智能化，移动互联网技术得到了长足的发展。运用移动互联网技术，人们可以在

6、移动的过程中高速地接入互联网，获取急需的信息，完成想做的事情。煤矿作为一个高危行业，其安全工作历来成为全社会关注的话题，关注安全、珍惜生命已成为人们的强烈愿望。针对煤矿产业的安全问题，运用物联网技术，建立全面、有效的定位监控系统，将能有效地预防煤矿安全事故，保证煤矿工人的生命财产安全，更能确保生产的顺利进行，提高生产效率，降低管理成本。另一方面，有效地运用移动互联网技术，煤矿管理人员可以随时随地的了解煤矿的安全信息和生产信息，及时做出对应和决策。本文提到的矿山移动信息化系统是融合了物联网技术和移动互联网技术的新型移动信息化统。该系统包括数据源、服务器以及手机客户端三部分，其中服务器从数据源获取

7、数据作者简介：杨姗姗， 1986-），女，硕士研究生，主要研究方向：计算机软件. e-mail: yangshanshan23gmail-1-采用了物联网技术，通过井下传感器自动地获取各种信息，手机客户端通过移动互联网与服务器进行数据交互，包括获取数据、验证信息等。此外，手机客户端包括登录验证、安全生455055产、生产日报、重点工程、人员定位、安全隐患、视频监控以及系统设置共八个模块。用户可以通过手机客户端查看安全数据、生产数据、人员定位信息等，也可以观看实时的监控影像，由此可以获得全面及时的煤矿安全生产信息。本文的结构安排如下：第一章主要介绍相关的工作，第二章描述整个系统框架，第三章则是详

8、细介绍基于 android 平台的手机客户端的设计与实现，第四章通过一系列实验对手机客户端的功能进行验证，最后一章则是对全文的总结。1 相关工作1.1 物联网的发展物联网的发展已有多年的历史。1999 年 mit auto-id center 提出物联网概念，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理1。2005年 11 月 在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟 itu 发布了itu 互联网报告 2005：物联网报告，指出无所不在的“物联网”通信时代即将来临2。2008 年 11 月 ibm提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网 智慧地球”，以此

9、作为经济振兴战略3。目前，中国、美国、欧盟等国家都已充分认识到物联网所蕴含的巨大经济效益，均投入巨资深入研究探索物联网。601.2移动互联网移动互联网，就是将移动通信和互联网二者结合起来，成为一体。在最近几年里，移动通信和互联网成为当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务。它们的增长速度都是任何预测家未曾预料到的。迄今为止，全球移动用户已超过 50 亿，互联网用户也已逾 20 亿。这一历史上从来没有过的高速增长现象反映了随着时代与技术的进步，人类对65移动性和信息的需求急剧上升。越来越多的人希望能随时随地接入互联网，获取急需的信息，完成想做的事情。所以，现在出现的移动通信与互联网相

10、结合的趋势是历史的必然。1.3android 手机操作系统移动互联网迅速发展的一个重要原因是手机终端的智能化，android 平台便是一款优秀的手机开发平台。android 是 google 于 2007 年 11 月 05 日发布的基于 linux 平台的开源手7075机操作系统，包括操作系统、中间件、用户界面和应用软件4。它采用软件堆层的架构，主要分为四部分。底层以 linux 内核工作为基础，由 c 语言开发，只提供基本功能；中间层包括函数库和 android 运行环境，由 c+开发。往上一层是应用程序框架，包括视图、内容提供器、资源管理器、通知管理器以及活动管理器。最上层是各种应用程序

11、，包括通话程序，短信程序等，应用软件则由各公司自行开发，以 java 作为编写程序的一部分5 6。android的系统架构如图 1 所示。-2-图 1 android 系统架构fig. 1 the android architecture diagram8085本文提到的矿山移动信息化系统的手机客户端是基于 android 平台进行开发，能够在任何一台 android 手机上使用。2 系统架构矿山移动信息化系统主要由数据源、服务器和手机客户端三部分组成，从图 2 中我们可以看到其组织结构。图 2 矿山移动信息化系统组织结构fig. 2 the architecture of mine mobi

12、le information system90?数据源：数据源主要功能是提供数据。在本系统中，数据的来源有三种，分别为人工录入、传感器以及摄像头。人工录入主要提供生产日报、重点工程以及安全隐患数据，生产日报和重点工程是由巡检人员在井下记录当天的生产信息和各单位工作信息并记录-3-成 excel 表录入系统，而安全隐患则是由各个部门发现有隐患的时候在 web 端录入；井下传感器主要提供安全生产和人员定位数据，其中安全生产分为安全数据（甲烷、一氧化碳、温度等）和生产数据（产量、钩数等），本系统在矿井里面安装了大量的传感器95?用来记录各种实时数据，并将其发送到服务器；而摄像头则是提供视频监控数据的

13、来源。服务器：服务器包括数据服务器和视频服务器两部分。数据服务器主要功能是响应手机客户端的请求，从数据源获取数据并进行统一的格式封装，之后再将数据返回给手机客户端；而视频服务器的主要功能是对数据源提供的视频数据进行实时的编解码，并将视频流发送给手机客户端。100?手机客户端：手机客户端的主要功能是与用户和服务器层进行交互并将数据展现出来。其基本流程是，手机客户端接收用户的输入，并将请求发送给服务器，服务器接收到请求之后，从数据源获取数据，再将数据返回给手机客户端，最终在手机客户端展现给用户。3 手机客户端设计与实现1053.1手机客户端架构矿山移动信息化系统的手机客户端分层结构如图 3 所示：

14、图 3 矿山移动信息化系统手机客户端分层结构fig. 3 the framework of the mobile client of mine mobile information system110由上图我们可以看到，整个手机客户端分为四层，分别为 http 连接层、xml 处理层、逻辑控制层以及 ui 显示层。下面分别对这四层进行简单的介绍：?ui 显示层：ui 显示层主要功能是与用户进行交互并呈现数据。一方面响应用户的输入，另一方是将数据展现给用户。115?逻辑控制层：逻辑控制层主要功能是负责业务逻辑处理，并且在整个系统中起着桥梁的作用，一方面将要发送给服务器端的数据交给xml 处理层封

15、装，另一方面将要呈现的数据交给ui 显示层显示。本层包含登录验证、安全生产、生产日报、重点工程、人员定位、安全隐患、视频监控以及系统设置共八个模块。120?xml 处理层：xml 处理层主要功能是解析和封装xml。对于从逻辑控制层获取的数据，要进行xml 封装，并将封装好的数据交给http 连接层，由其发送给服务器端；对于从http 连接层获取到的返回结果，要进行xml 解析，并将解析后的数据交给逻辑控制层。-4-125?3.2http 连接层：http 连接层主要功能是与服务器建立http 连接，发送数据并接收返回结果。建立http 连接关键在于设置好请求的头部信息，并按格式需求发送数据。功

16、能模块矿山移动信息化系统手机客户端包括登录验证、安全生产、生产日报、重点工程、人员定位、安全隐患、视频监控以及系统设置共八个模块。130135140?登录验证：本模块主要功能是验证用户权限。用户输入用户名和密码之后，手机客户端会将用户名密码发送给服务器验证。若验证通过，则登入系统，进入九宫格页面，反之，提示用户名或密码出错。此外，本模块还提供设置功能，可以设置服务器地址以及设置保存用户名密码。 安全生产：本模块主要功能是查看安全数据和生产数据。安全数据包括仓位水位、风压、煤仓煤位、装载仓位、瓦斯、一氧化碳、温度以及风速；生产数据包括当日产量、当班产量以及当班钩数。本模块提供两种查询功能，分别为

17、按数据类型查询和按监测点查询。按数据类型查询即是查询某一项数据在各个监测点的实时值，按监测点查询即是查询某一检测点各项数据的实时值。 生产日报：本模块主要功能是查询生产日报数据。生产日报是每天产生一份，因此是按天查询。用户查询每个子表需要选择查询日期，之后手机客户端将请求发送给服务器，获得服务器的返回结果并将其显示出来。 重点工程：本模块的主要功能是查询重点工程数据，包括各个单位的早班、中班和夜班的工作，重点工程也是按天查询。 人员定位：本模块的主要功能有两部分，查询井下人员分布数据和井下人员轨迹数据。人员分布可查询部门人员分布和采区人员分布。人员轨迹部分先按照部门查找当日该部门下井的员工列表

18、，之后再从该列表中选取一名员工查询其当日的活动轨迹，活动轨迹主要记录了该员工在各个地点停留的起止时间。 145?安全隐患：本模块的主要功能是查询安全隐患数据。安全隐患数据是在后台由人工录入，最终在手机客户端显示。安全隐患数据有两种状态：已解决和未解决，在手机客户端只显示未解决的安全隐患数据。 视频监控：本模块的主要功能是为用户提供实时的井下监控影像。视频服务器总共开通了16 路视频通道，用户在手机客户端可以浏览这16 路通道的影像，并可以根据需求放150?3.3大、缩小屏幕等。视频数据采用流媒体的方式进行传输，用户可以较为流畅的观看影像。 系统设置：本模块的主要功能有两个，一是对修改服务器地址

19、，二是修改用户密码。 关键技术界面呈现机制android 平台的每一个页面是一个 activity，当一个类继承了 activity 类（或是 acticity155160类的子类）时，该类的工作便是呈现一个页面并处理该页面的响应事件。此外，每一个页面会有一个对应的布局文件，该文件决定了初始状态下页面的呈现内容。因此，android 平台下每一个页面由 activity 和布局文件组成。当一个页面以列表的形式呈现时，布局文件是用 listview 来进行布局，而 activity 中则可以使用 simpleadapter 类来添加 listview 的列表项，此外，可以对该 listview

20、添加onitemclicklistener 来处理列表项的选中事件。-5-当一个页面以表格的形式呈现时，布局文件是用 tablelayout 来进行布局，由于表格一般会用到滚动条，因此我们可以嵌套一层 scrollview 来添加竖滚动条，嵌套一层horizontalscrollview 来添加横滚动条。而 activity 中则可以通过表格内容来设定表格的行数、列数等，并将内容填入表格。165若页面要显示的东西比较复杂，一般可以通过嵌套各种不同形式的布局方式来实现。只要能够灵活使用布局文件，页面便能以我们希望的形式展现出来。通信机制在本系统中，手机客户端采用 http 协议与服务器进行通信。

21、http 协议是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。使用 http 协议进行通信时，通常情况下是由 http 客户端发170175180185190195起一个请求，建立一个到服务器指定端口（默认是80 端口）的 tcp 连接。http 服务器则在那个端口监听客户端发送过来的请求。一旦收到请求，服务器向客户端发回一个状态行，比如http/1.1 200 ok，和相应消息，消息的消息体可能是请求的文件、错误消息、或者其它一些信息。采用 http 协议进行通信，具有通用性，易用性等优点，同时可有效地降低开发成本和调试成本。同时，用于传输的数据，本系统采用 xml 的方式进行封装。xml 即可扩展标

22、记语言，它是一种独立于平台和语言之上的吗，处理结构化数据的有力的工具。xml 使用一系列简单的标签来描述数据，这些标签之间具有鲜明的层次结构。这样，一个用 xml 封装的文档可以很容易的表示成一个树状结构，以便于分析和处理。采用 xml 进行数据封装，具有通用性强，可扩展性高等优点，在本系统中得到很好的使用。由于数据采用 xml 进行封装，那么如何从 xml 中解析出数据也是一个关键的问题。在 android 平台上，xml 解析有三种方式，分别为 dom、sax 以及 xmlpull 方式，本系统采用 sax 方式。sax 对文档进行顺序扫描，当扫描到文档（document）开始与结束、元素

23、（element）开始与结束、文档（document）结束等地方时通知事件处理函数，由事件处理函数做相应动作，然后继续同样的扫描，直至文档结束。采用 sax 方式的优点是内存消耗低，缺点是编码复杂。4 功能验证我们已经在多普达 a6388 的机器上安装了矿山移动信息化系统的 android 客户端，下面以安全生产模块和人员定位模块为例对手机客户端功能进行验证，下面是实验的具体步骤：首先，用户在登录页面输入用户名和密码，点击“登录”按钮，此时手机客户端会将用户名密码发送给服务器进行验证，验证通过，进入九宫格页面。在九宫格页面，用户点击“安全生产”图标，进入安全生产主页面，该页面是一个包含两个标签

24、的 tabhost，分别是数据类型查询和监测点查询，每一个标签页均以列表的形式展现。在数据类型查询页面，用户点击某一个数据项，例如一氧化碳，则可以查询各个监测点的一氧化碳实时值。此外，用户可以点击“刷新数据”按钮，以获取最新的数据。在监测点查询页面，用户点击某一个数据项，例如 1#提升机，则可以查询该监测点的温度各种数据的实时值。此外，用户可以点击“刷新数据”按钮，以获取最新的数据。以上操作相关页面显示如图 4 所示。-6-200图 4 手机客户端安全生产模块页面显示fig. 4 views of coal-production and environment monitoring module在九宫格页面，用户点击“人员定位”图标，进入人员定位主页面，该页面是一个拥有两个标签（人员分布和人员轨迹）的 tabhost 页面，分别提供查询人员分布信息功能和查询205210人员轨迹信息功能。在人员分布页面，用户可以选择查询类型，分别为部门人员分布查询和采区人员分布查询。用户选择相应的查询方式并点击“确定”之后会跳转到查询结果页面，该页面以表格的形式呈现，主要显示当日下井总人数和每个部门（采区）当日下井人数。在人员轨迹页面，页面会展现一个部门列表，用户选择相应的部门并点击“确定”之后会跳转到员工列表页面，该页面会显示该部门当日下井