基于Android平台的钻孔瓦斯涌出初速度软件的设计

江 旭

（中煤科工集团重庆研究院有限公司， 重庆 400037）

引言

煤与瓦斯突出事故是煤矿安全的“第一杀手”，目前通过钻孔获得反映采掘工作面瓦斯突出危险性的量化指标则是煤与瓦斯突出预报预测的有效措施。在突出预测的多种指标[1]中，钻孔瓦斯涌出初速度[2]被认为全面反映了煤层瓦斯压力和含量、煤的渗透性能、力学性质及地应力等因素的变化，是一个应用比较广泛其可靠性很高的指标，已被列入我国《防止煤与瓦斯突出规定》。但是现有的钻孔瓦斯初速度测定仪使用的技术相对落后，对于数据的储存和处理已经跟不上如今大数据时代的需求。对此，本文结合上述需求，设计了一款配套钻孔瓦斯涌出初速度测定仪使用的APP。

1 软件功能分析

结合井下测量时的实际情况，以及目前煤炭行业“互联网+”的利用依托大数据技术多方面多角度地进行煤矿数据的挖掘与处理的需求，将钻孔瓦斯涌出初速度测定仪APP的功能分为以下几类，具体情况如图1所示。

图1 软件功能分析框图

客户端需在井下测量时使用，包含有工作面管理、数据测量、数据管理和系统设置这四大功能。工作面管理可编辑工作面编号、名称、类型等详细信息；数据测量是通过蓝牙通讯与钻孔瓦斯涌出初速度测定仪连接，获取压力值计算出钻孔瓦斯涌出初速度和衰减系数；数据管理内可查询所有已保存的测量值，可连接蓝牙打印机打印出小票，还能在连接网络的情况下直接上传至服务器端；系统设置主要用于设置配套APP使用的仪器和打印机的地址。服务器端的主要功能为云端存储和数据分析。

2 软件的实现

钻孔瓦斯涌出初速度测定APP的关键技术在于与设备的蓝牙连接通讯和用于管理数据的轻量型数据库SQLite建立。

2.1 Android平台下的蓝牙BLE设计

蓝牙BLE[3]的全名是Bluetooth LowEnergy，简单解释是低功耗蓝牙的意思，最少需要API18（Android4.3）以上设备才能支持。相比于传统蓝牙，BLE设备的功耗极低，通过GATT协议[4]进行设备之间的通讯。

Android平台下BLE开发流程如下页图2所示。

2.1.1 开启权限

首先需要在AndroidManifes.xml文件中为APP申明低功耗蓝牙操作权限，具体申明如下：

2.1.2 打开Android设备蓝牙功能

首先需要通过蓝牙管理器BluetoothManager获得蓝牙适配器BluetoothAdapter，然后判断蓝牙是否开启，若为开启则调用函数开启，并可直接搜索周围BLE设备。

2.1.3 搜索周围BLE设备

搜索扫描BLE设备需要调用startLeScan（LeS-canCallback)方法，该方法调用参数BluetoothAdapter. LeScanCallback返回扫描结果。

图2 Android平台下BLE开发流程图

2.1.4 连接GATT服务端

搜索到配套设备后需要和它连接，实际上就是和BLE设备上的GATT Server进行连接，需要调用connectGatt()方法。同搜索设备时有返回值一样，连接后也会有返回值，返回值BluetoothGattCallback用于传递结果，例如连接状态，以及任何进一步GATT客户端操作。

2.1.5 读写数据

APP连接到GATT服务端且发现services后，通常使用Characteristic属性来描述广播信息和数据，调用相应的方法就可以读、写存储在属性里的信息和数据。

2.2 管理数据的SQLite数据库设计

Android支持高效、快速的数据存储方式，内置了一款轻量级的关系型数据库SQLite[5]，它的运算速度非常快，占用资源少，为本地持久化的功能提供了一个质的飞跃。

访问SQLite数据库方面的主要功能有：工作面信息编辑；测量数据的管理。

为了实现上述功能，采用SQLite建立相应数据库中的表。其中新建工作面表WorkFace，设置“id”、“矿井名称”、“工作面编号”、“工作面名称”、“工作面类型”和“日期”六个字段；新建测量结果表Result，设置“id”、“喷嘴系数”、“涌出初速度”、“衰减系数”和“日期”五个字段。

Android平台已封装了 SQLiteOpenHepler和SQLiteDatabase类，利用ContentValues类来代替复杂的SQL语句对数据库进行增删改查的操作。

2.3 APP运行与测试

在正式向市场推广之前，需要测试APP的稳定性和安全性，由于蓝牙功能不能在虚拟机中测试，要将APP安装在矿用Android手机上。打开APP后，如果配套设备已开启，APP将自动连接设备，并在界面显示设备连接成功，只有在连接成功的状态下，才能使用测量数据功能。在开始界面点击“测量”按钮，在界面中将显示当前的流量值，测量1 min后界面中将显示钻孔瓦斯涌出初速度的流量值，继续测量4 min后界面中将显示衰减系数。在数据管理界面中，选择需要查询的工作面和日期，点击查询即可查询测量结果。程序运行结果如图3和下页图4所示。

图3 钻孔瓦斯涌出初速度测量界面

3 结语

本文将在物联网中广泛应用低功耗蓝牙技术和小巧、全面的SQLite数据库相结合，设计了一款配套钻孔瓦斯涌出初速度测定仪使用的APP。主要应用于煤矿安全领域，不仅能够获得钻孔瓦斯涌出初速度指标，为煤与瓦斯突出危险性预测和评价、矿井瓦斯灾害危险程度评价提供重要参考，还为煤矿大数据分析、煤矿智能化、信息合理安全化提供了技术支撑，填补了煤与瓦斯突出危险预报在Android平台下应用的空白。本文只是介绍了软件的初步设计，还有更多的功能需要去完善，例如数据处理智能化、交互界面的友好程度、客户端的多样化等方面可以继续改进。

图4 APP数据管理界面