基于煤矿安全监控系统的移动监控平台_张洪亮.pdf

Safety in Coal Mines Vol.51No.11 Nov. 2020 第 51 卷第 11 期 2020 年 11 月 基于煤矿安全监控系统的移动监控平台 张洪亮 1,2 （1.煤科集团沈阳研究院有限公司， 辽宁 抚顺 113122； 2.煤矿安全技术国家重点实验室， 辽宁抚顺 113122） 摘要 为了使煤矿安全监控系统的日常监测能够不受限于 PC 端， 随时随地通过移动端进行同 步监测、 分析。 构建基于 Android 系统的移动监控平台， 通过采集监控系统的数据， 实时显示井下 环境信息、 报警信息； 通过选取监测点、 时间段， 及时查询、 分析井下环境变化趋势， 异常数据统 计分析等。 关键词 煤矿安全监控系统； 移动监控； 同步监测； 环境监测； 趋势分析 中图分类号 TD76文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020 ） 11-0133-04 Mobile Monitoring Plat Based on Coal Mine Safety Monitoring System ZHANG Hongliang1,2 （1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute, Fushun 113122, China;2.State Key Laboratory of Coal Mine Safety Technology, Fushun 113122, China） Abstract To make the daily monitoring of coal mine safety monitoring system not limited to the PC terminal, the synchronous monitoring and analysis can be carried out anytime and anywhere through the mobile terminal. A mobile monitoring plat based on Android system is established, the real-time display of underground environment ination and alarm ination realizes by collecting the data of the monitoring system. Through the selection of monitoring points and time periods, timely query and analysis of underground environment change trend, abnormal data statistical analysis are conducted. Key words coal mine safety monitoring system; mobile monitoring; synchronous monitoring; environmental monitoring; trend analysis 移动开发技术在国内外已经是非常成熟的技 术， 主流有 IOS、 Android 2 大平台； 随着智能手机的 普及及其方便快捷的特点，各行各业基于移动的 APP 应用也越来越普及， 用以实现信息查询、 手机购 物、 移动支付、 移动办公、 视频监控等。近年来， 国家 对煤矿的智能化建设和发展方面越来越重视。基于 煤矿安全监控系统[1]的移动监控平台研究， 通过对 移动端混合式开发技术的研究，开发基于安卓的移 动 APP 监控终端， 基于 JAVA 技术及 Spring 框架构 建后台业务服务系统，通过对煤矿现有安全生产监 控系统的数据接入，实现基于安卓系统的煤矿安全 生产移动监控平台开发， 具备实时监控、 实时报警、 报表统计、曲线分析等功能，使用户能够通过手机 APP 随时随地掌握煤矿安全生产相关信息，并及时 作出响应。 1移动应用开发技术 移动应用开发类似于 Web 应用开发， 起源于更 为传统的软件开发。但关键的不同在于移动应用通 常利用一个具体移动设备提供的独特性能编写软 件。开发移动应用程序的 3 种方式原生应用、 HTML5 或混合开发 APP。 1.1混合式 APP 开发技术 （Hybrid APP） Hybrid APP 同时使用网页语言与程序语言开 发，通过应用商店区分移动操作系统分发，用户需 要安装使用的移动应用。总体特性更接近 Native APP 但是和 Web APP 区别较大。 只是因为同时使用 DOI10.13347/ki.mkaq.2020.11.028 张洪亮.基于煤矿安全监控系统的移动监控平台 ［J］ .煤矿安全， 2020， 51 （11 ） 133-136. ZHANG Hongliang. Mobile Monitoring Plat Based on Coal Mine Safety Monitoring System ［J］ . Safety in Coal Mines, 2020, 51 （11） 133-136.. 移动扫码阅读 基金项目煤科集团沈阳研究院有限公司创新引导资助项目 （ SYYD-20CK-003） ；煤科集团沈阳研究院有限公司重点资助项目 （SYZD-20-006） 133 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 11 期 2020 年 11 月 Vol.51No.11 Nov. 2020 图 1移动实时监测与曲线分析界面 Fig.1Mobile real-time monitoring and curves analysis interface 了网页语言编码，所以开发成本和难度比 Native APP 要小很多。因此说， Hybrid APP 兼具了 Native APP 的所有优势，也兼具了 Web APP 使用 HTML5 跨平台开发低成本的优势。 Ionic[2-3]是一款基于 Angular、 Cordova 的强大的 HTML5 混合式开发框架， 可以快速创建一个跨平台 的移动应用。 可以快速开发移动 APP、 移动端 WEB 页面、 微信公众平台应用， 混合 APP web 页面。Ionic 是完全基于谷歌的 Angular 框架，在 Angular 基础 上面做了一些封装，可以更快速和容易的开发移动 的项目。Ionic 调用原生的功能是基于 Cordova,Cor－ dova 提供了使用 JavaScript 调用 Native 功能， ionic 自己也封装了一套漂亮的 CSS UI 库。 AngularJS 诞生于 2009 年，由 Misko Hevery 等 人创建， 后为 Google 所收购。是一款优秀的前端 JS 框架，已经被用于 Google 的多款产品当中。Angu－ larJS 有着诸多特性， 最为核心的是 MVC （Model view controller） 、 模块化、 自动化双向数 据绑定、 语义化标签、 依赖注入等等， 可以快速构建 起强大的前台移动应用。 1.2后台服务开发技术 Spring[4]是一个开源框架， 它由 Rod Johnson 创 建。它是为了解决企业应用开发的复杂性而创建 的。Spring 使用基本的 JavaBean 来完成以前只可能 由 EJB 完成的事情。 然而， Spring 的用途不仅限于服 务器端的开发。从简单性、可测试性和松耦合的角 度而言，任何 Java 应用都可以从 Spring 中受益。 Spring 是一个轻量级的控制反转 （IoC）和面向切面 （AOP） 的容器框架。Spring 可以将简单的组件配置、 组合成为复杂的应用。在 Spring 中，应用对象被声 明式地组合，典型地是在 1 个 XML 文件里。Spring 也提供了很多基础功能（事务管理、持久化框架集 成等等） ，将应用逻辑的开发留给使用者。通过 Spring 框架、 Mybatis 框架、 SpringMVC 框架，完成后 台服务系统的设计与开发。移动 APP 端再通过 A－ JAX 完成后台数据的请求与处理，实现数据的前后 台交换。 2基于煤矿安全监控系统的移动监控平台 1） 基于煤矿安全监控系统的移动监控平台功 能。基于煤矿安全监控系统的移动监控平台，需具 备监控系统的核心功能。基于煤矿已安装的监控系 统，采集监控系统数据建立移动终端数据库，并开 发 web 服务基础服务程序， 同时开发 APP 移动终端 软件。主要实现通过手机端随时随地监控煤矿井下 环境参数实时信息， 报警、 故障信息， 及时提醒， 历 史数据查询分析，测点历史数据曲线分析。同时可 订阅设置感兴趣的某一类或多类型设备进行集中监 控， 移动实时监测与曲线分析界面如图 1。 ①矿端用 户通过分配好的账号密码，通过 APP 进行登录， 不 同用户会进入的相应的系统页面; ②通过分站列表 的方式、 传感器列表的方式及可选列表、 报警、 故障 等页面对煤矿井下监控系统相关参数进行监测,并 可通过设置确定默认监测页，感兴趣的监测点信息 等,通过分站列表的方式， 综合展示煤矿所有分站的 在线信息， 报警数、 故障数等， 点击某一个分站进入 到该分站下挂接的所有传感器列表，并详细显示该 分站下当前所有传感器的实时信息, 通过传感器列 表的方式综合展示所有传感器实时信息，并可根据 设置， 显示指定类型的设备;③系统可对各类报警、 断电、 馈电异常、 开关量报警、 设备故障等记录进行 查询统计; ④系统可对各类传感器历史曲线进行分 析展示， 并可多条对比分析， 同时具备移动、 放大、 缩小、 图形下载等功能。移动监控 APP 实时监测效 果如图 2。 2） 前后台接口。移动监控平台手机监控 APP 需 实时获得监控系统数据， 定时向后台发送数据请求， 后台接收参数、 处理请求， 并将处理结果返回给手机 端， 手机端通过解析返回数据， 进行实时展示， 数据 交 互 流 程 图 如 图 3。 数 据 交 互 格 式 采 用 JSON （JavaScript Object Notation, JS 对象简谱） 格式， 134 Safety in Coal Mines Vol.51No.11 Nov. 2020 第 51 卷第 11 期 2020 年 11 月 图 3数据交互流程图 Fig.3Flow chart of data interaction 图 2移动监控 APP 效果图 Fig.2Mobile monitoring APP rendering JSON 使用完全独立于编程语言的文本格式来存储 和表示数据。简洁和清晰的层次结构使 JSON 成为 理想的数据交换语言。易于阅读和编写， 同时也易于 机器解析和生成，并有效地提升网络传输效率。根 据功能需求，确定交互接口，建立交互技术接口文 档规范， 其中包括接口编号、 接口名称、 接口目的、 接口路径、 请求方式、 请求参数、 返回数据结构等。 3） 前台移动 APP。移动监控 APP 基于 NodeJS、 Ionic3、 Cordova、 Android SDK 等开发环境，通过 Vi－ sual Studio Code 开发工具进行移动监控 APP 的开 发， 发送数据请求核心代码如下 POST （_this any, url string, params any, callback （res any, error any, params any, that any） ＞ void） void { let that _this; this. http. post （url, params, { headers { ′content-type′ ′APPlication/json; charsetUTF- 8′, } } .pipe （timeout （10000 ） ） .subscribe （res ＞ { callback }, error ＞ { callback }） ;} 4 ） 后台数据服务系统。基于 JAVA、 Spring、 Spring－ MVC、 Mybatis 技术及框架， 通过 Eclipse 开发工具进 行设计，处理移动端的数据请求，并将结果数据返 回给移动端[5-7]。通过该请求处理函数， 从监控系统 数据库直接读取数据， 并对查询结果进行封装， 通过 JSON 的格式返回给移动监控 APP。核心代码如下 ResponseBody RequestMAPPing （value “/getSensorData“, pro－ duces “APPlication/json; charsetUTF-8“） publicList ＜Map ＜String,Object ＞＞getSensorList （RequestBody RealDataParam rdp）{ IRealMonitor iRealMonitor realMonitorAction.Cre－ ateRealMonitor （ ） ; if（iRealMonitor null） return iRealMonitor.getSensorList （rdp） ; else { return new ArrayList＜Map＜String,Object＞＞ （ ） ; } } 5 ） 后台数据缓存。当众多移动 APP 同时访问后 台服务系统时， 会造成高并发的访问， 如果每个请求 都去读取数据库[8-9]， 势必造成数据库的访问压力， 影响服务器的响应速度，甚至造成系统瘫痪。如果 把具有相同请求参数的返回数据结果进行缓存， 那 么处理下一个请求时， 便可从缓存读取数据， 避免了 频繁与数据库进行交互。为了解决这个问题，采用 ehcache 缓存组件进行缓存处理。并通过在 XML 文 件配置缓存参数，完成缓存设置。同时在业务逻辑 代码层完成 Cacheable 缓存注解添加， 同时为避免 数据长期驻留内存， 影响数据更新， 采用定时清理缓 存的方式， 完成缓存清除， 从新从数据库读取数据。 代码如下 Cacheable （value“myCache“, key“′getSensorList′ rdp.toString （ ） “） publicList ＜Map ＜String,Object ＞＞getSensorList （RealDataParam rdp）{ return realDataInfoMAPPer. getSensorList （rdp） ; } Scheduled （cron “*/10 * * * * *“）//每隔 10 s 清 135 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 11 期 2020 年 11 月 Vol.51No.11 Nov. 2020 理所有缓存 CacheEvict （value“myCache“, allEntriestrue） public void removeAll （ ） { } 3系统测试 煤矿安全监控系统移动监控平台设计完成后， 在服务集中部署后台服务程序，并实现与监控系统 数据库互联互通，配置数据库访问参数，启动后台 数据服务系统。再通过在手机端安装 APP 应用软 件， 并设置后台服务系统 ip 地址。进入手机 APP 监 控终端， 逐项功能进行测试 ①监控系统所有设备， 包括分站、 传感器等设备的实时数据、 状态、 属性信 息的实时监测功能测试[10]； ②报警、 故障设置及信息 提醒功能测试； ③模拟量报警、 断电、 馈电异常， 开 关量报警，设备故障等历史数据查询分析功能测 试； ④传感器监测点， 历史曲线查询分析功能， 及多 条曲线的同屏显示，对比分析功能测试；⑤实时数 据最小刷新时间不大于监控系统巡检周期性能测 试；⑥报表、曲线查询时间不超过 3 s 性能指标测 试； ⑦单服务器部署， 支持不少于 500 用户并发访问 性能测试。 4结语 基于煤矿安全监控系统的移动监控平台可以实 现与监控系统的数据对接，并能实时读取监控系统 数据， 通过移动 APP 进行实时监控， 能够做到随时 随地进行井下环境监测，及时反馈报警信息。使用 户更加方便、快捷地掌握井下环境参数变化，并及 时作出响应。经过功能与压力测试，在单台服务器 部署的情况下，该平台可支持 500 个移动终端用户 的并发访问，可满足煤矿企业大规模的移动监控需 求， 保障系统的稳定运行。 参考文献 ［1］ 煤安监函 ［2016］ 5 号 煤矿安全监控系统升级改造技 术方案 ［A］ . ［2］ 英特尔软件学院教材编写组.Scrum 敏捷软件开发 ［M］ .上海 上海交通大学出版社， 2011. ［3］ 秦超， 李一鸣.Ionic 移动开发入门与实战 ［M］ .北京 清华大学出版社， 2018. ［4］ 克雷格沃斯 （Craig Walls） . Spring 实战 ［M］ .张卫滨， 译.北京 人民邮电出版社， 2020. ［5］ Thomas H.Cormen,Charles E.Leiserson, Ronald L.Rivest, et al.算法导论 ［M］ .殷建平， 徐云， 王刚， 等， 译.北京 机 械工业出版社， 2012. ［6］ 凯文 R 福尔， W 理查德史蒂文森，加里 R 赖特. TCP/IP 详解 ［M］ .北京 机械工业出版社， 2019. ［7］ 科恩.Scrum 敏捷软件开发 ［M］ .廖靖斌， 吕梁岳， 陈争 云， 等， 译.北京 清华大学出版社， 2010. ［8］ 邓立国,佟强.数据库原理与应用 （SQL Server 2016） ［M］ .北京 清华大学出版社， 2017. ［9］ 拉赫登迈奇， 利奇.数据库索引设计与优化 ［M］ .北京 电子工业出版社， 2015. ［10］ 罗恩佩腾 （Ron Patton） .软件测试 ［M］ .张小松， 王 钰， 曹跃， 等， 译.北京 机械工业出版社， 2019. 作者简介 张洪亮 （1980） ， 辽宁葫芦岛人， 副研究员， 学士， 2003 年毕业于辽宁工程技术大学，从事煤矿安全相 关系统软件技术研究。 （收稿日期 2020-04-16； 责任编辑 李力欣） 136