面向矿山物联网的多功能智能头盔软件关键技术研究

摘要

煤矿开采在我国是个高危行业，矿难事故频发，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。目前，我国现有的矿工安全设备落后，缺乏对周围信息的感知和移动通信的能力，无法及时发现危险和灾后自救。大量事实证明，增强矿工对周围环境感知和移动通信能力，能够有效地预防灾害和提高灾变自救能力。为此，国家成立了“矿山物联网关键技术与测控装备研制”的863课题。本文是该课题下的子课题，旨在设计一种矿山物联网下使用的矿工安全帽，使其成为除照明和保护的功能外还具有移动监控和移动通信能力的多功能智能头盔。
　　本文根据矿山物联网的体系结构，提出了智能头盔软件的体系结构和综合的解决方案。智能头盔的软件体系包括智能头盔客户端软件和管理软件两部分。智能头盔客户端软件是运行在搭载有Android操作系统的智能头盔终端上，具有用户账户登录、双向语音通话、文本短信、文本转语音、多种环境信息采集与显示、危险报警等功能。智能头盔管理软件运行在地面监控室内的PC机上，具有管理智能头盔、语音通话、文本短信、接收和处理智能头盔发送的环境信息、多种历史数据查询和管理的功能。整个软件体系采用会话初始化协议SIP协议作为核心的信令控制协议、采用开源的PJSIP协议库的实现方案。该方案具有实现简单、兼容性强与良好的可扩展性等优点。
　　矿山物联网的研究才刚起步，本文对矿山物联网语音和视频业务的服务质量的评估做了一些初步的研究。语音方面，研究了不同语音压缩算法对矿井MANET网络传播的语音信号的影响，通过NS-2仿真发现G.723压缩算法最适合矿井下使用。视频方面，针对H.264的视频压缩标准，提出了一种混合的基于人的视觉系统和压缩域参数的块效应度量方法，实验证明该方法测算的块效应与常用的客观度量方法具有一致的单调性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 煤矿安全监控系统的现状

1．2．2 煤矿移动通信系统的现状

1．2．3 矿山物联网研究现状

1．3 研究内容和主要工作

1．3．1 井下多功能智能头盔研究

1．3．2 音、视频质量评估研究

1．4 章节安排

2 智能头盔软件体系结构的分析和设计

2．1 智能头盔系统体系结构

2．2 智能头盔系统的软件需求分析

2．2．1 智能头盔客户端软件功能需求分析

2．2．2 智能头盔管理软件功能需求分析

2．3 整体实现方案

2．3．1 智能头盔硬件平台介绍

2．3．2 智能头盔系统的软件实现方案

2．4 会话初始化协议介绍

2．5 本章小结

3 智能头盔客户端软件设计和实现

3．1 智能头盔的操作系统

3．1．1 智能头盔平台选择

3．1．2 Android程序结构分析

3．2 智能头盔客户端软件的整体架构

3．3 智能头盔客户端软件实现

3．3．1 JNI层实现

3．3．2 JNI的抽象层实现

3．3．3 Service层实现

3．3．4 核心控制层实现

3．3．5 UI层实现

3．4 本章小结

4 智能头盔管理软件的设计和实现

4．1 智能头盔管理软件整体架构设计

4．2 智能头盔管理软件的实现

4．2．1 SIP服务器操作类实现

4．2．2 SIP通信核心类实现

4．2．3 数据库操作类与数据表设计

4．2．4 UI层实现

4．3 本章小结

5 音、视频质量评估研究

5．1 不同语音编码算法的通话质量研究

5．1．1 VoIP通话质量评估

5．1．2 MANET网络

5．1．3 矿井下MANET网络的通话质量研究

5．2 视频质量评估研究

5．2．1 视频质量评估研究背景

5．2．2 一种混合的块效应度量方法

5．2．3 实验结果与分析

5．3 本章小结

6 智能头盔系统软件功能测试与验证

6．1 测试环境

6．2 功能验证

6．2．1 智能头盔客户端软件注册功能测试

6．2．2 智能头盔客户靖软件通话功能测试

6．2．3 智能头盔客户端软件短信功能测试

6．2．4 智能头盔客户端软件环境信息测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果及参与的项目