煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)

摘    要：本文提出了一種基于CDMA 的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡(jiǎn)要介紹了CDMA 技術(shù)的基本知識(shí)，描述了CDMA 無線傳輸應(yīng)用于煤礦數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：CDMA；VPDN；煤礦；安全；視頻；監(jiān)控；

一、背景介紹

安全生產(chǎn)事關(guān)人民群眾生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全，是全面建設(shè)小康社會(huì)宏偉目標(biāo)的重要內(nèi)容，是實(shí)踐"三個(gè)代表"重要思想的具體體現(xiàn)。煤礦瓦斯事故是煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)生頻率高，危害程度大的主要事故源。做好礦井安全管理工作，解決煤礦的瓦斯隱患是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)狀況根本好轉(zhuǎn)的關(guān)鍵一環(huán)。這也是國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局當(dāng)前部署的重要工作之一，是國(guó)家實(shí)現(xiàn)以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的戰(zhàn)略目標(biāo)的需要?！懊旱V安全監(jiān)控系統(tǒng)”是統(tǒng)一提升煤礦安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)管理部門和煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)察部門對(duì)煤礦安全生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控的重要技術(shù)手段。實(shí)施統(tǒng)一的“煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)” 對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的長(zhǎng)治久安具有重要的意義。

各煤礦地理位置偏僻，地形復(fù)雜，采用有線網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資大，網(wǎng)絡(luò)布線困難，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本高。采用微波，數(shù)傳電臺(tái)等載波方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率低，傳輸距離有限，用戶需自己建立網(wǎng)絡(luò)，投資較大，需要投入人力物力進(jìn)行維護(hù)。采用電信運(yùn)營(yíng)商數(shù)字蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為傳輸網(wǎng)絡(luò)是非常合適的。經(jīng)過細(xì)致的勘查，深入分析，嚴(yán)格測(cè)試，由于快速的通信速度，可靠的通信質(zhì)量，選擇了CDMA無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)作為“煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)”數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

二、CDMA網(wǎng)絡(luò)介紹

CDMA 是碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access)，它是在數(shù)字技術(shù)上的分支—擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種新的無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

CDMA網(wǎng)絡(luò)具備如下特點(diǎn)：

1、安全保密性高。一方面與傳統(tǒng)有線傳輸方式相比較，無線傳輸僅僅指的是從用戶端到CDMA基站，而從基站到用戶數(shù)據(jù)中心都是通過有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。另一方面，由于CDMA所采用的無線通信技術(shù)也決定了較其他無線通信方式具有更大的安全保障。

2．資費(fèi)便宜，計(jì)費(fèi)合理。CDMA應(yīng)用套餐方式，由于沒有大數(shù)據(jù)量的傳輸，所以沒有必要采用資費(fèi)很高的專線（DDN等）。而CDMA可以根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量進(jìn)行計(jì)費(fèi)。在CDMA網(wǎng)中，沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)是不被計(jì)費(fèi)的。所以網(wǎng)點(diǎn)不需要頻繁建立連接，當(dāng)然也不必支付傳輸空閑時(shí)的專線費(fèi)用，而客戶再也不用不耐煩地等待電話撥號(hào)登錄的過程。

3．設(shè)備投資低。傳統(tǒng)的DDN等專線，需要購買專線Modem，撥號(hào)方式則需要購買Modem Pool ，普通Modem，ISDN Modem等設(shè)備。而采用CDMA無線方式只需要購買無線數(shù)傳即可，投資要小得多。

4．新增和改變網(wǎng)點(diǎn)方便。如果采用了CDMA方式，用戶可隨意改變自己的營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，而無須擔(dān)心線路的維護(hù)或在移動(dòng)時(shí)導(dǎo)致的通訊中斷。新增點(diǎn)時(shí)也無需進(jìn)行布線，埋線等牽涉多方的工作。

5．線路穩(wěn)定，永不掉線。CDMA采用的分組技術(shù)，所以能夠較好地支持頻繁的或少量突發(fā)型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

6．網(wǎng)絡(luò)接入速度快。CDMA登錄網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間時(shí)很短暫，相對(duì)撥號(hào)方式的1、2分鐘，它只需要5-6秒，而且一旦連接，則時(shí)刻在線，因此可以提供與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。

7．傳輸速率高。提供高達(dá)153.6Kbps的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以開展無線INTERNET，無線多媒體，無線電子商務(wù)，視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)。

8．網(wǎng)絡(luò)覆蓋好。由于CDMA使用是800M的頻段，它的覆蓋廣度和深度都很不錯(cuò)，**聯(lián)通從2001年開始建設(shè)CDMA網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過三年共三期的建設(shè)，到2003年，CDMA網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘窟_(dá)到5000萬戶以上，網(wǎng)絡(luò)覆蓋包括西藏在內(nèi)的全國(guó)31個(gè)省、自治區(qū)、直轄市的300個(gè)以上地級(jí)市，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)覆蓋到鄉(xiāng)，中等發(fā)達(dá)地區(qū)覆蓋到縣。與此同時(shí)CDMA提供覆蓋全國(guó)大部分地域范圍的可漫游、移動(dòng)無線數(shù)據(jù)服務(wù)。

三、系統(tǒng)構(gòu)成

（圖）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)要求井下采集到的各種數(shù)據(jù)能安全、及時(shí)有效的傳輸匯總到地面監(jiān)控中心，通過CDMA無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至無線網(wǎng)絡(luò)中心LAS 設(shè)備，再通過專線傳輸?shù)降胤矫禾勘O(jiān)控中心及上級(jí)安全監(jiān)察部門。為確保網(wǎng)絡(luò)安全，在現(xiàn)有物理網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立基于L2TP 協(xié)議的VPN 邏輯虛擬專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)煤礦與地方煤炭監(jiān)控中心的安全通信。地面監(jiān)控中心通過分配的專用賬號(hào)以撥號(hào)方式撥入CDMA網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)證服務(wù)器(AAA) 和煤炭安全監(jiān)察局認(rèn)證服務(wù)器(Radius)共同完成無線撥入煤礦用戶的認(rèn)證和鑒定。煤礦用戶通過認(rèn)證和鑒定后在煤礦和煤炭安全監(jiān)察局之間建立VPDN專用通訊通道。通過VPDN網(wǎng)絡(luò)專用通信通道，煤炭監(jiān)控中心及上級(jí)安全監(jiān)察部門可實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)。無線網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由三大部分組成：地面監(jiān)控中心，無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，煤炭監(jiān)控管理中心系統(tǒng)。 

1、地面監(jiān)控中心：由監(jiān)控主機(jī)，傳輸接口，不間斷電源，CDMA無線路由器，彩色打印機(jī)，監(jiān)控軟件，分站，風(fēng)速傳感器，溫度傳感器，一氧化碳傳感器，設(shè)備開停傳感器，煙霧傳感器，瓦斯傳感器，遠(yuǎn)動(dòng)開關(guān)等組成。 

2、無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)：目前國(guó)內(nèi)的無線公網(wǎng)，如CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。 

3、煤炭監(jiān)控管理中心系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及用戶控制操作界面等。

四、總結(jié)

利用CDMA 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)服務(wù)，借助北京東方訊公司無線路由器，系統(tǒng)投資小，組網(wǎng)方便靈活，傳輸速度快，易維護(hù)；能夠順利完成煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控信息傳輸，將對(duì)煤礦事前管理，降低瓦斯的危害程度，避免違規(guī)開采，違章作業(yè)，減少煤礦事故的發(fā)生起到積極的作用。