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)設計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了CDMA 技術(shù)的基本知識，描述了CDMA 無線傳輸應用于煤礦數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法。通過實際應用，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)人民群眾生命和國家財產(chǎn)安全，是全面建設小康社會宏偉目標的重要內(nèi)容，是實踐"三個代表"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)。這也是國家煤礦安全監(jiān)察局當前部署的重要工作之一，是國家實現(xiàn)以信息化帶動工業(yè)化的戰(zhàn)略目標的需要?！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)察部門對煤礦安全生產(chǎn)狀況的實時監(jiān)測和監(jiān)控的重要技術(shù)手段。實施統(tǒng)一的“煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)” 對煤礦安全生產(chǎn)的長治久安具有重要的意義。

各煤礦地理位置偏僻，地形復雜，采用有線網(wǎng)絡通訊網(wǎng)絡建設投資大，網(wǎng)絡布線困難，網(wǎng)絡維護成本高。采用微波，數(shù)傳電臺等載波方式進行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡的覆蓋率低，傳輸距離有限，用戶需自己建立網(wǎng)絡，投資較大，需要投入人力物力進行維護。采用電信運營商數(shù)字蜂窩移動網(wǎng)絡作為傳輸網(wǎng)絡是非常合適的。經(jīng)過細致的勘查，深入分析，嚴格測試，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)絡作為“煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)”數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。

二、CDMA網(wǎng)絡介紹

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)的原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，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碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

CDMA網(wǎng)絡具備如下特點：

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)絡進行傳輸。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．資費便宜，計費合理。CDMA應用套餐方式，由于沒有大數(shù)據(jù)量的傳輸，所以沒有必要采用資費很高的專線（DDN等）。而CDMA可以根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量進行計費。在CDMA網(wǎng)中，沒有數(shù)據(jù)傳輸時是不被計費的。所以網(wǎng)點不需要頻繁建立連接，當然也不必支付傳輸空閑時的專線費用，而客戶再也不用不耐煩地等待電話撥號登錄的過程。

3．設備投資低。傳統(tǒng)的DDN等專線，需要購買專線Modem，撥號方式則需要購買Modem Pool ，普通Modem，ISDN Modem等設備。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)點方便。如果采用了CDMA方式，用戶可隨意改變自己的營業(yè)網(wǎng)點，而無須擔心線路的維護或在移動時導致的通訊中斷。新增點時也無需進行布線，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。

6．網(wǎng)絡接入速度快。CDMA登錄網(wǎng)絡的時間時很短暫，相對撥號方式的1、2分鐘，它只需要5-6秒，而且一旦連接，則時刻在線，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153.6Kbps的分組數(shù)據(jù)業(yè)務，可以開展無線INTERNET，無線多媒體，無線電子商務，視頻點播等業(yè)務。

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

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、及時有效的傳輸匯總到地面監(jiān)控中心，通過CDMA無線網(wǎng)絡傳輸至無線網(wǎng)絡中心LAS 設備，再通過專線傳輸?shù)降胤矫禾勘O(jiān)控中心及上級安全監(jiān)察部門。為確保網(wǎng)絡安全，在現(xiàn)有物理網(wǎng)絡的基礎上建立基于L2TP 協(xié)議的VPN 邏輯虛擬專網(wǎng)，實現(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以撥號方式撥入CDMA網(wǎng)絡，認證服務器(AAA) 和煤炭安全監(jiān)察局認證服務器(Radius)共同完成無線撥入煤礦用戶的認證和鑒定。煤礦用戶通過認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)絡專用通信通道，煤炭監(jiān)控中心及上級安全監(jiān)察部門可實時監(jiān)控煤礦安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)。無線網(wǎng)絡的煤礦安全監(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)絡平臺，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，傳輸接口，不間斷電源，CDMA無線路由器，彩色打印機，監(jiān)控軟件，分站，風速傳感器，溫度傳感器，一氧化碳傳感器，設備開停傳感器，煙霧傳感器，瓦斯傳感器，遠動開關(guān)等組成。 

2、無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡平臺：目前國內(nèi)的無線公網(wǎng)，如CDMA網(wǎng)絡平臺。 

3、煤炭監(jiān)控管理中心系統(tǒng)：網(wǎng)絡通訊服務器，實時數(shù)據(jù)庫服務器及用戶控制操作界面等。

四、總結(jié)

利用CDMA 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)服務，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；能夠順利完成煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場安全監(jiān)控信息傳輸，將對煤礦事前管理，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。