煤礦安全監控系統

摘    要：本文提出了一種基于CDMA 的煤礦安全監控系統設計原理和實(shí)現方案，簡(jiǎn)要介紹了CDMA 技術(shù)的基本知識，描述了CDMA 無(wú)線(xiàn)傳輸應用于煤礦數據傳輸的實(shí)現方法。通過(guò)實(shí)際應用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：CDMA；VPDN；煤礦；安全；視頻；監控；

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(huì )宏偉目標的重要內容，是實(shí)踐"三個(gè)代表"重要思想的具體體現。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)現煤礦安全生產(chǎn)狀況根本好轉的關(guān)鍵一環(huán)。這也是國家煤礦安全監察局當前部署的重要工作之一，是國家實(shí)現以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的戰略目標的需要。“煤礦安全監控系統”是統一提升煤礦安全生產(chǎn)，實(shí)現煤炭行業(yè)管理部門(mén)和煤礦安全生產(chǎn)監察部門(mén)對煤礦安全生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監測和監控的重要技術(shù)手段。實(shí)施統一的“煤礦安全監控系統” 對煤礦安全生產(chǎn)的長(cháng)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊網(wǎng)絡(luò )建設投資大，網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)困難，網(wǎng)絡(luò )維護成本高。采用微波，數傳電臺等載波方式進(jìn)行數據傳輸，網(wǎng)絡(luò )的覆蓋率低，傳輸距離有限，用戶(hù)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。采用電信運營(yíng)商數字蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )作為傳輸網(wǎng)絡(luò )是非常合適的。經(jīng)過(guò)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(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )作為“煤礦安全監控系統”數據傳輸網(wǎng)絡(luò )。

二、CDMA網(wǎng)絡(luò )介紹

CDMA 是碼分多址的英文縮寫(xiě)(Code Division Multiple Access)，它是在數字技術(shù)上的分支—擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種新的無(wú)線(xiàn)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據，用一個(gè)帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進(jìn)行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調制并發(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據的窄帶信號即解擴，以實(shí)現數據傳輸。

CDMA網(wǎng)絡(luò )具備如下特點(diǎn)：

1、安全保密性高。一方面與傳統有線(xiàn)傳輸方式相比較，無(wú)線(xiàn)傳輸僅僅指的是從用戶(hù)端到CDMA基站，而從基站到用戶(hù)數據中心都是通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。另一方面，由于CDMA所采用的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)也決定了較其他無(wú)線(xiàn)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(méi)有大數據量的傳輸，所以沒(méi)有必要采用資費很高的專(zhuān)線(xiàn)（DDN等）。而CDMA可以根據通信的數據量進(jìn)行計費。在CDMA網(wǎng)中，沒(méi)有數據傳輸時(shí)是不被計費的。所以網(wǎng)點(diǎn)不需要頻繁建立連接，當然也不必支付傳輸空閑時(shí)的專(zhuān)線(xiàn)費用，而客戶(hù)再也不用不耐煩地等待電話(huà)撥號登錄的過(guò)程。

3．設備投資低。傳統的DDN等專(zhuān)線(xiàn)，需要購買(mǎi)專(zhuān)線(xiàn)Modem，撥號方式則需要購買(mǎi)Modem Pool ，普通Modem，ISDN Modem等設備。而采用CDMA無(wú)線(xiàn)方式只需要購買(mǎi)無(wú)線(xiàn)數傳即可，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(hù)可隨意改變自己的營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，而無(wú)須擔心線(xiàn)路的維護或在移動(dòng)時(shí)導致的通訊中斷。新增點(diǎn)時(shí)也無(wú)需進(jìn)行布線(xiàn)，埋線(xiàn)等牽涉多方的工作。

5．線(xiàn)路穩定，永不掉線(xiàn)。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)型的數據業(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，相對撥號方式的1、2分鐘，它只需要5-6秒，而且一旦連接，則時(shí)刻在線(xiàn)，因此可以提供與現有數據網(wǎng)的無(wú)縫連接。

7．傳輸速率高。提供高達153.6Kbps的分組數據業(yè)務(wù)，可以開(kāi)展無(wú)線(xiàn)INTERNET，無(wú)線(xiàn)多媒體，無(wú)線(xiàn)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，**聯(lián)通從2001年開(kāi)始建設CDMA網(wǎng)絡(luò )，經(jīng)過(guò)三年共三期的建設，到2003年，CDMA網(wǎng)絡(luò )總容量達到5000萬(wàn)戶(hù)以上，網(wǎng)絡(luò )覆蓋包括西藏在內的全國31個(gè)省、自治區、直轄市的300個(gè)以上地級市，經(jīng)濟發(fā)達地區覆蓋到鄉，中等發(fā)達地區覆蓋到縣。與此同時(shí)CDMA提供覆蓋全國大部分地域范圍的可漫游、移動(dòng)無(wú)線(xiàn)數據服務(wù)。

三、系統構成

（圖）煤礦安全監控系統示意圖

煤礦安全監控系統要求井下采集到的各種數據能安全、及時(shí)有效的傳輸匯總到地面監控中心，通過(guò)CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸至無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中心LAS 設備，再通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)傳輸到地方煤炭監控中心及上級安全監察部門(mén)。為確保網(wǎng)絡(luò )安全，在現有物理網(wǎng)絡(luò )的基礎上建立基于L2TP 協(xié)議的VPN 邏輯虛擬專(zhuān)網(wǎng)，實(shí)現煤礦與地方煤炭監控中心的安全通信。地面監控中心通過(guò)分配的專(zhuān)用賬號以撥號方式撥入CDMA網(wǎng)絡(luò )，認證服務(wù)器(AAA) 和煤炭安全監察局認證服務(wù)器(Radius)共同完成無(wú)線(xiàn)撥入煤礦用戶(hù)的認證和鑒定。煤礦用戶(hù)通過(guò)認證和鑒定后在煤礦和煤炭安全監察局之間建立VPDN專(zhuān)用通訊通道。通過(guò)VPDN網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)用通信通道，煤炭監控中心及上級安全監察部門(mén)可實(shí)時(shí)監控煤礦安全生產(chǎn)數據。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的煤礦安全監控系統主要由三大部分組成：地面監控中心，無(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )平臺，煤炭監控管理中心系統。 

1、地面監控中心：由監控主機，傳輸接口，不間斷電源，CDMA無(wú)線(xiàn)路由器，彩色打印機，監控軟件，分站，風(fēng)速傳感器，溫度傳感器，一氧化碳傳感器，設備開(kāi)停傳感器，煙霧傳感器，瓦斯傳感器，遠動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成。 

2、無(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )平臺：目前國內的無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)，如CDMA網(wǎng)絡(luò )平臺。 

3、煤炭監控管理中心系統：網(wǎng)絡(luò )通訊服務(wù)器，實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)器及用戶(hù)控制操作界面等。

四、總結

利用CDMA 網(wǎng)絡(luò )的數據服務(wù)，借助北京東方訊公司無(wú)線(xiàn)路由器，系統投資小，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)現場(chǎng)安全監控信息傳輸，將對煤礦事前管理，降低瓦斯的危害程度，避免違規開(kāi)采，違章作業(yè)，減少煤礦事故的發(fā)生起到積極的作用。