基于無線網絡的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)

    煤礦瓦斯事故是煤礦安全生產中發(fā)生頻率高、危害程度大的主要事故源。做好煤礦安全生產管理工作，解決煤礦瓦斯隱患是實現煤礦安全生產狀況根本好轉的關鍵一環(huán)，是國家煤礦安全監(jiān)察局當前部署的重點工作之一。實施統(tǒng)一的“煤炭安全監(jiān)控系統(tǒng)”對煤礦安全生產的長治久安具有極其重要的意義。

      一般煤礦地理位置偏僻，地形復雜，采用有線網建設投資大，網絡布線困難，采用微波等方式覆蓋率低、傳輸距離有限。無線具有布網靈活快捷、較快傳輸速度特性，可以作為無線網絡的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)很好的解決方案。

 ² GPRS和CDMA 1X無線網絡簡介

　　目前，基于GPRS/CDMA無線數據傳輸業(yè)務廣泛在移動辦公、工業(yè)控制、遠程遙測等多方面應用，網絡運營商中國移動GPRS和聯(lián)通CDMA各有其特點。

　　GPRS(General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務)作為第二代移動通信技術GSM向第三代移動通信(3G)的過渡技術，是由英國BT Cellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+ (1997年)規(guī)范實現的內容之一，是一種基于GSM的移動分組數據業(yè)務，面向用戶提供移動分組的IP或者X.25連接。

　　GPRS是在現有的GSM網絡基礎上疊加的一個新的網絡，同時在網絡設備上增加一些硬件設備，并對原軟件升級，形成了一個新的網絡邏輯實體。GPRS能給用戶提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項無線高速數據傳輸技術，它以分組交換技術為基礎，用戶通過GPRS可以在移動狀態(tài)下使用各種高速數據業(yè)務，包括收發(fā)E-mail、進行Internet瀏覽、即時聊天等。

　　GPRS系統(tǒng)使用現有的GSM無線網絡。GPRS和GSM共用相同的基站和頻譜資源，只是在現有的GSM網絡基礎上增加了一些硬件設備和軟件升級。因此，實現GSM升級至GPRS非常容易，且中國移動借助原GSM網絡，所以GPRS覆蓋非常廣。目前中國移動GPRS網絡已覆蓋全國所有省、直轄市、自治區(qū)，網絡遍及240多個城市。

　　CDMA是碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access)，它是在數字技術上的分支—擴頻通信技術上發(fā)展起來的一種新的無線通信技術。CDMA技術的原理是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現數據傳輸。

　　CDMA技術的標準化經歷了幾個階段。IS95是CDMAONE系列標準中最先發(fā)布的標準，真正在全球得到廣泛應用的第一個CDMA標準是IS95A，這一標準支持8K編碼話音服務。在ITU向各國征求第三代移動通信無線候選技術時，IS95由于剛取得商用成功，美國TR45標準委員會沒有將很多精力放在第三代標準的研究上，而是正在努力完成IS95B的標準。

　　在ITU的要求下，在當年提出了CDMA2000的第三代標準，即CDMA2000 1X和3X(1X代表其載波一倍于IS95A的帶寬，3X代表其載波三倍于IS95A的帶寬)，3X又分為下行直接擴譜和三載波兩種方式，后來直接擴譜CDMA2000部分與WCDMA進行了融合，所以實際上目前的CDMA2000就只包括CDMA2000 1X和三載波方式3X。

CDMA 1X是指CDMA 2000的第一階段(速率高于IS95，低于2Mbit/s)，可支持308kbit/s的數據傳輸、網絡部份引入分組交換，支持移動IP業(yè)務。是在現有CDMA IS95系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為CDMA用戶提供分組IP形式的數據業(yè)務。

　　CDMA基于擴頻技術，占用的是全新的800M頻段（GSM占用的是900M頻段），所以不能在原GSM設備上直接升級。目前，中國聯(lián)通通過二期工程建設，對CDMA網絡進行了網絡優(yōu)化和提升，網絡從IS95升級為CDMA1X網絡；同時建成覆蓋全國31個省(自治區(qū)、直轄市)的無線數據網。

 ² 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)介紹

       煤礦將從井下采集各種安全數據匯總到地面監(jiān)控中心，通過GPRS/CDMA 1X 無線網絡傳輸至無線網絡中心LAS設備，再通過專線傳輸到地方煤炭監(jiān)控中心及上級安全監(jiān)察部門。為確保網絡安全，在現有物理網絡的基礎上建立基于L2TP協(xié)議的VPN邏輯虛擬專網，實現煤礦與地方煤炭監(jiān)控中心的安全通信。地面監(jiān)控中心通過分配的專用VPN賬號以撥號方式撥入GPRS/CDMA 1X網絡，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權。煤礦用戶通過認證和鑒權后在煤礦和煤炭安全監(jiān)察局之間建立VPN專用通訊通道。通過VPN網絡建立的虛擬專用通信通道，煤炭監(jiān)控中心及上級安全監(jiān)察部門可實時監(jiān)控煤礦安全生產數據。

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)網絡拓樸圖

     煤炭監(jiān)控中心及其他辦公計算機可通過局域辦公網絡，各上級安全監(jiān)察部門可通過廣域辦公網絡訪問煤地方煤炭監(jiān)控中心的信息發(fā)布系統(tǒng)，進行煤礦安全生產的信息查詢、統(tǒng)計和分析。

 ² 系統(tǒng)組成部分

  無線網絡的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由三大部分組成：地面監(jiān)控中心、無線數據傳輸網絡平臺、煤炭監(jiān)控管理中心系統(tǒng)。

  地面監(jiān)控中心：由監(jiān)控主機、傳輸接口、不間斷電源、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、遠動開關等組成。

  無線數據傳輸網絡平臺：目前國內的無線公網，如GPRS、CDMA 1X網絡平臺。

   煤炭監(jiān)控管理中心系統(tǒng)： 網絡通訊服務器、實時數據庫服務器及用戶控制操作界面等。

煤礦安全監(jiān)控站點拓樸結構圖

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)方框圖

 ² 系統(tǒng)優(yōu)勢

    系統(tǒng)投資小、組網方便靈活、傳輸速度快、易維護。

 ² 總結

　　利用GPRS/CDMA網絡的數據服務，借助上海正偉技術有限公司的CDMA/GPRS通訊產品，能夠順利完成煤礦生產現場安全監(jiān)控信息傳輸、將對煤礦事前管理、降低瓦斯的危害程度、杜絕違規(guī)開采、違章作業(yè)、違反勞動紀律的現象、減少煤礦事故的發(fā)生起到積極的作