基於無線網絡的煤礦安全監控係統

    煤礦瓦斯事故是煤礦安全生產中發生頻率高、危(wei)害(hai)程(cheng)度(du)大(da)的(de)主(zhu)要(yao)事(shi)故(gu)源(yuan)。做(zuo)好(hao)煤(mei)礦(kuang)安(an)全(quan)生(sheng)產(chan)管(guan)理(li)工(gong)作(zuo)，解(jie)決(jue)煤(mei)礦(kuang)瓦(wa)斯(si)隱(yin)患(huan)是(shi)實(shi)現(xian)煤(mei)礦(kuang)安(an)全(quan)生(sheng)產(chan)狀(zhuang)況(kuang)根(gen)本(ben)好(hao)轉(zhuan)的(de)關(guan)鍵(jian)一(yi)環(huan)
，是(shi)國(guo)家(jia)煤(mei)礦(kuang)安(an)全(quan)監(jian)察(cha)局(ju)當(dang)前(qian)部(bu)署(shu)的(de)重(zhong)點(dian)工(gong)作(zuo)之(zhi)一(yi)。實(shi)施(shi)統(tong)一(yi)的(de)“煤炭安全監控係統”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
，地形複雜，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控係統很好的解決方案。

 ² GPRS和CDMA 1X無線網絡簡介

　　目前
，基於GPRS/CDMA無線數據傳輸業務廣泛在移動辦公、工業控製、遠程遙測等多方麵應用
，網絡運營商中國移動GPRS和聯通CDMA各有其特點。

　　GPRS(General Packet Radio Service，通用無線分組業務)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)規範實現的內容之一，是一種基於GSM的移動分組數據業務，麵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，並對原軟件升級，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可以在移動狀態下使用各種高速數據業務，包括收發E-mail
、進行Internet瀏覽、即時聊天等。

　　GPRS係統使用現有的GSM無線網絡。GPRS和GSM共用相同的基站和頻譜資源
，隻是在現有的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，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―擴頻通信技術上發展起來的一種新的無線通信技術。CDMA技ji術shu的de原yuan理li是shi基ji於yu擴kuo頻pin技ji術shu，即ji將jiang需xu傳chuan送song的de具ju有you一yi定ding信xin號hao帶dai寬kuan信xin息xi數shu據ju，用yong一yi個ge帶dai寬kuan遠yuan大da於yu信xin號hao帶dai寬kuan的de高gao速su偽wei隨sui機ji碼ma進jin行xing調tiao製zhi
，使shi原yuan數shu據ju信xin號hao的de帶dai寬kuan被bei擴kuo展zhan，再zai經jing載zai波bo調tiao製zhi並bing發fa送song出chu去qu。接jie收shou端duan使shi用yong完wan全quan相xiang同tong的de偽wei隨sui機ji碼ma，與yu接jie收shou的de帶dai寬kuan信xin號hao作zuo相xiang關guan處chu理li
，把ba寬kuan帶dai信xin號hao換huan成cheng原yuan信xin息xi數shu據ju的de窄zhai帶dai信xin號hao即ji解jie擴kuo
，以yi實shi現xian數shu據ju傳chuan輸shu。

　　CDMA技術的標準化經曆了幾個階段。IS95是CDMAONE係列標準中最先發布的標準，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由於剛取得商用成功

，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代表其載波一倍於IS95A的帶寬，3X代表其載波三倍於IS95A的帶寬)，3X又分為下行直接擴譜和三載波兩種方式，後來直接擴譜CDMA2000部分與WCDMA進行了融合
，所以實際上目前的CDMA2000就隻包括CDMA2000 1X和三載波方式3X。

CDMA 1X是指CDMA 2000的第一階段(速率高於IS95，低於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業務。是在現有CDMA IS95係統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為CDMA用戶提供分組IP形式的數據業務。

　　CDMA基於擴頻技術，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
，中國聯通通過二期工程建設，對CDMA網絡進行了網絡優化和提升，網絡從IS95升級為CDMA1X網絡
；同時建成覆蓋全國31個省(自治區、直轄市)的無線數據網。

 ² 煤礦安全監控係統介紹

       煤礦將從井下采集各種安全數據彙總到地麵監控中心，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控中心及上級安全監察部門。為確保網絡安全，在現有物理網絡的基礎上建立基於L2TP協議的VPN邏輯虛擬專網，實現煤礦與地方煤炭監控中心的安全通信。地麵監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後在煤礦和煤炭安全監察局之間建立VPN專用通訊通道。通過VPN網絡建立的虛擬專用通信通道，煤炭監控中心及上級安全監察部門可實時監控煤礦安全生產數據。

煤礦安全監控係統網絡拓樸圖

     煤mei炭tan監jian控kong中zhong心xin及ji其qi他ta辦ban公gong計ji算suan機ji可ke通tong過guo局ju域yu辦ban公gong網wang絡luo，各ge上shang級ji安an全quan監jian察cha部bu門men可ke通tong過guo廣guang域yu辦ban公gong網wang絡luo訪fang問wen煤mei地di方fang煤mei炭tan監jian控kong中zhong心xin的de信xin息xi發fa布bu係xi統tong，進jin行xing煤mei礦kuang安an全quan生sheng產chan的de信xin息xi查zha詢xun、統計和分析。

 ² 係統組成部分

  無線網絡的煤礦安全監控係統主要由三大部分組成：地麵監控中心、無線數據傳輸網絡平台、煤炭監控管理中心係統。

  地麵監控中心：由監控主機、傳輸接口
、不間斷電源、無線路由器、彩色打印機
、監控軟件、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台：目前國內的無線公網
，如GPRS、CDMA 1X網絡平台。

   煤炭監控管理中心係統： 網絡通訊服務器、實時數據庫服務器及用戶控製操作界麵等。

煤礦安全監控站點拓樸結構圖

煤礦安全監控係統方框圖

 ² 係統優勢

    係統投資小

、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、杜絕違規開采

、違章作業、違反勞動紀律的現象、減少煤礦事故的發生起到積極的作