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現方案，簡要介紹了CDMA 技術的基本知識，描述了CDMA 無線傳輸應用于煤礦數據傳輸的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果。

關鍵詞：CDMA；VPDN；煤礦；安全；視頻；監控；

一、背景介紹

安全生產事關人民群眾生命和國家財產安全，是全面建設小康社會宏偉目標的重要內容，是實踐"三個代表"重要思想的具體體現。煤礦瓦斯事故是煤礦安全生產中發生頻率高，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煤礦安全生產當前部署的重要工作之一，是國家實現以信息化帶動工業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，實現煤炭行業管理部門和煤礦安全生產門對煤礦安全生產狀況的實時監測和監控的重要技術手段。實施統一的“煤礦安全監控系統” 對煤礦安全生產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，采用有線網絡通訊網絡建設投資大，網絡布線困難，網絡維護成本高。采用微波，數傳電臺等載波方式進行數據傳輸，網絡的覆蓋率低，傳輸距離有限，用戶需自己建立網絡，投資較大，需要投入人力物力進行維護。采用電信運營商數字蜂窩移動網絡作為傳輸網絡是非常合適的。經過細致的勘查，深入分析，嚴格測試，由于快速的通信速度，可靠的通信質量，選擇了CDMA無線數據通信網絡作為“煤礦安全監控系統”數據傳輸網絡。

二、CDMA網絡介紹

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網絡具備如下特點：

1、安全保密性高。一方面與傳統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，而從基站到用戶數據中心都是通過有線網絡進行傳輸。另一方面，由于CDMA所采用的無線通信技術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，由于沒有大數據量的傳輸，所以沒有必要采用資費很高的專線（DDN等）。而CDMA可以根據通信的數據量進行計費。在CDMA網中，沒有數據傳輸時是不被計費的。所以網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傳即可，投資要小得多。

4．新增和改變網點方便。如果采用了CDMA方式，用戶可隨意改變自己的營業網點，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．線路穩定，掉線。CDMA采用的分組技術，所以能夠較好地支持頻繁的或少量突發型的數據業務。

6．網絡接入速度快。CDMA登錄網絡的時間時很短暫，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，因此可以提供與現有數據網的無縫連接。

7．傳輸速率高。提供高達153.6Kbps的分組數據業務，可以開展無線INTERNET，無線多媒體，無線電子商務，視頻點播等業務。

8．網絡覆蓋好。由于CDMA使用是800M的頻段，它的覆蓋廣度和深度都很不錯，**聯通從2001年開始建設CDMA網絡，經過三年共三期的建設，到2003年，CDMA網絡總容量達到5000萬戶以上，網絡覆蓋包括西藏在內的全國31個省、自治區、直轄市的300個以上地級市，經濟發達地區覆蓋到鄉，中等發達地區覆蓋到縣。與此同時CDMA提供覆蓋全國大部分地域范圍的可漫游、移動無線數據服務。

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、及時有效的傳輸匯總到地面監控中心，通過CDMA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。地面監控中心通過分配的專用賬號以撥號方式撥入CDMA網絡，認證服務器(AAA) 和認證服務器(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之間建立VPDN專用通訊通道。通過VPDN網絡專用通信通道，煤炭監控中心及上級安全門可實時監控煤礦安全生產數據。無線網絡的煤礦安全監控系統主要由三大部分組成：地面監控中心，無線數據傳輸網絡平臺，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。

2、無線數據傳輸網絡平臺：目前國內的無線公網，如CDMA網絡平臺。

3、煤炭監控管理中心系統：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。

四、總結

利用CDMA 網絡的數據服務，借助北京東方訊公司無線路由器，系統投資小，組網方便靈活，傳輸速度快，易維護；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，避免違規開采，違章作業，減少煤礦事故的發生起到積極的作用。