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基于無線網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)
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。做好煤礦安全生產(chǎn)管理工作，解決煤礦瓦斯隱患是實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)狀況根本好轉(zhuǎn)的關(guān)鍵一環(huán)，是國家煤礦安全監(jiān)察局當(dāng)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(chǎn)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(fù)雜，采用有線網(wǎng)建設(shè)投資大，網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)靈活快捷、較快傳輸速度特性，可以作為無線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)簡介
目前，基于GPRS/CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)廣泛在移動辦公、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程遙測等多方面應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)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(wù))作為第二代移動通信技術(shù)GSM向第三代移動通信(3G)的過渡技術(shù)，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(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于GSM的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動分組的IP或者X.25連接。
GPRS是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加的一個新的網(wǎng)絡(luò)，同時在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上增加一些硬件設(shè)備，并對原軟件升級，形成了一個新的網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過GPRS可以在移動狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)E-mail、進(jìn)行Internet瀏覽、即時聊天等。
GPRS系統(tǒng)使用現(xiàn)有的GSM無線網(wǎng)絡(luò)。GPRS和GSM共用相同的基站和頻譜資源，只是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加了一些硬件設(shè)備和軟件升級。因此，實現(xiàn)GSM升級至GPRS非常容易，且中國移動借助原GSM網(wǎng)絡(luò)，所以GPRS覆蓋非常廣。目前中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國所有省、直轄市、自治區(qū)，網(wǎng)絡(luò)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(shù)字技術(shù)上的分支—擴(kuò)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(kuò)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(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)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(kuò)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個階段。IS95是CDMAONE系列標(biāo)準(zhǔn)中最先發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個CDMA標(biāo)準(zhǔn)是IS95A，這一標(biāo)準(zhǔn)支持8K編碼話音服務(wù)。在ITU向各國征求第三代移動通信無線候選技術(shù)時，IS95由于剛?cè)〉蒙逃贸晒Γ绹鳷R45標(biāo)準(zhǔn)委員會沒有將很多精力放在第三代標(biāo)準(zhǔn)的研究上，而是正在努力完成IS95B的標(biāo)準(zhǔn)。
在ITU的要求下，在當(dāng)年提出了CDMA2000的第三代標(biāo)準(zhǔn)，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(kuò)譜和三載波兩種方式，后來直接擴(kuò)譜CDMA2000部分與WCDMA進(jìn)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(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)部份引入分組交換，支持移動IP業(yè)務(wù)。是在現(xiàn)有CDMA IS95系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為CDMA用戶提供分組IP形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
CDMA基于擴(kuò)頻技術(shù)，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(shè)備上直接升級。目前，中國聯(lián)通通過二期工程建設(shè)，對CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和提升，網(wǎng)絡(luò)從IS95升級為CDMA1X網(wǎng)絡(luò)；同時建成覆蓋全國31個省(自治區(qū)、直轄市)的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)。
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(shù)據(jù)匯總到地面監(jiān)控中心，通過GPRS/CDMA 1X 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至無線網(wǎng)絡(luò)中心LAS設(shè)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(luò)安全，在現(xiàn)有物理網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)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VPN賬號以撥號方式撥入GPRS/CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)證服務(wù)器(AAA)和煤炭安全監(jiān)察局認(rèn)證服務(wù)器(Radius)共同完成無線撥入煤礦用戶的認(rèn)證和鑒權(quán)。煤礦用戶通過認(rèn)證和鑒權(quán)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(wǎng)絡(luò)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(chǎn)數(shù)據(jù)。
煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸圖
煤炭監(jiān)控中心及其他辦公計算機(jī)可通過局域辦公網(wǎng)絡(luò)，各上級安全監(jiān)察部門可通過廣域辦公網(wǎng)絡(luò)訪問煤地方煤炭監(jiān)控中心的信息發(fā)布系統(tǒng)，進(jìn)行煤礦安全生產(chǎn)的信息查詢、統(tǒng)計和分析。
² 系統(tǒng)組成部分
無線網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(jī)、傳輸接口、不間斷電源、無線路由器、彩色打印機(jī)、監(jiān)控軟件、分站、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、設(shè)備開停傳感器、煙霧傳感器、瓦斯傳感器、遠(yuǎn)動開關(guān)等組成。
無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺：目前國內(nèi)的無線公網(wǎng)，如GPRS、CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)平臺。
煤炭監(jiān)控管理中心系統(tǒng)： 網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器、實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及用戶控制操作界面等。
煤礦安全監(jiān)控站點拓樸結(jié)構(gòu)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(wǎng)方便靈活、傳輸速度快、易維護(hù)。
² 總結(jié)
利用GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)服務(wù)，借助上海正偉技術(shù)有限公司的CDMA/GPRS通訊產(chǎn)品，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、杜絕違規(guī)開采、違章作業(yè)、違反勞動紀(jì)律的現(xiàn)象、減少煤礦事故的發(fā)生起到積極的作
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