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基于無(wú)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(shí)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(guó)家煤礦安全監(jiān)察局當(dāng)前部署的重點(diǎn)工作之一。實(shí)施統(tǒng)一的“煤炭安全監(jiān)控系統(tǒng)”對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的長(zhǎng)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(wú)線具有布網(wǎng)靈活快捷、較快傳輸速度特性，可以作為無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介
目前，基于GPRS/CDMA無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)廣泛在移動(dòng)辦公、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程遙測(cè)等多方面應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)GPRS和聯(lián)通CDMA各有其特點(diǎn)。
GPRS(General Packet Radio Service，通用無(wú)線分組業(yè)務(wù))作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)GSM向第三代移動(dòng)通信(3G)的過(guò)渡技術(shù)，是由英國(guó)BT Cellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+ (1997年)規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動(dòng)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(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上增加一些硬件設(shè)備，并對(duì)原軟件升級(jí)，形成了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體。GPRS能給用戶提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。通俗地講，GPRS是一項(xiàng)無(wú)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(guò)GPRS可以在移動(dòng)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(shí)聊天等。
GPRS系統(tǒng)使用現(xiàn)有的GSM無(wú)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(jí)。因此，實(shí)現(xiàn)GSM升級(jí)至GPRS非常容易，且中國(guó)移動(dòng)借助原GSM網(wǎng)絡(luò)，所以GPRS覆蓋非常廣。目前中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國(guó)所有省、直轄市、自治區(qū)，網(wǎng)絡(luò)遍及240多個(gè)城市。
CDMA是碼分多址的英文縮寫(xiě)(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(lái)的一種新的無(wú)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(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個(gè)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(gè)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(guó)征求第三代移動(dòng)通信無(wú)線候選技術(shù)時(shí)，IS95由于剛?cè)〉蒙逃贸晒�，美�?guó)TR45標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)沒(méi)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(lái)直接擴(kuò)譜CDMA2000部分與WCDMA進(jìn)行了融合，所以實(shí)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(dòng)IP業(yè)務(wù)。是在現(xiàn)有CDMA IS95系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)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(jí)。目前，中國(guó)聯(lián)通通過(guò)二期工程建設(shè)，對(duì)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(jí)為CDMA1X網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)建成覆蓋全國(guó)31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)的無(wú)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(guò)GPRS/CDMA 1X 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中心LAS設(shè)備，再通過(guò)專線傳輸?shù)降胤矫禾勘O(jiān)控中心及上級(jí)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(shí)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(guò)分配的專用VPN賬號(hào)以撥號(hào)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(wú)線撥入煤礦用戶的認(rèn)證和鑒權(quán)。煤礦用戶通過(guò)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(guò)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(jí)安全監(jiān)察部門可實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)可通過(guò)局域辦公網(wǎng)絡(luò)，各上級(jí)安全監(jiān)察部門可通過(guò)廣域辦公網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)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(jì)和分析。
² 系統(tǒng)組成部分
無(wú)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、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(wú)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(kāi)停傳感器、煙霧傳感器、瓦斯傳感器、遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成。
無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)：目前國(guó)內(nèi)的無(wú)線公網(wǎng)，如GPRS、CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。
煤炭監(jiān)控管理中心系統(tǒng)： 網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及用戶控制操作界面等。
煤礦安全監(jiān)控站點(diǎn)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(shì)
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(chǎng)安全監(jiān)控信息傳輸、將對(duì)煤礦事前管理、降低瓦斯的危害程度、杜絕違規(guī)開(kāi)采、違章作業(yè)、違反勞動(dòng)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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