煤矿安全监控系统

摘    要：本文提出了一种基于CDMA 的煤矿安全监控系统设计原理和实现方案，简要介绍了CDMA 技术的基本知识，描述了CDMA 无线传输应用于煤矿数据传输的实现方法。通过实际应用，获得了理想的效果。

关键词：CDMA；VPDN；煤矿；安全；视频；监控；

一、背景介绍

安全生产事关人民群众生命和国家财产安全，是全面建设小康社会宏伟目标的重要内容，是实践"三个代表"重要思想的具体体现。煤矿瓦斯事故是煤矿安全生产中发生频率高，危害程度大的主要事故源。做好矿井安全管理工作，解决煤矿的瓦斯隐患是实现煤矿安全生产状况根本好转的关键一环。这也是国家煤矿安全监察局当前部署的重要工作之一，是国家实现以信息化带动工业化的战略目标的需要。“煤矿安全监控系统”是统一提升煤矿安全生产，实现煤炭行业管理部门和煤矿安全生产监察部门对煤矿安全生产状况的实时监测和监控的重要技术手段。实施统一的“煤矿安全监控系统” 对煤矿安全生产的长治久安具有重要的意义。

各煤矿地理位置偏僻，地形复杂，采用有线网络通讯网络建设投资大，网络布线困难，网络维护成本高。采用微波，数传电台等载波方式进行数据传输，网络的覆盖率低，传输距离有限，用户需自己建立网络，投资较大，需要投入人力物力进行维护。采用电信运营商数字蜂窝移动网络作为传输网络是非常合适的。经过细致的勘查，深入分析，严格测试，由于快速的通信速度，可靠的通信质量，选择了CDMA无线数据通信网络作为“煤矿安全监控系统”数据传输网络。

二、CDMA网络介绍

CDMA 是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术上的分支—扩频通信技术上发展起来的一种新的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现数据传输。

CDMA网络具备如下特点：

1、安全保密性高。一方面与传统有线传输方式相比较，无线传输仅仅指的是从用户端到CDMA基站，而从基站到用户数据中心都是通过有线网络进行传输。另一方面，由于CDMA所采用的无线通信技术也决定了较其他无线通信方式具有更大的安全保障。

2．资费便宜，计费合理。CDMA应用套餐方式，由于没有大数据量的传输，所以没有必要采用资费很高的专线（DDN等）。而CDMA可以根据通信的数据量进行计费。在CDMA网中，没有数据传输时是不被计费的。所以网点不需要频繁建立连接，当然也不必支付传输空闲时的专线费用，而客户再也不用不耐烦地等待电话拨号登录的过程。

3．设备投资低。传统的DDN等专线，需要购买专线Modem，拨号方式则需要购买Modem Pool ，普通Modem，ISDN Modem等设备。而采用CDMA无线方式只需要购买无线数传即可，投资要小得多。

4．新增和改变网点方便。如果采用了CDMA方式，用户可随意改变自己的营业网点，而无须担心线路的维护或在移动时导致的通讯中断。新增点时也无需进行布线，埋线等牵涉多方的工作。

5．线路稳定，永不掉线。CDMA采用的分组技术，所以能够较好地支持频繁的或少量突发型的数据业务。

6．网络接入速度快。CDMA登录网络的时间时很短暂，相对拨号方式的1、2分钟，它只需要5-6秒，而且一旦连接，则时刻在线，因此可以提供与现有数据网的无缝连接。

7．传输速率高。提供高达153.6Kbps的分组数据业务，可以开展无线INTERNET，无线多媒体，无线电子商务，视频点播等业务。

8．网络覆盖好。由于CDMA使用是800M的频段，它的覆盖广度和深度都很不错，**联通从2001年开始建设CDMA网络，经过三年共三期的建设，到2003年，CDMA网络总容量达到5000万户以上，网络覆盖包括西藏在内的全国31个省、自治区、直辖市的300个以上地级市，经济发达地区覆盖到乡，中等发达地区覆盖到县。与此同时CDMA提供覆盖全国大部分地域范围的可漫游、移动无线数据服务。

三、系统构成

（图）煤矿安全监控系统示意图

煤矿安全监控系统要求井下采集到的各种数据能安全、及时有效的传输汇总到地面监控中心，通过CDMA无线网络传输至无线网络中心LAS 设备，再通过专线传输到地方煤炭监控中心及上级安全监察部门。为确保网络安全，在现有物理网络的基础上建立基于L2TP 协议的VPN 逻辑虚拟专网，实现煤矿与地方煤炭监控中心的安全通信。地面监控中心通过分配的专用账号以拨号方式拨入CDMA网络，认证服务器(AAA) 和煤炭安全监察局认证服务器(Radius)共同完成无线拨入煤矿用户的认证和鉴定。煤矿用户通过认证和鉴定后在煤矿和煤炭安全监察局之间建立VPDN专用通讯通道。通过VPDN网络专用通信通道，煤炭监控中心及上级安全监察部门可实时监控煤矿安全生产数据。无线网络的煤矿安全监控系统主要由三大部分组成：地面监控中心，无线数据传输网络平台，煤炭监控管理中心系统。 

1、地面监控中心：由监控主机，传输接口，不间断电源，CDMA无线路由器，彩色打印机，监控软件，分站，风速传感器，温度传感器，一氧化碳传感器，设备开停传感器，烟雾传感器，瓦斯传感器，远动开关等组成。 

2、无线数据传输网络平台：目前国内的无线公网，如CDMA网络平台。 

3、煤炭监控管理中心系统：网络通讯服务器，实时数据库服务器及用户控制操作界面等。

四、总结

利用CDMA 网络的数据服务，借助北京东方讯公司无线路由器，系统投资小，组网方便灵活，传输速度快，易维护；能够顺利完成煤矿生产现场安全监控信息传输，将对煤矿事前管理，降低瓦斯的危害程度，避免违规开采，违章作业，减少煤矿事故的发生起到积极的作用。