一、項目背景
在我國煤炭行業(yè)，瓦斯事故是當前煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害。大多數(shù)煤礦企業(yè)都已經(jīng)或正在進行瓦斯等安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，但由于現(xiàn)有系統(tǒng)的局限性，無法使安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門及時掌握礦井的瓦斯情況，企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)及主要安全責任人無法第一時間獲得瓦斯超限報警信息。
煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的是什么？是在地下幾百里甚至幾千里的瓦斯深度是否超標，是否有明火、自燃等安全隱患。但要讓礦井監(jiān)控室的人了解這些指標，甚至讓上一級的集團公司對此了如指掌，就有難度了，傳輸問題首當其沖，信息傳輸半徑即使只短了一米，也會造成無法挽回的災(zāi)難。比如將瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測頭監(jiān)測到的數(shù)據(jù)從井下傳到井上，再從井上傳遞到監(jiān)控站進行監(jiān)控和分析，最后將處理意見傳回井下。由于煤礦是野外作業(yè)，點多、分散、距離長，施工現(xiàn)場與公司之間的信息交流長期以來沒有好的解決方案，很多地方甚至連電話線都沒有，更談不上采用光纖接入等方式。怎么解決？
二、GPRS方案的優(yōu)勢
煤礦瓦斯監(jiān)測無線SMS報警系統(tǒng)，充分利用當前先進的通信網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)，與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)緊密結(jié)合，實時采集數(shù)據(jù)，全方位識別，全天候處理，通過SMS短信將瓦斯實時信息發(fā)送到各級相關(guān)責任人手中，為有效防范煤礦瓦斯事故提供輔助手段，達到群防群治的目的。煤礦瓦斯監(jiān)測無線SMS報警系統(tǒng)，通過標準的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)了不同的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能；通過移動通信的GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸。同時，通過短信（SMS）方式將報警信息發(fā)送到相關(guān)人員的手機上。
由于井下幾百里是沒有信號的，必須通過光纜將井下信息和井上信息互通，同時用數(shù)字信號代替以前的模擬信號，增強信息的準確性，免受干擾。當監(jiān)控裝置檢測到瓦斯?jié)舛取L速超過限定值或主扇開、停或運行負荷變化較大時，GPRS數(shù)據(jù)通信模塊將井上信息傳遞到監(jiān)控站，同時，通過短信（SMS）方式將報警信息發(fā)送到相關(guān)人員的手機上。集團公司和各礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)均能及時掌握瓦斯超限情況，及時指揮協(xié)調(diào)安全生產(chǎn)工作。
基于無線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)平臺，為不具備有線傳輸條件的企業(yè)，特別是地域跨度較大的煤炭企業(yè)，提供了成本低、見效快、高效率的數(shù)據(jù)傳輸平臺，為煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)提供強有力的監(jiān)測手段。
三、解決方案介紹
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、煤礦信息采集點：采用上海詹佛斯 DTU GPRS透明無線數(shù)據(jù)傳輸終端，通過RS232/RS485/TTL與煤礦設(shè)備采集點連接，接入移動公司為煤礦中心站提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對煤礦信息采集點的接入地點、時間、數(shù)量沒有限制可以隨時增減。可以滿足山區(qū)、偏遠地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
2、煤礦中心站：本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP， GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址來主動訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時，它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個應(yīng)答式的通訊流程，當煤礦信息采集點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

（二）產(chǎn)品特性
煤礦信息采集傳輸系統(tǒng)采用GFSPC03-G GPRS DTU。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)品支持各種行業(yè)應(yīng)用，如實現(xiàn)信用卡實時認證、POS機的遠程控制維護、遠程業(yè)務(wù)點接入等。在煤礦信息采集傳輸系統(tǒng)方案中，GFSPC03-G GPRS DTU可通過外置或嵌入方式與煤礦信息采集點設(shè)備連接。
1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、TTL。
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng)。
5、透明數(shù)據(jù)傳輸：GFSPC03-G-DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明傳輸通道； 6、自動撥號連接：GFSPC03-G-DTU可配置上電自動撥號上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò)，同時支持用戶端發(fā)起命令連接或遠程喚醒連接；
7、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡(luò)無法連接時可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道；
8、短信息遠程維護功能；
9、實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)連接情況，掉線自動重撥功能；
10、提供主副IP及動態(tài)域名解析；
11、心跳報告時間間隔用戶可設(shè)定；
12、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設(shè)定；
13、支持VPN安全功能。
14、安裝靈活、使用方便、可靠。
（三）系統(tǒng)功能
1、系統(tǒng)具備具備的功能有：監(jiān)測瓦斯、風速、負壓、溫度、一氧化碳、饋電及風門開關(guān)等環(huán)境參數(shù)，還可以監(jiān)測煤倉煤位、水倉的水位及主要機電設(shè)備開停等生產(chǎn)參數(shù)；監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數(shù)；機電設(shè)備運行保護參數(shù)。
2、配接更大的面積上顯示更多的工藝流程模擬圖、監(jiān)測曲線、表格和文字， ① 系統(tǒng)生成及操作； ② 測點生成及操作； ③ 工藝流程模擬圖形顯示； ④ 各測點數(shù)據(jù)表格顯示； ⑤ 井上、井下各類模擬量參數(shù)的實時表格、拄狀圖、變化曲線顯示； ⑥ 井上、井下主要設(shè)備開停等開關(guān)量的實時值和開/停時間顯示； ⑦ 原煤產(chǎn)量等累計量的實時值和累計值顯示； ⑧ 各類報警除表格顯示外，還有聲訊信號； ⑨ 時鐘和日期顯示； ⑩ 系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備及軟件操作說明跟蹤顯示。
3、系統(tǒng)具有列表顯示功能。模擬圖及相關(guān)顯示內(nèi)容包括地點、名稱、單位、報警門限、斷電門限、監(jiān)測值、最大值、平均值、最小值、斷電命令、饋電狀態(tài)、超限報警、斷電邏輯不符報警、傳感器故障、封鎖與解鎖等。開關(guān)量顯示內(nèi)容包括地點、名稱、開/停時刻、狀態(tài)、工作時間、開停次數(shù)、傳感器狀態(tài)、閉鎖與解鎖等。累計量顯示內(nèi)容包括地點、名稱、單位、累計量值等。
4、 對各類報警信息進行處理，并實時進行存儲和報警。傳感器數(shù)值超限時聲光報警提示，并在監(jiān)控主機的相應(yīng)的條目以變換背景顏色和閃爍的方式提醒用戶發(fā)出報警信號的具體設(shè)備及安裝點。
（四）安全措施
本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離，可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論
采用有線方式，租用靜態(tài)IP目前費用比較高約800~1500元/月。采用GPRS無線方式，系統(tǒng)流量費用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費方式，按流量計算0.03元K，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，可滿足煤礦生產(chǎn)部門目前煤礦監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)量，估計日后其費用會逐步降低。對于煤礦生產(chǎn)部門來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當煤礦觀測站和煤礦信息監(jiān)控點搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護用戶原有投資，適合于煤礦監(jiān)控工作的特點。