基于B/S模式的燃氣管網安全隱患監控系統的研究

余舒揚

摘要：為應對日益凸顯的各類燃氣管網安全隱患，確保燃氣管網安全運行，本文結合重慶市燃氣管網的現狀，設計了燃氣管網安全隱患監控系統，實現了管網中燃氣泄漏自動檢測與速報。該系統采用三層B/S體系結構；管理人員可監測管網的運行狀態，查詢歷史數據，及時掌握安全隱患；全天24小時監測，一旦發生事故，迅速通過短信報警，并提供準確的地點和事故狀態?，F場測試與使用表明，該系統減輕了巡線工勞動強度，縮短了應急響應的時間，提高工作效率。

關鍵詞：B/S模式；燃氣管網；自動檢測；短信報警

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）01-0210-03

A Study of Gas Network Hidden danger Monitoring System Based on B/S Mode

YU Shu-yang1，2

（1.Chongqing Gas Design & Research Institute Co.， Ltd. ，Chongqing 400020， China；2.Southwest University School of computer and Information Science， Chongqing 400715， China）

Abstract： This paper designs a gas network hidden danger monitoring system to achieve the automatic detection and rapid determination of gas network leakage combined with current situation of gas network in Chongqing in order to cope with the increasingly prominent security risks of various types of gas network and ensure the safe operation of it. This system uses three-tier architecture of the B/S mode. The manager can monitor the running state of the pipe network， query the history data and grasp the hidden danger in time. It achieves the full monitoring of 24 hours. Once the accident occurs， it can alarm quickly through short message and provide accurate location and accident status. Spot test and field operation indicate that the labor intensity of line patrol person is greatly reduced， the time of emergency response is shortened and the work efficiency is improved.

Keywords： B/S mode； gas network； automatic detection； short-message alarm

1 概述

燃氣管網燃氣泄漏時有發生，由此引起的火災和爆炸事故頻發，造成重大傷亡和經濟損失，如何加強對燃氣管網的安全管理，及時發現并準確定位管網重大隱患，采取有效應急措施消除燃氣管網的安全隱患，防止燃氣事故的發生，是當前燃氣管網安全運行管理的首要問題，也是人們關注的社會問題。

燃氣管道一旦發生事故，不僅會帶來生活不便和經濟損失，嚴重時還會引起火災、爆炸等重大惡性事件[1]，并造成重大的人員傷亡。早期，人們大多采用人工巡視或者各種基于光學、聲學、化學等原理的儀器設備對管壁和管道周圍環境進行監測以實現泄漏檢測[2]。此種基于硬件的方法檢測速度慢，檢查時間有限，受到環境等因素的影響較大，容易出現漏檢等情況。隨著計算機技術的發展和SCADA（ Supervisory Control and Data Acquisition）系統在管線上的應用，泄漏檢測技術已成為SCADA系統的一個重要組成部分[3]。此種基于軟件方法是實時采集管道壓力、流量及設備信息等參數，并通過各種算法進行分析處理，進行泄漏檢測和定位[4]。但是此種方法檢測誤報警率較高、且無法估計泄露點的位置。

近年來，基于信號處理的方法發展起來，該方法主要包括壓力點分析法、壓力梯度法、負壓波法和統計分析法[5]。當出現故障時，它可以自動調整權值和閥值，以提高檢測率，減少誤報率和漏報率[6]。本文結合重慶市燃氣管網的現狀，設計了燃氣管網安全隱患監控系統，實現燃氣管網燃氣泄漏自動檢測與速報。

2 B/S架構及GPRS技術分析

本節對燃氣管網監控系統所涉及的B/S模式與GPRS技術進行分析。

2.1 B/S模式分析

B/S模式（Browser/Server，瀏覽器/服務器模式）統一了客戶端，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了系統的開發、維護和使用。在客戶機上只需要安裝一個瀏覽器，服務器安裝SQL Server、Oracle等數據庫。瀏覽器通過服務器同數據庫進行數據交互。這樣就大大優化了客戶電腦載荷，減少了系統維護與升級的費用和工作量，從而降低了用戶的總成本。同時，B/S模式能更有效地保護數據平臺和管理訪問權限，構建更加安全的服務器數據庫。B/S模式優點如下：

1）硬件環境：B/S 建立在廣域網之上的，不必是專門的網絡硬件環境，有比C/S更強的適應范圍，一般只要有操作系統和瀏覽器就行。

2）系統維護：方便系統組件的更換，實現了系統的無縫升級，使系統維護開銷減到最小。

3）B/S 建立在瀏覽器基礎上，大大降低了開發難度和開發成本。

基于Web的三層體系結構如圖1所示：

圖1 B/S模式的三層架構

基于Web的三層應用體系結構使應用系統的性能、擴展性、安全性都有明顯提高，也使系統維護和管理更加便捷。

2.2 GPRS技術

GPRS （General Packet Radio Service，通用分組無線業務技術） 是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務，是一種基于包的無線通訊服務，支持計算機用戶和移動用戶的持續連接[6]。GPRS是基于GSM （Global System for Mobile，全球移動通信系統），能完成現有的一些服務，例如：蜂窩電話電路交換（circuit-switched）連接和短消息服務。因此，GPRS擁有相當可觀的優勢。

1）資源利用率很高。在GSM網絡中，GPRS采用了分組交換的傳輸模式，從根本上改變了原有的電路交換模式的GSM傳輸數據方式，對于無線資源稀缺的現實情況而言顯得非常重要，從而也很大程度上提高了資源的利用率。

2）傳輸速率較高。GPRS傳輸速率可高達115kbit/s，GPRS用戶能通過便攜式電腦和ISDN用戶一樣快速地上網瀏覽，同時使一些對傳輸速率高敏感的移動設備數據傳輸成為可能。

3）接入時間短。分組交換接入時間縮短為不超過1秒，從而提供快速即時連接，大幅度提高事務（如信用卡核對、遠程監控等）的效率，并提供更加便捷、流暢的Internet應用。

4）支持X.25協議和IP協議。GPRS支持最廣泛的IP協議和X.25協議上Internet應用。由于GSM網絡覆蓋面廣，使GPRS用戶在全球范圍內都能便捷的連接網絡進行數據交換。

3 燃氣管網安全隱患監控系統設計

燃氣管網泄漏監控系統由遠程監控終端、監控管理子系統、監控信息子系統組成。遠程監控終端由負責數據采集的現場采集器與負責數據無線傳輸GPRS組成。監控管理子系統由系統運行操作終端與系統管理員終端、Web/DB服務器及其報警裝置組成。監控信息子系統由Web/DB服務器及其信息數據庫組成。

3.1 燃氣管網安全隱患監控系統總體設計

整個系統架構由三層組成，即表示層、業務邏輯支撐層和數據庫層組成。表示層主要指用戶界面，要求盡可能簡單，使最終用戶不需要進行深入培訓就能方便地訪問信息，客戶端采用B/S模式，客戶可以通過瀏覽器來訪問系統；第二層為業務邏輯支撐層，也就是常說的應用程序，所有的應用系統、業務邏輯、控制都集中在該層；最后的數據庫服務器存儲大量的數據信息和數據邏輯，所有與數據有關的安全、完整性控制等都在第三層完成。

為保證系統的兼容性，系統采用B/AS/DS三層結構建設，技術模型結構圖如圖2所示。

圖2 技術模型結構

由遠程監控終端、監控管理子系統、監控信息子系統組成的燃氣管網泄漏監控系統的系統總體結構如圖3所示：

圖3 燃氣管網泄漏監控系統總體結構圖

3.2 遠程監控終端

遠程監測終端主要由負責傳送數據的無線GPRS和負責數據采集的現場采集器構成?，F場采集器由數據采集設備、通訊設備以及電源、加熱器、避雷器等組成。這是一個綜合采集和傳輸功能的數據采集柜，具有滿足環境要求的IP等級（防水防塵等級）， 并具有信號濾波和過負荷保護功能， 可以有效降低現場惡劣環境對系統的影響。

1）現場采集器的主要完成的功能為：數據采集功能及顯示，將現場采集的數據以各種連接方式傳輸到采集終端上， 如輸入輸出壓力值、氣體濃度、溫度、運行狀態等。

2）現場采集器獲得的實時數據傳輸至RTU，再由RTU通過無線GPRS 方式及時上傳到數據庫和Web/DB服務器[7]。

通過遠程監控終端的設計，最終實現監測終端實現全自動化， 無需現場值守，只要保證電源供應就能正常運行。若出現斷電，當重新恢復供電時能自動啟動， 并自行進入正常運行狀態。

3.2 監控管理子系統

監控管理子系統由系統管理員終端、系統運行操作終端、Web/DB服務器及其報警裝置組成。系統管理員終端、系統運行操作終端、Web/DB服務器以及Internet網絡組成的上位管理系統整體采用B/S結構。監控管理子系統接收并處理現場采集器通過GPRS發送的數據信息，生成數據庫文件，然后通過Internet網絡傳送到各個瀏覽器終端上以直觀的桌面方式呈現給用戶。當出現報警情況，實時監測系統彈出對話框報警信息，通過短信發送短消息報警和報警提醒有關人員及時處理。監控管理子系統由數字化監控系統組成， 其主要功能模塊如圖4所示。

監控管理子系統的所有功能模塊主要完成以下三大功能：

1）監測數據在線檢索：對現場監測的各類歷史數據能夠隨時查詢，這些數據能一次全部查詢顯示， 也能添加條件篩選，分項查詢顯示。

2）數據分析：各監測點的監測數據，定時取樣分析，收集資料檔案。

3）報警功能： 當監控分析到有安全隱患出現時， 及時預報警或報警。并將報警內容、報警地點及報警時間等將自動保存到監控信息子系統的數據庫中。

圖4 監控管理子系統功能模塊

3.3 監控信息子系統

監控信息子系統由Web/DB服務器和信息數據庫組成。主要是選擇數據庫管理系統軟件及其數據庫訪問技術，尤其是確定數據庫訪問技術。在操作數據庫前必須建立Web/DB服務器與數據庫連接，從而對數據庫進行訪問，調用數據庫中的數據，進行相應的操作和處理。信息數據庫是燃氣管網監控系統的重要部分，主要負責存儲管點數據、管線數據、基礎地理數據、事故記錄數據、監控數據和用戶信息等，它的性能會影響到整個系統的性能。數據庫處于系統中數據流的中間層，如圖5所示：

圖5 數據庫在數據流的中間層

4 安全隱患監控系統的實現

4.1 現場采集器、報警器及傳輸通訊系統選用

本系統對現場數據采集器、報警器和數據傳輸通訊系統的總體要求是：采用ARM 32位處理器、基于GPRS網絡的數據高速通訊產品、實時操作系統。在性能上更穩定、可靠， 并增加了備用服務器連接和遠程配置及遠程重啟功能。與監測點儀表或者 PLC 等設備串口設備通訊無障礙。低功耗自供電 GPRS DTU通訊終端和相應防水等級GPRS DTU數傳終端。

選用基于32 位單片機的數據采集傳輸設備，支持采集工業現場的變送器輸出各種數字量，模擬量；可以輸出控制信號，繼電器輸出；支持RS232 和 RS485 通訊，GPRS-DTU將串口數據和IP數據相互轉化，并通過無線通信網絡發送的終端設備； ModBus-RTU通訊協議，支持便捷的與與上位機通訊，實現數據和工業組態的監控。

4.2 現場監測點及短信區域布點

根據要求，系統應達到能夠實時采集用戶計量及配氣站的10分鐘用氣數據、歷史日用氣數據、氣表工作狀態等信息，準確抄收用戶所需數據資料。及時采集用氣數據，用氣監測終端內嵌GPRS無線通信模塊，基于通信運營商網絡和互聯網將輸氣線路各節點監測數據實時傳輸至燃氣公司監測主站數據庫服務器中。

現場監測點為本區域燃氣公司所屬重要配氣站、CNG加氣站、用氣量大的酒店等6個地點。

系統短信設置支持人員劃分，可根據不同設備的具體管理人員設置相應的手機號碼，及時將設備狀態短信發送到規定的責任人手機上，便于收信人員自我區域的界定。當發生異常情況時，系統會自動將發生地，設備名稱、狀態、時間等信息發送到責任人手機上。

4.3 系統的開發環境及工具

系統采用的軟件配置如下：操作系統Windows XP； 數據庫SQL Server 2008；開發工具Microsoft Visio Studio .net 2008。保證了系統的性能與可維護水平高，

系統采用的硬件配置如下：CPU：Intel Pentium1GB或其他更高檔微處理器。內存：512MB，更多的內存能加快軟件運行速度。硬盤：300GB以上。保證了系統高效、穩定的運行。

5 總結

本文結合重慶市區燃氣管網的運行現狀，采用三層B/S體系結構，設計與實現了燃氣管網安全隱患監控系統。該系統由遠程監控終端、監控管理子系統、監控信息子系統組成。實現了燃氣管網24小時全天監測，一旦發生事故，迅速通過短信方式報警，并提供準確的地點和事故狀態，以便工程人員及時排出故障與險情。同時，管理人員可以及時查詢系統中存儲的歷史數據和當前燃氣管網的運行狀態，及時發現安全隱患的潛在因素?，F場測試與使用表明，該系統一定程度上減輕了人工巡查耗時，降低勞動強度，提高工作效率。下一步將在此基礎上，進一步完善此系統的功能，在更大范圍推廣使用。

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