基于B/S模式的燃气管网安全隐患监控系统的研究

余舒扬

摘要：为应对日益凸显的各类燃气管网安全隐患，确保燃气管网安全运行，本文结合重庆市燃气管网的现状，设计了燃气管网安全隐患监控系统，实现了管网中燃气泄漏自动检测与速报。该系统采用三层B/S体系结构；管理人员可监测管网的运行状态，查询历史数据，及时掌握安全隐患；全天24小时监测，一旦发生事故，迅速通过短信报警，并提供准确的地点和事故状态。现场测试与使用表明，该系统减轻了巡线工劳动强度，缩短了应急响应的时间，提高工作效率。

关键词：B/S模式；燃气管网；自动检测；短信报警

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

燃气管网燃气泄漏时有发生，由此引起的火灾和爆炸事故频发，造成重大伤亡和经济损失，如何加强对燃气管网的安全管理，及时发现并准确定位管网重大隐患，采取有效应急措施消除燃气管网的安全隐患，防止燃气事故的发生，是当前燃气管网安全运行管理的首要问题，也是人们关注的社会问题。

燃气管道一旦发生事故，不仅会带来生活不便和经济损失，严重时还会引起火灾、爆炸等重大恶性事件[1]，并造成重大的人员伤亡。早期，人们大多采用人工巡视或者各种基于光学、声学、化学等原理的仪器设备对管壁和管道周围环境进行监测以实现泄漏检测[2]。此种基于硬件的方法检测速度慢，检查时间有限，受到环境等因素的影响较大，容易出现漏检等情况。随着计算机技术的发展和SCADA（ Supervisory Control and Data Acquisition）系统在管线上的应用，泄漏检测技术已成为SCADA系统的一个重要组成部分[3]。此种基于软件方法是实时采集管道压力、流量及设备信息等参数，并通过各种算法进行分析处理，进行泄漏检测和定位[4]。但是此种方法检测误报警率较高、且无法估计泄露点的位置。

近年来，基于信号处理的方法发展起来，该方法主要包括压力点分析法、压力梯度法、负压波法和统计分析法[5]。当出现故障时，它可以自动调整权值和阀值，以提高检测率，减少误报率和漏报率[6]。本文结合重庆市燃气管网的现状，设计了燃气管网安全隐患监控系统，实现燃气管网燃气泄漏自动检测与速报。

2 B/S架构及GPRS技术分析

本节对燃气管网监控系统所涉及的B/S模式与GPRS技术进行分析。

2.1 B/S模式分析

B/S模式（Browser/Server，浏览器/服务器模式）统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。在客户机上只需要安装一个浏览器，服务器安装SQL Server、Oracle等数据库。浏览器通过服务器同数据库进行数据交互。这样就大大优化了客户电脑载荷，减少了系统维护与升级的费用和工作量，从而降低了用户的总成本。同时，B/S模式能更有效地保护数据平台和管理访问权限，构建更加安全的服务器数据库。B/S模式优点如下：

1）硬件环境：B/S 建立在广域网之上的，不必是专门的网络硬件环境，有比C/S更强的适应范围，一般只要有操作系统和浏览器就行。

2）系统维护：方便系统组件的更换，实现了系统的无缝升级，使系统维护开销减到最小。

3）B/S 建立在浏览器基础上，大大降低了开发难度和开发成本。

基于Web的三层体系结构如图1所示：

图1 B/S模式的三层架构

基于Web的三层应用体系结构使应用系统的性能、扩展性、安全性都有明显提高，也使系统维护和管理更加便捷。

2.2 GPRS技术

GPRS （General Packet Radio Service，通用分组无线业务技术） 是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，是一种基于包的无线通讯服务，支持计算机用户和移动用户的持续连接[6]。GPRS是基于GSM （Global System for Mobile，全球移动通信系统），能完成现有的一些服务，例如：蜂窝电话电路交换（circuit-switched）连接和短消息服务。因此，GPRS拥有相当可观的优势。

1）资源利用率很高。在GSM网络中，GPRS采用了分组交换的传输模式，从根本上改变了原有的电路交换模式的GSM传输数据方式，对于无线资源稀缺的现实情况而言显得非常重要，从而也很大程度上提高了资源的利用率。

2）传输速率较高。GPRS传输速率可高达115kbit/s，GPRS用户能通过便携式电脑和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时使一些对传输速率高敏感的移动设备数据传输成为可能。

3）接入时间短。分组交换接入时间缩短为不超过1秒，从而提供快速即时连接，大幅度提高事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并提供更加便捷、流畅的Internet应用。

4）支持X.25协议和IP协议。GPRS支持最广泛的IP协议和X.25协议上Internet应用。由于GSM网络覆盖面广，使GPRS用户在全球范围内都能便捷的连接网络进行数据交换。

3 燃气管网安全隐患监控系统设计

燃气管网泄漏监控系统由远程监控终端、监控管理子系统、监控信息子系统组成。远程监控终端由负责数据采集的现场采集器与负责数据无线传输GPRS组成。监控管理子系统由系统运行操作终端与系统管理员终端、Web/DB服务器及其报警装置组成。监控信息子系统由Web/DB服务器及其信息数据库组成。

3.1 燃气管网安全隐患监控系统总体设计

整个系统架构由三层组成，即表示层、业务逻辑支撑层和数据库层组成。表示层主要指用户界面，要求尽可能简单，使最终用户不需要进行深入培训就能方便地访问信息，客户端采用B/S模式，客户可以通过浏览器来访问系统；第二层为业务逻辑支撑层，也就是常说的应用程序，所有的应用系统、业务逻辑、控制都集中在该层；最后的数据库服务器存储大量的数据信息和数据逻辑，所有与数据有关的安全、完整性控制等都在第三层完成。

为保证系统的兼容性，系统采用B/AS/DS三层结构建设，技术模型结构图如图2所示。

图2 技术模型结构

由远程监控终端、监控管理子系统、监控信息子系统组成的燃气管网泄漏监控系统的系统总体结构如图3所示：

图3 燃气管网泄漏监控系统总体结构图

3.2 远程监控终端

远程监测终端主要由负责传送数据的无线GPRS和负责数据采集的现场采集器构成。现场采集器由数据采集设备、通讯设备以及电源、加热器、避雷器等组成。这是一个综合采集和传输功能的数据采集柜，具有满足环境要求的IP等级（防水防尘等级）， 并具有信号滤波和过负荷保护功能， 可以有效降低现场恶劣环境对系统的影响。

1）现场采集器的主要完成的功能为：数据采集功能及显示，将现场采集的数据以各种连接方式传输到采集终端上， 如输入输出压力值、气体浓度、温度、运行状态等。

2）现场采集器获得的实时数据传输至RTU，再由RTU通过无线GPRS 方式及时上传到数据库和Web/DB服务器[7]。

通过远程监控终端的设计，最终实现监测终端实现全自动化， 无需现场值守，只要保证电源供应就能正常运行。若出现断电，当重新恢复供电时能自动启动， 并自行进入正常运行状态。

3.2 监控管理子系统

监控管理子系统由系统管理员终端、系统运行操作终端、Web/DB服务器及其报警装置组成。系统管理员终端、系统运行操作终端、Web/DB服务器以及Internet网络组成的上位管理系统整体采用B/S结构。监控管理子系统接收并处理现场采集器通过GPRS发送的数据信息，生成数据库文件，然后通过Internet网络传送到各个浏览器终端上以直观的桌面方式呈现给用户。当出现报警情况，实时监测系统弹出对话框报警信息，通过短信发送短消息报警和报警提醒有关人员及时处理。监控管理子系统由数字化监控系统组成， 其主要功能模块如图4所示。

监控管理子系统的所有功能模块主要完成以下三大功能：

1）监测数据在线检索：对现场监测的各类历史数据能够随时查询，这些数据能一次全部查询显示， 也能添加条件筛选，分项查询显示。

2）数据分析：各监测点的监测数据，定时取样分析，收集资料档案。

3）报警功能： 当监控分析到有安全隐患出现时， 及时预报警或报警。并将报警内容、报警地点及报警时间等将自动保存到监控信息子系统的数据库中。

图4 监控管理子系统功能模块

3.3 监控信息子系统

监控信息子系统由Web/DB服务器和信息数据库组成。主要是选择数据库管理系统软件及其数据库访问技术，尤其是确定数据库访问技术。在操作数据库前必须建立Web/DB服务器与数据库连接，从而对数据库进行访问，调用数据库中的数据，进行相应的操作和处理。信息数据库是燃气管网监控系统的重要部分，主要负责存储管点数据、管线数据、基础地理数据、事故记录数据、监控数据和用户信息等，它的性能会影响到整个系统的性能。数据库处于系统中数据流的中间层，如图5所示：

图5 数据库在数据流的中间层

4 安全隐患监控系统的实现

4.1 现场采集器、报警器及传输通讯系统选用

本系统对现场数据采集器、报警器和数据传输通讯系统的总体要求是：采用ARM 32位处理器、基于GPRS网络的数据高速通讯产品、实时操作系统。在性能上更稳定、可靠， 并增加了备用服务器连接和远程配置及远程重启功能。与监测点仪表或者 PLC 等设备串口设备通讯无障碍。低功耗自供电 GPRS DTU通讯终端和相应防水等级GPRS DTU数传终端。

选用基于32 位单片机的数据采集传输设备，支持采集工业现场的变送器输出各种数字量，模拟量；可以输出控制信号，继电器输出；支持RS232 和 RS485 通讯，GPRS-DTU将串口数据和IP数据相互转化，并通过无线通信网络发送的终端设备； ModBus-RTU通讯协议，支持便捷的与与上位机通讯，实现数据和工业组态的监控。

4.2 现场监测点及短信区域布点

根据要求，系统应达到能够实时采集用户计量及配气站的10分钟用气数据、历史日用气数据、气表工作状态等信息，准确抄收用户所需数据资料。及时采集用气数据，用气监测终端内嵌GPRS无线通信模块，基于通信运营商网络和互联网将输气线路各节点监测数据实时传输至燃气公司监测主站数据库服务器中。

现场监测点为本区域燃气公司所属重要配气站、CNG加气站、用气量大的酒店等6个地点。

系统短信设置支持人员划分，可根据不同设备的具体管理人员设置相应的手机号码，及时将设备状态短信发送到规定的责任人手机上，便于收信人员自我区域的界定。当发生异常情况时，系统会自动将发生地，设备名称、状态、时间等信息发送到责任人手机上。

4.3 系统的开发环境及工具

系统采用的软件配置如下：操作系统Windows XP； 数据库SQL Server 2008；开发工具Microsoft Visio Studio .net 2008。保证了系统的性能与可维护水平高，

系统采用的硬件配置如下：CPU：Intel Pentium1GB或其他更高档微处理器。内存：512MB，更多的内存能加快软件运行速度。硬盘：300GB以上。保证了系统高效、稳定的运行。

5 总结

本文结合重庆市区燃气管网的运行现状，采用三层B/S体系结构，设计与实现了燃气管网安全隐患监控系统。该系统由远程监控终端、监控管理子系统、监控信息子系统组成。实现了燃气管网24小时全天监测，一旦发生事故，迅速通过短信方式报警，并提供准确的地点和事故状态，以便工程人员及时排出故障与险情。同时，管理人员可以及时查询系统中存储的历史数据和当前燃气管网的运行状态，及时发现安全隐患的潜在因素。现场测试与使用表明，该系统一定程度上减轻了人工巡查耗时，降低劳动强度，提高工作效率。下一步将在此基础上，进一步完善此系统的功能，在更大范围推广使用。

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