視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)脑O(shè)計與實現(xiàn)

高志國,李巧鴿,高新鵬

(1.中原油田勘察設(shè)計研究院,河南濮陽 457001;2.中石化銷售華北分公司河南輸油管理處,鄭州 450015)

0 引 言

中原油田天然氣處理廠主要針對油田天然氣進(jìn)行深冷加工處理,天然氣處理量1.2×106m3/d。由于該廠廠區(qū)范圍大,生產(chǎn)車間多且分散,按照中石化安全生產(chǎn)的統(tǒng)一要求,在各關(guān)鍵生產(chǎn)點安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng),并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至生產(chǎn)調(diào)度室監(jiān)控中心。監(jiān)控系統(tǒng)包括本地和遠(yuǎn)程監(jiān)控兩部分。在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和現(xiàn)場監(jiān)控之間通過局域網(wǎng)絡(luò)連接。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心可以任意對各個現(xiàn)場實行監(jiān)控,既可以完成對現(xiàn)場視頻圖像數(shù)據(jù)的實時接收、解壓縮、播放、存儲以及控制該現(xiàn)場的攝像機(jī)切換,鏡頭、云臺動作,又可以接收處理現(xiàn)場的報警信息。

1 設(shè)計原理簡介

1.1 功能模塊介紹

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心監(jiān)控程序的設(shè)計主要涉及數(shù)據(jù)收發(fā)、分析處理及顯示等模塊。數(shù)據(jù)收發(fā)是控制臺程序的重要部分,如果沒有合理有效的收發(fā)模塊設(shè)計方案,將影響到其他模塊的正常運轉(zhuǎn)。為了提高監(jiān)控中心的運行效率,確保通信快速有效地進(jìn)行,將數(shù)據(jù)收發(fā)模塊做成了一個獨立的基于Win32的控制臺程序,采用了 Win32多線程編程技術(shù)和Socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)。

1.2 Socket編程技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)通信中最常用的協(xié)議是 TCP/IP協(xié)議簇。它已成為現(xiàn)代工廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Socket(套接字)最早是Unix系統(tǒng)中采用 TCP/IP協(xié)議簇而提供的網(wǎng)絡(luò)通信接口,隨著計算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展,Windows操作系統(tǒng)也采用了Socket,提供了 Window API供開發(fā)人員調(diào)用。Windows Socket(簡稱 WinSock)編程接口是 Windows環(huán)境下最廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)編程接口。

2 數(shù)據(jù)收發(fā)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計

視頻監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計如圖1所示。在服務(wù)器端分為2個功能模塊:通信模塊——數(shù)據(jù)收發(fā)程序;數(shù)據(jù)處理模塊——監(jiān)控中心控制臺。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心服務(wù)器運行兩個程序,數(shù)據(jù)收發(fā)程序和監(jiān)控中心控制臺。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)采集器程序的設(shè)計

數(shù)據(jù)收發(fā)程序主要有三個功能:與遠(yuǎn)程服務(wù)器端通信;與控制臺通信;操作數(shù)據(jù)庫。與控制臺數(shù)據(jù)通信主要是利用 Windows消息進(jìn)行的,利用ADO技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器對數(shù)據(jù)庫的操作;與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信采用Socket編程技術(shù)。如何有效地與遠(yuǎn)程服務(wù)器端進(jìn)行通信并將得到的數(shù)據(jù)有效地寫入數(shù)據(jù)庫,保證數(shù)據(jù)不丟失并傳送到控制臺是設(shè)計的核心和難點。

數(shù)據(jù)收發(fā)程序的線程設(shè)計如下:

a)主線程。初始化用于進(jìn)行同步的事件變量,臨界區(qū)變量,共享資源等,并建立一個偵聽套接字,負(fù)責(zé)為新的服務(wù)器連接請求開啟線程,建立傳輸套接字。當(dāng)主線程收到結(jié)束程序的信號時將為各個線程發(fā)出終止事件,等待各個線程的終止,并釋放資源。

b)遠(yuǎn)程控制線程。用來負(fù)責(zé)向遠(yuǎn)程服務(wù)器端發(fā)送控制命令。

c)遠(yuǎn)程監(jiān)視進(jìn)程。用來負(fù)責(zé)監(jiān)視所有遠(yuǎn)程服務(wù)器端的運行狀況以及網(wǎng)絡(luò)狀況,從而實現(xiàn)在控制中心實時顯示服務(wù)器端的運行狀態(tài)。

d)數(shù)據(jù)傳輸線程。該線程的數(shù)目與遠(yuǎn)程現(xiàn)場服務(wù)器端的數(shù)目相同,對應(yīng)進(jìn)行處理各個服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù),將接收到的視頻流信息和報警信息入庫,并將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

e)數(shù)據(jù)傳輸維護(hù)線程。將數(shù)據(jù)傳輸線程做一個鏈表,實時維護(hù)此鏈表中各個線程的有效性(負(fù)責(zé)記錄存在的線程,刪除終止的線程并釋放其資源,增加新建的線程)。該線程是為了解決數(shù)據(jù)傳輸線程復(fù)雜不易管理的問題,使得每一個線程都能夠正常運行。成功解決了實際應(yīng)用中曾經(jīng)存在的啟動多個線程的問題。具體執(zhí)行過程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)收發(fā)模塊流程

2.3 數(shù)據(jù)收發(fā)程序的實現(xiàn)

2.3.1 定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和重要的全局變量

首先定義了一個用于描述每一個服務(wù)器端信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ClientInfo和一個服務(wù)器鏈表ClientList,分別如下所示:

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ClientInfo不但記錄了服務(wù)器的基本信息(如服務(wù)器端 IP),還記錄了與該服務(wù)器端通信所對應(yīng)的套接字標(biāo)識sd和用于接收處理該服務(wù)器視頻流的線程標(biāo)識 ThreadID,目的是為了在程序運行過程中可以有效地控制系統(tǒng)的線程和套接字的開關(guān)情況。字段send_time和rec_time字段主要是用來察看遠(yuǎn)程服務(wù)器端運行狀態(tài)用的。當(dāng)rec_time或send_time與當(dāng)前時間超過一定間隔時需要重新向服務(wù)器端發(fā)送狀態(tài)請求數(shù)據(jù)包以檢測其運行狀態(tài)。ClientList是以ClientInfo為節(jié)點的鏈表結(jié)構(gòu)。g_ci_list是系統(tǒng)定義的一個ClientList的全局指針變量,用來指向保存與控制中心正常連接的遠(yuǎn)程現(xiàn)場服務(wù)器列表。

另外定義的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)NewClientInfor和一個全局變量g_nci用來保存新連接請求的服務(wù)器端的基本信息。定義如下:typedef struct_ NewClientInfor{

2.3.2 線程的啟動

創(chuàng)建一個新的線程是使用 WinAPI函數(shù)CreateThread。該函數(shù)的系統(tǒng)聲明如下:

每一個線程定義其實現(xiàn)函數(shù)之后,通過在主線程中調(diào)用Creat Thread函數(shù)即開啟了該線程。

2.3.3 網(wǎng)絡(luò)通信的實現(xiàn)

對遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)的發(fā)送接收采用的是TCP套接字。由于多個線程和現(xiàn)場服務(wù)器端通信時用到同一個套接字,為了有效地對套接字進(jìn)行使用,將其設(shè)定為非阻塞模式(Nonblocking),采用Select模型,利用 select函數(shù),判斷套接字上是否存在數(shù)據(jù),或者能否向一個套接字寫入數(shù)據(jù)。具體實現(xiàn)如下:

3 結(jié)束語

該方案利用多線程和套接字技術(shù)成功地解決了遠(yuǎn)程控制中心對多個現(xiàn)場監(jiān)視的數(shù)據(jù)收發(fā)任務(wù)。該方案也適合類似于服務(wù)器和多服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制的任何模型。線程間同步以及線程生存期內(nèi)的維護(hù)是多線程編程應(yīng)該注意的關(guān)鍵問題。由于多個線程同時需要對同一個套接字的使用,使用了非阻塞套接字模式和select模型,避免了在套接字處于非鎖定模式中時,產(chǎn)生WSAEWOULDBLOCK錯誤。

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