基于城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的Web方案設(shè)計

濮衛(wèi)興 車兆建 李全飛

（國電南瑞科技股份有限公司，210061，南京∥第一作者，高級工程師）

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺，集成和互連了牽引變電所自動化系統(tǒng)（PSCADA）、環(huán)境與設(shè)備控制系統(tǒng)（BAS）、屏蔽門系統(tǒng)（PSD）、防淹門（FG）、門禁系統(tǒng)（ACS）、火災(zāi)報警系統(tǒng)（FAS）、廣播系統(tǒng)（PA）、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）、信號系統(tǒng)（SIG）、時鐘系統(tǒng)（CLK）等多個子系統(tǒng)，約有幾十萬點的數(shù)據(jù)容量。但對于企業(yè)管理者來說，他們僅需要關(guān)注一些重要的數(shù)據(jù)而不是全部的設(shè)備狀態(tài)信息，同時他們對數(shù)據(jù)查看的需求具有特殊性和隨時性的特點，而不是局限在某個工作站上。在蘇州市軌道交通1號線ISCS的設(shè)計和實施過程中，針對用戶的這種需求，以現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案為基礎(chǔ)，在滿足日常運營和應(yīng)急指揮需求的前提下，提出了 Web系統(tǒng)的設(shè)計理念。采用 Web系統(tǒng)，能使企業(yè)管理者擺脫空間及操作員工作站數(shù)量的限制，能夠遠(yuǎn)程查看重要的軌道交通運營實時信息，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)調(diào)看全線所有攝像機的實時圖像，復(fù)示ISCS的重要信息。本文以蘇州軌道交通1號線工程為例，分析Web系統(tǒng)的設(shè)計方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計

基于ISCS的Web系統(tǒng)主要由實時數(shù)據(jù)獲取模塊、事件數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)發(fā)布模塊、用戶管理及權(quán)限控制模塊等組成。

1.1 硬件構(gòu)成

Web服務(wù)器是 Web系統(tǒng)的核心設(shè)備，是 Web瀏覽器客戶端與ISCS、CCTV系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的橋梁。在系統(tǒng)設(shè)計上，將Web服務(wù)器作為綜合監(jiān)控的客戶端，使用＃1、＃2網(wǎng)口分別連接ISCS網(wǎng)絡(luò)，雙網(wǎng)互為冗余，避免因單點故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。Web服務(wù)器＃3網(wǎng)口用于獲取CCTV網(wǎng)絡(luò)中的視頻組播數(shù)據(jù)。Web服務(wù)器＃4網(wǎng)口用于對外提供Web服務(wù)。該端口連接至軌道交通信息網(wǎng)絡(luò)上，通過軌道交通的信息網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)外部的數(shù)據(jù)訪問。圖1是Web系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

在Web服務(wù)器與軌道交通信息網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置防火墻，將運營層網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)管理層的網(wǎng)絡(luò)相隔離，當(dāng)Web系統(tǒng)在接受外界數(shù)據(jù)訪問的時候，可以減少對現(xiàn)有ISCS的影響，以保證現(xiàn)有ISCS的可靠性。

1.2 信息發(fā)布

圖1 Web系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

Web服務(wù)器通過ISCS中央級服務(wù)器獲取所需要的實時數(shù)據(jù)并存儲于Web服務(wù)器的實時數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)Web客戶端發(fā)出數(shù)據(jù)請求時發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)到客戶端顯示。Web服務(wù)器發(fā)布的實時信息主要包括ISCS工作狀態(tài)信息、PSCADA重要刀閘狀態(tài)信息及接觸網(wǎng)帶電信息、BAS主要風(fēng)機運行狀態(tài)（相應(yīng)的站廳、站臺溫度）信息及電／扶梯狀態(tài)信息、FAS相關(guān)模式信息、AFC客流分布信息等。

1.3 Web視頻發(fā)布

基于綜合監(jiān)控的Web系統(tǒng)可以通過Web客戶端實現(xiàn)CCTV的視頻發(fā)布。CCTV視頻發(fā)布主要根據(jù)以下原則進(jìn)行設(shè)計：對CCTV系統(tǒng)的影響最??；保證視頻安全，不被非法查看；用戶操作方便、易用、視頻流暢。Web服務(wù)系統(tǒng)提供與ISCS中集成CCTV相似的功能，可以在瀏覽器中查看全線各站的實時視頻。授權(quán)用戶通過攝像機平面布點圖選取相應(yīng)站點位置的攝像機，在瀏覽器中查看該攝像機的實時視頻圖像。

2 軟件功能設(shè)計

2.1 Web系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺

Web系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺采用Solaris＋Apache＋Postgres的方案。該方案具有性能高、安全性高、腳本執(zhí)行效率高等諸多優(yōu)勢。對于提供Web服務(wù)的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的安全性是非常重要的。本方案選用了具有廣泛應(yīng)用、安全性高的Solaris作為 Web系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。在服務(wù)器軟件上則選用了目前使用量較高的Apache。該軟件具備速度快、性能穩(wěn)定等特點。Web系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要用于存儲系統(tǒng)配置參數(shù)、用戶信息數(shù)據(jù)以及必要的數(shù)據(jù)交互。本方案選用了Postgres數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫應(yīng)用廣泛，完全能夠勝任大型企業(yè)、商業(yè)站點的應(yīng)用。

2.2 Web軟件架構(gòu)

Web系統(tǒng)軟件架構(gòu)由數(shù)據(jù)池管理模塊、ISCS數(shù)據(jù)更新管理模塊及相關(guān)的Web服務(wù)模塊組成（見圖2）。將Web服務(wù)器作為ISCS的一臺普通工作站，通過ISCS軟件提供的接口，實現(xiàn)從ISCS獲取相關(guān)實時數(shù)據(jù)。Web服務(wù)模塊還集中實現(xiàn)了系統(tǒng)的配置管理、用戶權(quán)限管理及優(yōu)先服務(wù)管理等功能。

圖2 Web系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖

另外，Web服務(wù)器還提供CCTV視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。Web客戶端發(fā)出視頻請求，通過虛擬的視頻轉(zhuǎn)發(fā)隊列獲取對應(yīng)攝像機的組播視頻流并將其轉(zhuǎn)換為單播視頻流發(fā)送到客戶端瀏覽器，客戶端通過內(nèi)嵌在瀏覽器中的視頻插件即可播放實時畫面。

2.2.1 實時數(shù)據(jù)獲取

在Web服務(wù)器中維護(hù)一個內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫，用于ISCS數(shù)據(jù)和Web數(shù)據(jù)的交互。ISCS數(shù)據(jù)更新管理進(jìn)程負(fù)責(zé)維護(hù)該內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)更新，Web服務(wù)軟件通過調(diào)用內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫提供的函數(shù)獲取實時數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)點比較少的情況下（＜1000點），采用整體數(shù)據(jù)更新方案。目前廠內(nèi)測試的結(jié)果為每1000點數(shù)據(jù)的更新時間≤1s。

ISCS數(shù)據(jù)更新管理進(jìn)程僅需要將Web服務(wù)器作為ISCS客戶端（安裝ISCS軟件并簡單配置），不需要對ISCS主體系統(tǒng)進(jìn)行改動，所有功能通過ISCS軟件提供的功能來完成，對ISCS系統(tǒng)的影響較小。

在收到Web客戶端請求內(nèi)容后，Web服務(wù)調(diào)用獲取數(shù)據(jù)的函數(shù)，將內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫中的最新數(shù)據(jù)返回給客戶端顯示。在時間響應(yīng)上，從客戶端發(fā)出畫面請求和數(shù)據(jù)請求指令后，Web服務(wù)器調(diào)用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)反饋至客戶端顯示，更新時間≤1 s。在正常情況下，廠內(nèi)測試的數(shù)據(jù)顯示，客戶端數(shù)據(jù)的更新時間可以在2s以內(nèi)實現(xiàn)。

2.2.2 CCTV視頻發(fā)布

Web視頻發(fā)布的核心是CCTV視頻流的接收轉(zhuǎn)換。CCTV系統(tǒng)編碼器發(fā)出的組播視頻流由于其網(wǎng)絡(luò)的特殊性，無法直接在客戶端上播放，需要通過Web服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)Web服務(wù)器接收到客戶端視頻請求時，將調(diào)用視頻轉(zhuǎn)換隊列中的空閑線程為該客戶端提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。視頻轉(zhuǎn)換隊列應(yīng)用根據(jù)從查詢到的攝像機編碼器信息獲取指定攝像機的組播數(shù)據(jù)流，以單播的形式發(fā)送到指定客戶端。每個客戶端支持一路視頻數(shù)據(jù)的查看。Web服務(wù)器能夠提供的可被同時查看的視頻源的數(shù)量，要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬及選取的視頻格式來確定。

考慮到蘇州軌道交通1號線CCTV傳輸通道的帶寬，Web服務(wù)器能夠提供查看的視頻源數(shù)量為N＋1，（N≤44，N為某一時刻中心大廳可同時被調(diào)用的圖像數(shù)量）。Web服務(wù)器將獲得的控制中心調(diào)度臺上所有監(jiān)視器以及控制中心大屏當(dāng)前已經(jīng)調(diào)用的攝像機編號在攝像機布點圖上予以標(biāo)注（如圖3所示，攝像機旁有五角星標(biāo)志），引導(dǎo)Web用戶優(yōu)先查看該視頻源。

Web服務(wù)器在提供視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的同時，會實時監(jiān)視當(dāng)前查看的視頻流數(shù)量，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)數(shù)量后，將暫停新的圖像查看指令，并給出相應(yīng)提示。

圖3 CCTV視頻發(fā)布界面示意圖

2.2.3 用戶權(quán)限管理

Web系統(tǒng)具有完善的用戶管理功能，提供了可自定義的瀏覽權(quán)限選擇及權(quán)限級別定義。注冊用戶可以由系統(tǒng)管理員從后臺管理界面輸入相關(guān)人員信息，也可由需要訪問系統(tǒng)的用戶自己注冊并填寫詳細(xì)信息后由系統(tǒng)管理員在后臺確認(rèn)。

用戶登錄并通過身份驗證后，服務(wù)器端獲取該用戶身份信息并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的在線人數(shù)及該用戶的權(quán)限級別來決定是否繼續(xù)提供服務(wù)。如果當(dāng)前人數(shù)未達(dá)到所設(shè)定的限值，則直接為該用戶提供相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)；如果當(dāng)前人數(shù)達(dá)到所設(shè)定的限值且該用戶權(quán)限級別較低，則直接將其轉(zhuǎn)向暫時無法提供服務(wù)的頁面后停止服務(wù)并給出等待提示；如果當(dāng)前人數(shù)達(dá)到所設(shè)定的限值且該用戶權(quán)限級別較當(dāng)前已經(jīng)在線的某些用戶權(quán)限級別高，則取消權(quán)限最低且最先登入系統(tǒng)的用戶的服務(wù)，接受權(quán)限更高的用戶進(jìn)入系統(tǒng)，并提供服務(wù)。

3 結(jié)語

城市軌道交通ISCS的Web方案，在國內(nèi)的地鐵建設(shè)中還處于嘗試階段。本文所討論的方案基于原ISCS的硬件基礎(chǔ)，實現(xiàn)了綜合監(jiān)控重要數(shù)據(jù)信息的復(fù)示及重要CCTV視頻圖像的發(fā)布功能。ISCS中的Web系統(tǒng)與辦公信息網(wǎng)絡(luò)的融合，為企業(yè)的運營管理提供了更全面、便捷的信息來源，將成為今后城市軌道交通ISCS的發(fā)展方向之一。

［1］南京南瑞集團(tuán)公司.蘇州市軌道交通1號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)Web系統(tǒng)設(shè)計方案［R］.南京：南京南瑞集團(tuán)公司，2009.

［2］濮衛(wèi)興，車兆建.綜合監(jiān)控系統(tǒng)中閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的集成與實現(xiàn)［J］.城市軌道交通研究，2011（11）：100.

［3］趙馳.基于Web技術(shù)應(yīng)用的軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案探討［J］.中國建設(shè)信息，2010（15）：49.

［4］劉佳寶，梁奕，陳天浩.RT21－ISCS綜合監(jiān)控系統(tǒng)中實時歷史數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.城市軌道交通研究，2012（1）：59.