東莞軌道交通R2線綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的WEB系統(tǒng)設計

邢 宇 李小娟

(1.南瑞集團公司(國網(wǎng)電力科學研究院),210061,南京; 2.國電南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程師)

東莞軌道交通R2線綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的WEB系統(tǒng)設計

邢 宇1,2李小娟1,2

(1.南瑞集團公司(國網(wǎng)電力科學研究院),210061,南京; 2.國電南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程師)

針對東莞軌道交通R2線的具體需求,提出了1種在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中架設1個WEB系統(tǒng)的方案。介紹了該WEB系統(tǒng)的基礎平臺和軟硬件架構(gòu),對WEB系統(tǒng)的功能模塊、數(shù)據(jù)流和通信機制進行了描述和分析;提出了1種基于SVG和Ajax技術(shù)的設計方案,并描述了WEB視頻發(fā)布功能和系統(tǒng)安全性。該方案可將綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要信息以網(wǎng)頁方式供外部瀏覽、查詢,并可實現(xiàn)在軌道交通內(nèi)部網(wǎng)中查看全線所有攝像機的實時圖像,為地鐵管理人員提供了遠程查看及管理功能。

城市軌道交通; 綜合監(jiān)控系統(tǒng); WEB

Author′s address NARI Technology Development Co.,Ltd.,210061,Nanjing,China

目前,綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)已成為城市軌道交通運營系統(tǒng)的基礎性通用數(shù)據(jù)平臺,為調(diào)度員及操作員提供了1個安全、可靠、方便和快捷的調(diào)度指揮系統(tǒng)[1]。ISCS是典型的客戶端/服務器(C/S)架構(gòu),需要安裝專門的客戶端軟件,針對點多面廣且不具備網(wǎng)絡條件的用戶群體,不能實現(xiàn)快速部署安裝和配置。但是,一旦運營管理者想要了解實時的運營情況,卻受到數(shù)據(jù)量大、地理空間和工作環(huán)境等因素的限制[2]。而瀏覽器和服務器(B/S)結(jié)構(gòu)不需要安裝客戶端軟件,運行在客戶端的瀏覽器,具有分布性特點,能實現(xiàn)不同人員在不同地點以不同接入方式訪問和操作共同的數(shù)據(jù)庫,并能有效地保護數(shù)據(jù)平臺和管理訪問權(quán)限。

本文針對東莞軌道交通R2線的具體需求,在ISCS中架設1個WEB系統(tǒng)。該系統(tǒng)在ISCS的C/S架構(gòu)下實現(xiàn)B/S架構(gòu)的轉(zhuǎn)換,通過與東莞軌道交通內(nèi)部辦公網(wǎng)絡互聯(lián),將實時監(jiān)控畫面、報表、重要報警匯總、重要故障統(tǒng)計匯總等ISCS重要信息以網(wǎng)頁方式供外部瀏覽、查詢,并且可實現(xiàn)在軌道交通內(nèi)部網(wǎng)中查看全線所有攝像機的實時圖像,為地鐵管理人員提供遠程查看及管理功能。

1 WEB系統(tǒng)

WEB系統(tǒng)的核心設備是WEB服務器。東莞R2線WEB服務器采用Sun Server X3-2服務器[3],操作平臺采用Windows Server 2008 R2操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有很強的安全性、可靠性和可伸縮性[4]。

1.1 WEB 系統(tǒng)方案設計

WEB實現(xiàn)的總體方案設計思路主要包括兩個方面:①WEB系統(tǒng)和ISCS的一體化,即WEB和ISCS采用相同的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu);WEB對ISCS中央實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、畫面及報表等信息進行處理轉(zhuǎn)換;ISCS的人機界面可以直接轉(zhuǎn)化成WEB圖形,方便快捷且便于維護。②數(shù)據(jù)流的單向性,即數(shù)據(jù)只從ISCS流向WEB,而WEB卻不能對ISCS進行操作和控制。為保證系統(tǒng)安全,應采用國內(nèi)國際水平領(lǐng)先、安全可靠的防火墻產(chǎn)品來實現(xiàn)ISCS與外部的隔離,以確保WEB系統(tǒng)不影響ISCS的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

1.1.1 WEB基礎平臺

本方案的WEB服務操作系統(tǒng)選擇Windows Server 2008 R2。該系統(tǒng)集成了WEB服務器和流媒體服務器,并能快速安全地創(chuàng)建動態(tài)Intranet和Internet WEB站點,并開發(fā)、部署和管理XML WEB服務[4]。WEB服務器軟件選用了目前世界使用量較高、速度快、性能穩(wěn)定的Apache。WEB系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫選用Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),主要用于數(shù)據(jù)管理、通信以及安全服務。

1.1.2 WEB硬件架構(gòu)

WEB系統(tǒng)的硬件架構(gòu)如圖1所示。其數(shù)據(jù)源一部分是各車站的ISCS服務器轉(zhuǎn)發(fā)的實時數(shù)據(jù),另外一部分是運營控制中心(OCC)歷史數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù),如圖1中虛線箭頭所示[5]。其中防火墻功能包括:①應支持網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換;②能對用戶進行嚴格認證,實現(xiàn)網(wǎng)絡的用戶級控制;③必須具備日志功能,記錄網(wǎng)絡被訪問的情況;④能判斷各種入侵事件與不當使用網(wǎng)絡的狀況。

圖1 WEB系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

1.1.3 WEB系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

WEB系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 WEB系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

WEB客戶端可發(fā)送畫面請求、數(shù)據(jù)請求、控制命令給WEB服務器。WEB服務器根據(jù)客戶請求,將所需的ISCS實時數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)通過ISCS提供的接口反饋給客戶端。WEB系統(tǒng)還可以根據(jù)客戶請求提供CCTV視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務,將組播數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為單播數(shù)據(jù)流后發(fā)送到客戶端IE (網(wǎng)頁瀏覽器)。此時,客戶端通過視頻插件即可播放實時畫面。WEB服務器能提供的視頻服務路數(shù),需要根據(jù)最終網(wǎng)絡帶寬及選取的視頻格式來最終確定。為避免突發(fā)流量激增引起WEB系統(tǒng)畫面質(zhì)量下降或畫面停滯,WEB服務器在提供視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務的同時,會實時監(jiān)視OCC當前顯示視頻流的數(shù)量,當達到預設數(shù)量后,將停止提供可供WEB用戶自由調(diào)用的攝像機圖像數(shù)據(jù)并給出相應提示。

1.2 WEB系統(tǒng)功能模塊和數(shù)據(jù)流

WEB系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)同步模塊、圖形轉(zhuǎn)換模塊、WEB服務的ServerLet模塊及前臺頁面展現(xiàn)模塊等4個模塊[6]。各模塊之間的數(shù)據(jù)流見圖3。

1.2.1 數(shù)據(jù)同步模塊

為了保證WEB系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整、全面和實時,需將內(nèi)網(wǎng)中ISCS的數(shù)據(jù)及功能鏡像外移到管理信息區(qū),以保證管理信息區(qū)用戶對ISCS數(shù)據(jù)的訪問。數(shù)據(jù)同步內(nèi)容如下:

(1) 模型數(shù)據(jù)的同步。當內(nèi)網(wǎng)修改ISCS模型數(shù)據(jù)時,需要將修改的信息同時傳遞給外網(wǎng)的WEB服務器,以便使內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)保持實時和同步。當系統(tǒng)網(wǎng)絡故障或者外網(wǎng)WEB數(shù)據(jù)服務中心服務器發(fā)生故障時,則將修改的信息以文件的方式保存在本地機器中,等故障解除后,再發(fā)送給WEB服務器。

圖3 WEB模塊之間的數(shù)據(jù)流圖

(2) 圖形數(shù)據(jù)的同步。當修改ISCS畫面或報表并執(zhí)行保存時,則與此相關(guān)的新的版本信息會更新到內(nèi)網(wǎng)通信機。通信機負責監(jiān)視該版本信息的更新,當發(fā)現(xiàn)有版本發(fā)生更新,則將更新的文件通過通信進程發(fā)送到WEB。

(3) 實時數(shù)據(jù)的同步。ISCS遙測及遙信的實時數(shù)據(jù)要及時同步到WEB服務器的實時庫中。

1.2.2 圖形轉(zhuǎn)換模塊

圖形轉(zhuǎn)換模塊可將ISCS 人機界面(HMI)的圖形文件轉(zhuǎn)換成WEB能夠展現(xiàn)的圖形格式。本方案采用SVG的矢量圖形格式在WEB中來表現(xiàn)圖形。SVG是一種基于XML文本化方式的矢量圖形描述語言。XML開發(fā)人員根據(jù)實時數(shù)據(jù)源信息生成圖形,以及向圖形添加動畫和交互性的能力,創(chuàng)建WEB應用程序。

1.2.3 WEB服務的ServerLet模塊

WEB系統(tǒng)的核心模塊是ServerLet服務,其訪問過程如圖4所示?？蛻舳税l(fā)送請求至服務器,服務器將請求信息發(fā)送至Serverlet,Serverlet動態(tài)生成響應內(nèi)容并將其傳給服務器,服務器將響應返回給客戶端。

1.2.4 前臺頁面展現(xiàn)模塊

前臺頁面展現(xiàn)模塊包括兩部分:①WEB畫面功能包括WEB圖形、曲線、報表等,是ISCS的HMI在Internet上的延伸,以形象和直觀的形式描述了設備的位置和狀態(tài)信息等重要內(nèi)容;②可以對畫面進行操作的通用模塊,比如畫面的放大、縮小、導航、事件欄等。

圖4 WEB系統(tǒng)的ServerLet服務訪問過程

1.3 WEB通信機制設計

通信機制是WEB系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵問題。該ISCS中WEB系統(tǒng)設計遵循請求/響應(Request / Response)信息交互模式,采用Ajax模式,其主要流程為:對象初始化?發(fā)送請求?服務器接收?服務器返回?客戶端接收?修改客戶端頁面內(nèi)容。在本設計方案中,部署了多個應用服務來響應Ajax的請求。一旦服務器端部署了WEB ServerLet,其他應用程序就能發(fā)現(xiàn)并且調(diào)用這個部署的服務。信息交互的過程如下:①通過JavaScript創(chuàng)建一個Http Request實例和一個用于異步回調(diào)函數(shù);②使用Http Request對象向WEB ServerLet服務器發(fā)送一個數(shù)據(jù)請求;③WEB ServerLet將請求傳遞到后臺實現(xiàn)服務內(nèi)容,并返回應答;④在客戶端接收到響應后,調(diào)用回調(diào)函數(shù)處理數(shù)據(jù),根據(jù)解析后臺數(shù)據(jù)來修改當前頁面中的相應值,從而實現(xiàn)頁面刷新。

1.4 WEB視頻發(fā)布功能

WEB系統(tǒng)可為管理者提供查看CCTV視頻的功能。因為原有CCTC系統(tǒng)為全數(shù)字化視頻系統(tǒng),所以需要通過CCTV視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務將組播數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為單播數(shù)據(jù)流后發(fā)送到客戶端IE,客戶端通過內(nèi)嵌在IE中的視頻插件即可播放實時畫面。圖5是東莞火車站站攝像機分布、編號及查看示意圖。管理者可以選擇需要查看的位置點的攝像機,在IE中即可查看到該攝像機的實時圖像。WEB服務將提供相應的策略保證CCTV系統(tǒng)正常網(wǎng)絡帶寬,WEB服務還可以提供云臺攝像機的云臺全方位(左右/上下)移動及鏡頭變倍變焦的控制操作。

1.5 安全性

ISCS數(shù)據(jù)是城市軌道交通運營系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)之一,訪問必須要有嚴格的限制。

圖5 東莞火車站站CCTV發(fā)布示意圖

1.5.1 平臺安全性

為提供Internet安全,WEB服務器Windows Server 2008 R2將使用基于軟件的防火墻,即為Internet連接防火墻(ICF)。ICF可為直接連到Internet上的計算機和位于Internet連接共享主機(ICS)后面的計算機提供保護。Windows Server 2008 R2將允許系統(tǒng)管理員使用策略或強行阻止在某臺計算機上運行可執(zhí)行程序。為了增強Web服務器安全性,Internet信息服務7.5(IIS7.5)被設定為最大安全性,可提供更多控制、更多選擇、更高的可靠性和安全性。

城市軌道交通內(nèi)部辦公網(wǎng)絡互聯(lián)至軟件平臺,其數(shù)據(jù)流向為系統(tǒng)平臺流向辦公網(wǎng)絡終端。防火墻對其安全性進行保證,以使辦公人員通過辦公網(wǎng)絡查詢、瀏覽到實時監(jiān)控畫面、報表、重要報警匯總、重要故障統(tǒng)計匯總等ISCS重要信息。

1.5.2 軟件安全性設計

WEB軟件系統(tǒng)采用與ISCS相同的權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫,具有完善的用戶管理功能,可對實時曲線、畫面、報表、數(shù)據(jù)分析等功能按照權(quán)限進行訪問,并且可提供自定義的瀏覽權(quán)限選擇及權(quán)限級別定義。用戶登錄后,通過在IE中設置的Cookies信息,服務器端在用戶訪問時獲取該用戶的信息和權(quán)限級別來決定是否繼續(xù)提供服務。WEB系統(tǒng)管理員可進入后臺,對用戶信息、權(quán)限分配及視頻支持數(shù)量等數(shù)據(jù)進行配置管理。

1.6 系統(tǒng)界面設計

WEB系統(tǒng)的界面設計見圖6。通過WEB系統(tǒng)的導航界面,可方便地選擇車站和系統(tǒng),快速導航到需要的數(shù)據(jù)顯示頁面。重要的報警信息也可匯總顯示。

圖6 系統(tǒng)界面設計圖

2 結(jié)語

本文針對東莞軌道交通R2線的具體需求,提出了1種在ISCS中架設1個WEB系統(tǒng)的方案。該方案可實現(xiàn)與東莞軌道交通內(nèi)部辦公網(wǎng)絡互聯(lián),可提供遠程查看ISCS重要信息和全線所有攝像機實時圖像等功能,為地鐵運營和管理人員提供方便、快捷的服務。

目前,將WEB系統(tǒng)與城市軌道交通公司辦公系統(tǒng)進行融合在軌道交通行業(yè)還只是處在理論研究階段,但畢竟是發(fā)展方向之一。由于城市軌道交通公司本身的辦公自動化系統(tǒng)存在大量內(nèi)部信息,所以加強整個系統(tǒng)的安全性和對訪問的嚴格控制是在具體實施過程中要考慮的重中之重。

[1] 徐杰,賈利民,秦勇,等.城市軌道交通綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)集成的研究[J].鐵道學報,2007,29(3):107-112.

[2] 濮衛(wèi)興,車兆建,李全飛.基于城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的Web方案設計[J].城市軌道交通研究,2013(5):69-71.

[3] 南京南瑞集團公司.東莞R2線WEB應用設計方案[R].南京:南京南瑞集團公司,2013.

[4] 戴有煒 .Windows Server 2008 R2安裝與管理[M].北京:清華大學出版社,2011:5-20.

[5] 趙馳.基于Web技術(shù)應用的軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案探討[J].中國建設信息,2010(15):49-50.

[6] 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)庫的設計與實現(xiàn)[J].城市軌道交通研究,2012(1):59-61.

Design of WEB System in Integrated and Supervision Control System on Dongguan Rail Transit

XING Yu LI Xiaojuan

According to the concrete requirements of Dongguan rail transit Line R2,a method of setting up one WEB system in ISCS is presented.The basic platform and software/hardware architecture of WEB system are introduced,the function module,data flow and communication mechanisms are described,and a design based on technologies of SVG and Ajax is proposed,the release function of WEB video and system security of the design are also described.This design could realize the important information of ISCS being browsed and queried in external Web pages.One can watch the real-time images of all cameras in the internal network of rail transit,so this design is able to provide remote viewing and management information for metro managers.

urban rail transit; integrated supervision control system (ISCS); WEB system

U 285.4+1

10.16037/j.1007-869x.2016.12.019

2015-03-12)