基于城市軌道交通綜合監控系統的Web方案設計

濮衛興 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控系統（ISCS）通過統一的數據庫平臺，集成和互連了牽引變電所自動化系統（PSCADA）、環境與設備控制系統（BAS）、屏蔽門系統（PSD）、防淹門（FG）、門禁系統（ACS）、火災報警系統（FAS）、廣播系統（PA）、閉路電視系統（CCTV）、乘客信息系統（PIS）、自動售檢票系統（AFC）、信號系統（SIG）、時鐘系統（CLK）等多個子系統，約有幾十萬點的數據容量。但對于企業管理者來說，他們僅需要關注一些重要的數據而不是全部的設備狀態信息，同時他們對數據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的設計和實施過程中，針對用戶的這種需求，以現有綜合監控系統方案為基礎，在滿足日常運營和應急指揮需求的前提下，提出了 Web系統的設計理念。采用 Web系統，能使企業管理者擺脫空間及操作員工作站數量的限制，能夠遠程查看重要的軌道交通運營實時信息，通過內部網絡調看全線所有攝像機的實時圖像，復示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系統的設計方案。

1 系統設計

基于ISCS的Web系統主要由實時數據獲取模塊、事件數據獲取模塊、數據發布模塊、用戶管理及權限控制模塊等組成。

1.1 硬件構成

Web服務器是 Web系統的核心設備，是 Web瀏覽器客戶端與ISCS、CCTV系統數據交互的橋梁。在系統設計上，將Web服務器作為綜合監控的客戶端，使用＃1、＃2網口分別連接ISCS網絡，雙網互為冗余，避免因單點故障而導致數據的不一致。Web服務器＃3網口用于獲取CCTV網絡中的視頻組播數據。Web服務器＃4網口用于對外提供Web服務。該端口連接至軌道交通信息網絡上，通過軌道交通的信息網絡來實現外部的數據訪問。圖1是Web系統的網絡結構示意圖。

在Web服務器與軌道交通信息網絡之間設置防火墻，將運營層網絡與企業管理層的網絡相隔離，當Web系統在接受外界數據訪問的時候，可以減少對現有ISCS的影響，以保證現有ISCS的可靠性。

1.2 信息發布

圖1 Web系統的網絡結構示意圖

Web服務器通過ISCS中央級服務器獲取所需要的實時數據并存儲于Web服務器的實時數據庫中，當Web客戶端發出數據請求時發送相關數據到客戶端顯示。Web服務器發布的實時信息主要包括ISCS工作狀態信息、PSCADA重要刀閘狀態信息及接觸網帶電信息、BAS主要風機運行狀態（相應的站廳、站臺溫度）信息及電／扶梯狀態信息、FAS相關模式信息、AFC客流分布信息等。

1.3 Web視頻發布

基于綜合監控的Web系統可以通過Web客戶端實現CCTV的視頻發布。CCTV視頻發布主要根據以下原則進行設計：對CCTV系統的影響最小；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服務系統提供與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。授權用戶通過攝像機平面布點圖選取相應站點位置的攝像機，在瀏覽器中查看該攝像機的實時視頻圖像。

2 軟件功能設計

2.1 Web系統基礎平臺

Web系統的基礎平臺采用Solaris＋Apache＋Postgres的方案。該方案具有性能高、安全性高、腳本執行效率高等諸多優勢。對于提供Web服務的系統來說，系統的安全性是非常重要的。本方案選用了具有廣泛應用、安全性高的Solaris作為 Web系統的操作系統。在服務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、性能穩定等特點。Web系統的數據庫主要用于存儲系統配置參數、用戶信息數據以及必要的數據交互。本方案選用了Postgres數據庫系統。該數據庫應用廣泛，完全能夠勝任大型企業、商業站點的應用。

2.2 Web軟件架構

Web系統軟件架構由數據池管理模塊、ISCS數據更新管理模塊及相關的Web服務模塊組成（見圖2）。將Web服務器作為ISCS的一臺普通工作站，通過ISCS軟件提供的接口，實現從ISCS獲取相關實時數據。Web服務模塊還集中實現了系統的配置管理、用戶權限管理及優先服務管理等功能。

圖2 Web系統軟件架構示意圖

另外，Web服務器還提供CCTV視頻轉發服務。Web客戶端發出視頻請求，通過虛擬的視頻轉發隊列獲取對應攝像機的組播視頻流并將其轉換為單播視頻流發送到客戶端瀏覽器，客戶端通過內嵌在瀏覽器中的視頻插件即可播放實時畫面。

2.2.1 實時數據獲取

在Web服務器中維護一個內存實時數據庫，用于ISCS數據和Web數據的交互。ISCS數據更新管理進程負責維護該內存數據庫中的數據更新，Web服務軟件通過調用內存實時數據庫提供的函數獲取實時數據。在數據點比較少的情況下（＜1000點），采用整體數據更新方案。目前廠內測試的結果為每1000點數據的更新時間≤1s。

ISCS數據更新管理進程僅需要將Web服務器作為ISCS客戶端（安裝ISCS軟件并簡單配置），不需要對ISCS主體系統進行改動，所有功能通過ISCS軟件提供的功能來完成，對ISCS系統的影響較小。

在收到Web客戶端請求內容后，Web服務調用獲取數據的函數，將內存實時數據庫中的最新數據返回給客戶端顯示。在時間響應上，從客戶端發出畫面請求和數據請求指令后，Web服務器調用內存數據庫的數據反饋至客戶端顯示，更新時間≤1 s。在正常情況下，廠內測試的數據顯示，客戶端數據的更新時間可以在2s以內實現。

2.2.2 CCTV視頻發布

Web視頻發布的核心是CCTV視頻流的接收轉換。CCTV系統編碼器發出的組播視頻流由于其網絡的特殊性，無法直接在客戶端上播放，需要通過Web服務器進行轉發。當Web服務器接收到客戶端視頻請求時，將調用視頻轉換隊列中的空閑線程為該客戶端提供轉發服務。視頻轉換隊列應用根據從查詢到的攝像機編碼器信息獲取指定攝像機的組播數據流，以單播的形式發送到指定客戶端。每個客戶端支持一路視頻數據的查看。Web服務器能夠提供的可被同時查看的視頻源的數量，要根據網絡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服務器能夠提供查看的視頻源數量為N＋1，（N≤44，N為某一時刻中心大廳可同時被調用的圖像數量）。Web服務器將獲得的控制中心調度臺上所有監視器以及控制中心大屏當前已經調用的攝像機編號在攝像機布點圖上予以標注（如圖3所示，攝像機旁有五角星標志），引導Web用戶優先查看該視頻源。

Web服務器在提供視頻轉發服務的同時，會實時監視當前查看的視頻流數量，當達到預設數量后，將暫停新的圖像查看指令，并給出相應提示。

圖3 CCTV視頻發布界面示意圖

2.2.3 用戶權限管理

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

用戶登錄并通過身份驗證后，服務器端獲取該用戶身份信息并根據當前系統的在線人數及該用戶的權限級別來決定是否繼續提供服務。如果當前人數未達到所設定的限值，則直接為該用戶提供相關數據服務；如果當前人數達到所設定的限值且該用戶權限級別較低，則直接將其轉向暫時無法提供服務的頁面后停止服務并給出等待提示；如果當前人數達到所設定的限值且該用戶權限級別較當前已經在線的某些用戶權限級別高，則取消權限最低且最先登入系統的用戶的服務，接受權限更高的用戶進入系統，并提供服務。

3 結語

城市軌道交通ISCS的Web方案，在國內的地鐵建設中還處于嘗試階段。本文所討論的方案基于原ISCS的硬件基礎，實現了綜合監控重要數據信息的復示及重要CCTV視頻圖像的發布功能。ISCS中的Web系統與辦公信息網絡的融合，為企業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的發展方向之一。

［1］南京南瑞集團公司.蘇州市軌道交通1號線綜合監控系統Web系統設計方案［R］.南京：南京南瑞集團公司，2009.

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

［3］趙馳.基于Web技術應用的軌道交通綜合監控系統方案探討［J］.中國建設信息，2010（15）：49.

［4］劉佳寶，梁奕，陳天浩.RT21－ISCS綜合監控系統中實時歷史數據庫的設計與實現［J］.城市軌道交通研究，2012（1）：59.