基于城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的Web方案設計

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，他們僅需要關注一些重要的數(shù)據(jù)而不是全部的設備狀態(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，在滿足日常運營和應急指揮需求的前提下，提出了 Web系統(tǒng)的設計理念。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，能夠遠程查看重要的軌道交通運營實時信息，通過內部網(wǎng)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(tǒng)的設計方案。

1 系統(tǒng)設計

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、用戶管理及權限控制模塊等組成。

1.1 硬件構成

Web服務器是 Web系統(tǒng)的核心設備，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)設計上，將Web服務器作為綜合監(jiān)控的客戶端，使用＃1、＃2網(wǎng)口分別連接ISCS網(wǎng)絡，雙網(wǎng)互為冗余，避免因單點故障而導致數(shù)據(jù)的不一致。Web服務器＃3網(wǎng)口用于獲取CCTV網(wǎng)絡中的視頻組播數(shù)據(jù)。Web服務器＃4網(wǎng)口用于對外提供Web服務。該端口連接至軌道交通信息網(wǎng)絡上，通過軌道交通的信息網(wǎng)絡來實現(xiàn)外部的數(shù)據(jù)訪問。圖1是Web系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構示意圖。

在Web服務器與軌道交通信息網(wǎng)絡之間設置防火墻，將運營層網(wǎng)絡與企業(yè)管理層的網(wǎng)絡相隔離，當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(shù)據(jù)并存儲于Web服務器的實時數(shù)據(jù)庫中，當Web客戶端發(fā)出數(shù)據(jù)請求時發(fā)送相關數(shù)據(jù)到客戶端顯示。Web服務器發(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主要風機運行狀態(tài)（相應的站廳、站臺溫度）信息及電／扶梯狀態(tài)信息、FAS相關模式信息、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)以下原則進行設計：對CCTV系統(tǒng)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(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(tǒng)基礎平臺

Web系統(tǒng)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(zhí)行效率高等諸多優(yōu)勢。對于提供Web服務的系統(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用、安全性高的Solaris作為 Web系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。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(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)庫應用廣泛，完全能夠勝任大型企業(yè)、商業(yè)站點的應用。

2.2 Web軟件架構

Web系統(tǒng)軟件架構由數(shù)據(jù)池管理模塊、ISCS數(shù)據(jù)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(xiàn)從ISCS獲取相關實時數(shù)據(jù)。Web服務模塊還集中實現(xiàn)了系統(tǒng)的配置管理、用戶權限管理及優(yōu)先服務管理等功能。

圖2 Web系統(tǒng)軟件架構示意圖

另外，Web服務器還提供CCTV視頻轉發(fā)服務。Web客戶端發(fā)出視頻請求，通過虛擬的視頻轉發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)獲取

在Web服務器中維護一個內存實時數(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)更新管理進程負責維護該內存數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)更新，Web服務軟件通過調用內存實時數(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。目前廠內測試的結果為每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(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)的函數(shù)，將內存實時數(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服務器調用內存數(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視頻流的接收轉換。CCTV系統(tǒng)編碼器發(fā)出的組播視頻流由于其網(wǎng)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(fā)。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(fā)服務。視頻轉換隊列應用根據(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(shù)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(shù)量）。Web服務器將獲得的控制中心調度臺上所有監(jiān)視器以及控制中心大屏當前已經(jīng)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(yōu)先查看該視頻源。

Web服務器在提供視頻轉發(fā)服務的同時，會實時監(jiān)視當前查看的視頻流數(shù)量，當達到預設數(shù)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(fā)布界面示意圖

2.2.3 用戶權限管理

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限選擇及權限級別定義。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信息后由系統(tǒng)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(jù)當前系統(tǒng)的在線人數(shù)及該用戶的權限級別來決定是否繼續(xù)提供服務。如果當前人數(shù)未達到所設定的限值，則直接為該用戶提供相關數(shù)據(jù)服務；如果當前人數(shù)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(shù)達到所設定的限值且該用戶權限級別較當前已經(jīng)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(tǒng)的用戶的服務，接受權限更高的用戶進入系統(tǒng)，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(xiàn)了綜合監(jiān)控重要數(shù)據(jù)信息的復示及重要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)設計方案［R］.南京：南京南瑞集團公司，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.

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