邢 宇 李小娟

(1.南瑞集團(tuán)公司(國網(wǎng)電力科學(xué)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(shè)計(jì)

邢 宇1,2李小娟1,2

(1.南瑞集團(tuán)公司(國網(wǎng)電力科學(xué)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(shè)1個WEB系統(tǒng)的方案。介紹了該WEB系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(jī)制進(jìn)行了描述和分析;提出了1種基于SVG和Ajax技術(shù)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)在軌道交通內(nèi)部網(wǎng)中查看全線所有攝像機(jī)的實(shí)時圖像,為地鐵管理人員提供了遠(yuǎn)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(yùn)營系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(wù)器(C/S)架構(gòu),需要安裝專門的客戶端軟件,針對點(diǎn)多面廣且不具備網(wǎng)絡(luò)條件的用戶群體,不能實(shí)現(xiàn)快速部署安裝和配置。但是,一旦運(yùn)營管理者想要了解實(shí)時的運(yùn)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(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)不需要安裝客戶端軟件,運(yùn)行在客戶端的瀏覽器,具有分布性特點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)不同人員在不同地點(diǎn)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(hù)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(shè)1個WEB系統(tǒng)。該系統(tǒng)在ISCS的C/S架構(gòu)下實(shí)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(luò)互聯(lián),將實(shí)時監(jiān)控畫面、報(bào)表、重要報(bào)警匯總、重要故障統(tǒng)計(jì)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(shí)現(xiàn)在軌道交通內(nèi)部網(wǎng)中查看全線所有攝像機(jī)的實(shí)時圖像,為地鐵管理人員提供遠(yuǎn)程查看及管理功能。

1 WEB系統(tǒng)

WEB系統(tǒng)的核心設(shè)備是WEB服務(wù)器。東莞R2線WEB服務(wù)器采用Sun Server X3-2服務(wù)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(qiáng)的安全性、可靠性和可伸縮性[4]。

1.1 WEB 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

WEB實(shí)現(xiàn)的總體方案設(shè)計(jì)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(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、畫面及報(bào)表等信息進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換;ISCS的人機(jī)界面可以直接轉(zhuǎn)化成WEB圖形,方便快捷且便于維護(hù)。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(jìn)行操作和控制。為保證系統(tǒng)安全,應(yīng)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(shí)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(chǔ)平臺

本方案的WEB服務(wù)操作系統(tǒng)選擇Windows Server 2008 R2。該系統(tǒng)集成了WEB服務(wù)器和流媒體服務(wù)器,并能快速安全地創(chuàng)建動態(tài)Intranet和Internet WEB站點(diǎn),并開發(fā)、部署和管理XML WEB服務(wù)[4]。WEB服務(wù)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(wù)。

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(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時數(shù)據(jù),另外一部分是運(yùn)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(yīng)支持網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換;②能對用戶進(jìn)行嚴(yán)格認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的用戶級控制;③必須具備日志功能,記錄網(wǎng)絡(luò)被訪問的情況;④能判斷各種入侵事件與不當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)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(wù)器。WEB服務(wù)器根據(jù)客戶請求,將所需的ISCS實(shí)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(wù),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(shí)時畫面。WEB服務(wù)器能提供的視頻服務(wù)路數(shù),需要根據(jù)最終網(wǎng)絡(luò)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(wù)器在提供視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的同時,會實(shí)時監(jiān)視OCC當(dāng)前顯示視頻流的數(shù)量,當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)數(shù)量后,將停止提供可供WEB用戶自由調(diào)用的攝像機(jī)圖像數(shù)據(jù)并給出相應(yīng)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(wù)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(shí)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(dāng)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(wù)器,以便使內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)保持實(shí)時和同步。當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)故障或者外網(wǎng)WEB數(shù)據(jù)服務(wù)中心服務(wù)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(jī)器中,等故障解除后,再發(fā)送給WEB服務(wù)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(dāng)修改ISCS畫面或報(bào)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(jī)。通信機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)視該版本信息的更新,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有版本發(fā)生更新,則將更新的文件通過通信進(jìn)程發(fā)送到WEB。

(3) 實(shí)時數(shù)據(jù)的同步。ISCS遙測及遙信的實(shí)時數(shù)據(jù)要及時同步到WEB服務(wù)器的實(shí)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(jī)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(shí)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(yīng)用程序。

1.2.3 WEB服務(wù)的ServerLet模塊

WEB系統(tǒng)的核心模塊是ServerLet服務(wù),其訪問過程如圖4所示?？蛻舳税l(fā)送請求至服務(wù)器,服務(wù)器將請求信息發(fā)送至Serverlet,Serverlet動態(tài)生成響應(yīng)內(nèi)容并將其傳給服務(wù)器,服務(wù)器將響應(yīng)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(bào)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(shè)備的位置和狀態(tài)信息等重要內(nèi)容;②可以對畫面進(jìn)行操作的通用模塊,比如畫面的放大、縮小、導(dǎo)航、事件欄等。

圖4 WEB系統(tǒng)的ServerLet服務(wù)訪問過程

1.3 WEB通信機(jī)制設(shè)計(jì)

通信機(jī)制是WEB系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題。該ISCS中WEB系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循請求/響應(yīng)(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(wù)器接收?服務(wù)器返回?客戶端接收?修改客戶端頁面內(nèi)容。在本設(shè)計(jì)方案中,部署了多個應(yīng)用服務(wù)來響應(yīng)Ajax的請求。一旦服務(wù)器端部署了WEB ServerLet,其他應(yīng)用程序就能發(fā)現(xiàn)并且調(diào)用這個部署的服務(wù)。信息交互的過程如下:①通過JavaScript創(chuàng)建一個Http Request實(shí)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(wù)器發(fā)送一個數(shù)據(jù)請求;③WEB ServerLet將請求傳遞到后臺實(shí)現(xiàn)服務(wù)內(nèi)容,并返回應(yīng)答;④在客戶端接收到響應(yīng)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(dāng)前頁面中的相應(yīng)值,從而實(shí)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?yàn)樵蠧CTC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(wù)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(shí)時畫面。圖5是東莞火車站站攝像機(jī)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(diǎn)的攝像機(jī),在IE中即可查看到該攝像機(jī)的實(shí)時圖像。WEB服務(wù)將提供相應(yīng)的策略保證CCTV系統(tǒng)正常網(wǎng)絡(luò)帶寬,WEB服務(wù)還可以提供云臺攝像機(jī)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(yùn)營系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)之一,訪問必須要有嚴(yán)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(wù)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(jì)算機(jī)和位于Internet連接共享主機(jī)(ICS)后面的計(jì)算機(jī)提供保護(hù)。Windows Server 2008 R2將允許系統(tǒng)管理員使用策略或強(qiáng)行阻止在某臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行可執(zhí)行程序。為了增強(qiáng)Web服務(wù)器安全性,Internet信息服務(wù)7.5(IIS7.5)被設(shè)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(luò)互聯(lián)至軟件平臺,其數(shù)據(jù)流向?yàn)橄到y(tǒng)平臺流向辦公網(wǎng)絡(luò)終端。防火墻對其安全性進(jìn)行保證,以使辦公人員通過辦公網(wǎng)絡(luò)查詢、瀏覽到實(shí)時監(jiān)控畫面、報(bào)表、重要報(bào)警匯總、重要故障統(tǒng)計(jì)匯總等ISCS重要信息。

1.5.2 軟件安全性設(shè)計(jì)

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(shí)時曲線、畫面、報(bào)表、數(shù)據(jù)分析等功能按照權(quán)限進(jìn)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(shè)置的Cookies信息,服務(wù)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(wù)。WEB系統(tǒng)管理員可進(jìn)入后臺,對用戶信息、權(quán)限分配及視頻支持?jǐn)?shù)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行配置管理。

1.6 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

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

圖6 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)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(shè)1個WEB系統(tǒng)的方案。該方案可實(shí)現(xiàn)與東莞軌道交通內(nèi)部辦公網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),可提供遠(yuǎn)程查看ISCS重要信息和全線所有攝像機(jī)實(shí)時圖像等功能,為地鐵運(yùn)營和管理人員提供方便、快捷的服務(wù)。

目前,將WEB系統(tǒng)與城市軌道交通公司辦公系統(tǒng)進(jìn)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(qiáng)整個系統(tǒng)的安全性和對訪問的嚴(yán)格控制是在具體實(shí)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(xué)報(bào),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(shè)計(jì)[J].城市軌道交通研究,2013(5):69-71.

[3] 南京南瑞集團(tuán)公司.東莞R2線WEB應(yīng)用設(shè)計(jì)方案[R].南京:南京南瑞集團(tuán)公司,2013.

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

[5] 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):49-50.

[6] 劉佳寶,梁奕,陳天浩.RT21-ISCS綜合監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)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)