东莞轨道交通R2线综合监控系统中的WEB系统设计

邢 宇 李小娟

(1.南瑞集团公司(国网电力科学研究院),210061,南京; 2.国电南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程师)

东莞轨道交通R2线综合监控系统中的WEB系统设计

邢 宇1,2李小娟1,2

(1.南瑞集团公司(国网电力科学研究院),210061,南京; 2.国电南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程师)

针对东莞轨道交通R2线的具体需求,提出了1种在综合监控系统中架设1个WEB系统的方案。介绍了该WEB系统的基础平台和软硬件架构,对WEB系统的功能模块、数据流和通信机制进行了描述和分析;提出了1种基于SVG和Ajax技术的设计方案,并描述了WEB视频发布功能和系统安全性。该方案可将综合监控系统的重要信息以网页方式供外部浏览、查询,并可实现在轨道交通内部网中查看全线所有摄像机的实时图像,为地铁管理人员提供了远程查看及管理功能。

城市轨道交通; 综合监控系统; WEB

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

目前,综合监控系统(ISCS)已成为城市轨道交通运营系统的基础性通用数据平台,为调度员及操作员提供了1个安全、可靠、方便和快捷的调度指挥系统[1]。ISCS是典型的客户端/服务器(C/S)架构,需要安装专门的客户端软件,针对点多面广且不具备网络条件的用户群体,不能实现快速部署安装和配置。但是,一旦运营管理者想要了解实时的运营情况,却受到数据量大、地理空间和工作环境等因素的限制[2]。而浏览器和服务器(B/S)结构不需要安装客户端软件,运行在客户端的浏览器,具有分布性特点,能实现不同人员在不同地点以不同接入方式访问和操作共同的数据库,并能有效地保护数据平台和管理访问权限。

本文针对东莞轨道交通R2线的具体需求,在ISCS中架设1个WEB系统。该系统在ISCS的C/S架构下实现B/S架构的转换,通过与东莞轨道交通内部办公网络互联,将实时监控画面、报表、重要报警汇总、重要故障统计汇总等ISCS重要信息以网页方式供外部浏览、查询,并且可实现在轨道交通内部网中查看全线所有摄像机的实时图像,为地铁管理人员提供远程查看及管理功能。

1 WEB系统

WEB系统的核心设备是WEB服务器。东莞R2线WEB服务器采用Sun Server X3-2服务器[3],操作平台采用Windows Server 2008 R2操作系统。该系统具有很强的安全性、可靠性和可伸缩性[4]。

1.1 WEB 系统方案设计

WEB实现的总体方案设计思路主要包括两个方面:①WEB系统和ISCS的一体化,即WEB和ISCS采用相同的数据库表结构;WEB对ISCS中央实时数据、历史数据、画面及报表等信息进行处理转换;ISCS的人机界面可以直接转化成WEB图形,方便快捷且便于维护。②数据流的单向性,即数据只从ISCS流向WEB,而WEB却不能对ISCS进行操作和控制。为保证系统安全,应采用国内国际水平领先、安全可靠的防火墙产品来实现ISCS与外部的隔离,以确保WEB系统不影响ISCS的安全性、可靠性和稳定性。

1.1.1 WEB基础平台

本方案的WEB服务操作系统选择Windows Server 2008 R2。该系统集成了WEB服务器和流媒体服务器,并能快速安全地创建动态Intranet和Internet WEB站点,并开发、部署和管理XML WEB服务[4]。WEB服务器软件选用了目前世界使用量较高、速度快、性能稳定的Apache。WEB系统的数据库选用Oracle数据库系统,主要用于数据管理、通信以及安全服务。

1.1.2 WEB硬件架构

WEB系统的硬件架构如图1所示。其数据源一部分是各车站的ISCS服务器转发的实时数据,另外一部分是运营控制中心(OCC)历史数据库的历史数据,如图1中虚线箭头所示[5]。其中防火墙功能包括:①应支持网络地址转换;②能对用户进行严格认证,实现网络的用户级控制;③必须具备日志功能,记录网络被访问的情况;④能判断各种入侵事件与不当使用网络的状况。

图1 WEB系统的硬件架构

1.1.3 WEB系统的软件架构

WEB系统的软件架构如图2所示。

图2 WEB系统的软件架构

WEB客户端可发送画面请求、数据请求、控制命令给WEB服务器。WEB服务器根据客户请求,将所需的ISCS实时数据或历史数据通过ISCS提供的接口反馈给客户端。WEB系统还可以根据客户请求提供CCTV视频转发服务,将组播数据流转换为单播数据流后发送到客户端IE (网页浏览器)。此时,客户端通过视频插件即可播放实时画面。WEB服务器能提供的视频服务路数,需要根据最终网络带宽及选取的视频格式来最终确定。为避免突发流量激增引起WEB系统画面质量下降或画面停滞,WEB服务器在提供视频转发服务的同时,会实时监视OCC当前显示视频流的数量,当达到预设数量后,将停止提供可供WEB用户自由调用的摄像机图像数据并给出相应提示。

1.2 WEB系统功能模块和数据流

WEB系统主要包括数据同步模块、图形转换模块、WEB服务的ServerLet模块及前台页面展现模块等4个模块[6]。各模块之间的数据流见图3。

1.2.1 数据同步模块

为了保证WEB系统数据的完整、全面和实时,需将内网中ISCS的数据及功能镜像外移到管理信息区,以保证管理信息区用户对ISCS数据的访问。数据同步内容如下:

(1) 模型数据的同步。当内网修改ISCS模型数据时,需要将修改的信息同时传递给外网的WEB服务器,以便使内网和外网的模型数据保持实时和同步。当系统网络故障或者外网WEB数据服务中心服务器发生故障时,则将修改的信息以文件的方式保存在本地机器中,等故障解除后,再发送给WEB服务器。

图3 WEB模块之间的数据流图

(2) 图形数据的同步。当修改ISCS画面或报表并执行保存时,则与此相关的新的版本信息会更新到内网通信机。通信机负责监视该版本信息的更新,当发现有版本发生更新,则将更新的文件通过通信进程发送到WEB。

(3) 实时数据的同步。ISCS遥测及遥信的实时数据要及时同步到WEB服务器的实时库中。

1.2.2 图形转换模块

图形转换模块可将ISCS 人机界面(HMI)的图形文件转换成WEB能够展现的图形格式。本方案采用SVG的矢量图形格式在WEB中来表现图形。SVG是一种基于XML文本化方式的矢量图形描述语言。XML开发人员根据实时数据源信息生成图形,以及向图形添加动画和交互性的能力,创建WEB应用程序。

1.2.3 WEB服务的ServerLet模块

WEB系统的核心模块是ServerLet服务,其访问过程如图4所示。客户端发送请求至服务器,服务器将请求信息发送至Serverlet,Serverlet动态生成响应内容并将其传给服务器,服务器将响应返回给客户端。

1.2.4 前台页面展现模块

前台页面展现模块包括两部分:①WEB画面功能包括WEB图形、曲线、报表等,是ISCS的HMI在Internet上的延伸,以形象和直观的形式描述了设备的位置和状态信息等重要内容;②可以对画面进行操作的通用模块,比如画面的放大、缩小、导航、事件栏等。

图4 WEB系统的ServerLet服务访问过程

1.3 WEB通信机制设计

通信机制是WEB系统实现的关键问题。该ISCS中WEB系统设计遵循请求/响应(Request / Response)信息交互模式,采用Ajax模式,其主要流程为:对象初始化⇀发送请求⇀服务器接收⇀服务器返回⇀客户端接收⇀修改客户端页面内容。在本设计方案中,部署了多个应用服务来响应Ajax的请求。一旦服务器端部署了WEB ServerLet,其他应用程序就能发现并且调用这个部署的服务。信息交互的过程如下:①通过JavaScript创建一个Http Request实例和一个用于异步回调函数;②使用Http Request对象向WEB ServerLet服务器发送一个数据请求;③WEB ServerLet将请求传递到后台实现服务内容,并返回应答;④在客户端接收到响应后,调用回调函数处理数据,根据解析后台数据来修改当前页面中的相应值,从而实现页面刷新。

1.4 WEB视频发布功能

WEB系统可为管理者提供查看CCTV视频的功能。因为原有CCTC系统为全数字化视频系统,所以需要通过CCTV视频转发服务将组播数据流转换为单播数据流后发送到客户端IE,客户端通过内嵌在IE中的视频插件即可播放实时画面。图5是东莞火车站站摄像机分布、编号及查看示意图。管理者可以选择需要查看的位置点的摄像机,在IE中即可查看到该摄像机的实时图像。WEB服务将提供相应的策略保证CCTV系统正常网络带宽,WEB服务还可以提供云台摄像机的云台全方位(左右/上下)移动及镜头变倍变焦的控制操作。

1.5 安全性

ISCS数据是城市轨道交通运营系统的核心数据之一,访问必须要有严格的限制。

图5 东莞火车站站CCTV发布示意图

1.5.1 平台安全性

为提供Internet安全,WEB服务器Windows Server 2008 R2将使用基于软件的防火墙,即为Internet连接防火墙(ICF)。ICF可为直接连到Internet上的计算机和位于Internet连接共享主机(ICS)后面的计算机提供保护。Windows Server 2008 R2将允许系统管理员使用策略或强行阻止在某台计算机上运行可执行程序。为了增强Web服务器安全性,Internet信息服务7.5(IIS7.5)被设定为最大安全性,可提供更多控制、更多选择、更高的可靠性和安全性。

城市轨道交通内部办公网络互联至软件平台,其数据流向为系统平台流向办公网络终端。防火墙对其安全性进行保证,以使办公人员通过办公网络查询、浏览到实时监控画面、报表、重要报警汇总、重要故障统计汇总等ISCS重要信息。

1.5.2 软件安全性设计

WEB软件系统采用与ISCS相同的权限管理数据库,具有完善的用户管理功能,可对实时曲线、画面、报表、数据分析等功能按照权限进行访问,并且可提供自定义的浏览权限选择及权限级别定义。用户登录后,通过在IE中设置的Cookies信息,服务器端在用户访问时获取该用户的信息和权限级别来决定是否继续提供服务。WEB系统管理员可进入后台,对用户信息、权限分配及视频支持数量等数据进行配置管理。

1.6 系统界面设计

WEB系统的界面设计见图6。通过WEB系统的导航界面,可方便地选择车站和系统,快速导航到需要的数据显示页面。重要的报警信息也可汇总显示。

图6 系统界面设计图

2 结语

本文针对东莞轨道交通R2线的具体需求,提出了1种在ISCS中架设1个WEB系统的方案。该方案可实现与东莞轨道交通内部办公网络互联,可提供远程查看ISCS重要信息和全线所有摄像机实时图像等功能,为地铁运营和管理人员提供方便、快捷的服务。

目前,将WEB系统与城市轨道交通公司办公系统进行融合在轨道交通行业还只是处在理论研究阶段,但毕竟是发展方向之一。由于城市轨道交通公司本身的办公自动化系统存在大量内部信息,所以加强整个系统的安全性和对访问的严格控制是在具体实施过程中要考虑的重中之重。

[1] 徐杰,贾利民,秦勇,等.城市轨道交通综合监控平台系统集成的研究[J].铁道学报,2007,29(3):107-112.

[2] 濮卫兴,车兆建,李全飞.基于城市轨道交通综合监控系统的Web方案设计[J].城市轨道交通研究,2013(5):69-71.

[3] 南京南瑞集团公司.东莞R2线WEB应用设计方案[R].南京:南京南瑞集团公司,2013.

[4] 戴有炜 .Windows Server 2008 R2安装与管理[M].北京:清华大学出版社,2011:5-20.

[5] 赵驰.基于Web技术应用的轨道交通综合监控系统方案探讨[J].中国建设信息,2010(15):49-50.

[6] 刘佳宝,梁奕,陈天浩.RT21-ISCS综合监控系统中实时历史数据库的设计与实现[J].城市轨道交通研究,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)