基于Nodejs实现web端实时在线监测

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2024年3月15日发(作者：)

第25卷第10期

2018年10月

仪器仪表用户

INSTRUMENTATION

Vol

. 25

2018

No

. 10

基于

Nodejs

实现

web

端实时在线监测

韩利峰、李嘉曾u，黄文博、吴丽梅u

(1.中国科学院上海应用物理研究所，上海201800; 2.中国科学院大学，北京100049)

摘要：为了保障

TMSR

核能项目的实验安全运行，需要构建一套实验室安全监控系统。该系统需要解决以下问题:

实验室地域覆盖广、环境差异大、信号种类多、软件接口复杂。基于实时web监测系统的跨系统、跨区域、美观便

利、可扩展性强等优势，被广泛应用于实时在线监测。本文是基于

nodejs

平台开发的一套

web

端的实验室安全监控

系统。重点介绍了系统的结构框架、基于视频接口进行软件开发，该系统实现了

EPICS

信号采集系统和

Hikvsion

视频

采集系统的集成，通过

Node-Web

前端可视化接口的开发，实现了监测界面中

EPICS

变量和视频流联动的功能。系

统具有分布式、网络化、扩展性好、低成本的特点，对大型科研机构实验室安全监控系统的建设有借鉴作用。

关键词：分布式实验室安全监控；

EPICS

;

node

,

js

;实时

web

监控

中图分类号：

TL

99 文献标志码

：A

DO

1:10. 3969/

j

.

i

ssn

. 1671 -1041.2018. 10. 022

文章编号：1671-1041 (2018)10-0080-04

A Widely Coverage System Design for Laboratory Safety

Monitoring Uses

Han Lifeng Li Jiazeng12, Huang Wenbo1, Wu Limei

12

(ai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, 201800, China;

sity of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, China )

Abstract

: The thorium molten salt reactor (TMSR) Nuclear Energy ProjectJ s laboratory safety issues cannot be underes­

timated. The present commercial system can hardly solve the following problem together: wide geographical coverage, distinct

enviromnental difference, various signals, complex software interfaces, etc. To ensure the TMSR can operate safely, it is essential

to build, a laboratory safety monitoring system which can fulfill these requirements. We development a laboratory safety monitoring

system which is based on the technology of and combined with the EPICS control system and Hikvision video acquisition

system. This system has outstanding characteristics, as distributed structure, network distribution, well scalability and optimum

economical efficiency. It can monitor various signals such as toxic and harmful gases, temperature and smoke, etc. Importantly,

it has the function that the videos can be linked with EPICS signals. This system can be proposed for the development of security

monitoring system in large-scale institutions and enterprises.

Key

words

： distributed laboratory safety monitoring; EPICS; ; real-time web monitori

〇引言

中科院“钍基熔盐堆核能系统（TMSR) ”战略性先

导科技专项致力于研发第四代裂变反应堆核能系统。TMSR

核能专项近期的科技目标是建成钍基熔盐实验堆，并形成

支撑未来发展的技术研发能力[1气项目初期开展了放射化

学、熔盐化学、高温材料、同步辐照、电解制氢、集热传

热等专业学科研究实验，同时加紧规划构建实验室安全集

中监控系统，来保障众多项目的实验安全。在对实验室安

全监控系统的设计需求详细分析后，发现系统开发在有限

预算前提下极具难度：首先，地域分散，34间实验室分布

在园区480亩范围；其次，实验环境各异，材料实验室、

熔盐物性实验室、放化实验室等包含的信号类型繁多，

收稿日期

：

2018-08-08

基金项目：

中国科学院战略先导

@

专项资助（

02010300

)。

作者简介：

韩利峰（

1981-),

男，副研究员，从事反应堆仪控系统和

EPICS

分布式控制系统的研究工作。

第10期

韩利峰•基于

Nodejs

实现

web

端实时在线监测81

图

1 TMSR

实验室安全监控系统网络结构示意图

Fig.1 Schematic diagram of network structure of laboratory safety monitoring system in TMSR

包括：视频、温度、烟雾、有毒有害气体、水流量、漏电

保护等信号的监测；软件接口也很复杂，包括：信号采集

模块的接口、火灾报瞀控制器接口、视频监控接口等；最

后，要能实现在统一、可视化的软件平台下融合所有的信

号系统[%基于上述需求对信号类型进行了分类。为每类信

号分配了一种较经济的监测方案。如10信号采集和记录，

这类信号以开关量或模拟量的形式由探测器输出，适合用

分布式的网络10模块实现采集。火灾报警信号的监测和记

录，因涉及到行业技术规范要求[4]，适合直接接入所内安防

系统的火灾报警器。视频监控和记录比较适合采用商用低

成本的_系统。为了整合以上3个独立的信号采集系统，

上层选用

m>

平台对视频监控、火灾监控和安全信号监

控进行了整合。采用本地和中控报警相结合的方式，开发

了一套广覆盖的实验室安全系统，该系统特点在于信号系

统、火灾报警系统、视频监控相互融合和调用，可以快速

定位事件减少了值班人员冗余，以较少的值班人员保

障大范围分布实验室的长期运行，且増加了实验室安全监

控系统的智能化水平。

区广泛分布的信号都能够被Node web服务器访问并处理，

并在中控室的客户端上显示，实现信号的集中显示。

图

2 TMSR

实验室安全监控系统软件架构

Fig.2 Software architecture of laboratory safety monitoring

system in TMSR

1.1系统软件架构

图2为TMSR实验室安全监控系统软件架构图。本系统

整体采用软件平台，使用node-express模块架设web

1系统结构

如图1所示，

TMSR

实验室安全监控系统是一个整体网

网站m，利用EPICS接口模块实现与EPICS信号监控系统通

讯18-1'使用node-serialport与实现火灾报警系统的通信，

自行封装并发布了视频摄像头的node接口模块实现视频采

集。通过使用node-epics调用libCA库实现与EPICS实时监控

系统的对接；使用套接字socket事件编程实现前后端视频图

像的安全传输。

络化、分布式的结构，通过构建专用的监控数据网络实现

与各个子系统的通讯。总值班室的监控客户端通过监控网

络获取数据服务器数据更新。

分布在广泛区域内的实验室火灾烟雾探头通过通讯回

路汇总到火灾控制器，然后联入监控网络。其它各种类型

的信号探测器信号（温度、有毒有害气体、水流量、漏电

保护等）通过网络化的小型10模块接入到监控网络。新式

的摄像头直接通过本地交换机接入到监控网络，原有老式

的摄像机汇总到原有视频终端机也可以进行网络访问。服

务器和中控室客户端童颜接入监控网络。这样的设计使园

1.2系统前后端通讯

本系统的前后端通信过程如图3所示。前端通过浏览器

输入ip地址访问服务器，由服务器发送页面触发前端页面

渲染执行脚本，并向后端明cket模块发送连接请求，socket

模块分别于Node中的EPICS模块、SDK接口模块及RS232

82

仪器伩表用户

INSTRUMENTATION

第25卷

图

3

两页前后端数据通讯流程困

Fig.3 Data communication flow chart of front and back end of web page

串口通讯模块相连，由它们分别向socket模块发送socket事

件，当变量数值发生变化时，Socket模块发送变量更新事

件到前端，当前端监听到服务器发送的事件后执行回调函

数，更新前端页面数据

，

实现实

时监拴。

2信号釆集及监控过程

2.1

安全信号采集系统

信号采集模块连接有标准信号探测器，用于实验室综

合安全环境相关参数的检测，如：实验环境温度、火灾烟

雾、有毒气体含量、加热炉温度、实验设备冷却水流量、

可燃气体含量、毒物泄露、电器控制箱漏电报瞥、放射性

剂量等。温度信号使用PtlOO铂电阻的RTD温度传感器进行

采集，气体分别采用Mt500固定式可燃性气体探测器和专用

的KD700HF探头，流量监测采用DN50水流量计。各信号检

测器采集的信号通过接人远程以太网I/O设备Moxa ioLogik

E2160^AiS控网络。信号通过交换机作为信息传输媒介再

将信息传送至EPICS系统的IOC层进行通讯，再从EPICS IOC

端通过CA协到后端服务器。

图

4

基于

的实时视頻监控系统架构图

Fig.4 The architecture diagram of real-time video surveillance

system based on

2.3 监控系统

视频采集模块主要通过安装的50>

h

新式摄像头及原有

摄像头全部接入基于

TCP

传输协议的以太网，其中摄像头

采用

POE

供电。图4为本系统基于

Node

.

js

的实时视频监控系

统架构图。

本系统使用

node

-

ffi

去封装设备网络

SDK

中的动态库和播

放库

SDK

中的动态库，麒与

node

.扣兼容。启用

SDK

的播放

库相关函数（

PlayM

4_

GetJJPEG

)抓图成

JPEGI

&式，基于封

装好的

API

建立

JavaScript

库（

HKloadjs

)来加载实时预览流

程，输出视频帧图象数据。且使用

WehSocket

协议即套接字

(

Sockets

)传送视频数据可以保证实时性，在显示端使用

HTML

5的

Canvas

#签，在显示端实时显示视频帧图像

M

]。

本实验室安全监控系统为了满足较高的带宽需求，采

用单端口 100

Mbps

，上行带宽扣_的配置；其中监控系统

采用的单个400万像素摄像头的视频数据经过

H

265标准编

2.2

火灾报箐系统

实验室内的烟感探头，通过总线回路统一接到火灾报

警控制器。火灾报警器通过RS232/TCP模块接入到监控网

络。服务器首先发起请求，火灾报警控制器确认主机的请

求并进行响应，即采用査询/回应的通信方式进行对报警

器的分布式远程控制。火灾报警控制器产生火灾报警信号

时，显示终端软件会触发声音报警模块发出声音报

警。

因

为火灾报瞥控制器应答的信息长度不确定，根据实际发生

报警的探头打包信息，不太适合使用固定信息长度的EPICS

软件进行通讯[11],所以直接调用Node-serialPort模块和火灾

报醫器进行通讯，调用方式参见文献[12]。

第10期

韩利峰•基于

Nodejs

实现

web

端实时在线监测

83

码后的消耗带宽为1.5Mbps，60个摄像头的消耗带宽低于

100Mbps。且监控系统采用独立网络，其他数据采集模块的

信号通讯占用带宽不足1Mbps。因此，系统的网络性能远高

于消耗带宽，可保证系统的稳定运行。

2.4

数据归档功能

每个子系统都具备数据归档功能。历史数据对于安全

系统而言也是至关重要的，一方面历史数据可以用来査看

过去某段时间系统运行的各个参数，帮助进行安全隐患的

判断及定位；另一方面可以提供过去事故的时间节点及频

率等，有利于对实验室布局的优化，提高警惕性并提供可

靠的经验

对于流量、气体、温度等安全信号，故本系统的数

据处理服务器与EPICS的历史归档引擎插件RDB Archive

Engine相结合，将实时参数数据保存到关系型数据库

P〇StgreSql中，根据时间戳可在数据库查询对应时间的相应

信号数据。

对于火灾报警控制器而言，由于没有与EPICS系统进行

对接，故直接将数据记录在控制器中，按时间的倒序记录

蒈报，最多可以记录1〇〇(冲监管历史数据。

对于视频监控系统而言，若在数据库存储只能将视

频转化为二进制存储在表中，调用查看时需要再将二进制

转换回jpg格式，由于数据量的庞大，査询性能将大大降

低。DVR存储是目前最常见的一种存储模式，解编码器设

备直接挂接硬盘，使用方便，技术发展成熟，故本系统采

用数字硬盘录像机（DVR)即内置硬盘的方式进行图像存

储，容量为3000G，存储周期达3周。

3系统联动

现有的实验室安全系统通常将设备信号监控及视频监

控独立开来，没有相互结合，多个实验室监控视频在另一

台设备排列紧凑同时轮动，警报发生时很难快速预测及定

位到事故发生的地点，为了方便安全人员快速准确的定位

警报事件，本系统在整体软件框架下将系统进行了

联结。通过开发摄像头的n〇接口函数，订阅视频硬件

数据更新，利用WebSocket TCP/IP通道通知数据更新，并使

用HTML5 canvas标签进行视频流的展示警报发生时触

发视频页面的调用，使得安全监控操作更加简便快速，大

大降低实验室损坏的风险。

系统集中监控界面如图5所示，对于显示安全信号及火

普信号的前端页面，页面程序采用HTML、CSS、JavaScript

等技术，为了展示信号趋势，弓丨入了 echart图表，并结合园

区实况引人地图API等。一旦某个监测点发生异常状态，将

在园区地图对应位置闪烁警示，并在该监测点地图上跳动

显示标注图标、弹出消息框及响起警报。

对于视频监控界面来说，采用HTML5的Canvas标

签，canvas主要提供画布的功能，无需插件，且对于不同

设备上的浏览器有更好的兼容性，更加合适于移动设备

图

5

集中监控系统人机界面

Fig.5 Centralized monitoring interface

以及跨平台设备的开发。视频界面的设计首先创建图像对

象来接受来自服务端的视频数据，将通过图像源的方式将

base64编码格式的图像数据嵌入到图像对象中，考虑实时

视频监控系统本身特点，将图像数据通过Canvas2D的绘制

上下文进行麻。

4结束语

本文紧密结合了实验室环境实况，综合使用了

EPICS、nodejs、web技术开发了实验室安全监控系统。该

系统特点在于将警报及视频页面的调用相结合，开发了相

应的web界面提高了直观性，并综合解决了实验室分布分

散、安全信号复杂等问题，实现了高效的集中管理，降低

了人力成本，为各实验室的安全监控系统提供了参考。

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(下转第4瓦）

4

仪器仪表用户丨

NSTRUMENTATION

第25卷

驅撇

3)消防监控中心具有多方接警、电话录音功能。

从图4中可以发现，火灾电话报警系统相比消防专用电

话系统在企业的应用，有以下优势：

①

报警。

②

除消防管理值班岗位外，厂内行政及调度电话系统

中所有分机均可拨打电话报蝥专用号码向消防监控中心

石油化工厂区面积大，火灾危险隐患场所多。通过

火灾电话报警系统与厂内无线通信系统联网，当人员生产

操作及安全巡检时发现火灾事故可立即通过无线通信终端

向消防监控中心报警，扩展和延伸了火灾电话报警系统的

服务范围。

图

4

电话报瞀系统功能结构图

Fig.4 Functional structure chart of telephone alarm system

③ 有线电话通信在石化企业已有数10年的应用，系统

成熟稳定可靠，线路传输距离远，可实现与爆炸危险场所

系统和消防专用电话系统。

火灾电话报警系统是企业传统的火灾报警方式，即采

用企业自管的独立电话交换系统的火警电话专用号进行报

警，同时还可通过电话交换系统的热线功能实现消防岗位

间的电话直通联系。通常在消防监控中心设置消防专用电

话调度台，在厂内分消防控制室、消防站、给水栗站等与

消防控制管理有关的值班岗位设置消防直通电话分机。

消防专用电话系统一般分为多线制和总线制，均由消

防电话总机、消防电话分机、消防电话插孔等组成，消防

电话的总机设在消防监控中心，消防电话分机设置在消防

水粟房、发电机房、配变电室、计算机网络机房、主要通

风机房和空调机房、防排烟机房、灭火控制系统操作装置

处或控制室、企业消防站、消防值班室、总调度室、消防

电梯机房及其他与消防联动控制有关的且经常有人值班的

机房。

火灾电话报警系统与消防专用电话系统均具有以下基

本功能：

1)

直通〇

2)

警功能。

消防监控中心与各消防管理值班岗位之间的电话

[1] 石油化工企业设计防火规范：

GB50160-2008[S】.2008.

[2] 危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范：

AQ3035-

消防监控中心对消防岗位电话分机具有脱机侦测报

2010 [S] .2010.

[3] 火灾自动报警系统设计规范：GB5〇ll6_2〇l3[S].2〇l3.

石化企业作为危险化学品重大危险源的生产企业，安

全生产是取得髙效益的根本保证。作为工程设计人员，需

要了解企业消防安全管理体系，学习产品检验标准。将产

品功能与安全管理需求充分结合，才能更好地执行设计标

准规范，设计出经济、合理、髙效、稳定的火灾自动报警

系统，为企业的安全生产提供重要保障。

电话的连接。消防电话线路采用有线电话系统的线路，不

需单独设置。

因此，石油化工企业中更适合采用火灾电话报警系

统。正在编制的石油化工企业的标准规范中已明确其可替

代消防专用电话使用。

6结语

参考文献：

(

上接第

83

買

)

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[13] 房峰,高美凤♦基于的移动视频监控系统〇]♦计算机系统

本文标签： 系统监控视频