地鐵列車(chē)監(jiān)控錄像云存儲(chǔ)方案探討

陳 濤

（杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，浙江杭州 310000）

0 前言

地鐵列車(chē)作為空間狹小、人員密集的公共場(chǎng)所，一直以來(lái)都是地鐵安全防護(hù)領(lǐng)域的工作重點(diǎn)。早期列車(chē)一般采用模擬攝像頭，畫(huà)面分辨率較低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為進(jìn)一步優(yōu)化列車(chē)視頻監(jiān)控效果，各城市的新線列車(chē)均開(kāi)始采用車(chē)載高清數(shù)字?jǐn)z像頭。隨著國(guó)家反恐形式日益嚴(yán)峻，2016?年開(kāi)始實(shí)行的《反恐怖主義法》中規(guī)定：“重點(diǎn)目標(biāo)管理單位采集的視頻圖像信息保存期限不得少于九十日?！北疚耐ㄟ^(guò)介紹現(xiàn)有列車(chē)視頻監(jiān)控方案，針對(duì)如何有效地存儲(chǔ)整列車(chē)的視頻監(jiān)控錄像這一課題，提出新的思路并進(jìn)行可行性分析。

1 列車(chē)視頻監(jiān)控方案簡(jiǎn)介

地鐵列車(chē)視頻監(jiān)控系統(tǒng)有別于地面視頻監(jiān)控系統(tǒng)。由于列車(chē)車(chē)廂的特殊性，在攝像頭的選型、布放數(shù)量及位置，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，線纜敷設(shè)等方面有諸多限制和要求。

現(xiàn)有列車(chē)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的車(chē)載局域網(wǎng)組網(wǎng)方式一般采用有線環(huán)形組網(wǎng)，設(shè)置在車(chē)頭、車(chē)尾以及各車(chē)廂的車(chē)載以太網(wǎng)交換機(jī)，通過(guò)間隔連接方式組成以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。目前系統(tǒng)采用全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化方案，每節(jié)車(chē)廂的車(chē)載交換機(jī)負(fù)責(zé)將本車(chē)廂的高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)及各設(shè)備接入車(chē)載局域網(wǎng)，如圖?1?所示。

綜合考慮車(chē)廂環(huán)境、建設(shè)投入及畫(huà)面要求，為有效避免車(chē)廂內(nèi)立柱以及滿員時(shí)高大乘客的遮擋，每列車(chē)廂設(shè)置?4?臺(tái)攝像機(jī)，可以有效地避免盲區(qū)[1]。攝像機(jī)通過(guò)接入車(chē)載局域網(wǎng)，錄像信息在車(chē)頭以及車(chē)尾的視頻服務(wù)器上進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，互為冗余。

2 錄像存儲(chǔ)容量計(jì)算

為統(tǒng)一列車(chē)錄像存儲(chǔ)容量計(jì)算結(jié)果，本文中列車(chē)默認(rèn)為?6?節(jié)編組，每節(jié)車(chē)廂安裝?4?臺(tái)攝像機(jī)，每個(gè)司機(jī)室安裝?2?臺(tái)紅外攝像機(jī)，全車(chē)共?28?臺(tái)攝像機(jī)?？紤]到夜間停運(yùn)，每列車(chē)的存儲(chǔ)時(shí)間按?20?h?計(jì)算。

全車(chē)監(jiān)控錄像存儲(chǔ)容量計(jì)算公式為：

圖1 車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

公式（1）中，全車(chē)視頻錄像存儲(chǔ)容量單位?MB；攝像頭碼率單位?Mbps；時(shí)間單位?s。

車(chē)廂內(nèi)高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)主流分辨率一般采用?720P，碼率約為?2?Mbps，因此一列車(chē)每天需要存儲(chǔ)的監(jiān)控錄像數(shù)據(jù)容量約為?0.48?TB。根據(jù)國(guó)家《反恐怖主義法》保存期限90?日的規(guī)定，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求預(yù)留?20%?的存儲(chǔ)空間余量，最終全車(chē)監(jiān)控錄像存儲(chǔ)總?cè)萘啃枨蠹s為?54?TB。隨著技術(shù)發(fā)展，如果采用?1080P?或?4K?高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，存儲(chǔ)容量需求將進(jìn)一步增大。

3 本地存儲(chǔ)方案

地鐵列車(chē)視頻監(jiān)控錄像采用本地存儲(chǔ)是目前各城市的通用做法，常見(jiàn)的存儲(chǔ)硬盤(pán)有?3.5?英寸機(jī)械硬盤(pán)（臺(tái)式機(jī)硬盤(pán)）、2.5?英寸機(jī)械硬盤(pán)（筆記本硬盤(pán)）以及SSD?固態(tài)硬盤(pán)?3?種。其中?3.5?英寸機(jī)械硬盤(pán)抗振動(dòng)能力差，故障率高，不適合在列車(chē)環(huán)境上使用。SSD?固態(tài)硬盤(pán)抗振動(dòng)能力最強(qiáng)，但是容量相對(duì)較小，價(jià)格偏高[2]。綜合考慮容量需求、抗振動(dòng)能力及經(jīng)濟(jì)因素，2.5?英寸機(jī)械硬盤(pán)是目前列車(chē)存儲(chǔ)介質(zhì)的最佳選擇。

目前工業(yè)級(jí)?2.5?英寸機(jī)械硬盤(pán)的最大容量為?2TB（由于硬盤(pán)廠家計(jì)算方式，實(shí)際存儲(chǔ)容量約為?1.8?TB），因此一列車(chē)需要安裝?30?塊容量為?2TB?的2.5英寸機(jī)械硬盤(pán)，才能滿足本列車(chē)?90?天的高清錄像存儲(chǔ)需求。

現(xiàn)有車(chē)載視頻存儲(chǔ)設(shè)備硬盤(pán)位一般不超過(guò)?8?個(gè)，同時(shí)還需實(shí)現(xiàn)?RAID5?磁盤(pán)陣列，1?臺(tái)車(chē)載視頻存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)容量一般不超過(guò)?13?TB?？紤]到列車(chē)錄像冗余需求，全車(chē)共需要?8?臺(tái)車(chē)載視頻存儲(chǔ)設(shè)備，現(xiàn)有列車(chē)有限的柜內(nèi)空間很難滿足如此多存儲(chǔ)設(shè)備的安裝空間需求。

4 地面云存儲(chǔ)方案可行性分析

若保持既有車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)方案不變，同時(shí)通過(guò)車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)將每列車(chē)的車(chē)載監(jiān)控錄像上傳至地面控制中心機(jī)房，運(yùn)用技術(shù)成熟的地面存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行集中保存，則完全可以滿足大容量的存儲(chǔ)需求。

4.1 車(chē)地?zé)o線技術(shù)方案比選

目前地鐵車(chē)地?zé)o線主流技術(shù)制式主要有無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）、通用移動(dòng)通信技術(shù)的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LTE）、地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)（DVB-T）3?類(lèi)。

4.1.1 WLAN 技術(shù)

由于?WLAN?技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)化水平高，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種移動(dòng)寬帶傳輸技術(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)主要有802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac。采用無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)車(chē)地雙向高速通信，提供高帶寬，滿足列車(chē)高速運(yùn)行狀態(tài)下的視頻數(shù)據(jù)傳送需求。目前主流的?802.11n?可以在2.4GHz?和?5.8GHz?2?個(gè)頻段工作，理論帶寬?300?Mbps。802.11ac?在?5.8?GHz?頻段工作，理論帶寬?1?300?Mbps。

4.1.2 LTE 技術(shù)

LTE?主要利用?4G?技術(shù)，在移動(dòng)性和帶寬方面均有大幅提高，20?MHz?頻譜帶寬下能夠提供下行?100?Mbps與上行?50?Mbps?的峰值速率，而且?LTE?技術(shù)可以為高速運(yùn)行列車(chē)環(huán)境提供穩(wěn)定的接入服務(wù)[3]。目前，鄭州地鐵、杭州地鐵等已成功利用在?1?800?MHz?頻段下工作的?LTE?技術(shù)傳輸乘客信息系統(tǒng)（PIS）和閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）視頻監(jiān)控信息，但存在頻率申請(qǐng)問(wèn)題。

4.1.3 DVB-T 技術(shù)

DVB-T?采用?MPEG-2?視音頻編碼以及?COFDM?調(diào)制方式，基本原理是將高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸，理論可達(dá)16?Mbps上下行傳輸數(shù)據(jù)帶寬。系統(tǒng)一般通過(guò)分設(shè)上行及下行?2?套無(wú)線傳輸設(shè)備的方式，實(shí)現(xiàn)車(chē)地之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，但也存在頻率申請(qǐng)問(wèn)題[4]。

4.1.4 技術(shù)方案對(duì)比

上述幾種車(chē)地?zé)o線技術(shù)方案對(duì)比，見(jiàn)表?1。按本文列車(chē)視頻監(jiān)控方案計(jì)算，每臺(tái)?720P?高清攝像機(jī)的上傳帶寬需求為?2?Mbps，統(tǒng)籌考慮上傳預(yù)留帶寬、車(chē)載視頻直播等業(yè)務(wù)帶寬，全車(chē)車(chē)地?zé)o線帶寬需求約為?130?Mbps。

通過(guò)對(duì)幾種車(chē)地?zé)o線技術(shù)方案在帶寬、抗干擾性、投資造價(jià)等多方面的比選，802.11ac?實(shí)際帶寬滿足全車(chē)監(jiān)控錄像實(shí)時(shí)上傳需求，是目前比較適合列車(chē)錄像地面云存儲(chǔ)的車(chē)地?zé)o線技術(shù)方案。

表1 車(chē)地?zé)o線技術(shù)方案對(duì)比

4.2 列車(chē)錄像地面云存儲(chǔ)方案

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新的概念，是一種新興的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)。列車(chē)錄像地面云存儲(chǔ)是指將列車(chē)錄像實(shí)時(shí)上傳至地面控制中心進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，通過(guò)存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，采用分布式文件系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)于多個(gè)節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)應(yīng)用軟件將多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能的一個(gè)系統(tǒng)[5]。

云存儲(chǔ)方案采用全新的設(shè)計(jì)理念，從服務(wù)可用性、數(shù)據(jù)可靠性、接口通用性等多個(gè)維度提升監(jiān)控存儲(chǔ)的質(zhì)量，而且隨著后續(xù)地鐵線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，云存儲(chǔ)方案也可實(shí)現(xiàn)性能與容量的線性擴(kuò)展。

圖2 列車(chē)錄像地面云存儲(chǔ)整體架構(gòu)

如圖?2?所示，區(qū)間無(wú)線訪問(wèn)接入點(diǎn)（AP）沿地鐵線路連續(xù)布設(shè)，列車(chē)視頻監(jiān)控錄像數(shù)據(jù)采用無(wú)線方式上傳至區(qū)間?AP，并通過(guò)區(qū)間光纜傳送至車(chē)站，之后經(jīng)車(chē)站交換機(jī)上傳至控制中心。地面云存儲(chǔ)相關(guān)設(shè)備安裝于控制中心機(jī)房，通過(guò)萬(wàn)兆交換機(jī)與控制中心交換機(jī)連接，設(shè)備主要由交換機(jī)、元數(shù)據(jù)服務(wù)器、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、流媒體服務(wù)器及云存儲(chǔ)軟件等組成。地鐵工作人員可以在控制中心集中管理線網(wǎng)所有列車(chē)的視頻監(jiān)控錄像數(shù)據(jù)。

云存儲(chǔ)方案并不是視頻存儲(chǔ)的簡(jiǎn)單堆積，而是存儲(chǔ)和管理的中心節(jié)點(diǎn)，它將云設(shè)備、云軟件、云服務(wù)整合后提供一套完整的解決方案。結(jié)合虛擬化技術(shù)、數(shù)據(jù)安全及保護(hù)技術(shù)、智能分布式視頻數(shù)據(jù)篩選、智能分析和計(jì)算等核心技術(shù)，云存儲(chǔ)方案整合了地鐵列車(chē)原有分散錄像數(shù)據(jù)，將進(jìn)一步降低人工成本，避免資源浪費(fèi)，打造出一個(gè)便捷、統(tǒng)一管理和高效應(yīng)用的地鐵視頻大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前地鐵安防形式下，針對(duì)如何有效存儲(chǔ)地鐵列車(chē)海量視頻錄像數(shù)據(jù)的問(wèn)題進(jìn)行分析、探討。在保證車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)滿足數(shù)據(jù)傳輸需求的前提下，云存儲(chǔ)以其數(shù)據(jù)可靠、接口通用、線性擴(kuò)展、智能分析等諸多優(yōu)勢(shì)，改變了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)模式，為地鐵列車(chē)大容量視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了新的解決思路。

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