廣州地鐵現(xiàn)有線路模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備更新?lián)Q代改造研究

摘 要：由于隨著科技發(fā)展，當(dāng)前視頻監(jiān)控技術(shù)主流趨向數(shù)字高清視頻技術(shù)方向發(fā)展，市場上大多數(shù)模擬視頻產(chǎn)品已停產(chǎn)；另一方面，目前廣州地鐵現(xiàn)有線路的模擬視頻系統(tǒng)清晰度已無法滿足未來地鐵客運(yùn)和行車監(jiān)控需求。因此，模擬視頻系統(tǒng)的更新?lián)Q代和新應(yīng)用技術(shù)的推廣是勢在必行的。本文主要對現(xiàn)時現(xiàn)有線路的視頻技術(shù)進(jìn)行分析對比，研究現(xiàn)有線路標(biāo)清視頻系統(tǒng)改造的方向，提出應(yīng)用“光纖數(shù)字前端攝像機(jī)+后端云存儲”此前沿技術(shù)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，大幅度改善目前現(xiàn)有線路標(biāo)清視頻的不足，切實保障廣州地鐵運(yùn)營安全和提高客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，擦亮現(xiàn)有線路的“眼睛”。

關(guān)鍵詞：更新?lián)Q代；云存儲

中圖分類號：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）36-0238-02

廣州地鐵現(xiàn)有線路模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用標(biāo)清視頻技術(shù)，系統(tǒng)組成包括模擬攝像機(jī)、視頻均衡器、視頻分配器、畫面合成器、監(jiān)視器及視頻矩陣等部件，信號線纜采用SYV75視頻同軸電纜。目前，大部分現(xiàn)有線路視頻系統(tǒng)運(yùn)行時間超過10年，長期24h不間斷運(yùn)作，導(dǎo)致設(shè)備老化、功能受到影響的問題，使系統(tǒng)穩(wěn)定性呈現(xiàn)下降趨勢。另一方面，現(xiàn)有線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)無論是視頻布點(diǎn)、圖像清晰度或者是錄像存儲碼流均滿足不了如今地鐵運(yùn)營安全所需要的無死角、全高清的要求。

此外，由于視頻技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前主流趨向數(shù)字高清，市場上已甚少有模擬視頻產(chǎn)品售賣，現(xiàn)時原廠視頻矩陣、控制鍵盤和模擬攝像機(jī)等設(shè)備均已停產(chǎn)，視頻均衡器、視頻分配器和畫面合成器僅有少數(shù)小型設(shè)備商生產(chǎn)，品質(zhì)難以保證。因此，現(xiàn)有線路視頻系統(tǒng)的更新?lián)Q代和新應(yīng)用技術(shù)的推廣是勢在必行的。

1 思路與目標(biāo)

1.1 更新原則

（1）不影響運(yùn)營，有計劃過渡。廣州地鐵為廣州城市軌道交通主動脈，每天需承接上百萬的客流量，因此，系統(tǒng)的更新改造不能對地鐵運(yùn)營造成任何影響，同時，運(yùn)營線路的改造應(yīng)循序漸進(jìn)，工程工序應(yīng)盡量簡單化、統(tǒng)一化和具備規(guī)劃性。

（2）兼容是基礎(chǔ)，發(fā)展是關(guān)鍵。雖然現(xiàn)有線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備老化性能下降，但仍然具備使用功能，因此新系統(tǒng)不僅應(yīng)用主流先進(jìn)技術(shù)，也應(yīng)該兼容模擬視頻設(shè)備的接入。

（3）適當(dāng)?shù)某?，合理的冗余?？紤]到科技發(fā)展日新月異，本次改造應(yīng)選取未來十年大力發(fā)展、大量應(yīng)用的技術(shù)方案，避免出現(xiàn)短期內(nèi)技術(shù)淘汰設(shè)備停產(chǎn)，面臨再次改造的情況。

（4）提高智能化，降低人成本。改造所使用的新設(shè)備應(yīng)具有智能化特性和一定的自愈能力，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，維護(hù)方便，減少公司在設(shè)備維護(hù)人力成本的投入，提高生產(chǎn)效率。

1.2 改造目標(biāo)

現(xiàn)有線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造升級以“提升服務(wù)質(zhì)量，降低維護(hù)成本”為主要目標(biāo)，切實保障廣州地鐵運(yùn)營安全和提高客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，擦亮現(xiàn)有線路“眼睛”。

2 研究內(nèi)容

技術(shù)方案：

（1）選型建議

參考當(dāng)今國內(nèi)主流視頻廠家技術(shù)方案，建議現(xiàn)有線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備更新改造選用“光纖數(shù)字前端+云存儲”的前沿技術(shù)方案，并且兼容現(xiàn)有模擬攝像機(jī)接入。

（2）新技術(shù)方案

更新改造后的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端攝像機(jī)采用光纖數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，再使用光纜直連至通信設(shè)備房，中間無需經(jīng)過交換機(jī)或光端機(jī)等有源器件，減少設(shè)備房外故障隱患；圖像數(shù)字信號經(jīng)設(shè)備房內(nèi)接入交換機(jī)進(jìn)入云存儲網(wǎng)絡(luò)，并上傳至云存儲節(jié)點(diǎn)。由于現(xiàn)有線路車站設(shè)備房內(nèi)空間有限，已無空間增加機(jī)柜，建議云存儲節(jié)點(diǎn)建立在云存儲集中總機(jī)房內(nèi)，既可以統(tǒng)一管理也可以節(jié)省機(jī)房建設(shè)費(fèi)用。

如圖1所示，云存儲管理節(jié)點(diǎn)采取集群部署方式，即利用3套管理節(jié)點(diǎn)對現(xiàn)有線路上千個攝像機(jī)和數(shù)十套存儲設(shè)備進(jìn)行集群管理。集群部署可以保持規(guī)模與性能的線性增長，是一種高可靠性、高穩(wěn)定性的部署方式，可實現(xiàn)單臺或多臺服務(wù)器應(yīng)用的故障切換和負(fù)載均衡，系統(tǒng)的可靠性和性能得到極大的提高。

但是，此種組網(wǎng)方式對傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性要求十分高，假如傳輸網(wǎng)絡(luò)中斷，則會影響單站或多個站點(diǎn)的錄像無法傳送至云存儲設(shè)備，造成錄像丟失。因此，本方案提出在各個站點(diǎn)內(nèi)增加一套可循環(huán)錄制數(shù)小時全站視頻的本地網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，保證系統(tǒng)在傳輸設(shè)備癱瘓時不丟失錄像。

（3）系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

①編碼標(biāo)準(zhǔn)：H.265；

②每路視頻速率：1～8Mbps；

③幀速率：每路圖像可達(dá)到30fps；

④圖像分辨率：1080p（1920×1080）以上。

（4）存儲容量計算

以某線路為例，目前該線路模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)（含專用CCTV和票務(wù)監(jiān)控）的總攝像頭數(shù)量分別為484個，以增量120%計算各類視頻監(jiān)控補(bǔ)盲，此外，考慮部分模擬攝像機(jī)（約20%）保留不改型，估算更新改造后圖像總數(shù)為1065幅，其中標(biāo)清91幅，高清974幅。

視頻流按照H.265視頻壓縮編碼計算，1幅標(biāo)清圖像存儲90d錄像容量為：1Mbps×3600s×24h×90d/1024/1024/8=0.926TB，1幅1080P高清圖像存儲90d錄像容量為：4Mbps×3600s×24h×90d/1024/1024/8=3.7TB，統(tǒng)計出該線路云存儲所需的總?cè)萘繛?688.06TB。

以24盤位的IPSAN作為存儲節(jié)點(diǎn)為例，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，存儲設(shè)備一般采用RAID6陣列方式，每臺設(shè)備配置1個熱備盤和4個數(shù)據(jù)校驗盤，每臺設(shè)備可用的有效存儲硬盤19個，同時考慮5%的空間損失，則每臺IPSAN的凈存儲空間為：4TB×19×0.95=72.2TB，則可以計算出該線路全線更新改造所需的IPSAN數(shù)量為52臺，4T硬盤數(shù)量為1248個。

（5）優(yōu)點(diǎn)與不足

對比目前廣州地鐵在用的視頻技術(shù)，本方案采用的技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

①容災(zāi)能力強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性高。當(dāng)今國內(nèi)主流設(shè)備廠家的云存儲技術(shù)均具有設(shè)備容災(zāi)、RAID容災(zāi)、電源容災(zāi)功能，確保當(dāng)單臺存儲設(shè)備、管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)磁盤或者電源故障時，系統(tǒng)業(yè)務(wù)不受影響。

②資源利用率高，能最大限度發(fā)揮硬件設(shè)備性能?，F(xiàn)時在用的本地存儲技術(shù)的每套設(shè)備容量由每個站點(diǎn)各自的服務(wù)器進(jìn)行管理和分配，本站內(nèi)的存儲節(jié)點(diǎn)僅能供本站點(diǎn)使用，由于每個車站攝像機(jī)前端數(shù)量不同，可能會出現(xiàn)部分站點(diǎn)剩余存儲容量無法被充分利用的情況。但云存儲系統(tǒng)中，所有存儲節(jié)點(diǎn)無論是集中在一個機(jī)房還是分開在各個站點(diǎn)均視為統(tǒng)一的一個大容量磁盤，異地存儲節(jié)點(diǎn)的剩余容量可以用于存儲其他站點(diǎn)的錄像。

③可擴(kuò)展性強(qiáng)?，F(xiàn)時的本地存儲方式進(jìn)行擴(kuò)容，假若車站的磁盤陣列框架已滿載硬盤，則無論擴(kuò)容的大小均需要在這些滿載的站點(diǎn)本地機(jī)柜內(nèi)增加至少1臺設(shè)備。然而，由于云存儲技術(shù)的所有存儲設(shè)備看作一個磁盤，因此無需根據(jù)擴(kuò)容的站點(diǎn)數(shù)來增加框架，只需要按照增加容量來進(jìn)行總體計算。

如表1和表2所示，某線路的A站點(diǎn)（80個高清監(jiān)控點(diǎn)）和B站點(diǎn)（110個高清監(jiān)控點(diǎn)）因運(yùn)營安全需要從原本30d錄像存儲升級擴(kuò)容至90d，若采取本地存儲的方式，某線路A點(diǎn)和B站點(diǎn)共增加7臺IPSAN和158個硬盤，而采取云存儲方式，則某線路A站點(diǎn)和B站點(diǎn)共增加6臺IPSAN和153個硬盤。

另一方面，現(xiàn)有線路系統(tǒng)車站本地機(jī)房的面積有限，某些站點(diǎn)有可能無法容納新增的存儲設(shè)備，云存儲技術(shù)則可有效解決此問題，因為其存儲是不受位置所限制，擴(kuò)展能力十分強(qiáng)大。

④光纖攝像機(jī)可減少前端交換機(jī)或光端機(jī)的配置，節(jié)省設(shè)備支出，同時前端至設(shè)備房的光纖為直熔模式，就算遠(yuǎn)距離傳輸產(chǎn)生的信號損耗也不大，此外還減少了中間故障點(diǎn)，提高可靠性。

不過，由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)承載設(shè)備業(yè)務(wù)能力有限，上述技術(shù)的應(yīng)用仍有一定的限制，最主要的不足為系統(tǒng)所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬較大，現(xiàn)有傳輸設(shè)備未能完全滿足。按照H.265圖像壓縮技術(shù)，每個圖像所占用的帶寬使用4Mb/s碼流，單條線路1080P高清視頻傳輸通道需要2Gb/s以上帶寬，但相信未來傳輸設(shè)備能夠?qū)Υ诉M(jìn)行支持。

3 研究成果應(yīng)用效果預(yù)想

3.1 新技術(shù)應(yīng)用

本次方案所采取的“光纖前端攝像機(jī)+云存儲”的視頻技術(shù)為目前國內(nèi)安防視頻較為前沿的、大力發(fā)展的新型技術(shù)應(yīng)用，集眾多優(yōu)點(diǎn)于一身，適用于對視頻監(jiān)控需求和存儲要求日益提高的城市軌道交通行業(yè)，具有廣泛的應(yīng)用性。

3.2 提升乘客服務(wù)

全高清視頻存儲和監(jiān)控技術(shù)有利于車站值班員或者中心調(diào)度員對客運(yùn)服務(wù)進(jìn)行監(jiān)控和事件調(diào)查，例如清晰地監(jiān)控每一個屏蔽門的開關(guān)情況、車門夾人情況、扶梯客傷調(diào)查、閘機(jī)出入情況、點(diǎn)幣票務(wù)安全等等，全面改善目前現(xiàn)有線路標(biāo)清視頻的不足，提升乘客服務(wù)質(zhì)量和提高客運(yùn)安全。

3.3 優(yōu)化生產(chǎn)效率

本次方案采用的新型技術(shù)，具有減少前端故障點(diǎn)的優(yōu)勢，更有一定的系統(tǒng)自愈能力和容災(zāi)能力，減輕一線員工的生產(chǎn)壓力和維護(hù)維修工序，提升生產(chǎn)效率。

不僅這樣，更新?lián)Q代后，車站值班員可通過監(jiān)視器即可對站臺、站廳等區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，減少站臺、站廳值守人員，節(jié)省人力資源，如按照每個車站每個班減少1個值班員計算，每年每條線路可節(jié)省3人/每日×24個車站（平均線路車站數(shù)）×13萬元/年=936萬元。

4 綜 述

廣州地鐵現(xiàn)有線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備更新改造勢在必行，新一代的視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、可靠性高和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，優(yōu)化生產(chǎn)效率以及節(jié)省一定的人力資源，全面改善目前標(biāo)清視頻的不足，切實保障廣州地鐵運(yùn)營安全和提高客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，擦亮地鐵運(yùn)營“眼睛”。

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收稿日期：2018-11-10