高速公路視頻上云建設(shè)設(shè)計(jì)與實(shí)施

林 敏

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司 福州管理分公司 機(jī)電維護(hù)中心，福建 福州 350100）

0 引言

根據(jù)《交通運(yùn)輸部辦公廳關(guān)于印發(fā)<全國(guó)高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)工作實(shí)施方案>和<全國(guó)高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求>的通知》（交辦公路函[2019]1659號(hào)），福建省開展高速公路上云建設(shè)工作時(shí)，相關(guān)部門需和福建省實(shí)施高速公路以視頻云聯(lián)網(wǎng)相關(guān)建設(shè)要求為依據(jù)，構(gòu)建具有先進(jìn)性、科學(xué)性、統(tǒng)一性的省級(jí)平臺(tái)，推動(dòng)高速公路實(shí)現(xiàn)智能化、信息化，為出行服務(wù)提供充分保障，增強(qiáng)群眾的幸福感、滿足感以及安全感。

福建省在高速公路方面實(shí)施全省視頻上云建設(shè)，項(xiàng)目按需部署省級(jí)視頻云平臺(tái)模式，在全省九地市路段市級(jí)中心按需部署視頻上云網(wǎng)關(guān)，采用路段→省級(jí)云平臺(tái)（公有云）→部級(jí)云平臺(tái)，其中省級(jí)云平臺(tái)采用公有云方式部署。

1 福建省當(dāng)前高速公路實(shí)施的視頻監(jiān)控現(xiàn)狀

當(dāng)前福建省在高速公路方面的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用多級(jí)聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，各收費(fèi)站及隧道的視頻監(jiān)控圖像通過(guò)傳輸交換設(shè)備將視頻監(jiān)控圖像傳到路段市級(jí)中心視頻監(jiān)控相關(guān)平臺(tái)，然后市級(jí)中心利用OTN傳輸設(shè)備，將視頻監(jiān)控圖像向省級(jí)匯聚點(diǎn)視頻監(jiān)控平臺(tái)傳送。視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)帶寬為10G+2.5G模式，即骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬為10 Gb·s-1，接入路段帶寬為 2.5 Gb·s-1，能夠滿足各收費(fèi)站高清視頻圖像傳輸至匯聚點(diǎn)的帶寬要求。

2 高速公路視頻上云設(shè)計(jì)基本原則

視頻上云設(shè)計(jì)應(yīng)注重先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用，加強(qiáng)視頻監(jiān)測(cè)設(shè)施與云平臺(tái)進(jìn)行海量融合，并進(jìn)行應(yīng)急分析、自動(dòng)識(shí)別以及智能控制等多個(gè)方面的建設(shè)，發(fā)揮對(duì)路網(wǎng)整體狀態(tài)的感知作用以及對(duì)于應(yīng)急工作的支撐價(jià)值，結(jié)合高質(zhì)量發(fā)展要求推動(dòng)高速公路實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)網(wǎng)工作，促進(jìn)視頻監(jiān)測(cè)全聯(lián)網(wǎng)，并且實(shí)現(xiàn)全覆蓋、智能化、全共享，保證高速公路提供服務(wù)時(shí)的整體效率和整體效能，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀以及視頻監(jiān)控運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，合理使用當(dāng)前設(shè)施，最大程度地減少建設(shè)成本。同時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)出整體性，應(yīng)在云、管、網(wǎng)這幾方面實(shí)現(xiàn)一體化，結(jié)合高速公路當(dāng)前監(jiān)控現(xiàn)狀展開統(tǒng)一規(guī)劃，設(shè)計(jì)好監(jiān)控頂層，盡量減少升級(jí)時(shí)產(chǎn)生的重復(fù)投資，保證技術(shù)方案的合理性，形成功能性完善的云聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。在此過(guò)程中，需提升思想認(rèn)識(shí)，形成統(tǒng)一步調(diào)。

3 福建省高速公路視頻上云設(shè)計(jì)思路

3.1 制定科學(xué)架構(gòu)

根據(jù)交通運(yùn)輸部提出的全國(guó)范圍高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)實(shí)施方案具體要求，基于福建省在高速公路方面視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，擬采用“前端攝像機(jī)—路段級(jí)—省級(jí)—部級(jí)”這一云平臺(tái)架構(gòu)。為保證上述目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，市級(jí)中心應(yīng)對(duì)視頻上對(duì)云應(yīng)網(wǎng)和交換機(jī)進(jìn)行部署，同時(shí)為了滿足省級(jí)云平臺(tái)應(yīng)滿足網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)不低于二級(jí)的要求，需要在省級(jí)匯集點(diǎn)祥謙數(shù)據(jù)中心新增防火墻、網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)閘、堡壘機(jī)、日志審計(jì)系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)安全審計(jì)系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，進(jìn)而加強(qiáng)各個(gè)方面聯(lián)系。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)調(diào)研

調(diào)研工作在實(shí)施過(guò)程中，需充分了解管理單位信息，掌握管理單位實(shí)際管轄里程、網(wǎng)絡(luò)情況及設(shè)備情況等，并且全面掌握機(jī)房設(shè)備的實(shí)際分布情況。同時(shí)需了解沿線和管理單位的實(shí)際組織方式，做好對(duì)視頻硬件信息和廠家信息多個(gè)方面的收集工作，保證信息收集充分。調(diào)研時(shí)需根據(jù)上云網(wǎng)關(guān)要求，對(duì)相關(guān)攝像機(jī)的信息進(jìn)行收集整理。為確保信息的準(zhǔn)確性，技術(shù)人員需對(duì)路段中攝像機(jī)樁號(hào)經(jīng)緯度信息進(jìn)行采集，按要求填寫攝像機(jī)所在線路編號(hào)、攝像機(jī)所在線路名稱、所屬位置、興趣點(diǎn)名稱、視頻類型、設(shè)備名稱以及攝像機(jī)IP等信息；要充分了解路段市級(jí)中心機(jī)房視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)情況，確定上云網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)等設(shè)備的安裝位置。

4 省級(jí)云臺(tái)平建設(shè)實(shí)施方案

4.1 視頻上云具體要求

云平臺(tái)中的整體視頻屬于高清視頻，要能夠適應(yīng)上云要求。云平臺(tái)的控制能力、存儲(chǔ)需求、調(diào)閱截圖能力等需滿相關(guān)技術(shù)要求[1]。視頻進(jìn)行編碼時(shí)采用H.264方式，省級(jí)云平臺(tái)和部級(jí)云平臺(tái)之間需具備良好對(duì)接能力。

4.2 省級(jí)云平臺(tái)建設(shè)

省級(jí)云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施主要租用公有云資源。云主機(jī)用戶可以自定義，將其配置為私有云。私有云具有隱私性，并且可以在區(qū)域中自定義私網(wǎng)地址，可以與路段中視頻上云對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行混合組網(wǎng)，接入各類專線[2]?？蛇\(yùn)用視頻上云網(wǎng)關(guān)、云計(jì)算服務(wù)、公有云CDN以及云端VPN隧道等技術(shù)，為視頻云聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供控制服務(wù)以及調(diào)用服務(wù)方面的支持。

省級(jí)云平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能。

（1）直播功能。省級(jí)云平臺(tái)可以向部級(jí)云平臺(tái)提供視頻資源具體播放地址，并且支持HTTP-FLV、HLS協(xié)議進(jìn)行調(diào)看，基于高低碼流首屏實(shí)際耗時(shí)進(jìn)行分析，可以滿足交通運(yùn)輸部提出的技術(shù)指標(biāo)要求。省級(jí)云平臺(tái)展開攝像機(jī)云臺(tái)控制與操作，其中包括全方位移動(dòng)、調(diào)整轉(zhuǎn)速、合理變焦等，也可以向部級(jí)提供服務(wù)。

（2）截圖功能。將上云網(wǎng)關(guān)中上報(bào)的整體視頻截圖實(shí)時(shí)接入，截圖格式為CIF，或達(dá)到CIF分辨率的JPG格式。截圖保留實(shí)際時(shí)間一般需大于7天，并根據(jù)規(guī)定向部級(jí)云平臺(tái)上傳[3]。

（3）診斷功能。對(duì)上傳到云平臺(tái)的攝像機(jī)圖像進(jìn)行檢測(cè)，并在軟件上顯示出檢測(cè)結(jié)果。

（4）用戶管理功能。對(duì)登陸云平臺(tái)的用戶進(jìn)行增加、刪除、修改等操作，超級(jí)用戶可以對(duì)其他用戶進(jìn)行權(quán)限分配設(shè)置[4]。

（5）聯(lián)網(wǎng)配置功能。包含對(duì)省平臺(tái)CDN進(jìn)行配置、上云網(wǎng)關(guān)配置、碼流管理、任務(wù)下發(fā)、部省平臺(tái)信息配置及設(shè)備管理等功能。

（6）上云日志查看功能。對(duì)云平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)操作日志進(jìn)行查看[5]。

（7）數(shù)據(jù)同步功能。省級(jí)云平臺(tái)具備狀態(tài)信息、攝像機(jī)點(diǎn)位以及組織架構(gòu)相關(guān)信息的同步能力，可以管理上云設(shè)備和上云視頻[6]。針對(duì)視頻資源和視頻轉(zhuǎn)碼相關(guān)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，具有視頻的推流功能以及監(jiān)控功能，確保各轉(zhuǎn)碼設(shè)備和攝像機(jī)之間進(jìn)行匹配關(guān)聯(lián)，進(jìn)而為視頻選取和視頻控制提供便利，保證云端推流合理性。

（8）地圖展示功能。針對(duì)上云視頻進(jìn)行控制與選取，使視頻能夠向公眾開放[7]。地圖展示需注重對(duì)當(dāng)前路段樁號(hào)相關(guān)數(shù)據(jù)的運(yùn)用，通過(guò)運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)地圖形象且直觀的優(yōu)勢(shì)，使路段沿線當(dāng)中的視頻設(shè)備通過(guò)實(shí)際點(diǎn)位標(biāo)注在手機(jī)地圖中，進(jìn)而使用戶能夠了解實(shí)時(shí)路況信息，可以利用不同顏色對(duì)擁堵路段做出區(qū)分[8]。

4.3 云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)

省級(jí)云平臺(tái)位于視頻監(jiān)控專網(wǎng)的邊界，應(yīng)按照網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)二級(jí)要求進(jìn)行安全防護(hù)[9]。在區(qū)域邊界布設(shè)防火墻及網(wǎng)閘等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，針對(duì)外網(wǎng)訪問(wèn)進(jìn)行控制，設(shè)置不同網(wǎng)絡(luò)之間的邏輯隔離，使數(shù)據(jù)安全交換[10]。應(yīng)在邊界交換機(jī)部署網(wǎng)絡(luò)安全審計(jì)系統(tǒng)、堡壘機(jī)、日志審計(jì)系統(tǒng)等安全管理設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作行為、用戶行為等進(jìn)行審計(jì)。

4.4 安裝部署上云網(wǎng)關(guān)

上云網(wǎng)關(guān)的安裝部署主要有以下關(guān)鍵步驟。

（1）按規(guī)范安裝上云網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)等設(shè)備，接入到系統(tǒng)UPS用電，確保設(shè)備不會(huì)因停電導(dǎo)致業(yè)務(wù) 中斷。

（2）對(duì)上云網(wǎng)關(guān)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，保證上云網(wǎng)關(guān)與其他設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)暢通。

（3）對(duì)上云網(wǎng)關(guān)進(jìn)行部署，將之前收集的攝像機(jī)信息導(dǎo)入到上云網(wǎng)關(guān)，對(duì)不能正常顯示的攝像機(jī)進(jìn)行視頻診斷，確保在用攝像機(jī)都能正常接入上云網(wǎng)關(guān)。

5 設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題

5.1 擴(kuò)展性問(wèn)題

為適應(yīng)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)需求，省級(jí)云平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需保留匯聚接入水運(yùn)、機(jī)場(chǎng)等多種交通視頻對(duì)應(yīng)資源的能力。視頻云平臺(tái)在接入形式上應(yīng)更為廣泛。因此系統(tǒng)應(yīng)支持多樣接入形式，充分滿足不同類型設(shè)備在接入時(shí)的需求。以攝像機(jī)為例，攝像機(jī)可分為場(chǎng)站攝像機(jī)、沿線攝像機(jī)以及移動(dòng)攝像機(jī)等多種類型，為充分滿足多種攝像機(jī)的接入需求，需結(jié)合技術(shù)要求，通過(guò)修改攝像機(jī)屬性類型等方法，將攝像機(jī)接入云平臺(tái)；和前端移動(dòng)設(shè)備形成長(zhǎng)連接，促進(jìn)視頻資源的信息同步。

5.2 支撐能力問(wèn)題

省級(jí)云平臺(tái)應(yīng)具備十萬(wàn)或超過(guò)十萬(wàn)的并發(fā)能力。其中涉及視頻播放，這種能力建立在服務(wù)系統(tǒng)自身開放能力以及視頻流獲取能力的基礎(chǔ)上。系統(tǒng)微服務(wù)類型的組織架構(gòu)形式，可以推動(dòng)服務(wù)單元逐漸向微縮方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)多元部署，利用負(fù)載均衡、公有云容器等方面的技術(shù)，推動(dòng)彈性伸縮以及自動(dòng)擴(kuò)容的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)運(yùn)用云端CDN技術(shù)，可以將視頻流通過(guò)分發(fā)方式拷貝到用戶邊緣服務(wù)器，用戶可以在對(duì)邊緣服務(wù)器展開訪問(wèn)的過(guò)程中獲取視頻流資源，保證中央設(shè)備并發(fā)負(fù)載整體強(qiáng)度有效降低，提升并發(fā)能力。

6 結(jié)語(yǔ)

省級(jí)視頻云平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)施需充分結(jié)合當(dāng)前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，在高速公路視頻管理架構(gòu)不發(fā)生改變的基礎(chǔ)上部署上云網(wǎng)關(guān)，對(duì)省級(jí)云臺(tái)平進(jìn)行安全加固，最大程度地減少建設(shè)成本。云平臺(tái)的建設(shè)對(duì)福建省高速公路運(yùn)營(yíng)管理提出了更高要求，對(duì)福建省高速公路提供更便捷的出行信息有著重大的意義。