基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的視頻智慧運維系統(tǒng)

韓 飛

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造與信息工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，產(chǎn)生城鎮(zhèn)虹吸效應(yīng)，周邊城鎮(zhèn)人口向城市中心流動，導(dǎo)致城市人口增加，人員居住密集，引發(fā)了一系列社會安全管理問題，比如城市建設(shè)中的社會治安、交通以及學(xué)校等重點區(qū)域防范等。為解決上述問題，各地在城市重點區(qū)域、城鄉(xiāng)結(jié)合部、重點?；瘏^(qū)域大量安裝用于交通、治安管理的圖像監(jiān)控系統(tǒng)。這些視頻監(jiān)控設(shè)備無死角覆蓋全區(qū)域，24 小時運行，能夠為案件分析和打擊犯罪提供重要的視頻證據(jù)，在一定程度上震懾了違法犯罪分子[1-5]。但是由于這些監(jiān)控設(shè)備安裝的環(huán)境惡劣且復(fù)雜，設(shè)備的工作強度大和數(shù)量多、牽扯的外圍輔助部門多等原因，監(jiān)控設(shè)備常常會出現(xiàn)各種各樣的非正常工作現(xiàn)象[6]，諸如：供電異常、當(dāng)設(shè)備所依賴的市政供電出現(xiàn)停電、電力線纜檢修停電、人為破壞、設(shè)備輸入電路不通、供電電源損壞等，導(dǎo)致前端攝像機停止工作，運維中心也無法及時獲得設(shè)備故障原因；網(wǎng)絡(luò)信號異常導(dǎo)致通信鏈路出現(xiàn)問題，如光纖故障、網(wǎng)線故障、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備故障。

傳統(tǒng)的運維平臺只是簡單地對前端攝像頭進行管理和視頻查看，缺少對外圍輔助設(shè)備的有效管理以及周邊環(huán)境的信息管理；對前端設(shè)備只是進行列表式粗略管理，不能形象生動直觀地展示設(shè)備安裝地理位置信息，無法管理設(shè)備維護人員信息、設(shè)備運行動態(tài)信息、設(shè)備故障統(tǒng)計分析等。

按照通常的監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)測過程和手段，首先在后臺數(shù)千個圖像中發(fā)現(xiàn)多天之前存在故障的監(jiān)控設(shè)備，然后通知系統(tǒng)集成商前去維護，系統(tǒng)集成商需要先派技術(shù)工程人員到故障現(xiàn)場對設(shè)備進行實際查看，并且對供電問題、網(wǎng)絡(luò)問題以及攝像機問題進行一一排查，如是系統(tǒng)集成商的原因，他會現(xiàn)場先行進行維修，對不能維修的情況帶回或二次現(xiàn)場派修，直至解決故障問題。如果非集成商問題，則針對排查結(jié)果再反饋通知用戶，由用戶根據(jù)供電或鏈路問題分別通知網(wǎng)絡(luò)運營商或供電部門。這樣就會導(dǎo)致重復(fù)派工、多次協(xié)調(diào)，也會產(chǎn)生扯皮推諉，消耗人力物力和時間，更影響設(shè)備使用，造成損失。

基于以上問題，開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)視頻運維智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過前端視頻運維采集設(shè)備，及時采集相應(yīng)監(jiān)控攝像機的市電供電、自身調(diào)壓后電源狀況、網(wǎng)絡(luò)狀況，并能夠?qū)崟r采集攝像機安裝位置的溫濕度、異常振動等信息，具有異常報警和遠程啟動等功能。同時將該運維系統(tǒng)與地圖結(jié)合，對設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)查看和管理更加方便快捷，實現(xiàn)一鍵式扁平化操作。該系統(tǒng)在無人值守的情況下，能夠自動檢測和分析故障原因，并根據(jù)故障原因第一時間發(fā)出派修通知，極大地提高了設(shè)備正常運行率。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

視頻智慧運維系統(tǒng)由綜合監(jiān)控層、數(shù)據(jù)連接層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和用戶層構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 智慧運維系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)通過軟硬件相互結(jié)合的方式，能夠及時掃描設(shè)備運行狀況，發(fā)現(xiàn)問題；并針對發(fā)現(xiàn)的問題智能生成解決方案，可通過系統(tǒng)的短信提醒功能和郵件推送功能，及時地提醒相關(guān)第三方解決所發(fā)現(xiàn)的相應(yīng)問題并對解決速度進行考核[7]。

1.1 綜合監(jiān)控層

綜合監(jiān)控層（集中監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集）的功能是對監(jiān)控資源進行數(shù)據(jù)采集，采集的信息主要為兩大類：視頻監(jiān)控信息和IT 基礎(chǔ)架構(gòu)監(jiān)控信息。視頻監(jiān)控信息包括視頻網(wǎng)管監(jiān)控信息、視頻質(zhì)量診斷監(jiān)控信息和IO 采集板監(jiān)控信息。系統(tǒng)對每一個前端攝像機進行數(shù)據(jù)采集和對后端視頻設(shè)備進行監(jiān)控，且根據(jù)視頻圖像質(zhì)量以及環(huán)境量進行診斷與分析。綜合監(jiān)控層能夠提供電路狀態(tài)信息采集、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息采集、設(shè)備周邊環(huán)境參數(shù)檢測、震動檢測等功能，用以了解每一個前端設(shè)備的狀態(tài)信息。

通過設(shè)備擴展能夠?qū)崟r監(jiān)測交流220 V 和24 V、直流12 V 和5 V 電源；設(shè)備另外擁有5G 通信擴展板能夠?qū)崿F(xiàn)遠程無線通信；還可以選擇配備GPS 定位模塊能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備定位衛(wèi)星授時功能。

1.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層實現(xiàn)對監(jiān)控對象數(shù)據(jù)、告警信息的統(tǒng)一匯聚和集中處理，主要包括配置數(shù)據(jù)分析處理、性能數(shù)據(jù)分析處理、統(tǒng)一告警分析處理、視頻質(zhì)量診斷數(shù)據(jù)分析處理。數(shù)據(jù)處理層處于視頻智慧運維系統(tǒng)承上啟下的關(guān)鍵位置，保證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)匯總后通過以太網(wǎng)上傳到業(yè)務(wù)服務(wù)層。

1.3 業(yè)務(wù)服務(wù)層

業(yè)務(wù)服務(wù)管理層主要功能是提升運維管理人員的服務(wù)和業(yè)務(wù)水平。運維服務(wù)平臺遵循信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)庫的規(guī)范，依據(jù)數(shù)據(jù)化、信息化、可視化的信息指標(biāo)，通過科學(xué)管理來提升運維效益，以主動式管理、可預(yù)見性管理替代之前的被動管理手段。

業(yè)務(wù)服務(wù)層提供統(tǒng)一的運維服務(wù)管理入口、全面的運維監(jiān)控管理服務(wù)，統(tǒng)一監(jiān)測視頻網(wǎng)中各類資源、系統(tǒng)的主要故障告警信息，實現(xiàn)告警處置、資源管理、資產(chǎn)變更和綜合視圖的統(tǒng)一管理，并形成運維相關(guān)數(shù)據(jù)報表，為運維考核管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1.4 用戶層

用戶層主要面對管理人員和運維人員，終端設(shè)備包括PC 機、移動APP 終端。管理人員身份不同賦予他們的管理權(quán)限和功能也不同，管理帳號可通過應(yīng)用終端（PC 機、APP）單點登錄實現(xiàn)平臺資源的訪問和平臺服務(wù)的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口

綜合運維管理平臺主要是通過采集適配器來實現(xiàn)監(jiān)控資源的數(shù)據(jù)采集以及與第三方資源的對接；同時需對各種采集源的管理數(shù)據(jù)進行獲取和預(yù)處理，并提供給數(shù)據(jù)處理層進行處理。平臺具體包含數(shù)據(jù)預(yù)處理層、采集任務(wù)管理層、數(shù)據(jù)緩存和通信適配共3 個部分，具有數(shù)字及物理量采集接口。

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理層

數(shù)據(jù)預(yù)處理層對采集適配層獲取的管理數(shù)據(jù)進行初步處理，剔除無用和錯誤數(shù)據(jù)，并通知采集任務(wù)管理層進行必要的數(shù)據(jù)補采。主要包括：告警預(yù)處理、資源預(yù)處理、性能預(yù)處理和閾值預(yù)處理模塊。

2.2 采集任務(wù)管理層

采集任務(wù)管理層對來自數(shù)據(jù)處理層的采集任務(wù)進行解析、拆分，并直接控制和監(jiān)控采集適配層對數(shù)據(jù)源進行采集。主要包括：采集任務(wù)解析、采集任務(wù)拆分、采集任務(wù)調(diào)度、采集任務(wù)監(jiān)控。

2.3 數(shù)據(jù)緩存和通信適配

數(shù)據(jù)緩存用于集中短時期內(nèi)保存所有采集到的歷史數(shù)據(jù)，緩存方式可采用數(shù)據(jù)庫方式或文件方式，數(shù)據(jù)緩存周期可進行配置。當(dāng)數(shù)據(jù)處理層與數(shù)據(jù)采集層之間出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障或需要進行數(shù)據(jù)補采時，可以直接從緩存中獲取。

3 系統(tǒng)功能

物聯(lián)網(wǎng)視頻運維管理系統(tǒng)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)專用的軟硬件結(jié)合的運行維護系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的視頻管理系統(tǒng)對比，其著重點在于將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，與日常運行維護結(jié)合起來；將設(shè)備分布與地圖數(shù)據(jù)相結(jié)合，更形象直觀地表現(xiàn)出來；同時可以通過一鍵式扁平化操作查看設(shè)備的安裝情況、維護人員情況、故障情況、動態(tài)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計信息等，將相關(guān)運維信息按日、周、月生成報表，為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息化、可視化和穩(wěn)定運行提供強有力的保障。

為了保證數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性，前端采集設(shè)備支持兩種數(shù)據(jù)傳輸方式：以太網(wǎng)絡(luò)傳輸和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。同時設(shè)備支持RS 232、485 串口和CAN 總線等通信方式，可以與相應(yīng)的外圍設(shè)備進行通信，實現(xiàn)對外圍設(shè)備的信息采集和管理。

采集設(shè)備自身具有備用電源，在外部電源無法提供電力時（比如斷電、檢修線路等情況下），備用電源啟動，保證數(shù)據(jù)及時回傳給中心。根據(jù)特殊需求也可以輔以太陽能或小型風(fēng)力發(fā)電機作為采集設(shè)備備用電源。

3.1 運維信息管理功能

將運維設(shè)備數(shù)據(jù)與地圖緊密結(jié)合，對各種數(shù)據(jù)進行分類歸納處理，利于相關(guān)人員查看、編輯、維護、跟蹤?？梢酝ㄟ^在地圖上形象直觀地查看當(dāng)前路網(wǎng)設(shè)備（主要是攝像頭）分布情況、安裝信息（安裝人、安裝時間、安裝單位等）、設(shè)備工作狀態(tài)（是否在線、是否異常報警、設(shè)備各路供電狀態(tài)等）、設(shè)備管理信息（維護單位、維護人姓名、電話等）。通過分析當(dāng)前設(shè)備分布情況可以發(fā)現(xiàn)路網(wǎng)監(jiān)控盲點，對設(shè)備進行分片集中式管理，對重點區(qū)域進行重點關(guān)注。

3.2 設(shè)備狀態(tài)管理功能

（1）支持前端視頻設(shè)備工作狀態(tài)檢測：實時檢測前端視頻設(shè)備工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)視頻設(shè)備工作異常，如鏡頭被遮擋等。

（2）故障設(shè)備報警提示：實時提示故障設(shè)備信息，通知維護人員故障信息，減少故障排查時間，降低維護成本。

（3）電路實時檢測：實時檢測市政供電、各工作組件、采集設(shè)備供電狀態(tài)，通過管理PC 實現(xiàn)遠程控制設(shè)備開啟、關(guān)閉電路。

（4）網(wǎng)絡(luò)通斷檢測：實時檢測視頻監(jiān)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中斷、關(guān)機等故障，支持告警消息推送提示。

（5）前端設(shè)備環(huán)境檢測：實時檢測前端設(shè)備溫度、濕度數(shù)據(jù)，在管理平臺繪制溫度、濕度曲線；在前端設(shè)備出現(xiàn)大幅度震動、撞擊、移動一定范圍等狀態(tài)時自動報警，實時記錄活動信息?？紤]實際需求和大范圍分布特點，可以根據(jù)不同部門的不同需求實時進行數(shù)據(jù)采集[8]。

（6）故障統(tǒng)計匯總分析。

3.3 設(shè)備故障管理功能

自動掃描設(shè)備工作狀態(tài)，對所有故障點以某種醒目顯示方式（比如不同顏色、閃爍、不同圖層等）進行標(biāo)注。

（1）根據(jù)故障點產(chǎn)生的故障方式分析整理問題，通過即時消息形式推送給相應(yīng)維護部門或管理人員，以便及時對故障設(shè)備進行檢修，并針對檢修情況根據(jù)反應(yīng)速度和解決結(jié)果對維護單位進行相應(yīng)考核。

（2）問題統(tǒng)計歸類分析，便于對問題進行梳理總結(jié)，生成解決預(yù)案，利于后期維護工作的進行，減輕后續(xù)維護工作量。

（3）統(tǒng)計考核量化圖示多樣清晰。

4 系統(tǒng)安裝和部署

4.1 系統(tǒng)運行拓?fù)?/h3>

將數(shù)據(jù)采集器安裝于前端智能設(shè)備箱中，數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)固化于設(shè)備箱的IO 采集板，攝像頭、風(fēng)力風(fēng)向傳感器、空氣質(zhì)量傳感器等前端設(shè)備通過IO 接口接入采集板；運維管理系統(tǒng)部署運維中心，管理員可以通過連接互聯(lián)網(wǎng)的計算機查看視頻設(shè)備運行情況[9]。視頻智慧運維系統(tǒng)運行拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 視頻智慧運維系統(tǒng)運行拓?fù)鋱D

4.2 前端數(shù)據(jù)采集器安裝

安裝IO 采集板到設(shè)備箱，連接設(shè)備電源到IO 采集板12 V檢測端的線路，連接設(shè)備電源到IO 采集板繼電器的線路，連接IO 采集板繼電器到設(shè)備電源接口的線路，連接IO 采集板220 V 電壓采集接口的線路，連接IO 采集板網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測接口的線路，連接IO 采集板視頻采集接口的線路，連接IO 采集板網(wǎng)口網(wǎng)線或5G 無線網(wǎng)卡，連接運維IO 板電源接口線路；根據(jù)需求安裝各個傳感器；檢查SIM 卡安裝是否到位；安裝SQL Server 2018 數(shù)據(jù)庫并運行數(shù)據(jù)采集程序；上電檢測電源指示燈情況，并進行位置信息定位數(shù)據(jù)確認(rèn)、授時管理、自動采集數(shù)據(jù)并發(fā)送。

4.3 后臺中心服務(wù)器環(huán)境

后臺中心服務(wù)器使用網(wǎng)絡(luò)套接字方式進行通信。網(wǎng)絡(luò)編程接口Winsock 基于TCP/IP 協(xié)議接口實現(xiàn)方法，通過網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，以主機的IP 地址和端口地址作為標(biāo)示，實現(xiàn)雙向、有序、無重復(fù)的數(shù)據(jù)流服務(wù)，從而實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與IO 采集板的通信。前端IO 板主要負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)采集，并向中心服務(wù)器發(fā)送采集數(shù)據(jù)。

5 業(yè)務(wù)流程處理

設(shè)備運行監(jiān)測處理詳細(xì)情況見表1 所列。

表1 設(shè)備運行檢測詳細(xì)情況

6 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)視頻運維管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對比，它將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時應(yīng)用范圍和場景更廣闊，實現(xiàn)了實時監(jiān)測、實時報警，提升運維管理人員的工作效率，可實現(xiàn)無人值守。依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)視頻運維管理系統(tǒng)對所管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備工作情況、故障、環(huán)境以及數(shù)據(jù)綜合趨勢進行在線診斷，尤其針對視頻運維中難以控制的外部供電電路斷電、外部網(wǎng)絡(luò)故障、撞擊等圖像之外的問題提供自動檢測及統(tǒng)計分析功能，最終將數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)在平臺上。使運維人員可以及時發(fā)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)中因各種意外造成的故障點，安排合理的維修計劃，將故障造成影響的時間和范圍控制在最小，使視頻運維工作高效、快捷、自動化[10]。