軌道交通視頻監(jiān)控多協(xié)議注冊(cè)存儲(chǔ)災(zāi)備的改造研究與應(yīng)用

牛生奇 劉東文

摘要：城市軌道交通既有線路全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)大部分采用IPSAN存儲(chǔ)，由于IPSAN控制器本身處理能力或者品牌性能配置差異的限制，IPSAN接收的視頻存儲(chǔ)流主要依靠具有流媒體功能的管理服務(wù)器進(jìn)行視頻流轉(zhuǎn)發(fā)。文章主要剖析了全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和媒體流轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)方式的缺點(diǎn)，闡述了攝像機(jī)通過(guò)ONVIF或國(guó)標(biāo)協(xié)議等多協(xié)議異地平臺(tái)再注冊(cè)的系統(tǒng)原理、異地災(zāi)備改造內(nèi)容以及實(shí)現(xiàn)單站點(diǎn)實(shí)時(shí)畫面及錄像異地災(zāi)備的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：軌道交通；視頻監(jiān)控；多協(xié)議注冊(cè)；錄像備份

中圖分類號(hào)：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)是軌道交通日常運(yùn)行、客運(yùn)管理、安全保障的系統(tǒng)，實(shí)時(shí)畫面的顯示和錄像調(diào)閱對(duì)運(yùn)營(yíng)管理有著重要的作用。目前大部分既有軌道交通線路均為全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但系統(tǒng)采用流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行視頻流的調(diào)閱與存儲(chǔ)，存在單節(jié)點(diǎn)媒體服務(wù)器負(fù)荷重、存儲(chǔ)災(zāi)備依靠流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)等缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)傳輸帶寬改造以及攝像機(jī)多協(xié)議異地注冊(cè)改造，可實(shí)現(xiàn)流媒體服務(wù)失效后實(shí)時(shí)畫面及錄像異地災(zāi)備功能，同時(shí)也解決了流媒體服務(wù)超負(fù)荷運(yùn)行的問(wèn)題。

1 軌道交通數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

軌道交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)是供控制中心調(diào)度人員、車站客運(yùn)人員、電客車司機(jī)、軌道交通公安民警等對(duì)軌道交通車站的站廳、站臺(tái)、出入口等重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域以及列車出入站臺(tái)、乘客上下車情況等提供實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視圖像和錄像，達(dá)到加強(qiáng)運(yùn)行組織管理，提高營(yíng)運(yùn)效率，確保電客車安全正點(diǎn)地運(yùn)送乘客到達(dá)目的地的重要手段。如果車站發(fā)生災(zāi)情或者緊急情況時(shí)，視頻監(jiān)視系統(tǒng)可作為調(diào)度員指揮搶險(xiǎn)的指揮工具^［1］。

軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要以高清全數(shù)字系統(tǒng)為主，系統(tǒng)具體如圖1所示，由控制中心和車站兩部分構(gòu)成。傳輸系統(tǒng)為其提供的千兆以上的以太網(wǎng)通道（GE 光口）組成完整的兩級(jí)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，車站為下級(jí)域，控制中心為上級(jí)域，各車站將所有攝像機(jī)通過(guò)共享方式在控制中心視頻域內(nèi)建立攝像機(jī)列表，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像和錄像的調(diào)閱，車站視頻管理服務(wù)器對(duì)本站所有攝像機(jī)注冊(cè)、圖像轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)、顯示進(jìn)行管理。

2 軌道交通全數(shù)字視頻監(jiān)控存儲(chǔ)的現(xiàn)狀及發(fā)展

自2013年以來(lái)，軌道交通建設(shè)中的全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)也開始進(jìn)行研究并應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)主要以IPSAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)為主，隨著云計(jì)算的發(fā)展，云存儲(chǔ)架構(gòu)的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)也開始在軌道交通建設(shè)中應(yīng)用。

2.1 本地存儲(chǔ)

本地存儲(chǔ)是將存儲(chǔ)設(shè)備（IPSAN）分布在本站，由于IPSAN自身功能不能主動(dòng)對(duì)視頻流進(jìn)行存儲(chǔ)，IPSAN借助以太網(wǎng)通過(guò)iSCSI協(xié)議與平臺(tái)對(duì)接，通常借助提供的流媒體服務(wù)功能將攝像機(jī)視頻流寫入，前端攝像機(jī)注冊(cè)在本站點(diǎn)視頻監(jiān)控平臺(tái)。視頻流存儲(chǔ)流向?yàn)椋簲z像機(jī)、交換機(jī)、視頻監(jiān)控平臺(tái)、交換機(jī)、IPSAN，具體如圖2所示。

2.2 云存儲(chǔ)

軌道交通云存儲(chǔ)主要采用虛擬化技術(shù)將各站點(diǎn)IPSAN或者集中的IPSAN全面整合存儲(chǔ)容量，IPSAN集合了云存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)功能，通過(guò)云存儲(chǔ)中心管理功能對(duì)總?cè)萘窟M(jìn)行管理和維護(hù)，各車站前端攝像機(jī)按照存儲(chǔ)周期來(lái)分配錄像卷且能夠靈活調(diào)整大小。云存儲(chǔ)方式中，視頻流通過(guò)離散算法對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡切片，實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)，使整個(gè)虛擬的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池處在集群工作模式，以集群響應(yīng)的工作方式提供視頻數(shù)據(jù)并發(fā)服務(wù)，并保證各設(shè)備間業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)負(fù)載均衡。此種方式可以提高存儲(chǔ)設(shè)備的流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率，同時(shí)，系統(tǒng)中的任意節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)設(shè)備故障，系統(tǒng)都能實(shí)時(shí)控制災(zāi)備存儲(chǔ)接管，保證系統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)不中斷，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不丟失^［2］。

2.3 錄像存儲(chǔ)直存與轉(zhuǎn)存

視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)方式根據(jù)視頻媒體流到磁盤陣列流經(jīng)方式分為直存和轉(zhuǎn)存^［3］，對(duì)于數(shù)據(jù)流到存儲(chǔ)陣列，都是SAN技術(shù)；直存是視頻流不經(jīng)過(guò)服務(wù)器通過(guò)交換機(jī)直接指向存儲(chǔ)設(shè)備，但存儲(chǔ)設(shè)備必須具備流媒體服務(wù)功能，可以是帶陣列的服務(wù)器，也可以是帶具備流媒體管理功能的磁盤陣列。轉(zhuǎn)存是視頻流經(jīng)過(guò)流媒體服務(wù)器發(fā)到存儲(chǔ)服務(wù)器或者存儲(chǔ)陣列，一般出現(xiàn)在存儲(chǔ)平臺(tái)與磁盤陣列為不同廠商或者接口不匹配的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。

3 軌道交通全數(shù)字視頻監(jiān)控存儲(chǔ)的現(xiàn)狀分析

軌道交通既有線路中的全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)大部分采用轉(zhuǎn)存為主的本地存儲(chǔ)方式，以蘭州地鐵1號(hào)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，在運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)此種存儲(chǔ)方式存在的一些問(wèn)題。

3.1 災(zāi)備模式缺陷

轉(zhuǎn)存模式下的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻媒體流流向如圖3所示，當(dāng)IPSAN陣列出現(xiàn)控制器故障或者是交換機(jī)與控制器之間出現(xiàn)鏈路故障時(shí)，導(dǎo)致IPSAN無(wú)法與視頻監(jiān)控平臺(tái)通信中斷，平臺(tái)流媒體服務(wù)會(huì)與異地流媒體服務(wù)通信啟動(dòng)異地存儲(chǔ)功能，由故障站點(diǎn)視頻監(jiān)控平臺(tái)將視頻流轉(zhuǎn)發(fā)至目標(biāo)地址進(jìn)行視頻存儲(chǔ)。若以車站視頻管理服務(wù)器（含流媒體功能）宕機(jī)故障或者視頻管理服務(wù)器網(wǎng)卡故障為例，全站攝像機(jī)運(yùn)行正常，但該站所有監(jiān)視器及視頻監(jiān)控客戶端實(shí)時(shí)圖像無(wú)法調(diào)看及錄像無(wú)法存儲(chǔ)，且災(zāi)備轉(zhuǎn)存方式依賴車站視頻管理服務(wù)器也將失效。因此，需要解決視頻管理服務(wù)器失效情況下，前端攝像機(jī)實(shí)時(shí)圖像調(diào)看及錄像轉(zhuǎn)至中心存儲(chǔ)災(zāi)備，降低故障影響范圍和提供有效的故障處理時(shí)間。

3.2 車站視頻管理服務(wù)器負(fù)荷重

由于車站視頻監(jiān)控管理服務(wù)器屬于單節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)視頻流及控制中心及公安等外部系統(tǒng)調(diào)看的實(shí)時(shí)視頻流均需要經(jīng)過(guò)管理服務(wù)器流媒體轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)致視頻管理服務(wù)器負(fù)荷較重，服務(wù)器至交換機(jī)之間鏈路、服務(wù)器本身軟硬件、視頻監(jiān)控管理平臺(tái)任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障均會(huì)導(dǎo)致該站點(diǎn)視頻監(jiān)控癱瘓。

3.3 視頻管理服務(wù)器故障影響范圍大

車站視頻管理服務(wù)器故障期間，該站點(diǎn)無(wú)法存儲(chǔ)錄像，車控室、站臺(tái)司機(jī)四畫面、警務(wù)室視頻終端均因流媒體服務(wù)功能失效而無(wú)法看本站點(diǎn)實(shí)時(shí)圖像，控制中心、派出所、公安分局、市局等共享圖像的外部系統(tǒng)均無(wú)法調(diào)看該站點(diǎn)實(shí)時(shí)圖像和錄像。

3.4 直存功能改造成本高

按照目前的直存技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)視頻流直接存儲(chǔ)到磁盤陣列，但由于硬件條件限制，車站存儲(chǔ)控制器無(wú)法支持流媒體服務(wù)功能兼容。更新配置較高的存儲(chǔ)控制器或者將站點(diǎn)存儲(chǔ)進(jìn)行云存儲(chǔ)改造，可實(shí)現(xiàn)直存改造，但兩個(gè)方案擴(kuò)容成本都比較高。

4 軌道交通全數(shù)字視頻監(jiān)控存儲(chǔ)的改造研究

針對(duì)以上數(shù)字視頻監(jiān)控存在的弊端，從降低單節(jié)點(diǎn)設(shè)備負(fù)荷、節(jié)約系統(tǒng)改造成本、減小故障影響范圍和時(shí)間等因素考慮，對(duì)既有的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造，由于車站、控制中心視頻監(jiān)控平臺(tái)相互獨(dú)立，可以通過(guò)攝像機(jī)的不同協(xié)議雙注冊(cè)，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)媒體流對(duì)車管理服務(wù)器的依賴。

4.1 攝像機(jī)注冊(cè)協(xié)議

數(shù)字高清攝像機(jī)與平臺(tái)注冊(cè)協(xié)議主要為G28181國(guó)標(biāo)協(xié)議^［4］、ONVIF、私有協(xié)議等，GB28181和ONVIF協(xié)議（又稱為兼容協(xié)議），當(dāng)攝像機(jī)與平臺(tái)或者平臺(tái)與平臺(tái)為不同廠商設(shè)備時(shí)，需要使用兼容協(xié)議通信。私有協(xié)議為設(shè)備廠商根據(jù)自己的設(shè)備開發(fā)的協(xié)議，為了讓攝像機(jī)和平臺(tái)之間的注冊(cè)方式、通信方式更加高效，更好地優(yōu)化平臺(tái)與攝像機(jī)功能，通常軌道交通數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中只采用其中一種協(xié)議將攝像機(jī)注冊(cè)在車站本域平臺(tái)上。

4.2 改造原理

軌道交通車站使用的各廠商中高端高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)均具備多協(xié)議注冊(cè)功能，使用廠家私有協(xié)議以及ONVIF協(xié)議分別注冊(cè)在車站本地節(jié)點(diǎn)和控制中心視頻監(jiān)控管理服務(wù)器的平臺(tái)上^［5］，車站本地視頻存儲(chǔ)正常啟動(dòng)，控制中心攝像機(jī)列表只完成攝像機(jī)注冊(cè)配置，不配置存儲(chǔ)或者配置存儲(chǔ)不啟動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)車站視頻管理服務(wù)器故障后，手動(dòng)啟動(dòng)控制中心故障點(diǎn)車站備用列表內(nèi)的攝像機(jī)存儲(chǔ)，并設(shè)置存儲(chǔ)周期作為備份錄像，車站設(shè)備確認(rèn)恢復(fù)后，停止控制中心災(zāi)備錄像，即可完成媒體服務(wù)器故障情況下，攝像機(jī)實(shí)時(shí)和錄像圖像異地備份，或者需要存儲(chǔ)改造前錄像備份。

4.3 改造內(nèi)容

針對(duì)軌道交通轉(zhuǎn)存方式存儲(chǔ)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)異地多協(xié)議注冊(cè)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)實(shí)時(shí)圖像及錄像災(zāi)備。

（1）對(duì)于地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)中組網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本以星型網(wǎng)為主，承載業(yè)務(wù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)以環(huán)形網(wǎng)為主，當(dāng)出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，注冊(cè)在控制中心的攝像機(jī)啟動(dòng)錄像后，故障車站視頻流全部轉(zhuǎn)向控制中心，所以必須考慮預(yù)留同時(shí)有多個(gè)車站管理服務(wù)器故障數(shù)量所需承載的帶寬，帶寬瓶頸點(diǎn)包含控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)核心交換機(jī)與專用通信傳輸系統(tǒng)接口帶寬、控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)核心交換機(jī)與視頻監(jiān)控管理服務(wù)器。可以通過(guò)端口聚合實(shí)現(xiàn)服務(wù)器網(wǎng)卡帶寬、交換機(jī)端口、傳輸通道擴(kuò)容，同時(shí)實(shí)現(xiàn)端口熱備冗余，提高可靠性。

（2）要將全線正線車站攝像機(jī)注冊(cè)通過(guò)不同于本域注冊(cè)的協(xié)議注冊(cè)在控制中心，控制中心服務(wù)器對(duì)攝像機(jī)注冊(cè)數(shù)量都有限制，所以需要對(duì)攝像機(jī)注冊(cè)數(shù)量license進(jìn)行擴(kuò)容。

（3）車站視頻監(jiān)控平臺(tái)與控制中心視頻監(jiān)控平臺(tái)屬于上下級(jí)視頻域，站點(diǎn)使用的賬號(hào)可注冊(cè)在中心域，因此將各站點(diǎn)災(zāi)備攝像機(jī)列表建立在中心域中各站點(diǎn)組織下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像備用，同樣的方式可以用于完成域公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的備用攝像機(jī)列表建立。

5 全數(shù)字視頻監(jiān)控多協(xié)議注冊(cè)存儲(chǔ)災(zāi)備的優(yōu)勢(shì)

多協(xié)議注冊(cè)災(zāi)備模式啟動(dòng)主要用于以下兩種情況：（1）當(dāng)出現(xiàn)流媒體服務(wù)故障或者所在的管理服務(wù)器硬件故障時(shí)，控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)管人員立即批量啟動(dòng)故障站點(diǎn)災(zāi)備存儲(chǔ)計(jì)劃開始存儲(chǔ)，車站人員若發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)畫面無(wú)法調(diào)看，無(wú)需切換用戶賬號(hào)的情況下，可以直接打開備用攝像機(jī)列表查看畫面。（2）當(dāng)站點(diǎn)存儲(chǔ)需要擴(kuò)容，為防止站點(diǎn)存儲(chǔ)錄像意外丟失或者是站點(diǎn)重點(diǎn)區(qū)域攝像機(jī)錄像備份時(shí)，可提前將該站點(diǎn)需要備份錄像的攝像機(jī)備用存儲(chǔ)計(jì)劃啟動(dòng)，當(dāng)中心備份存儲(chǔ)達(dá)到要求的存儲(chǔ)周期時(shí)，進(jìn)行站點(diǎn)擴(kuò)容作業(yè)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能優(yōu)化及云存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，新建線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的錄像備份機(jī)制，存儲(chǔ)設(shè)備可靠性越來(lái)越高，但針對(duì)既有線路的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)多協(xié)議注冊(cè)實(shí)現(xiàn)的錄像災(zāi)備功能能達(dá)到零成本改造，在降低流媒體服務(wù)器負(fù)荷的同時(shí)，從根本上解決轉(zhuǎn)存帶來(lái)的錄像丟失隱患，為既有線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)改造提供了思路。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 沈 強(qiáng)）

Research and application of multi protocol registration in urban rail transit video monitoring system for disaster recovery

Niu Shengqi， Liu Dongwen^*

（Lanzhou Rail Transit Co.， Ltd.， Lanzhou 730030， China）

Abstract： Most of the existing digital video monitoring systems of urban rail transit use IPSAN . Due to the limitations of the processing capacity of the IPSAN controller itself or brand performance configuration differences， the video storage streams received by IPSAN mainly rely on the management server with streaming media function to forward the video streams. This paper mainly analyzes the shortcomings of the network structure of the digital video monitoring system and the media stream forwarding and storage mode， and expounds the system principle of the camera re registration through the multi protocol remote platform such as ONVIF or national standard protocol， the content of remote disaster recovery transformation， and the advantages of realizing single site real-time images and video remote disaster recovery.

Key words： rail transit; video surveillance; multi-protocol registration; video backup