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，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)存儲方式的缺點，闡述了攝像機(jī)通過ONVIF或國標(biāo)協(xié)議等多協(xié)議異地平臺再注冊的系統(tǒng)原理、異地災(zāi)備改造內(nèi)容以及實現(xiàn)單站點實時畫面及錄像異地災(zāi)備的優(yōu)勢。

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

中圖分類號：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)，實時畫面的顯示和錄像調(diào)閱對運(yùn)營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，存在單節(jié)點媒體服務(wù)器負(fù)荷重、存儲災(zāi)備依靠流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)等缺點，通過對系統(tǒng)傳輸帶寬改造以及攝像機(jī)多協(xié)議異地注冊改造，可實現(xiàn)流媒體服務(wù)失效后實時畫面及錄像異地災(zāi)備功能，同時也解決了流媒體服務(wù)超負(fù)荷運(yùn)行的問題。

1 軌道交通數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介

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軌道交通車站的站廳、站臺、出入口等重點關(guān)注區(qū)域以及列車出入站臺、乘客上下車情況等提供實時視頻監(jiān)視圖像和錄像，達(dá)到加強(qiáng)運(yùn)行組織管理，提高營運(yùn)效率，確保電客車安全正點地運(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，視頻監(jiān)視系統(tǒng)可作為調(diào)度員指揮搶險的指揮工具^［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）組成完整的兩級監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，車站為下級域，控制中心為上級域，各車站將所有攝像機(jī)通過共享方式在控制中心視頻域內(nèi)建立攝像機(jī)列表，實現(xiàn)實時圖像和錄像的調(diào)閱，車站視頻管理服務(wù)器對本站所有攝像機(jī)注冊、圖像轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、顯示進(jìn)行管理。

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

自2013年以來，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，全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲架構(gòu)主要以IPSAN網(wǎng)絡(luò)存儲為主，隨著云計算的發(fā)展，云存儲架構(gòu)的存儲網(wǎng)絡(luò)也開始在軌道交通建設(shè)中應(yīng)用。

2.1 本地存儲

本地存儲是將存儲設(shè)備（IPSAN）分布在本站，由于IPSAN自身功能不能主動對視頻流進(jìn)行存儲，IPSAN借助以太網(wǎng)通過iSCSI協(xié)議與平臺對接，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)注冊在本站點視頻監(jiān)控平臺。視頻流存儲流向為：攝像機(jī)、交換機(jī)、視頻監(jiān)控平臺、交換機(jī)、IPSAN，具體如圖2所示。

2.2 云存儲

軌道交通云存儲主要采用虛擬化技術(shù)將各站點IPSAN或者集中的IPSAN全面整合存儲容量，IPSAN集合了云存儲節(jié)點功能，通過云存儲中心管理功能對總?cè)萘窟M(jìn)行管理和維護(hù)，各車站前端攝像機(jī)按照存儲周期來分配錄像卷且能夠靈活調(diào)整大小。云存儲方式中，視頻流通過離散算法對視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡切片，實現(xiàn)分布式存儲，使整個虛擬的數(shù)據(jù)存儲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)實現(xiàn)實時負(fù)載均衡。此種方式可以提高存儲設(shè)備的流數(shù)據(jù)存儲效率，同時，系統(tǒng)中的任意節(jié)點存儲設(shè)備故障，系統(tǒng)都能實時控制災(zāi)備存儲接管，保證系統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)不中斷，存儲數(shù)據(jù)不丟失^［2］。

2.3 錄像存儲直存與轉(zhuǎn)存

視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲方式根據(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］，對于數(shù)據(jù)流到存儲陣列，都是SAN技術(shù)；直存是視頻流不經(jīng)過服務(wù)器通過交換機(jī)直接指向存儲設(shè)備，但存儲設(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)過流媒體服務(wù)器發(fā)到存儲服務(wù)器或者存儲陣列，一般出現(xiàn)在存儲平臺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)存為主的本地存儲方式，以蘭州地鐵1號線視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，在運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)此種存儲方式存在的一些問題。

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，導(dǎo)致IPSAN無法與視頻監(jiān)控平臺通信中斷，平臺流媒體服務(wù)會與異地流媒體服務(wù)通信啟動異地存儲功能，由故障站點視頻監(jiān)控平臺將視頻流轉(zhuǎn)發(fā)至目標(biāo)地址進(jìn)行視頻存儲。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)控客戶端實時圖像無法調(diào)看及錄像無法存儲，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)實時圖像調(diào)看及錄像轉(zhuǎn)至中心存儲災(zāi)備，降低故障影響范圍和提供有效的故障處理時間。

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，存儲視頻流及控制中心及公安等外部系統(tǒng)調(diào)看的實時視頻流均需要經(jīng)過管理服務(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)控管理平臺任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障均會導(dǎo)致該站點視頻監(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，該站點無法存儲錄像，車控室、站臺司機(jī)四畫面、警務(wù)室視頻終端均因流媒體服務(wù)功能失效而無法看本站點實時圖像，控制中心、派出所、公安分局、市局等共享圖像的外部系統(tǒng)均無法調(diào)看該站點實時圖像和錄像。

3.4 直存功能改造成本高

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

4 軌道交通全數(shù)字視頻監(jiān)控存儲的改造研究

針對以上數(shù)字視頻監(jiān)控存在的弊端，從降低單節(jié)點設(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間等因素考慮，對既有的數(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)控平臺相互獨(dú)立，可以通過攝像機(jī)的不同協(xié)議雙注冊，實現(xiàn)攝像機(jī)媒體流對車管理服務(wù)器的依賴。

4.1 攝像機(jī)注冊協(xié)議

數(shù)字高清攝像機(jī)與平臺注冊協(xié)議主要為G28181國標(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)與平臺或者平臺與平臺為不同廠商設(shè)備時，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)和平臺之間的注冊方式、通信方式更加高效，更好地優(yōu)化平臺與攝像機(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)注冊在車站本域平臺上。

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)議注冊功能，使用廠家私有協(xié)議以及ONVIF協(xié)議分別注冊在車站本地節(jié)點和控制中心視頻監(jiān)控管理服務(wù)器的平臺上^［5］，車站本地視頻存儲正常啟動，控制中心攝像機(jī)列表只完成攝像機(jī)注冊配置，不配置存儲或者配置存儲不啟動。當(dāng)出現(xiàn)車站視頻管理服務(wù)器故障后，手動啟動控制中心故障點車站備用列表內(nèi)的攝像機(jī)存儲，并設(shè)置存儲周期作為備份錄像，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)實時和錄像圖像異地備份，或者需要存儲改造前錄像備份。

4.3 改造內(nèi)容

針對軌道交通轉(zhuǎn)存方式存儲的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過異地多協(xié)議注冊實現(xiàn)攝像機(jī)實時圖像及錄像災(zāi)備。

（1）對于地鐵視頻監(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)點故障時，注冊在控制中心的攝像機(jī)啟動錄像后，故障車站視頻流全部轉(zhuǎn)向控制中心，所以必須考慮預(yù)留同時有多個車站管理服務(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。可以通過端口聚合實現(xiàn)服務(wù)器網(wǎng)卡帶寬、交換機(jī)端口、傳輸通道擴(kuò)容，同時實現(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)注冊通過不同于本域注冊的協(xié)議注冊在控制中心，控制中心服務(wù)器對攝像機(jī)注冊數(shù)量都有限制，所以需要對攝像機(jī)注冊數(shù)量license進(jìn)行擴(kuò)容。

（3）車站視頻監(jiān)控平臺與控制中心視頻監(jiān)控平臺屬于上下級視頻域，站點使用的賬號可注冊在中心域，因此將各站點災(zāi)備攝像機(jī)列表建立在中心域中各站點組織下，實現(xiàn)實時圖像備用，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)議注冊存儲災(zāi)備的優(yōu)勢

多協(xié)議注冊災(zāi)備模式啟動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，控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)管人員立即批量啟動故障站點災(zāi)備存儲計劃開始存儲，車站人員若發(fā)現(xiàn)實時畫面無法調(diào)看，無需切換用戶賬號的情況下，可以直接打開備用攝像機(jī)列表查看畫面。（2）當(dāng)站點存儲需要擴(kuò)容，為防止站點存儲錄像意外丟失或者是站點重點區(qū)域攝像機(jī)錄像備份時，可提前將該站點需要備份錄像的攝像機(jī)備用存儲計劃啟動，當(dāng)中心備份存儲達(dá)到要求的存儲周期時，進(jìn)行站點擴(kuò)容作業(yè)。

6 結(jié)語

隨著全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能優(yōu)化及云存儲技術(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，存儲設(shè)備可靠性越來越高，但針對既有線路的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過多協(xié)議注冊實現(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，從根本上解決轉(zhuǎn)存帶來的錄像丟失隱患，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)

［1］北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司.地鐵設(shè)計規(guī)范：GB 50157-2013［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［2］李鵬.城市軌道交通視頻云存儲方案研究［J］.鐵路通信信號工程設(shè)計，2019（10）：57-61.

［3］林康平，孫楊.數(shù)據(jù)存儲技術(shù)［M］.北京：人民郵電出版社，2017.

［4］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求：GB/T 28181-2016［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

［5］張茜.基于ONVIF協(xié)議的媒體流實現(xiàn)方法［J］.電子設(shè)計工程，2015（15）：140-145.

（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