摘 要：隨著水利視頻監(jiān)控站點(diǎn)的不斷接入，對(duì)資源分級(jí)管理、視頻共享、移動(dòng)工勘和資源擴(kuò)容等方面均提出更高需求。該文以江西省水利視頻云平臺(tái)為例，在原有視頻信息云平臺(tái)上，整合資源、升級(jí)擴(kuò)容，分析系統(tǒng)總體功能、邏輯架構(gòu)、技術(shù)路線，采用微服務(wù)、GIS和AI等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨品牌設(shè)備接入，為水利系統(tǒng)視頻監(jiān)控工作提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：水利視頻云平臺(tái)；微服務(wù)；GIS；AI；邏輯架構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）29-0052-04

Abstract： With the continuous access of water conservancy video surveillance stations， higher requirements have been put forward for resource hierarchical management， video sharing， mobile prospecting， resource expansion and so on. Taking the water conservancy video cloud platform of Jiangxi Province as an example， this paper integrates resources， upgrades and expands capacity on the original video information cloud platform， analyzes the overall function， logical architecture and technical route of the system， and uses micro-service， GIS and AI technology to realize cross-brand equipment access， so as to provide reference for video surveillance of water conservancy system.

Keywords： water conservancy video cloud platform; micro-service; GIS; AI; logical architecture

為深入踐行習(xí)近平總書(shū)記“十六字”治水思路，江西水利以數(shù)字化、網(wǎng)格化、智能化為主線，數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，加快構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧水利體系[1]。視頻監(jiān)控作為重要的監(jiān)管手段，提高水利設(shè)施信息化管理水平與共享能力。然而目前大多數(shù)視頻監(jiān)控平臺(tái)沒(méi)有充分考慮水利行業(yè)監(jiān)管業(yè)務(wù)特性；普遍通過(guò)人工方式實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻或查看錄像及歷史圖像，無(wú)法滿足水利強(qiáng)監(jiān)管要求；無(wú)法實(shí)現(xiàn)多瀏覽平臺(tái)全兼容、跨平臺(tái)視頻資源分享；視頻接入端涉及設(shè)備廠家、品牌、類(lèi)型多，視頻傳輸及接入標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

為及時(shí)獲取江西省江河湖泊、水庫(kù)的水位信息，本文設(shè)計(jì)了基于微服務(wù)的江西省水利視頻云平臺(tái)，以“云平臺(tái)”理念為指導(dǎo)、以“共建共享”為目標(biāo)，以“云服務(wù)”方式接入已建的視頻監(jiān)控設(shè)備、自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備及無(wú)人機(jī)等不同類(lèi)型設(shè)備的視頻圖片數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，同時(shí)引入AI、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖片的自動(dòng)判別及深入分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)自動(dòng)預(yù)警預(yù)報(bào)。

1 系統(tǒng)總體功能

系統(tǒng)總體功能主要包括視頻地圖、視頻監(jiān)控、分級(jí)管理和設(shè)備管理4大模塊。

1.1 監(jiān)控點(diǎn)在水利“一張圖”上集中展示

把視頻監(jiān)控點(diǎn)放在水利“一張圖”上展示，點(diǎn)擊地圖上監(jiān)控點(diǎn)展示該設(shè)備的地理位置，播放實(shí)時(shí)視頻，還可以查看設(shè)備歷史錄像，對(duì)播放的設(shè)備進(jìn)行方向調(diào)整和鏡頭縮放。

1.2 監(jiān)控點(diǎn)操控和視頻輪巡

選擇多路視頻監(jiān)控設(shè)備，多畫(huà)面顯示選擇的視頻監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)視頻，雙擊任一視頻畫(huà)面時(shí)可切換為全屏展示。全屏后可通過(guò)伸縮、光圈、焦距、雨刷和去霧等云臺(tái)功能按鈕進(jìn)行調(diào)整。

1.3 視頻資源分級(jí)管理

采用分級(jí)管理的理念，在省、市、縣多級(jí)部署的過(guò)程中，將平臺(tái)管理權(quán)限同步配套給對(duì)應(yīng)層級(jí)，給予用戶充分的自主管理權(quán)限，各級(jí)單位管理人員可根據(jù)自身管理權(quán)限及業(yè)務(wù)需求，獲取平臺(tái)資源，調(diào)用平臺(tái)服務(wù)，建立專屬的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)建獨(dú)立的視頻管理系統(tǒng)；各種業(yè)務(wù)應(yīng)用可根據(jù)自身需要，按權(quán)限獲取視頻資源[2]。極大減輕系統(tǒng)超級(jí)管理員的日常管護(hù)負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)市、縣自治自理的同時(shí)，也能充分挖掘市、縣基于視頻資源拓展水利行業(yè)應(yīng)用的潛能。

1.4 設(shè)備接入和維護(hù)

設(shè)備從點(diǎn)位勘察、接入、維護(hù)、下線整個(gè)生命周期管理，查看當(dāng)前總的接入設(shè)備數(shù)，以及設(shè)置存儲(chǔ)計(jì)劃。

2 視頻云平臺(tái)邏輯架構(gòu)

視頻云平臺(tái)邏輯架構(gòu)由核心數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)公共服務(wù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)表達(dá)層、客戶端組成，如圖1所示。

2.1 核心數(shù)據(jù)層

基礎(chǔ)核心數(shù)據(jù)是視頻云平臺(tái)的核心，通過(guò)核心數(shù)據(jù)層集中管理核心數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效管控和共享。核心數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)、查詢、更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及用戶數(shù)據(jù)等核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，向業(yè)務(wù)服務(wù)層提供基礎(chǔ)的高效的查詢接口，同時(shí)向數(shù)據(jù)表達(dá)層提供查詢和更新接口。

2.2 業(yè)務(wù)服務(wù)層

業(yè)務(wù)服務(wù)層包含輪巡、運(yùn)維管理、工勘管理和系統(tǒng)管理等主要的業(yè)務(wù)功能。

2.3 基礎(chǔ)公共服務(wù)

基礎(chǔ)公共服務(wù)提供審計(jì)服務(wù)、全文檢索服務(wù)、日志服務(wù)以及運(yùn)維監(jiān)控等功能。審計(jì)服務(wù)為業(yè)務(wù)審計(jì)而存在，主要的審計(jì)類(lèi)型有用戶驗(yàn)證/鑒權(quán)/授權(quán)審計(jì)、流程審計(jì)等；全文檢索服務(wù)提供系統(tǒng)的全文檢索、檢索數(shù)據(jù)收集等功能；日志服務(wù)提供日志搜集、日志搜索分析等功能；運(yùn)維監(jiān)控包含鏈路跟蹤和分析、性能監(jiān)控、系統(tǒng)告警等功能。

2.4 數(shù)據(jù)表達(dá)層

數(shù)據(jù)表達(dá)層面向視頻云平臺(tái)Web端、移動(dòng)端等客戶端提供API接口功能。對(duì)外提供Restful接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)Web端、APP端、微信公眾號(hào)等請(qǐng)求支持，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的架構(gòu)，不同系統(tǒng)間只需對(duì)Json進(jìn)行解析和序列化即可完成數(shù)據(jù)傳遞。

2.5 微服務(wù)劃分

視頻云平臺(tái)采用微服務(wù)架構(gòu)，通過(guò)縱向切分、橫向切分2種方式將各個(gè)模塊合理劃分。先從業(yè)務(wù)維度縱向拆分，將關(guān)聯(lián)較密切的業(yè)務(wù)以模塊方式拆分為一個(gè)個(gè)微服務(wù)，功能較獨(dú)立的業(yè)務(wù)以模塊方式單獨(dú)拆分為一個(gè)個(gè)微服務(wù)，再將公共且具有獨(dú)立功能的維度橫向拆分，從而將資源獨(dú)立分開(kāi)，不與其他業(yè)務(wù)進(jìn)行耦合。

從業(yè)務(wù)維度視頻云平臺(tái)拆分了用戶權(quán)限服務(wù)、系統(tǒng)管理服務(wù)、信息發(fā)布服務(wù)和工作流服務(wù)，再基于公共獨(dú)立功能維度拆分出了視頻云平臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)、日志管理服務(wù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)同步服務(wù)。

3 基于微服務(wù)的技術(shù)路線

3.1 Spring Cloud分布式服務(wù)框架

目前比較成熟的微服務(wù)框架主要有Netflix、Spring Cloud和Dubbo等，Spring Cloud是基于Spring Boot的一套分布式服務(wù)框架，提供了開(kāi)發(fā)微服務(wù)所需的組件[3]。通過(guò)服務(wù)注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)方式調(diào)用依賴的其他服務(wù)，調(diào)用過(guò)程中采用熔斷模式、隔離模式、回退（fallback）和限流等機(jī)制對(duì)服務(wù)進(jìn)行彈性容錯(cuò)保護(hù)，各服務(wù)集群通過(guò)配置中心動(dòng)態(tài)獲取配置信息。

3.2 Restful架構(gòu)

Restful是一種思想，而不是一種直接技術(shù)，它采用Web、IOS和安卓服務(wù)為一體的接口?？紤]到視頻監(jiān)控云平臺(tái)具有PC端、移動(dòng)端等多端展示需求，為此Restful是最好的選擇。相比其他常規(guī)接口，Restful具有以下4個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1）前后端分離，減少流量。

2）將安全問(wèn)題集中在接口上，有效防止注入型等安全問(wèn)題。

3）簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)，減少耦合性，后端只需負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理。

4）服務(wù)器性能優(yōu)化。

3.3 Minio存儲(chǔ)

傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)，如NAS系統(tǒng)等，只能簡(jiǎn)單附加創(chuàng)建日期等常規(guī)元數(shù)據(jù)，隨著存儲(chǔ)數(shù)量的上升，這種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)將會(huì)出現(xiàn)檢索、存取速度緩慢的問(wèn)題[4]。

而Minio是一種對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)，能夠采用并發(fā)、異步和分布式方式，處理大量數(shù)據(jù)請(qǐng)求，適合存儲(chǔ)大容量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，比如日志文件、視頻、備份數(shù)據(jù)和虛擬機(jī)鏡像等，能夠有效解決響應(yīng)緩慢甚至系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象。因此，對(duì)于視頻云平臺(tái)來(lái)說(shuō)，Minio是目前性能最好的對(duì)象存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)安全。Minio使用糾刪碼和校驗(yàn)保護(hù)數(shù)據(jù)免受硬件故障和無(wú)聲數(shù)據(jù)損壞等多重保護(hù)措施。Minio對(duì)每個(gè)對(duì)象單獨(dú)編碼，存儲(chǔ)服務(wù)一經(jīng)部署，通常情況下不需要更換硬盤(pán)或者修復(fù)。

文件修復(fù)。得益于Reed-Solomon 糾刪碼，Minio可以更加靈活的對(duì)文件進(jìn)行修復(fù)。相比一般的Raid方式，Minio可以在非常小的粒度下對(duì)文件進(jìn)行修復(fù)操作，靈活性有了很大的提高。

衰減保護(hù)。硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)可能會(huì)神不知鬼不覺(jué)地?fù)p壞，也沒(méi)有錯(cuò)誤日志。針對(duì)這一問(wèn)題，Minio采用HighwayHash算法計(jì)算校驗(yàn)和防范位衰減，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，其可以實(shí)現(xiàn)10 GB/s的處理速度。

3.4 ElasticSearch搜索

ElasticSearch使用Lucene作為其核心來(lái)實(shí)現(xiàn)所有索引和搜索的功能，每個(gè)字段都被索引并可被擴(kuò)展到上百臺(tái)服務(wù)器，處理PB級(jí)結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[5]，所有功能被集成到一個(gè)服務(wù)中，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的Restful API、各種語(yǔ)言的客戶端甚至命令行與之交互。

4 創(chuàng)新亮點(diǎn)

4.1 視頻監(jiān)控與GIS技術(shù)相結(jié)合

利用地理信息系統(tǒng)（GIS），根據(jù)水利工程的流域、行政區(qū)域、水利工程項(xiàng)目、水利工程類(lèi)型和建設(shè)時(shí)間等多種特性，結(jié)合水利“一張圖”，對(duì)視頻、圖像及錄像資源進(jìn)行接入、管理、檢索、瀏覽、分享和運(yùn)維。

4.2 引入AI、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

收集大量視頻及圖像資源，利用AI、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行智能化分析、智慧化識(shí)別，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警，滿足強(qiáng)監(jiān)管要求。

4.3 跨品牌設(shè)備接入

平臺(tái)以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的接入、管理、轉(zhuǎn)碼及流媒體服務(wù)解決多品牌多種視頻監(jiān)控設(shè)備的接入及播放，實(shí)現(xiàn)各品牌攝像頭、NVR等設(shè)備資源聚合。

5 系統(tǒng)測(cè)試

目前，江西省水利視頻云平臺(tái)（圖2）已完成6 768路視頻監(jiān)控點(diǎn)接入，通過(guò)匯聚省水文、公安以及市縣水利局等部門(mén)已建成的視頻監(jiān)控點(diǎn)，將監(jiān)控點(diǎn)的位置、水位情況等信息在水利“一張圖”上實(shí)時(shí)顯示，統(tǒng)計(jì)各行政區(qū)域內(nèi)在線、離線監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量，云臺(tái)控制監(jiān)控點(diǎn)全屏、放大、縮小，實(shí)現(xiàn)查看實(shí)時(shí)視頻、視頻回放及錄像等操作，通過(guò)監(jiān)控點(diǎn)名稱、行政區(qū)域、監(jiān)控用途、工程和項(xiàng)目等多種檢索方式，方便用戶快速在地圖上定位所需監(jiān)控點(diǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

江西省水利視頻云平臺(tái)基于水利“一張圖”開(kāi)發(fā)，充分運(yùn)用AI、數(shù)據(jù)挖掘等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全省共6 768路水利、水文、公安等部門(mén)視頻監(jiān)控信號(hào)的接入、存儲(chǔ)和智能分析，通過(guò)視頻圖像實(shí)時(shí)獲取江西省重要江河湖泊的水位信息，并記錄重要堤防、水庫(kù)的運(yùn)行情況，顯著提升了江西省水安全在線監(jiān)管、江河調(diào)度、工程運(yùn)行、應(yīng)急處置能力[6]。

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