淺析鐵路視頻監(jiān)控存儲設備設計

楊帆

摘 要：以成都鐵路局某視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造工程為例，介紹了鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展及需求現(xiàn)狀，并簡單論述了鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存儲設備的設計要點，以供參考。

關鍵詞：鐵路；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；存儲設備；設計要點

中圖分類號：U29-39；TN948.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.073

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)，它是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分。當前，視頻監(jiān)控技術和產(chǎn)品早已成熟，并且被廣泛應用于高速公路、地鐵、城市道路、銀行、公共社區(qū)及海、空、港大型公共建筑等監(jiān)控中。視頻監(jiān)控的基本業(yè)務是存儲監(jiān)控畫面，提供實時監(jiān)控信息，以促進視頻監(jiān)控系統(tǒng)各組成部分（采集、編碼、傳輸、存儲等系統(tǒng)）向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。視頻監(jiān)控技術迎來了新的發(fā)展機遇。

下面筆者結合自身參與的視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造工程，對鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存儲設備的設計和選型進行研究。

1 系統(tǒng)發(fā)展及需求現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)早期主要是指公安、客運、貨運、供電等部門各自建設的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對所轄車站、段所等重點治安部位、客運設施、生產(chǎn)作業(yè)場所、區(qū)間所亭以及貨場等的實時監(jiān)控。既有視頻監(jiān)控系統(tǒng)多采用模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻采集的圖像通過視頻線纜與模擬視頻矩陣互聯(lián)，監(jiān)控人員通過控制鍵盤實現(xiàn)對采集設備的控制和圖像調用；少量采用數(shù)字系統(tǒng)，視頻采集的圖像按照H.264或者MPEG-4協(xié)議壓縮編碼和存儲，各級管理部門通過設置圖像解碼器、顯示設備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡設備及傳輸系統(tǒng)等完成圖像的傳輸和調用。

經(jīng)過若干年的應用與探索，這類視頻監(jiān)控系統(tǒng)的局限性也逐漸暴露出來——各系統(tǒng)相互獨立且缺乏統(tǒng)一的建設標準，無法實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)和融合；監(jiān)控部位已不滿足當下運營部門的要求；模擬視頻監(jiān)控技術已逐漸淡出市場，相關產(chǎn)品多已停產(chǎn)，后期維護成本較高。近年來，隨著全國鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，鐵路客貨運量均大幅提升，鐵路運輸安全更是決定了國民生產(chǎn)生活的正常開展。中國鐵路總公司于2013-07發(fā)布了《鐵路綜合視頻監(jiān)控技術規(guī)范》，對全路系統(tǒng)內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設作出了統(tǒng)一部署，規(guī)范了鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計和管理。

1.2 需求現(xiàn)狀

筆者通過對成都鐵路局滬昆線（東段）既有視頻系統(tǒng)改造項目各用戶進行調查，總結出以下幾點：①車務。主要監(jiān)督車站/線路所運轉室設室內(nèi)攝像機，咽喉區(qū)、助理值班室、牽出線處設室外攝像機，車站運轉室、站長室、各直屬站段設監(jiān)控終端。②客運。主要監(jiān)督客運站進出站口，安檢處、候車廳、站臺、天橋、地道、售票廳、行李房等處設室內(nèi)攝像機，售票室內(nèi)設拾音器，客運處和各客運段設監(jiān)控終端。③貨運。主要監(jiān)控貨場倉庫、貨運站臺、貨運營業(yè)廳、貨場大門等，并監(jiān)督貨運營業(yè)室內(nèi)設拾音器，貨檢辦公室、貨場主任室和貨運處設監(jiān)控終端。④供電。主要監(jiān)督牽引變電所、分區(qū)所和開閉所的控制室、高壓室安裝室內(nèi)攝像機，各院內(nèi)安裝室外攝像機，供電段設監(jiān)控終端。⑤工務。主要監(jiān)控橋梁、隧道、線路上的自然災害區(qū)、道口等，并監(jiān)督工務處和各工務段設監(jiān)控終端。⑥電務。主要監(jiān)控通信機械室、信號機械室、區(qū)間中繼站、GSM-R機房等，并監(jiān)督電務處及各電務段、通信段設監(jiān)控終端。⑦公安。主要監(jiān)督各派出所、公安處設監(jiān)控終端。

2 系統(tǒng)設計

2.1 存儲技術

常見的存儲技術主要有硬盤存儲（DVR）、直接連接存儲（DAS）、網(wǎng)絡附加存儲（NAS）、存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）等技術。

2.1.1 硬盤存儲（DVR）技術

作為一種傳統(tǒng)的存儲技術，DVR技術成本較低，適用于對數(shù)據(jù)存放安全要求不高、數(shù)據(jù)量少的小規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)。其缺點是：①安全性、穩(wěn)定性較差。一旦硬盤損壞，數(shù)據(jù)將會丟失且不可恢復，風險大。②維護管理困難，數(shù)據(jù)較為分散，無法進行統(tǒng)一管理。

2.1.2 直接連接存儲（DAS）技術

DAS是一種傳統(tǒng)的以服務器為中心的存儲結構，采用存儲設備直接與服務器連接。其優(yōu)點是存儲設備位置的設置較為靈活，既可內(nèi)置，也可外掛在服務器上?？蛻舳巳绻L問某存儲設備上的資源，就必須經(jīng)過服務器。其缺點是存儲設備相互獨立，無法共享資源，資源利用率較低。

2.1.3 網(wǎng)絡附加存儲（NAS）技術

NAS是一種文件共享服務，NAS設備和多臺視頻存儲服務單元均通過網(wǎng)絡連接，以文件輸入/輸出方式進行數(shù)據(jù)傳輸。這種技術的優(yōu)點是支持多個主機端同時讀寫，NAS不需要考慮連接主機的操作系統(tǒng)，部署起來十分靈活。但是，由于NAS采用CIF/NFS協(xié)議進行數(shù)據(jù)的文件級傳輸，因此網(wǎng)絡開銷非常大，特別是在寫入數(shù)據(jù)時，帶寬的利用率一般只有20%～40%.目前，NAS一般被應用于小型網(wǎng)絡數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)或者只是用于部分數(shù)據(jù)的共享存儲。

2.1.4 存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）技術

SAN位于服務器后端，是為連接服務器、磁盤陣列、帶庫等存儲設備而建立的高性能網(wǎng)絡。SAN與傳統(tǒng)DAS的區(qū)別在于，DAS的存儲設備專門服務于所連接的服務器，而SAN模式下所有的存儲設備可以高度共享。當單臺服務器宕機，系統(tǒng)仍舊可以工作，可靠性較高，但成本也較高。在視頻流較為集中的地方宜采用SAN技術。

SAN分為兩種，即FC SAN和IP SAN。FC SAN主要采用光纖通道將存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡化，IP SAN是基于TCP/IP網(wǎng)絡，采用iSCSI協(xié)議提供和傳統(tǒng)FC SAN相媲美的存儲解決方案，且服務器僅需具備千兆網(wǎng)卡。由于IP SAN的成本較采用光纖通道標準的SAN要低很多，因此在保存需要海量存儲的視頻錄像文件時經(jīng)常被用到。

2.2 存儲模式

根據(jù)鐵路既有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用結構，結合用戶管理和使用要求，可將視頻存儲模式分為集中存儲、分散存儲和相對集中存儲等模式。

2.2.1 集中存儲模式

集中存儲是將全線范圍內(nèi)所有視頻圖像信息、告警圖像和告警信息數(shù)據(jù)設置在路局或站段匯聚點進行存儲的模式。這種存儲模式的優(yōu)點是可對業(yè)務權限和數(shù)據(jù)等進行統(tǒng)一的維護和管理。缺點是視頻傳輸占用帶寬較大，多路前端攝像點的高帶寬碼流數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡負載加重，不易保障清晰、高質量、高流暢度的視頻傳輸、瀏覽和回放。如果網(wǎng)絡中斷，前端視頻流無法上傳，可能造成視頻信息丟失。

2.2.2 分散存儲模式

分散存儲是將各類視頻設置在前端采集點進行存儲的模式，存儲較為分散，數(shù)據(jù)量小。這種存儲模式的優(yōu)點是可以大大節(jié)省網(wǎng)絡傳輸帶寬；缺點是某些前端存儲設備不具備保護機制，易受損，維護不便。

2.2.3 相對集中存儲模式

相對集中存儲介于集中存儲和分散存儲之間，全線所有車站的告警圖像、告警信息及一些重要的視頻信息存儲在路局或站段匯聚點，本車站范圍內(nèi)的實時視頻圖像信息存儲在各車站。這種存儲模式的特點是視頻存儲相對集中，便于維護管理；采用RAID保護機制，數(shù)據(jù)保護能力高，同時也節(jié)省了視頻傳輸占用帶寬資源。

2.3 存儲容量

存儲容量計算除了要符合存儲保護機制外，還要考慮有效存儲時間和有效存儲視頻信息內(nèi)容。存儲容量包含實時視頻存儲容量（B）和告警圖像存儲容量（C）兩部分，其表達式分別如下：

B=（X/8）×Y×Z×3 600/（10 242）. （1）

C=（L/8）×M×N/（10 242）. （2）

式（1）中：B為實時視頻存儲容量，TB；X為每路視頻在不同幀率下的流量，MB/s；Y為存儲天數(shù)，d；Z為存儲時間，h/d。

式（2）中：C為告警圖像存儲容量，TB；L為每路告警圖像在25 f/s幀率下的流量，MB/s；M為每天每路告警圖像的次數(shù)，次/d；N為每次告警持續(xù)時間，s。

在車站存儲實時重要視頻圖像時，每站存儲一路實時視頻圖像的存儲容量為：B=（X/8）×Y×Z×3 600/（10 242）=（2/8）×15×24×3 600/（10 242）=0.3 TB。

在站段匯聚點主要存儲告警圖像及告警信息，每天存儲一路告警圖像的存儲容量為：C=（L/8）×M×N/（10 242）=（2/8）×24×60/（10 242）=0.003 TB。

3 結束語

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路中的廣泛應用對視頻信息存儲逐步提出了更高的要求，同時，視頻存儲技術的運用需綜合考慮系統(tǒng)應用結構、存儲容量、用戶分布、網(wǎng)絡帶寬和視頻存儲模式等多種因素。如何在滿足視頻存儲要求的前提下合理利用存儲技術，選擇合理的視頻存儲模式，有效規(guī)劃存儲空間，提高系統(tǒng)的可靠性，成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計的關鍵點。

參考文獻

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[3]熊偉，劉興軍.淺析存儲技術在鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的運用[C]//鐵路運輸安全管理研討會，2011.

〔編輯：劉曉芳〕