Application of Cloud Monitoring in Metro

Lu Chang

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Application of Cloud Monitoring in Metro

Lu Chang

AbstractTaking the construction of Kunming Metro Line 3 video surveillance system as an example, and illustrating the application of the cloud monitoring stage in the subway

KeywordsHDTV camera, cloud node, clustered

0概述

昆明市軌道交通3號(hào)線工程共設(shè)車站20座，控制中心設(shè)置在昆明北站附近，是昆明軌道交通所有線路共用的線網(wǎng)控制中心。

運(yùn)營(yíng)專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用共建方式，車站公安通信監(jiān)視終端設(shè)備接入專用視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)監(jiān)視圖像的調(diào)用、控制。在地鐵公安分局和市公安局之間設(shè)置公安信息通信網(wǎng)邊界接入平臺(tái)，將市局和分局公安視頻進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離。

在本線路中視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用全數(shù)字化方案、IP高清模式，并在各車站、高架區(qū)間設(shè)置高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，視頻的采集、傳送、存儲(chǔ)、顯示等全過程中的圖像分辨率均能達(dá)到1 920×1 080。全系統(tǒng)共設(shè)置了1 531臺(tái)攝像機(jī)，包括1 008臺(tái)高清固定攝像機(jī)、235臺(tái)高清一體化球型攝像機(jī)、206臺(tái)高清半球攝像機(jī)和82臺(tái)高清全景攝像機(jī)。

全線視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用云監(jiān)控方案，每個(gè)車站為一個(gè)云節(jié)點(diǎn)，分別設(shè)置云存儲(chǔ)設(shè)備，控制中心為備份云節(jié)點(diǎn)，全線一共21個(gè)云節(jié)點(diǎn)。站間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以漂移，若一個(gè)車站的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)失效(硬盤故障、RAID組故障、節(jié)點(diǎn)機(jī)故障)，則可以將數(shù)據(jù)漂移至臨站或控制中心存儲(chǔ)，全網(wǎng)無單一車站故障失效點(diǎn)，不會(huì)因某個(gè)設(shè)備或某個(gè)車站故障造成全線癱瘓或錄像丟失，用戶能夠在任何一個(gè)站點(diǎn)或公安警務(wù)室根據(jù)授權(quán)訪問實(shí)時(shí)圖像和歷史圖像。

1系統(tǒng)組成

在車站的站臺(tái)和站廳各設(shè)置3臺(tái)帶POE功能的接入交換機(jī)，車站攝像機(jī)通過網(wǎng)線接入附近的接入交換機(jī)，接入交換機(jī)通過光纖接入車站機(jī)房的核心交換機(jī)，各站通過傳輸系統(tǒng)(MSTP)與交換機(jī)互聯(lián)。

車站核心交換機(jī)將高清攝像機(jī)編碼輸出的H.264格式數(shù)字信號(hào)送入車站的云存儲(chǔ)進(jìn)行視頻存儲(chǔ)，每個(gè)車站的云存儲(chǔ)由3臺(tái)華為VCN3000節(jié)點(diǎn)機(jī)組成，同時(shí)該設(shè)備還可以將前端攝像機(jī)的IP數(shù)字視頻信號(hào)通過傳輸系統(tǒng)提供的以太網(wǎng)通道分別發(fā)送至控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

每臺(tái)VX3000節(jié)點(diǎn)機(jī)支持36塊硬盤，每個(gè)車站云節(jié)點(diǎn)最小由3臺(tái)VX3000組成，云節(jié)點(diǎn)作為各站點(diǎn)數(shù)字監(jiān)控錄像的存儲(chǔ)設(shè)備，可預(yù)留10%的冗余空間用于數(shù)據(jù)漂移(單臺(tái)VCN3000作為媒體處理單元VCN3000(MPU)形態(tài)時(shí)，支持256路/512Mbps接入存儲(chǔ)、256路/512Mbps轉(zhuǎn)發(fā)和64路/128Mbps回放下載；VCN3000(MPU)總數(shù)不超過16臺(tái)時(shí)可形成自堆疊集群部署)。云節(jié)點(diǎn)提供的存儲(chǔ)容量、I/O性能滿足本站全部視頻存儲(chǔ)30天(按24h/天計(jì)，圖像分辨率為1 920×1 080，公共區(qū)≥8Mbps碼流，設(shè)備區(qū)6Mbps碼流可調(diào)，按新反恐法要求也可以擴(kuò)容至90天存儲(chǔ))及不支持10個(gè)客戶端同時(shí)訪問的能力。主機(jī)提供電源冗余保護(hù)，支持RAID0、RAID1、RAID5等的盤陣組合，并具有當(dāng)不少于一塊硬盤出現(xiàn)故障時(shí)不至影響視頻的正常存儲(chǔ)和不丟失盤陣中的已存儲(chǔ)圖像的能力，且支持RAID組的冗余、在線對(duì)損壞硬盤的更換以及通過增加硬盤數(shù)量、硬盤容量來擴(kuò)展存儲(chǔ)空間的能力。此外，通過后臺(tái)編程可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)減幀操作(比如，1個(gè)月以前的錄像可以將25幀自動(dòng)減少為8幀)，節(jié)約至少1/3的硬盤空間、延長(zhǎng)圖像存儲(chǔ)的時(shí)間；并可依據(jù)事先的報(bào)警處理配置，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)事件全程的存儲(chǔ)記錄，以及提供事件預(yù)存儲(chǔ)，支持磁帶機(jī)、光盤刻錄和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)存事件錄像等功能。

如圖1所示，該系統(tǒng)支持N+0集群功能，與傳統(tǒng)集群技術(shù)不同的是，該集群功能由站點(diǎn)的VCN3000節(jié)點(diǎn)機(jī)組建云集群，無需布設(shè)額外的設(shè)備，各節(jié)點(diǎn)之間采用選舉的方式，共同推選出集群的決策成員，決策成員會(huì)收集所有節(jié)點(diǎn)機(jī)的運(yùn)行狀況，并提出相應(yīng)的措施。當(dāng)某臺(tái)節(jié)點(diǎn)機(jī)設(shè)備故障時(shí)，迅速由其他節(jié)點(diǎn)機(jī)接管它的工作；在該節(jié)點(diǎn)機(jī)設(shè)備恢復(fù)正常后，集群決策成員將其他節(jié)點(diǎn)機(jī)設(shè)備上部分業(yè)務(wù)分擔(dān)至該節(jié)點(diǎn)機(jī)；當(dāng)某臺(tái)節(jié)點(diǎn)機(jī)設(shè)備負(fù)載過大時(shí)，支持將該設(shè)備上部分業(yè)務(wù)分擔(dān)至其他節(jié)點(diǎn)機(jī)上，以提高系統(tǒng)自保護(hù)能力，保證視頻數(shù)據(jù)的可靠性和連續(xù)性。

圖1　軌道交通云監(jiān)控系統(tǒng)圖

車站H.264格式數(shù)字視頻信號(hào)由通信傳輸網(wǎng)送入中心的以太網(wǎng)交換機(jī)，中心交換機(jī)將數(shù)字視頻信號(hào)提供給視頻解碼器，將還原出的高清視頻信號(hào)送入顯示大屏；同時(shí)中心交換機(jī)還可把視頻控制信號(hào)送給ISCS終端，ISCS控制終端可通過內(nèi)置軟件切換監(jiān)視器上的圖像。

鑒于昆明地鐵為分布式結(jié)構(gòu)、集中式管理模式，所以系統(tǒng)也采用基于IP網(wǎng)絡(luò)的分布式云體系結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用上以分布式服務(wù)為設(shè)計(jì)理念，采用的設(shè)備均為client/sever合一型產(chǎn)品，可以不依賴于任何服務(wù)器的介入實(shí)現(xiàn)服務(wù)功能，完成日常的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，包括攝像機(jī)端到監(jiān)視器端視頻連接的建立、切換、拆除，云臺(tái)控制的優(yōu)先級(jí)判斷及控制權(quán)的授予；存儲(chǔ)視頻的檢索、回放到視頻輸出端完成視頻連接的建立、拆除和控制。

2云監(jiān)控的特點(diǎn)

云視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由各節(jié)點(diǎn)云通過IP通道互聯(lián)而成，各節(jié)點(diǎn)云通過云節(jié)點(diǎn)機(jī)組成自制云，每個(gè)節(jié)點(diǎn)云采用專用云虛擬化技術(shù)可提供多種資源池(如計(jì)算資源池、存儲(chǔ)資源池、網(wǎng)絡(luò)接口資源池等)。主要優(yōu)點(diǎn)：1)支持多種類型的前端設(shè)備。2)可進(jìn)行多種云部署。3)支持海量存儲(chǔ)。4)支持多種視頻業(yè)務(wù)(如視頻分析、視頻人臉識(shí)別)。5)支持多種IP環(huán)境。6)存儲(chǔ)安全性比較高，主要體現(xiàn)為：(1)單個(gè)云節(jié)點(diǎn)機(jī)內(nèi)部采用RAID技術(shù)做磁盤存儲(chǔ)保護(hù)；(2)單個(gè)云節(jié)點(diǎn)內(nèi)采用云虛擬存儲(chǔ)技術(shù)做存儲(chǔ)保護(hù)，可在出現(xiàn)壞盤做即時(shí)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換；(3)云節(jié)點(diǎn)間依靠N+0技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障冗余，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)云節(jié)點(diǎn)機(jī)或云節(jié)點(diǎn)的整體業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移。7)系統(tǒng)整體可靠性高，主要體現(xiàn)為：(1)單個(gè)云節(jié)點(diǎn)由多個(gè)云節(jié)點(diǎn)機(jī)通過云虛擬化技術(shù)組建，每個(gè)視頻業(yè)務(wù)運(yùn)行在獨(dú)立的虛擬機(jī)中，單個(gè)視頻業(yè)務(wù)的故障不會(huì)對(duì)其他業(yè)務(wù)造成影響；(2)云節(jié)點(diǎn)間依靠N+0技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障冗余，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)云節(jié)點(diǎn)機(jī)或云節(jié)點(diǎn)的按需轉(zhuǎn)移。8)網(wǎng)絡(luò)依賴性低，主要體現(xiàn)為：(1)單個(gè)云節(jié)點(diǎn)內(nèi)部采用單播、組播傳輸；(2)云節(jié)點(diǎn)間采用單播傳輸。9)網(wǎng)絡(luò)隔離性好，主要體現(xiàn)為：(1)與其他專網(wǎng)系統(tǒng)連接時(shí)可采用NAT方式做網(wǎng)絡(luò)隔離；(2)與特殊保密網(wǎng)絡(luò)之間采用網(wǎng)閘方式做網(wǎng)絡(luò)隔離。10)增加業(yè)務(wù)靈活，可根據(jù)增加的業(yè)務(wù)按需增加云節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

3傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)與云監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)比

表1為傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)和云監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)別。

表1　傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)和云監(jiān)控系統(tǒng)的比較

3結(jié)束語

軌道交通的云監(jiān)控應(yīng)用需要注意以下幾方面：

1)每個(gè)云節(jié)點(diǎn)一定要預(yù)留至少10%的冗余空間以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移。

2)盡量考慮中心站模式。云監(jiān)控的方式越大越能體現(xiàn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，而地鐵線路是分布式架構(gòu)，不好采用全集中部署方式，所以盡量考慮在3～5個(gè)車站之間設(shè)置一個(gè)中心站，把云節(jié)點(diǎn)設(shè)置在該車站，提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)部署光纜與下屬車站的核心交換機(jī)互聯(lián)。

3)盡量使用成熟可靠的云方案。目前全國(guó)軌道交通云視頻監(jiān)控系統(tǒng)剛剛起步，市面上宣稱有地鐵云監(jiān)控解決方案的廠家不在少數(shù)，但由于從地鐵系統(tǒng)設(shè)計(jì)到投入使用需要1～3年時(shí)間，所以目前已經(jīng)開通云監(jiān)控運(yùn)營(yíng)的線路不多，建議經(jīng)多方比較和考察后再考慮選擇一套可靠地云監(jiān)控解決方案。

本文通過對(duì)昆明軌道交通3號(hào)云視頻監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行闡述，具體展現(xiàn)了云監(jiān)控在軌道交通中的應(yīng)用。

云監(jiān)控在軌道交通中的應(yīng)用

陸昶

(北京市警視達(dá)機(jī)電設(shè)備研究所有限公司，北京 100088)

摘要以昆明軌道交通3號(hào)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)為例,闡述現(xiàn)階段云監(jiān)控在地鐵中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞高清攝像機(jī)云節(jié)點(diǎn)集群