分布式存儲(chǔ)技術(shù)在動(dòng)車組檢修視頻記錄管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

張永敬

（中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司 上海動(dòng)車段，上海 201812）

檢修視頻記錄是鐵路部門在動(dòng)車組地勤檢修、乘務(wù)巡檢、部件質(zhì)檢和關(guān)鍵工序卡控等作業(yè)過程中必不可少的重要組成部分，保證了所有活動(dòng)都在監(jiān)控中心的可視范圍內(nèi)，不僅可督促作業(yè)人員按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，防止漏檢漏修，確保動(dòng)車組運(yùn)行安全，同時(shí)又是重要的電子證據(jù)，保證在出現(xiàn)相關(guān)故障后所有視頻錄像文件可供查證和追溯，因而保證視頻記錄的質(zhì)量對(duì)于保障動(dòng)車組的安全以及故障追溯具有重要的意義。

目前，在檢修視頻記錄中主要存在以下難點(diǎn)：（1）動(dòng)車組檢修視頻記錄頻繁。以上海虹橋動(dòng)車運(yùn)用所為例，每天僅動(dòng)車組一級(jí)檢修數(shù)量大約在70組，每天所需作業(yè)人員約80人。每晚檢修人員做一級(jí)檢修的數(shù)量大約在4組動(dòng)車組，每晚使用攝像手電筒大約80只。每天的檢修作業(yè)都會(huì)產(chǎn)生大量記錄，人為的管理和拷貝數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)泄露、丟失和損壞。（2）每天檢修記錄視頻數(shù)據(jù)量多，需設(shè)專人對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝和存儲(chǔ)管理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，以一輛8編組動(dòng)車組一級(jí)檢修作業(yè)為例，在目前上下分離的檢修模式下，需要4人進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)時(shí)長(zhǎng)在2～2.5 h，且每人均需利用攝像手電筒對(duì)作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行全過程視頻記錄，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大約為60 G。（3）對(duì)檢修記錄信息不能進(jìn)行高效檢索，對(duì)于查證和追溯比較費(fèi)時(shí)。目前，動(dòng)車組檢修視頻數(shù)據(jù)存檔通過人工管理，以作業(yè)班組、作業(yè)日期、作業(yè)人員和車組的順序建立文件夾進(jìn)行管理，因檢修量多、數(shù)據(jù)量大，導(dǎo)致查證和追溯的時(shí)間較長(zhǎng)。（4）對(duì)于檢修記錄的管理，人為方式的調(diào)閱、刪除、拷貝缺乏相關(guān)的權(quán)限控制和記錄，存在安全漏洞。

檢修視頻記錄管理系統(tǒng)采用了智能分布式存儲(chǔ)技術(shù)，對(duì)動(dòng)車組檢修視頻記錄以動(dòng)車段集中管理，動(dòng)車運(yùn)用所分布式存儲(chǔ)方式，這樣既保證了對(duì)所有的巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，減輕了人員操作的負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了檢修的效率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)檢修視頻記錄的有效管理[1-4]。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)功能

檢修視頻記錄管理系統(tǒng)采用分布式文件系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、分布式任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的大容量、高性能、在線擴(kuò)容、高可靠性、故障自動(dòng)檢測(cè)恢復(fù)等存儲(chǔ)特性，并且提供對(duì)視頻進(jìn)行語(yǔ)義標(biāo)簽、視頻摘要等關(guān)鍵性功能的支持，以及基于海量標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行高速索引、查詢、統(tǒng)計(jì)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)支撐功能。

系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）視頻分布式存儲(chǔ)管理。系統(tǒng)將存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)分布在各個(gè)運(yùn)用所，靠近采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)就近存儲(chǔ)，減少數(shù)據(jù)跨網(wǎng)傳輸，但對(duì)于應(yīng)用和業(yè)務(wù)而言，數(shù)據(jù)在邏輯上是統(tǒng)一和位置透明的。

（2）視頻搜索。系統(tǒng)可以根據(jù)人員姓名、車號(hào)、車次、時(shí)間、運(yùn)用所、班組等條件進(jìn)行組合檢索查詢，從數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)檢索出需要查詢的文件。同時(shí)還支持對(duì)視頻的標(biāo)簽進(jìn)行搜索定位，實(shí)現(xiàn)視頻的搜索功能。

（3）作業(yè)視頻在線點(diǎn)播。實(shí)現(xiàn)全局作業(yè)視頻資料的在線播放。通過流媒體形式將查詢的視頻文件向授權(quán)用戶播放或提供下載。用戶能根據(jù)不同權(quán)限進(jìn)行有效的網(wǎng)絡(luò)查詢和調(diào)閱，從而對(duì)作業(yè)視頻進(jìn)行有效的管理、監(jiān)控和共享。

（4）分級(jí)權(quán)限管理。系統(tǒng)進(jìn)行多級(jí)權(quán)限管理，不同用戶的權(quán)限可按照角色和自由進(jìn)行管理，上級(jí)用戶可以瀏覽下屬運(yùn)用所視頻數(shù)據(jù)，運(yùn)用所只能查看本所的視頻數(shù)據(jù)。

（5）日志管理。系統(tǒng)具備日志記錄功能，記錄用戶所有的操作記錄，例如上傳、下載、播放、刪除等。

（6）統(tǒng)計(jì)報(bào)表。用戶可設(shè)定各種統(tǒng)計(jì)條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將結(jié)果生成各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表。統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括上傳的運(yùn)用所、班組、時(shí)間、車號(hào)、文件類型、文件數(shù)等。

1.2 總體架構(gòu)

檢修視頻記錄管理系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)檢修視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，需要依賴于統(tǒng)一的接口，系統(tǒng)通過多層架構(gòu)模式，采用C/S和B/S結(jié)合的方式，能較好的適應(yīng)多種復(fù)雜的環(huán)境要求，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口平臺(tái)，對(duì)所有接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)

系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集站、視頻存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、Web瀏覽器、客戶端以及應(yīng)用服務(wù)軟件等部分。

（1）數(shù)據(jù)采集站，主要是對(duì)視頻采集設(shè)備進(jìn)行充電、時(shí)間同步以及數(shù)據(jù)上傳等服務(wù)。

（2）Web瀏覽器和客戶端分別通過B/S和C/S方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行查詢、管理、監(jiān)控等服務(wù)。

（3）視頻存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，是對(duì)上傳的檢修視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，通過服務(wù)器對(duì)存儲(chǔ)的視頻進(jìn)行管理。

通過數(shù)據(jù)采集站，對(duì)檢修的視頻信息通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行上傳，用戶可以通過Web瀏覽器或者專用客戶端對(duì)檢修視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和管理，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，通過Web service實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而保證了數(shù)據(jù)的一致性。

2 分布式存儲(chǔ)技術(shù)及其應(yīng)用

檢修視頻記錄管理系統(tǒng)采用智能分布式存儲(chǔ)技術(shù)，充分利用各個(gè)采集站上的自帶硬盤空間存放視頻文件信息，通過檢修視頻上的標(biāo)簽信息，支持對(duì)檢修記錄的檢索分類等，通過在線點(diǎn)播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)流媒體的傳輸和播放，系統(tǒng)所采用的分布式存儲(chǔ)及其相關(guān)技術(shù)均通過.net編碼實(shí)現(xiàn)。

檢修視頻記錄管理系統(tǒng)采用動(dòng)車段集中管理、運(yùn)用所分布式存儲(chǔ)的主要原因有：（1）動(dòng)車段管理下屬的動(dòng)車運(yùn)用所，需要對(duì)所有下屬的動(dòng)車運(yùn)用所具有管理權(quán)限。（2）動(dòng)車運(yùn)用所內(nèi)的檢修視頻記錄一般是本所內(nèi)管理較為頻繁，存儲(chǔ)在本地更加便捷高效。

2.1 分布式存儲(chǔ)

對(duì)于采集到的檢修視頻記錄，根據(jù)需要將記錄信息存儲(chǔ)到采集站或者不同服務(wù)器的硬盤中，實(shí)現(xiàn)智能均衡分配機(jī)制，算法主要考慮的因素有：（1）不同存儲(chǔ)介質(zhì)的剩余存儲(chǔ)空間容量。（2）采集檢修視頻所在的運(yùn)用所位置。（3）用戶自定義的存儲(chǔ)需求。

算法會(huì)根據(jù)用戶自定義的存儲(chǔ)需求，由用戶直接指定檢修視頻的存儲(chǔ)位置，如果用戶沒有指定存儲(chǔ)位置，則由算法自動(dòng)分配管理。算法首先會(huì)根據(jù)采集的檢修視頻所在運(yùn)用所的位置，尋找該運(yùn)用所下有足夠存儲(chǔ)空間的儲(chǔ)存介質(zhì)，進(jìn)行優(yōu)先存儲(chǔ)，如果該運(yùn)用所下的所有存儲(chǔ)介質(zhì)均無(wú)法存儲(chǔ)該視頻，則隨機(jī)選擇其他運(yùn)用所下的存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)。通過優(yōu)先本地存儲(chǔ)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)本地檢修視頻高效的存儲(chǔ)和讀取效率，通過隨機(jī)選擇機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)服務(wù)器資源的均衡利用。

分布式存儲(chǔ)技術(shù)的物理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

所有的采集點(diǎn)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)都統(tǒng)一由動(dòng)車段集中進(jìn)行管理，用戶在進(jìn)行查詢和管理時(shí)也都是通過段服務(wù)器統(tǒng)一管理，保證了數(shù)據(jù)的一致性和安全性[2-5]。

圖2 分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

2.2 視頻標(biāo)簽智能檢索

通過與既有的動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)結(jié)合，獲取相關(guān)的檢修任務(wù)、人員、車輛等信息，在檢修記錄上傳時(shí)可以將這些檢修信息與檢修視頻記錄關(guān)聯(lián)，形成記錄視頻的標(biāo)簽屬性，在用戶進(jìn)行檢索查詢時(shí)能提高準(zhǔn)確性和檢索效率。

通過動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的檢修信息主要有以下幾類：（1）檢修任務(wù)信息，包括檢修任務(wù)名稱，檢修項(xiàng)目，檢修起始時(shí)間等。（2）人員信息，包括檢修作業(yè)人員，檢修班組信息等。（3）車輛信息，包括檢修的車組號(hào)，車次，出入所時(shí)間等信息。

對(duì)檢修記錄視頻增加標(biāo)簽屬性后，不僅能準(zhǔn)確高效地檢索記錄，同時(shí)也可以對(duì)檢修記錄進(jìn)行分類管理，并進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析等。

圖3 智能檢索流程

智能檢索流程如圖3所示。作業(yè)人員或者管理人員可以通過檢修任務(wù)條件、人員條件、車組條件以及其他條件對(duì)存儲(chǔ)的檢修記錄進(jìn)行檢索，通過動(dòng)車段服務(wù)器提供的相關(guān)檢索服務(wù)，準(zhǔn)確地檢索到需要的檢修記錄[6]。

2.3 在線點(diǎn)播技術(shù)

動(dòng)車組檢修視頻記錄主要是對(duì)動(dòng)車組檢修作業(yè)人員詳細(xì)的檢修操作進(jìn)行記錄，對(duì)于檢修結(jié)果的點(diǎn)播功能同樣十分重要，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全局作業(yè)視頻資料的在線播放。通過流媒體形式將查詢的視頻文件向授權(quán)用戶播放或提供下載。用戶能根據(jù)不同權(quán)限進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)查詢和調(diào)閱，從而對(duì)作業(yè)視頻進(jìn)行有效管理、監(jiān)控和共享，具體點(diǎn)播流程如圖4所示。

圖4 點(diǎn)播流程

3 系統(tǒng)運(yùn)用

該動(dòng)車組檢修視頻記錄管理系統(tǒng)已經(jīng)在上海南翔動(dòng)車運(yùn)用所運(yùn)用，通過在動(dòng)車組檢修、乘務(wù)巡檢和部件質(zhì)檢等項(xiàng)目上配備相關(guān)攝像手電等視頻采集設(shè)備，配合采集站點(diǎn)，將作業(yè)人員的檢修記錄穩(wěn)定高效地傳輸和存儲(chǔ)，同時(shí)在動(dòng)車段和動(dòng)車運(yùn)用所配置了相關(guān)的管理終端，可以對(duì)采集設(shè)備的狀態(tài)以及采集的視頻進(jìn)行有效管理和檢索，提高了工作效率。

在對(duì)動(dòng)車組檢修、乘務(wù)巡檢、部件質(zhì)檢等作業(yè)上均取得了良好的使用效果，通過該系統(tǒng)，對(duì)檢修作業(yè)、巡檢以及質(zhì)檢作業(yè)有了更加準(zhǔn)確高效的管理，同時(shí)，在一定程度上避免了人為因素可能導(dǎo)致的安全性問題，提高了管理的質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)車組檢修視頻記錄管理系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)車組檢修具有十分重要的作用，對(duì)于提高檢修質(zhì)量和效率有較大的促進(jìn)作用，對(duì)于檢修作業(yè)人員和作業(yè)質(zhì)量達(dá)到了更加精細(xì)化的管理要求。