隨著高清化趨勢逐漸被各地用戶所認(rèn)可，高清地鐵解決方案也得到了越來越多的應(yīng)用。與此同時(shí)，傳統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)存在的問題也日益凸顯。究竟什么樣的監(jiān)控平臺(tái)可以更好地解決這些問題，并能大幅提高地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效率和可靠性，本文將就這些問題進(jìn)行論述和分析。
隨著高清化趨勢逐漸被各地用戶所認(rèn)可，高清地鐵解決方案也得到了越來越多的應(yīng)用。與此同時(shí)，傳統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)存在的問題也日益凸顯。究竟什么樣的監(jiān)控平臺(tái)可以更好地解決這些問題，并能大幅提高地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效率和可靠性，本文將就這些問題進(jìn)行論述和分析。
高清化是地鐵視頻監(jiān)控的重要趨勢
隨著城市化進(jìn)程不斷加速，城市人口密度日益增加，交通壓力也隨之陡增。作為城市中大容量的快速交通工具，地鐵的出現(xiàn)大大縮短了時(shí)空的距離，成為許多大中城市緩解交通擁堵的重要工具之一。從安全角度講，地鐵具有人流密集、人員復(fù)雜、活動(dòng)物體多等特點(diǎn)，因此我國各大城市地鐵的車站、車輛段、停車場等都安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，保障人員及運(yùn)營行車的安全。
近兩年，隨著業(yè)務(wù)的深化和細(xì)化，用戶對(duì)地鐵監(jiān)控系統(tǒng)也提出了更多更高的需求，從最初能簡單看到圖像，到現(xiàn)階段要求看到清晰的圖像以及未來更多基于高清圖像的智能分析，提高地鐵運(yùn)營及安保的效率。高清化也因此成為地鐵視頻監(jiān)控一個(gè)非常重要的發(fā)展趨勢，同時(shí)也越來越受到業(yè)主及設(shè)計(jì)單位的重視和關(guān)注。
什么是高清，什么樣的系統(tǒng)算是高清監(jiān)控系統(tǒng)呢？國際上，SMPTE(美國電影電視工程師協(xié)會(huì))定義的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SMPTE296M和SMPTE274M都對(duì)高清有明確的定義，但是該標(biāo)準(zhǔn)基于圖像格式的定義更多地是集中在前端的圖像采集設(shè)備端。實(shí)際上，真正的高清不僅僅是指能夠完成前端高清的采集設(shè)備，而是一套能夠?qū)崿F(xiàn)從前端到后端都實(shí)現(xiàn)高清的系統(tǒng)，這樣一套系統(tǒng)也對(duì)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、管理平臺(tái)都提出了更多的要求。
高清化對(duì)地鐵監(jiān)控管理平臺(tái)的挑戰(zhàn)
監(jiān)控管理平臺(tái)作為地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大腦中樞，它對(duì)于高清化適應(yīng)性的優(yōu)劣直接會(huì)影響到整套監(jiān)控系統(tǒng)的效率和可靠性。傳統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)存在什么問題，什么樣的監(jiān)控管理平臺(tái)才能適應(yīng)高清趨勢下地鐵監(jiān)控點(diǎn)的密集部署要求呢？
傳統(tǒng)的地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)在車站、車輛段的方案中采用了存儲(chǔ)服務(wù)器，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)：
攝像頭輸出的模擬圖像經(jīng)過編碼器數(shù)字化壓縮后輸出兩路碼流，一路是存儲(chǔ)碼流，經(jīng)過文件服務(wù)器存儲(chǔ)到磁盤陣列中；另一路實(shí)時(shí)流，通過轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器分發(fā)滿足多用戶同時(shí)監(jiān)看的需求。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模只有幾十路標(biāo)清圖像時(shí)，這種平臺(tái)架構(gòu)還能完成各種調(diào)度業(yè)務(wù)。但隨著車站監(jiān)控的規(guī)模變大，采用高清系統(tǒng)后，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)模式的性能瓶頸便凸顯出來。其缺點(diǎn)如下：
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1、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器規(guī)模隨著監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的增加成等比例上升，尤其在未來高清圖像需求出現(xiàn)的情況下，要么增加轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)服務(wù)器數(shù)量，要么大大增加服務(wù)器的檔次。因?yàn)榉?wù)器的性能成為了方案中的性能瓶頸。
2、系統(tǒng)存在著車站級(jí)的全局故障點(diǎn)，當(dāng)其中某臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)影響其所管理的多路視頻圖像的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)監(jiān)看，不符合地鐵對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的高可靠性要求。雖然可以通過冗余服務(wù)器來解決，但是每個(gè)車站配置冗余服務(wù)器從成本角度考慮，現(xiàn)實(shí)工程中很少實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用。
3、大量的服務(wù)器及其設(shè)備機(jī)架不僅占據(jù)了大量設(shè)備的空間，不符合綠色環(huán)保，更致命的是大大增加了系統(tǒng)不可靠性，同時(shí)還增加了系統(tǒng)的故障點(diǎn)。
另外還有一些廠家針對(duì)地鐵行業(yè)提出如下解決方案：
編碼器仍然輸出兩路碼流：實(shí)時(shí)流和存儲(chǔ)流。只是實(shí)時(shí)流由之前的單播流變了組播流，當(dāng)多個(gè)用戶同時(shí)點(diǎn)擊同一路圖像時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組播功能實(shí)現(xiàn)分發(fā)。同時(shí)將文件服務(wù)器和磁盤陣列合一了，即通過一臺(tái)設(shè)備同時(shí)安裝存儲(chǔ)回放管理軟件和磁盤陣列，省略了單獨(dú)的服務(wù)器設(shè)備，減少了故障點(diǎn)。此方案解決了上面流媒體分發(fā)的瓶頸問題，卻并未減少服務(wù)器性能問題，反而突出了存儲(chǔ)文件服務(wù)器的性能問題。
存儲(chǔ)文件服務(wù)器(NVR)不僅需要完成對(duì)任務(wù)調(diào)度功能、存儲(chǔ)資源的管理、視頻的檢索回放需求，更耗費(fèi)性能的是大量的文件存儲(chǔ)任務(wù)。在進(jìn)入高清時(shí)代以后，碼流的帶寬需求是之前標(biāo)清的3-4倍，由此帶來的是更大的IOPS(每秒進(jìn)行讀寫操作的次數(shù))和更大的帶寬處理能力需求，系統(tǒng)的瓶頸問題就更加突出。
另外需要指出的是，解決方案從地鐵行業(yè)的應(yīng)用來說還存在一個(gè)較大的問題。整個(gè)系統(tǒng)僅在OCC處存在統(tǒng)一的管理服務(wù)器，車站僅有存儲(chǔ)設(shè)備(NVR)。地鐵行業(yè)中CCTV的圖像需要接入到ISCS系統(tǒng)的客戶端，因此必需對(duì)服務(wù)器的進(jìn)行二次開發(fā)才能實(shí)現(xiàn)和ISCS系統(tǒng)的融合。ISCS在車站的控制終端的命令流將不可避免地和OCC管理服務(wù)器進(jìn)行通信，這大大增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性：網(wǎng)絡(luò)故障或中心管理服務(wù)器宕機(jī)將會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
監(jiān)控平臺(tái)面對(duì)高清化的應(yīng)對(duì)策略
應(yīng)該說前面2種方案的主要瓶頸在于平臺(tái)架構(gòu)和存儲(chǔ)方式。相應(yīng)的解決辦法也很簡單：只要實(shí)時(shí)視頻流和存儲(chǔ)流均不經(jīng)過服務(wù)器而是直接傳輸?shù)娇蛻舳耍幋a器或存儲(chǔ)設(shè)備；由轉(zhuǎn)發(fā)變?yōu)橹彼停晌募鎯?chǔ)變?yōu)榉俏募?shù)據(jù)塊存儲(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組播功能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的分發(fā)，便可很好的解決上述問題。
實(shí)時(shí)流和藍(lán)色虛線的監(jiān)控流直接通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)较鄳?yīng)的解碼器或客戶端和存儲(chǔ)設(shè)備，中間沒有經(jīng)過任何服務(wù)器，并且通過交換機(jī)的組播技術(shù)來滿足大量用戶同時(shí)觀看的需求。因此，將服務(wù)器從繁重的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)中解放出來，僅負(fù)責(zé)設(shè)備的注冊(cè)管理，信令的分發(fā)，使單臺(tái)服務(wù)器可以輕松管理幾千路視頻，降低了系統(tǒng)整體功耗的同時(shí)也減少了故障點(diǎn)。同時(shí)存儲(chǔ)的方式也由文件存儲(chǔ)轉(zhuǎn)變?yōu)槁銛?shù)據(jù)塊存儲(chǔ)方式，減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)文件的這個(gè)不必要的步驟，大大減輕了磁盤陣列的壓力。這種架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)也能更好適應(yīng)未來高清視頻帶來的大流量、高帶寬的沖擊。優(yōu)點(diǎn)如下：
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1、監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的規(guī)模和服務(wù)器數(shù)量不存在強(qiáng)相關(guān)性，單臺(tái)視頻管理服務(wù)器可以滿足幾千路的標(biāo)清，高清圖像監(jiān)控，系統(tǒng)中不存在瓶頸問題。
2、系統(tǒng)中不存在車站級(jí)全局故障點(diǎn)，由于采用了類似電信領(lǐng)域中的軟交換架構(gòu)(業(yè)務(wù)流和控制流相分離)，無論是管理服務(wù)器還是存儲(chǔ)服務(wù)器發(fā)生故障均不會(huì)中斷監(jiān)控實(shí)時(shí)流，存儲(chǔ)流也不受影響，保障了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)仍然正常的記錄，從架構(gòu)上極大地保證了系統(tǒng)的高可靠性。
3、當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件或事故，出現(xiàn)多個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域的時(shí)候，大規(guī)模突發(fā)的流量通過組播技術(shù)由交換機(jī)來進(jìn)行復(fù)制、分發(fā)，從而輕松解決大規(guī)模多用戶問題，滿足公安和運(yùn)營管理方緊急情況下的調(diào)度要求。
4、裸數(shù)據(jù)直存的方式大大減小了磁盤陣列性能的壓力，使其能夠輕松應(yīng)對(duì)大規(guī)模高清圖像輸入同時(shí)且保證多路高清回放。裸數(shù)據(jù)塊的方式也使數(shù)據(jù)所看即所存，所存即所用，所用即回放的高性能，保障了地鐵行業(yè)應(yīng)對(duì)緊急事件能快速處理的根本要求。
另外，兩級(jí)服務(wù)器架在和ISCS系統(tǒng)集成后，仍然能保證監(jiān)控系統(tǒng)自身的高可靠性，單臺(tái)服務(wù)器故障不影響系統(tǒng)其它服務(wù)器正常使用。目前針對(duì)地鐵行業(yè)高可靠性的需求，越來越多的廠商也提供針對(duì)服務(wù)器高可靠的熱備技術(shù)，如圖4所示：
高可靠的服務(wù)器N+1設(shè)備
通過在上級(jí)管理域，如OCC、派出所，配置一臺(tái)熱備冗余管理服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其下面管轄的N個(gè)車站或派出所本地的管理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)熱備：其中任何一臺(tái)管理服務(wù)器出現(xiàn)故障將由熱備服務(wù)器自動(dòng)接管。由于服務(wù)器接管的僅是信令流，不涉及存儲(chǔ)流和實(shí)時(shí)流，不會(huì)造成對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)的沖擊，很好地滿足了地鐵行業(yè)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)高可靠性的要求。
結(jié)束語
視頻監(jiān)控系統(tǒng)在保障地鐵安全中發(fā)揮的作用越來越大，用戶對(duì)監(jiān)控管理平臺(tái)的要求也越來越高。隨著高清的普及，高清化的監(jiān)控平臺(tái)必將在地鐵行業(yè)中得到更多的應(yīng)用。在關(guān)注高清監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，更應(yīng)該重視監(jiān)控平臺(tái)的效率和可靠性，這樣在關(guān)鍵時(shí)刻才能發(fā)揮其作用，給用戶帶來真正的價(jià)值。
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