高清趋势下地铁监控平台发展探析

　　
　　随着高清化趋势逐渐被各地用户所认可，高清地铁解决方案也得到了越来越多的应用。与此同时，传统监控平台存在的问题也日益凸显。究竟什么样的监控平台可以更好地解决这些问题，并能大幅提高地铁视频监控系统的效率和可靠性，本文将就这些问题进行论述和分析。

　　高清化是地铁视频监控的重要趋势

　　随着城市化进程不断加速，城市人口密度日益增加，交通压力也随之陡增。作为城市中大容量的快速交通工具，地铁的出现大大缩短了时空的距离，成为许多大中城市缓解交通拥堵的重要工具之一。从安全角度讲，地铁具有人流密集、人员复杂、活动物体多等特点，因此我国各大城市地铁的车站、车辆段、停车场等都安装了视频监控系统，保障人员及运营行车的安全。

　　近两年，随着业务的深化和细化，用户对地铁监控系统也提出了更多更高的需求，从最初能简单看到图像，到现阶段要求看到清晰的图像以及未来更多基于高清图像的智能分析，提高地铁运营及安保的效率。高清化也因此成为地铁视频监控一个非常重要的发展趋势，同时也越来越受到业主及设计单位的重视和关注。

　　什么是高清，什么样的系统算是高清监控系统呢？国际上，SMPTE(美国电影电视工程师协会)定义的两个标准SMPTE 296M和SMPTE 274M都对高清有明确的定义，但是该标准基于图像格式的定义更多地是集中在前端的图像采集设备端。实际上，真正的高清不仅仅是指能够完成 前 端 高 清 的 采 集 设 备，而 是 一 套 能 够实现从前端到后端都实现高清的系统，这样一套系统也对网络、存储、管理平台都提出了更多的要求。

　　高清化对地铁监控管理平台的挑战

　　监控管理平台作为地铁视频监控系统的大脑中枢，它对于高清化适应性的优劣直接会影响到整套监控系统的效率和可靠性。传统的监控平台存在什么问题，什么样的监控管理平台才能适应高清趋势下地铁监控点的密集部署要求呢？

　　传统的地铁视频监控系统在车站、车辆段的方案中采用了存储服务器，流媒体转发技术，如图1所示：

　　在图1所示的方案中，摄像头输出的模拟图像经过编码器数字化压缩后输出两路码流，一路是存储码流，经过文件服务器存储到磁盘阵列中；另一路实时流，通过转发服务器分发满足多用户同时监看的需求。当系统规模只有几十路标清图像时，这种平台架构还能完成各种调度业务。但随着车站监控的规模变大，采用高清系统后，流媒体转发模式的性能瓶颈便凸显出来。其缺点如下：

　　1、转发服务器规模随着监控点数的增加成等比例上升，尤其在未来高清图像需求出现的情况下，要么增加转发和存储服务器数量，要么大大增加服务器的档次。因为服务器的性能成为了方案中的性能瓶颈。

　　2、系统存在着车站级的全局故障点，当其中某台转发服务器发生故障时，将会影响其所管理的多路视频图像的存储和实时监看，不符合地铁对监控系统的高可靠性要求。虽然可以通过冗余服务器来解决，但是每个车站配置冗余服务器从成本角度考虑，现实工程中很少实际进行应用。

　　3、大量的服务器及其设备机架不仅占 据了大 量 设备 的 空 间，不 符 合 绿 色环保，更致命的是大大增加了系统不可靠 性，同 时 还 增 加 了 系 统 的 故 障 点 。

　　 另外还有一些厂家针对地铁行业提出如下解决方案：

　　在图2中，编码器仍然输出两路码流：实时流和存储流。只是实时流由之前的单播流变了组播流，当多个用户同时点击同一路图像时，通过网络设备的组播功能实现分发，如图2中标号1的虚线所示。同时将文件服务器和磁盘阵列合一了，即通过一台设备同时安装存储回放管理软件和磁盘阵列，省略了单独的服务器设备，减少了故障点。此方案解决了上面流媒体分发的瓶颈问题，却并未减少服务器性能问题，反而突出了存储文件服务器的性能问题。

　　存储文件服务器(NVR)不仅需要完成对任务调度功能、存储资源的管理、视频的检索回放需求，更耗费性能的是大量的文件存储任务。在进入高清时代以后，码流的带宽需求是之前标清的3-4倍，由此带来的是更大的IOPS（每秒进行读写操作的次数）和更大的带宽处理能力需求，系统的瓶颈问题就更加突出。

　　另外需要指出的是，图2的解决方案从地铁行业的应用来说还存在一个较大的问题。整个系统仅在OCC处存在统一的管理服务器，车站仅有存储设备（NVR）。地铁行业中CCTV的图像需要接入到ISCS系统的客户端，因此必需对服务器的进行二次开发才能实现和ISCS系统的融合。ISCS在车站的控制终端的命令流将不可避免地和OCC管理服务器进行通信，这大大增加了系统的不稳定性：网络故障或中心管理服务器宕机将会影响整个系统的可靠运行。

　　监控平台面对高清化的应对策略

　　应该说前面2种方案的主要瓶颈在于平台架构和存储方式。相应的解决办法也很简单：只要实时视频流和存储流均不经过服务器而是直接传输到客户端，编码器或存储设备；由转发变为直送，由文件存储变为非文件数据块存储，结合网络设备的组播功能实现大规模的分发，便可很好的解决上述问题。

　　在图3中，红色虚线的实时流和蓝色虚线的监控流直接通过网络设备传输到相应的解码器或客户端和存储设备，中间没有经过任何服务器，并且通过交换机的组播技术来满足大量用户同时观看的需求。因此，将服务器从繁重的流媒体转发任务中解放出来，仅负责设备的注册管理，信令的分发，使单台服务器可以轻松管理几千路视频，降低了系统整体功耗的同时也减少了故障点。同时存储的方式也由文件存储转变为裸数据块存储方式，减少了数据转文件的这个不必要的步骤，大大减轻了磁盘阵列的压力。这种架构的监控系统也能更好适应未来高清视频带来的大流量、高带宽的冲击。优点如下：

　　1、监控点数的规模和服务器数量不存在强相关性，单台视频管理服务器可以满足几千路的标清，高清图像监控，系统中不存在瓶颈问题。

　　2、系统中不存在车站级全局故障点，由于采用了类似电信领域中的软交换架构（业务流和控制流相分离），无论是管理服务器还是存储服务器发生故障均不会中断监控实时流，存储流也不受影响，保障了监控数据仍然正常的记录，从架构上极大地保证了系统的高可靠性。

　　3、当出现突发事件或事故，出现多个热点区域的时候，大规模突发的流量通过组播技术由交换机来进行复制、分发，从而轻松解决大规模多用户问题，满足公安和运营管理方紧急情况下的调度要求。

　　4、裸数据直存的方式大大减小了磁盘阵列性能的压力，使其能够轻松应对大规模高清图像输入同时且保证多路高清回放。裸数据块的方式也使数据所看即所存，所存即所用，所用即回放的高性能，保障了地铁行业应对紧急事件能快速处理的根本要求。

　　 另外，图3的两级服务器架在和ISCS系统集成后，仍然能保证监控系统自身的高可靠性，单台服务器故障不影响系统其它服务器正常使用。目前针对地铁行业高可靠性的需求，越来越多的厂商也提供针对服务器高可靠的热备技术，如图4所示：

　　在图4中，通过在上级管理域，如OCC、派出所，配置一台热备冗余管理服务器，从而实现对其下面管辖的N个车站或派出所本地的管理服务器实现热备：其中任何一台管理服务器出现故障将由热备服务器自动接管。由于服务器接管的仅是信令流，不涉及存储流和实时流，不会造成对骨干网络的冲击，很好地满足了地铁行业对监控系统高可靠性的要求。

　　结束语

　　视频监控系统在保障地铁安全中发挥的作用越来越大，用户对监控管理平台的要求也越来越高。随着高清的普及，高清化的监控平台必将在地铁行业中得到更多的应用。在关注高清监控系统业务实现的同时，更应该重视监控平台的效率和可靠性，这样在关键时刻才能发挥其作用，给用户带来真正的价值。（作者单位：浙江宇视科技有限公司<原H3C存储及多媒体事业部>）