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號線工程共設車站20座，控制中心設置在昆明北站附近，是昆明軌道交通所有線路共用的線網控制中心。

運營專用視頻監控系統與公安視頻監控系統采用共建方式，車站公安通信監視終端設備接入專用視頻監控網絡，實現公安視頻監控系統對監視圖像的調用、控制。在地鐵公安分局和市公安局之間設置公安信息通信網邊界接入平臺，將市局和分局公安視頻進行網絡隔離。

在本線路中視頻監控系統采用全數字化方案、IP高清模式，并在各車站、高架區間設置高清網絡攝像機，視頻的采集、傳送、存儲、顯示等全過程中的圖像分辨率均能達到1 920×1 080。全系統共設置了1 531臺攝像機，包括1 008臺高清固定攝像機、235臺高清一體化球型攝像機、206臺高清半球攝像機和82臺高清全景攝像機。

全線視頻監控系統采用云監控方案，每個車站為一個云節點，分別設置云存儲設備，控制中心為備份云節點，全線一共21個云節點。站間存儲數據可以漂移，若一個車站的數據存儲失效(硬盤故障、RAID組故障、節點機故障)，則可以將數據漂移至臨站或控制中心存儲，全網無單一車站故障失效點，不會因某個設備或某個車站故障造成全線癱瘓或錄像丟失，用戶能夠在任何一個站點或公安警務室根據授權訪問實時圖像和歷史圖像。

1系統組成

在車站的站臺和站廳各設置3臺帶POE功能的接入交換機，車站攝像機通過網線接入附近的接入交換機，接入交換機通過光纖接入車站機房的核心交換機，各站通過傳輸系統(MSTP)與交換機互聯。

車站核心交換機將高清攝像機編碼輸出的H.264格式數字信號送入車站的云存儲進行視頻存儲，每個車站的云存儲由3臺華為VCN3000節點機組成，同時該設備還可以將前端攝像機的IP數字視頻信號通過傳輸系統提供的以太網通道分別發送至控制中心視頻監控系統與公安視頻監控系統。

每臺VX3000節點機支持36塊硬盤，每個車站云節點最小由3臺VX3000組成，云節點作為各站點數字監控錄像的存儲設備，可預留10%的冗余空間用于數據漂移(單臺VCN3000作為媒體處理單元VCN3000(MPU)形態時，支持256路/512Mbps接入存儲、256路/512Mbps轉發和64路/128Mbps回放下載；VCN3000(MPU)總數不超過16臺時可形成自堆疊集群部署)。云節點提供的存儲容量、I/O性能滿足本站全部視頻存儲30天(按24h/天計，圖像分辨率為1 920×1 080，公共區≥8Mbps碼流，設備區6Mbps碼流可調，按新反恐法要求也可以擴容至90天存儲)及不支持10個客戶端同時訪問的能力。主機提供電源冗余保護，支持RAID0、RAID1、RAID5等的盤陣組合，并具有當不少于一塊硬盤出現故障時不至影響視頻的正常存儲和不丟失盤陣中的已存儲圖像的能力，且支持RAID組的冗余、在線對損壞硬盤的更換以及通過增加硬盤數量、硬盤容量來擴展存儲空間的能力。此外，通過后臺編程可自動實現減幀操作(比如，1個月以前的錄像可以將25幀自動減少為8幀)，節約至少1/3的硬盤空間、延長圖像存儲的時間；并可依據事先的報警處理配置，自動實現事件全程的存儲記錄，以及提供事件預存儲，支持磁帶機、光盤刻錄和網絡轉存事件錄像等功能。

如圖1所示，該系統支持N+0集群功能，與傳統集群技術不同的是，該集群功能由站點的VCN3000節點機組建云集群，無需布設額外的設備，各節點之間采用選舉的方式，共同推選出集群的決策成員，決策成員會收集所有節點機的運行狀況，并提出相應的措施。當某臺節點機設備故障時，迅速由其他節點機接管它的工作；在該節點機設備恢復正常后，集群決策成員將其他節點機設備上部分業務分擔至該節點機；當某臺節點機設備負載過大時，支持將該設備上部分業務分擔至其他節點機上，以提高系統自保護能力，保證視頻數據的可靠性和連續性。

圖1　軌道交通云監控系統圖

車站H.264格式數字視頻信號由通信傳輸網送入中心的以太網交換機，中心交換機將數字視頻信號提供給視頻解碼器，將還原出的高清視頻信號送入顯示大屏；同時中心交換機還可把視頻控制信號送給ISCS終端，ISCS控制終端可通過內置軟件切換監視器上的圖像。

鑒于昆明地鐵為分布式結構、集中式管理模式，所以系統也采用基于IP網絡的分布式云體系結構，在應用上以分布式服務為設計理念，采用的設備均為client/sever合一型產品，可以不依賴于任何服務器的介入實現服務功能，完成日常的視頻監控業務，包括攝像機端到監視器端視頻連接的建立、切換、拆除，云臺控制的優先級判斷及控制權的授予；存儲視頻的檢索、回放到視頻輸出端完成視頻連接的建立、拆除和控制。

2云監控的特點

云視頻監控系統主要由各節點云通過IP通道互聯而成，各節點云通過云節點機組成自制云，每個節點云采用專用云虛擬化技術可提供多種資源池(如計算資源池、存儲資源池、網絡接口資源池等)。主要優點：1)支持多種類型的前端設備。2)可進行多種云部署。3)支持海量存儲。4)支持多種視頻業務(如視頻分析、視頻人臉識別)。5)支持多種IP環境。6)存儲安全性比較高，主要體現為：(1)單個云節點機內部采用RAID技術做磁盤存儲保護；(2)單個云節點內采用云虛擬存儲技術做存儲保護，可在出現壞盤做即時存儲轉換；(3)云節點間依靠N+0技術實現節點故障冗余，可實現單個云節點機或云節點的整體業務轉移。7)系統整體可靠性高，主要體現為：(1)單個云節點由多個云節點機通過云虛擬化技術組建，每個視頻業務運行在獨立的虛擬機中，單個視頻業務的故障不會對其他業務造成影響；(2)云節點間依靠N+0技術實現節點故障冗余，可實現單個云節點機或云節點的按需轉移。8)網絡依賴性低，主要體現為：(1)單個云節點內部采用單播、組播傳輸；(2)云節點間采用單播傳輸。9)網絡隔離性好，主要體現為：(1)與其他專網系統連接時可采用NAT方式做網絡隔離；(2)與特殊保密網絡之間采用網閘方式做網絡隔離。10)增加業務靈活，可根據增加的業務按需增加云節點設備。

3傳統監控系統與云監控系統的對比

表1為傳統監控系統和云監控系統的區別。

表1　傳統監控系統和云監控系統的比較

3結束語

軌道交通的云監控應用需要注意以下幾方面：

1)每個云節點一定要預留至少10%的冗余空間以便實現數據漂移。

2)盡量考慮中心站模式。云監控的方式越大越能體現技術和經濟優勢，而地鐵線路是分布式架構，不好采用全集中部署方式，所以盡量考慮在3～5個車站之間設置一個中心站，把云節點設置在該車站，提供點對點部署光纜與下屬車站的核心交換機互聯。

3)盡量使用成熟可靠的云方案。目前全國軌道交通云視頻監控系統剛剛起步，市面上宣稱有地鐵云監控解決方案的廠家不在少數，但由于從地鐵系統設計到投入使用需要1～3年時間，所以目前已經開通云監控運營的線路不多，建議經多方比較和考察后再考慮選擇一套可靠地云監控解決方案。

本文通過對昆明軌道交通3號云視頻監控系統特點進行闡述，具體展現了云監控在軌道交通中的應用。

云監控在軌道交通中的應用

陸昶

(北京市警視達機電設備研究所有限公司，北京 100088)

摘要以昆明軌道交通3號線視頻監控系統建設為例,闡述現階段云監控在地鐵中的應用。

關鍵詞高清攝像機云節點集群