高速公路監控視頻上云系統的應用探析

王天成 張海泉

【摘要】? ? 近些年來，高速公路監控視頻無論是質量還是范圍都呈現穩步提升發展趨勢，在滿足當下監控市場實時視頻顯示需求的同時，傳統集中式的視頻存儲是文件式存儲系統，將面臨諸多方面的挑戰。而云系統在網絡資源共享、分層存儲等方面體現出系列優勢，能夠適應當前高速公路監控視頻發展的實際需求，使得其在高速公路監控視頻領域中的應用具有良好的發展前景。本文先是簡單分析了高速公路監控視頻存儲現狀分析，后分析了高速公路監控視頻中云系統的特征和應用價值，進一步探討了高速公路監控視頻上云系統的應用。

【關鍵詞】? ? 高速公路? ? 監控視頻? ? 云系統? ? 應用

近些年來，安防技術在科技快速進步的推動下得以快速發展，并且逐漸有大量的先進監控技術推廣應用在高速公路監控系統中，存儲系統、視頻圖像高清化等技術的發展更是日新月異。當前，我國已建成的高速公路中，監控系統都帶有存儲系統，且主要以文件式存儲系統為主。而隨著高速公路監控視頻質量的提升以及監控范圍的擴大，使得傳統集中式的文件式存儲系統無法滿足當前高速公路監控視頻的存儲需求。而云系統本身在網絡資源共享、分層存儲等方面具有突出優勢，應用在高速公路監控視頻上具有獨特優勢。鑒于此，本文通過分析高速公路監控視頻存儲現狀，進一步探討了云系統在高速公路監控視頻中的特征、應用價值和具體應用具有一定的現實意義和研究價值。

一、高速公路監控視頻存儲現狀分析

近些年來，高速公路監控點位不斷增多，且監控視頻質量也是不斷提高，采用傳統的文件式存儲系統面臨諸多技術層面的問題，集中體現在以下幾個方面：

1、高速公路監控往往是全天候監控，使得視頻存儲文件數據量的增長速度是極速的。同時，視頻存儲文件受制于系統節點，導致在同一文件夾中的數據無法無限制增加，進而使得高速公路監控視頻存儲存在容量上限問題而影響高速公路監控視頻的保存[1]。

2、高速公路監控視頻質量在技術升級的支持下，由原來的標清逐漸上升到高清，單個文件大小也從原來的幾百兆節增加到數吉字節，默認32位系統不能直接操作，升級兼容64位可能面臨程序框架的升級，整個過程產生了巨大的工作量，且工作難度系數高。

3、高速公路監控視頻存儲、報警聯動等相關業務數據的整合，會產生大量小文件的刪除、新增等管理工作，并在磁盤中產生大量的文件碎片。文件碎片若沒有及時清理，將會導致系統性能隨著時間的延長而變得越來越差。同時，高速公路監控視頻文件的實施讀寫，程序自身也無法及時整理，同樣會影響系統性能[2]。

4、高速公路監控視頻存儲時，絕大部分文件的修改是采用文件尾部追加數據的方式，并不是采用直接覆蓋原有數據的形式，使得相關數據在實際運行中無法查詢。高速公路監控視頻存儲完成之后，視頻文件的操作限于讀，且是按照順序進行讀，進行回放[3]。

二、高速公路監控視頻中云系統的特征及應用價值分析

在高速公路監控視頻中，云系統的應用具有一定的價值，總結體現在節約成本、處理能力、安全性能等幾個方面，具體如下：

2.1節約成本

在高速公路監控視頻中，評價、采購、配置和管理存儲等是一項系統化的業務。云系統能夠完全實現高速公路監控視頻存儲的完全虛擬化。因此，基于成本角度來說，云系統應用在高速公路監控視頻中，能夠節約大量的成本，并具有強大的存儲和共享功能。在高速公路監控視頻存儲中，要想將視頻文件存儲在服務器當中，必須在服務器當中配置相關的硬件和軟件，而這些構件的配置必然會增加成本[4]。同時，為了保證軟硬件發揮出既有作用，必須聘用專業人士對軟硬件進行定期的更新和維護，這必然會增加一定的人力資本。而云系統在高速公路監控視頻存儲中的應用，則可以解決這個現實性問題，其主要是通過虛擬方式實現存儲，能夠減少軟件和硬件的購置，并且能夠直接省略相關的維護和更新，同時能夠為相關使用者提供優質服務，這對高速公路單位來說無疑是一種有效的成本節約方式[5]。除此之外，云系統的并行擴容方式和自動識別功能，均在成本節約上具有突出的優勢。

2.2處理能力方面

傳統的存儲接口往往是封閉的，基本是存儲系統和業務。云系統在高速公路監控視頻系統中的應用，單純地人工分析顯然無法對每一個監測點進行有效監控，這直接彰顯了智能系統分析的重要價值。隨著SAN存儲區域網絡技術的發展與應用范圍的拓展，實現了服務器的存儲設備的有效連接，該方式主要基于太網存儲模式，使得其具備更強的擴展能力和可管理，進而使得高速公路監控視頻數據在存儲、管理、共享等方面具有突出優勢。具體來說，云系統能夠在保證安全、實用等功能的基礎上，滿足當前高速公路監控視頻對存儲系統的穩定性、可管理性、擴展性、性價比等需求，原因在于云系統具有網絡節點式、客戶終端一體式的特性，使得網絡帶寬壓力能夠降至最低，確保高速公路監控視頻不受任何影響[6]。同時，在高速公路監控視頻存儲方面，不同節點的錄像保存在本地，實時存儲磁盤效率得以大幅度提升，進而能夠有效降低磁盤碎片，這不僅有利于高速公路監控視頻寫入效率的提升，還能夠保證在磁盤損壞后，將視頻回放影響降至最低。

2.3安全性能方面

云系統在高速公路監控視頻存儲方面，主要采用基于糾刪碼或者多副本的分布式離散存儲策略進行異地存儲。因此，高速公路監控視頻無論是面臨何種惡劣環境，都不會影響已存儲高速公路監控視頻的安全性。對于傳統的文件式存儲系統來說，管理人員需要對不同存儲設備進行多界面管理，并且要時刻關注存儲容量、管理界面的負載量，若存儲硬盤或者服務器出現突然性的損壞，極易造成高速公路監控視頻文件的丟失。而在云系統中，即使出現了硬盤損壞問題，也不擔心高速公路監控視頻文件的安全問題，原因在于硬盤損壞的同時，云系統能夠及時遷移和重構，進而能夠保障高速公路監控視頻文件的安全。除此之外，云系統在實例和協議文檔等方面已經趨近成熟。具體來說分布式文件系統最早興起時間是上世紀七十年代，從早期的NFS發展到當前的Lust Panf等，在系統規模、性能、可拓展性等方面都趨近完善，能夠極大地提升高速公路監控視頻系統的穩定性。由于當前高速公路監控行業信令已經實現統一，云系統的應用使得高速公路監控視頻滿足全國大聯網的實際需求變得有可能。

三、高速公路監控視頻上云系統的應用分析

云系統的核心技術是不同地域的網絡信令通信和存儲磁盤的存儲結構設計。在現有行業中通用的網絡單元已經實現了聯網協議的統一，這為高速公路監控視頻在全國多省聯網直接省略了信令不統一的問題。此刻，云系統在高速公路監控視頻上的有效應用，只要專注于磁盤級存儲結構的設計。當前，云系統在磁盤存儲結構方面的特點是整塊磁盤分區，不同分區主要按照節點管理、節點索引區、數據區進行分區。在云系統中，高速公路監控視頻數據具有一致性、文件式等特征。其中，一致性特征指的是高速公路監控視頻在云系統中的存儲，主要劃分為連續的N個數據塊。在高速公路監控視頻數據讀取時，只要掌握數據的偏移和長度等相關信息，即可在云系統中快速且準確地提取相關信息。而文件式特征，主要是整體構成上體現出來的，同時，仍然可以使用文件式系統的一算算法設計。但是在高速公路監控行業中的存儲系統，往往存在一定的數據特性，具有包括兩個方面的特點，一是流式，在時間域上可以實現連續實時地追加存儲;二是與傳統或者現有需求的文件概念存在本質的區別，其可以在任意時段內進行隨機查詢索引。而現有的普通分布式文件系統節點主要以集中式索引為主，在單路視頻流上主要以TB為單位，只能滿足于錄像計劃個數已知情況下的磁盤空間動態劃分需求，在面對錄像個數未知問題，則無法實現磁盤空間的動態劃分。

針對此類問題，流式云存儲磁盤存儲結構隨之應運而生，其結構具體可以劃分為若干個區域，具體如下：

（1）Super區域：存儲磁盤的一些固定信息，具體包括每個區域的邊界信息。

（2）PlanIndex Segment區域：根據國際現行及相關省協議的特點，兼容計可設計動態配置方式，信息往往是存儲在磁盤中的固定區域內。

（3）DiskManage Index Segment區域：在用戶層中，為了便捷每一路視頻流進行磁盤空間的動態劃分，應在此區域內存在相關的信息。

（4）Data區域：此區域的主要作用在于存儲高速公路監控數據。通常來說，高速公路監控視頻數據按照圖像幀幀存儲，參考Mysql等通用數據庫檢索方式進行索引。具體來說，每一幀圖像按照一定的幀數進行劃分，并且固定設計大小進行對齊，這樣一來，每一路視頻流將在固定大小的大文件數據塊內，可以大幅度提升高速公路監控視頻的讀寫效率。

四、結語

總而言之，在高速公路監控視頻中云系統的有效應用，無論在網絡層的分層逐級分布存儲，還是在磁盤存儲節點上的每一幅圖像的快速索引，相比傳統的文件式存儲都體現出高效性、安全性、可擴展性等優勢。不僅如此，云系統在維護、性能等方面也有突出的優勢，使得高速公路監控系統建設難度和成本得以大幅度下降。因此，在高速公路監控視頻中，云系統將擁有廣闊的應用前景。近些年來，云系統在高速公路監控系統中的有效應用，雖取得了顯著成績，但是在未來的使用中，必須加強云系統應用的深入研究，以滿足高速公路監控視頻的安全、可靠、智能等實際需求，才能更好地推動云系統技術的進一步發展，并為高速公路監控視頻技術的發展提供技術保障。

參? 考? 文? 獻

[1]孫文杰.云存儲云計算技術在視頻監控系統中的應用[J].電子技術與軟件工程， 2019（16）：167-168.

[2]肖將.視頻監控系統“公有云存儲”的解決方案探討——以浦東機場為例[J].現代信息科技，2019，3（14）：76-78.

[3]葉安君.云存儲技術在高速鐵路高清視頻監控系統中的應用[J].中國鐵路， 2018（05）：90-94.

[4]朱世明.面向視頻監控系統的云存儲運維系統的設計與實現[J].中國信息化， 2018（03）：59-60.

[5]高玉，張瑋.基于云存儲技術的高速鐵路綜合視頻監控系統研究[J].自動化與儀器儀表，2017（11）：187-190.

[6]任靜.基于Hadoop云存儲高速公路遠程視頻監控系統的研究與設計[J].西安航空學院學報，2014，32（05）：60-63.