徐亞萍

（通號通信信息集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)維現(xiàn)狀及需求

2020年4月20日，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會首次明確“新基建”范圍，城際高速鐵路占據(jù)“第三位”。視頻運(yùn)維管理系統(tǒng)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鐵路視頻監(jiān)控的智能運(yùn)維，是對鐵路視頻從傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施向智能交通基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型升級的響應(yīng)。

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍廣，全路攝像機(jī)的接入容量已達(dá)到十幾萬路的規(guī)模，需要用戶全天候監(jiān)控，因此對運(yùn)維監(jiān)控的需求愈加強(qiáng)烈。現(xiàn)有運(yùn)維平臺包括視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)、視頻專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)，分別對視頻圖像質(zhì)量評估和視頻軟硬件設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控。但在現(xiàn)場運(yùn)維過程中還存在以下4類問題。

1) 視頻圖像質(zhì)量系統(tǒng)：算法太專業(yè)難理解、算法準(zhǔn)確性不高；

2) 視頻專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)：優(yōu)秀的底層開源框架設(shè)備監(jiān)控，多渠道采集豐富的視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件設(shè)備數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了可視化的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)展示，但存在數(shù)據(jù)簡單堆疊呈現(xiàn)、故障無法定位并全周期跟蹤的問題；

3) 未與生產(chǎn)管理相結(jié)合：系統(tǒng)對故障未提供流程化處理，故障工單派發(fā)處于手工紙質(zhì)模式；

4) 缺乏指導(dǎo)分析決策：系統(tǒng)缺乏存儲容量預(yù)測，無法通過系統(tǒng)決定相關(guān)的資源是否進(jìn)行擴(kuò)充，相應(yīng)的業(yè)務(wù)部署是否需要調(diào)整。

同時(shí)，現(xiàn)場運(yùn)維過程中還存在旺盛的考核評估需求：視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)已經(jīng)成熟應(yīng)用于鐵路總公司，視頻質(zhì)量運(yùn)用情況已經(jīng)作為鐵路部門的考核依據(jù)。更細(xì)化的考核手段將是用戶深層次的需求：運(yùn)維人員考核、系統(tǒng)廠商質(zhì)量評價(jià)、設(shè)備廠商質(zhì)量評價(jià)。

針對以上問題及需求，如圖1所示構(gòu)建集實(shí)時(shí)監(jiān)控、質(zhì)量評估、生產(chǎn)管理、分析決策、考核評估于一體的視頻運(yùn)維管理系統(tǒng)是本文的主要研究內(nèi)容。

圖1 視頻運(yùn)維管理系統(tǒng)思路Fig.1 Conceptual framework of video operation and maintenance management system

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

鐵路視頻運(yùn)維管理系統(tǒng)，覆蓋設(shè)備層、實(shí)時(shí)分析層、平臺層和應(yīng)用層，如圖2所示實(shí)現(xiàn)從底層運(yùn)行支撐到上層業(yè)務(wù)運(yùn)行的一體化運(yùn)維管理。

圖2 視頻運(yùn)維管理系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 Video operation and maintenance management system architecture

2.1 設(shè)備層

鐵路視頻運(yùn)維系統(tǒng)通過IPMI、SNMP、zabbix agent、鐵標(biāo)視頻數(shù)據(jù)等接口，獲取設(shè)備信息；將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入、接入適配、數(shù)據(jù)收斂；通過數(shù)據(jù)訪問總線（MQ、TCP等接口）將數(shù)據(jù)信息推送實(shí)時(shí)分析層進(jìn)行圖像診斷、故障定位等；實(shí)時(shí)分析層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或服務(wù)支持引擎向上支撐應(yīng)用層的用戶業(yè)務(wù)功能。

1）數(shù)據(jù)采集

支持多協(xié)議采集，兼容性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)軟硬件資源的整合共享與統(tǒng)一管理，將滿足攝像機(jī)、服務(wù)器、交換機(jī)、存儲設(shè)備、電源控制箱等基礎(chǔ)硬件以及視頻系統(tǒng)等應(yīng)用服務(wù)的監(jiān)控需求，如圖3所示。平臺 提 供 了 支 持 SNMP、IPMI、HTTP、TELNET、zabbix agent等多種協(xié)議的數(shù)據(jù)采集方式。

圖3 數(shù)據(jù)采集Fig.3 Data acquisition

2）數(shù)據(jù)監(jiān)控

網(wǎng)管數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備及其監(jiān)控項(xiàng)如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備及監(jiān)控項(xiàng)Tab.1 Data monitoring devices and items

2.2 實(shí)時(shí)分析層

1）實(shí)時(shí)監(jiān)控

對系統(tǒng)監(jiān)控對象進(jìn)行資源入庫管理及監(jiān)控項(xiàng)管理，監(jiān)控項(xiàng)需進(jìn)行告警規(guī)則配置，如表2所示。

表2 告警規(guī)則配置Tab.2 Alarm rule configuration

2）圖像診斷

融入深度學(xué)習(xí)技術(shù)，提高準(zhǔn)確率，將視頻丟失、亮度異常、偏色、對比度異常、雪花、模糊等作為不同的圖像種類，設(shè)計(jì)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將輸入圖像輸入網(wǎng)絡(luò)后，進(jìn)行圖像的質(zhì)量判斷；增加場景變更算法，利用深度學(xué)習(xí)的圖像相似性進(jìn)行判斷；建立圖像質(zhì)量診斷庫，進(jìn)行算法的優(yōu)化和評估。

抽象業(yè)務(wù)診斷算法，提高用戶交互友好性，滿足業(yè)務(wù)需要。

3）故障定位

通過數(shù)據(jù)分析，對圖像質(zhì)量診斷的診斷結(jié)果和網(wǎng)管告警信息進(jìn)行故障關(guān)聯(lián)，確定引起視頻故障的原因，自動定位故障位置。第一類故障：無法獲取實(shí)時(shí)視頻圖像故障。第二類故障：錄像斷點(diǎn)故障。錄像出現(xiàn)斷點(diǎn)時(shí)段內(nèi)是否存在攝像機(jī)離線、服務(wù)離線、云存儲異常等告警，進(jìn)一步分析路線斷點(diǎn)的根本原因是哪類故障造成的。

4）工單處理

智能故障定位的結(jié)果，自動生成工單，按照工區(qū)派發(fā)下去，運(yùn)維人員解決故障并反饋歸檔，形成故障閉環(huán)管理，如圖4所示（產(chǎn)生故障→報(bào)警→定位故障→確認(rèn)形成工單→下派工區(qū)→解決故障→ 故障處理反饋）。

圖4 工單處理流程Fig.4 Work order processing flow chart

5）預(yù)警分析

基于設(shè)備健康評估體系，為各種類型設(shè)備建立健康模型及適配算法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康評估及趨勢預(yù)測，整個(gè)存儲容量的趨勢分析，通過采集模塊獲取狀態(tài)信息，設(shè)置閾值，系統(tǒng)預(yù)測模塊可預(yù)測存儲狀態(tài)達(dá)到預(yù)測的時(shí)間，并上報(bào)用戶提示用戶擴(kuò)容。實(shí)現(xiàn)預(yù)警分析，指導(dǎo)用戶決策。

2.3 平臺層

根據(jù)實(shí)時(shí)分析層不同模塊的組合，按需分配給用戶開放不同的產(chǎn)品形態(tài)，網(wǎng)管用戶分配實(shí)時(shí)監(jiān)控權(quán)限，向上提供實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用；圖診用戶分配圖像診斷權(quán)限，向上提供質(zhì)量評估應(yīng)用；結(jié)合多模塊故障定位、工單處理和預(yù)警分析模塊向上支撐生產(chǎn)管理、分析決策和考核評估就是整體的視頻運(yùn)維管理系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)部署方案

系統(tǒng)采用分布式部署方案，如圖5所示。

圖5 分布式部署方案Fig.5 Distributed deployment scheme

視頻運(yùn)維管理系統(tǒng)以核心和區(qū)域兩級分布式部署，區(qū)域zabbix proxy可以代替zabbix server檢查客戶端的情況，將數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在本地，之后統(tǒng)一發(fā)給server，減輕server的負(fù)擔(dān)。

4 應(yīng)用案例

目前，視頻運(yùn)維管理系統(tǒng)暫未在現(xiàn)場應(yīng)用，與之相關(guān)的視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)及視頻專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)已成熟應(yīng)用在現(xiàn)場。

1）視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)

如圖6所示，圖診系統(tǒng)能夠有效地對視頻圖像出現(xiàn)的視頻丟失、偏色、亮度異常、視頻圖像對比度低等低質(zhì)視頻以及常見攝像機(jī)故障問題進(jìn)行診斷，有效預(yù)防因硬件問題導(dǎo)致的圖像質(zhì)量低下所帶來的損失并已應(yīng)用至以下場景。

圖6 視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)應(yīng)用Fig.6 Application of video image quality diagnosis system

核心節(jié)點(diǎn)：國鐵集團(tuán)。

區(qū)域節(jié)點(diǎn)：北京局、武漢局、濟(jì)南局、南昌局、廣州局、蘭州局、青藏公司、鄭州局應(yīng)急指揮中心。

線路節(jié)點(diǎn)：京滬高鐵、京沈高鐵、海南東環(huán)線、深茂線、廣大線、昌贛線、杭黃線、青連鐵路、京張高鐵。

2）視頻專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)

如圖7所示，網(wǎng)管系統(tǒng)可將服務(wù)器、交換機(jī)、攝像機(jī)、視頻系統(tǒng)、存儲容量等視頻軟硬件數(shù)據(jù)集中起來，實(shí)現(xiàn)資源的整合共享與統(tǒng)一管理。應(yīng)用場景：京張鐵路。

圖7 視頻專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)用Fig.7 Application of video network management system

5 展望

未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，建立以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向的一體化運(yùn)維平臺，充分利用大數(shù)據(jù)，以業(yè)務(wù)應(yīng)用為中心，實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)良好、高可用的實(shí)時(shí)監(jiān)測和智能故障診斷，提供全局性、高效健壯、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、自動化的監(jiān)控解決方案并加以實(shí)現(xiàn)。