一種城市軌道交通視頻監視業務圖像轉存丟包的解決方案

蘭州市軌道交通有限公司運營分公司 李勝東

視頻監視系統作為城市軌道交通公共安全防范系統的重要子系統，為控制中心、車站、公安等相關工作人員提供直觀、實時的圖像監視，是提升軌道交通運營質量、管理質量、服務質量的配套系統。視頻存儲功能的優劣將直接影響視頻監視系統的運行質量。本文通過對某市軌道交通視頻監視系統存儲錄像轉存數據包丟失問題進行分析，給出一種可實施、簡單方便的解決方案，并在現場測試應用。

隨著城市化進程的不斷加劇，視頻監視技術的不斷發展，城市軌道交通作為城市大容量、便捷快速的交通工具，為保證軌道交通內人員的正常出入、秩序維護、入侵防范、提高軌道交通整體運營管理水平，工作人員必須憑借直觀的圖像信息才能準確判斷車站內的實時情況。目前，全國各地軌道交通視頻監視系統已由傳統的模擬采集+數字傳輸視頻監視走向全高清數字視頻監視技術，因此對傳輸系統的帶寬需求不斷增大，當帶寬不足時將造成視頻存儲業務的丟包，從而造成視頻卡頓、錄像存儲缺失等問題，本文就以某市城市軌道交通視頻監視系統錄像轉存丟包故障為例，進行分析并給出一種解決方案。

1 視頻監視系統構成

某市城市軌道交通視頻監視由控制中心監控和車站監控兩部分構成，通過傳輸系統提供的1000M以太網通道（GE光口），組成完整的兩級監視網絡。用戶可在任何一個站點根據授權即可訪問實時圖像和歷史圖像。各車站視頻信號，除本站監視外，通過傳輸網絡上傳至控制中心，由控制中心接收并進行相應解碼處理后，送入中心綜合監控調度員工作站及大屏幕等視頻顯示設備。

2 傳輸系統構成

傳輸系統為雙纖雙向環型自愈保護環，全線20個車站、1個停車場、1個車輛段和1個控制中心，共23個節點設置傳輸設備，利用隧道兩側敷設的通信光纜，逐站直連，組成一個帶寬為40Gb/s的雙纖雙向自愈保護環。任意一個節點失效不影響另一節點與全線各節點之間的業務通道通信，倒換時間小于50ms。

傳輸系統采用MRPS環網保護+VPLS業務承載視頻監視業務，傳輸設備為控制中心及22個車站各提供一路1000M帶寬光接口，組成一個共享1000M帶寬的環形保護網絡。網絡拓撲圖如圖1所示。

圖1 某市城市軌道交通站點組網圖Fig.1 Network diagram of urban rail transit stations in a city

3 視頻監視系統存儲功能

視頻監視系統采用分布式存儲模式，由控制中心存儲和車站存儲兩部分組成，控制中心存儲對各調度員及大屏幕顯示系統調用車站的圖像進行實時保存，還具備車站存儲設備的后備功能，即在網管系統監測到某車站存儲設備嚴重故障后，控制中心存儲設備能通過網絡自動對該站視頻圖像進行存儲，故障恢復后恢復原有存儲模式，用戶調看本站存儲圖像不受影響[1]。

車站的錄像存儲采用前端攝像機輸出視頻存儲流，視頻監視系統在車站配置的存儲服務器接收前端攝像機輸出的存儲流，以轉存的形式存入車站的IPSAN陣列中。

控制中心的存儲服務器把控制中心各類終端指定存儲的監控圖像存入控制中心IPSAN陣列。當某個車站的IPSAN陣列出現故障時，控制中心的存儲服務器將此車站的所有攝像機的圖像切換到控制中心IPSAN存儲，實現單個節點出現存儲設備單點故障狀態時的圖像異地存儲[2]。

4 視頻監視業務圖像轉存丟包問題描述

正常情況控制中心用戶在調看車站視頻圖像時，能夠正常顯示視頻圖像，當車站視頻監視系統存儲功能異常時，車站攝像機的圖像需切換到控制中心IPSAN存儲，此時控制中心用戶在調看車站視頻圖像時會出現視頻圖像卡頓、監控錄像丟失等現象，查看網管顯示視頻業務丟包率過高。

5 視頻監視業務圖像轉存丟包問題問題分析

車站視頻圖像在本地存儲時控制中心調取圖像正常，異地存儲時出現丟包現象，可能為傳輸通道帶寬不足引起，排查傳輸網管歷史性能數據，發現視頻圖像異地轉存期間控制中心端口帶寬利用率達85%，即控制中心視頻監視業務端口下行速率可達850M，考慮傳輸設備以太網端口上下行共享1000M物理帶寬，傳輸通道自身監控維護數據占用帶寬，以及上行數據占用帶寬，下行實際可用帶寬不足800M，所以存在丟包現象。分析車站上行數據，車站高清攝像頭數量最大96個，每個高清攝像頭存儲碼流為6Mbit/s（1920×1080P分辨率），并按碼流浮動百分之二計算，車站上行帶寬為96×6Mbit/s×1.2=691.2Mbit/s，由此可知未超出傳輸端口實際利用帶寬（800M）。綜上可知，只需增大傳輸環網帶寬及控制中心端口帶寬即可滿足視頻圖像異地存儲及控制中心用戶調取圖像所需帶寬。

6 視頻監視業務圖像轉存丟包問題問題的解決方案

增大傳輸通道帶寬有兩種實現方式，一是更換10000M以太網端口；二是進行端口聚合。分析傳輸設備及視頻監視交換機設備均無法支持10000M以太網端口，故此只能采用端口聚合方式增加帶寬[3]。

解決方案為：傳輸設備將現有視頻監視業務總線帶寬由1024Mbit/s提高到2048Mbit/s，控制中心由兩個1000M端口進行聚合，實現2000M接入能力。各車站端口狀態保持不變。視頻監視系統交換機同步進行端口聚合并與傳輸系統對接，端口聚合類型均為靜態聚合，負載分擔類型均為負載分擔方式。

視頻監視業務帶寬調整前后網絡結構對比示意圖如圖2、圖3所示。

圖2 帶寬調整前網絡結構Fig.2 Network structure before bandwidth adjustment

圖3 帶寬調整后網絡結構Fig.3 Network structure after bandwidth adjustment

依據解決方案現場實施后測試，車站攝像機的圖像異地轉存至控制中心時，控制中心用戶在調看車站視頻圖像時在未出現視頻圖像卡頓、監控錄像丟失等現象，說明視頻監視業務圖像轉存丟包問題已得到徹底解決。

7 結語

本文對城市軌道交通視頻監視業務因傳輸帶寬不足而引起的數據丟包問題給出一種便捷式解決方案，該方案一是節省因設備端口擴容而產生的費用；二是節省車站傳輸端口，為其他業務的擴容預留端口；三是節省人力成本。該方案也可作為相同類型業務（站點業務向中心節點集中匯聚型）節約建設成本時在業務規劃階段參考采用。

引用

[1] 鄭濤.廣州地鐵視頻監控方案分析[J].中國新技術新產品,2011(23):34.

[2] 陳禮云.地鐵視頻監控系統高清攝像機接入方案[J].中國新技術新產品,2015,36(4):17.

[3] 趙彥芳.地鐵視頻監控系統可靠性研究[J].工程建設與設計,2019(18):250-251.