淺析鐵路視頻監控存儲設備設計

楊帆

摘 要：以成都鐵路局某視頻監控系統改造工程為例，介紹了鐵路視頻監控系統的發展及需求現狀，并簡單論述了鐵路視頻監控系統中存儲設備的設計要點，以供參考。

關鍵詞：鐵路；視頻監控系統；存儲設備；設計要點

中圖分類號：U29-39；TN948.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.073

視頻監控系統是一種防范能力較強的綜合系統，它是安全防范系統的重要組成部分。當前，視頻監控技術和產品早已成熟，并且被廣泛應用于高速公路、地鐵、城市道路、銀行、公共社區及海、空、港大型公共建筑等監控中。視頻監控的基本業務是存儲監控畫面，提供實時監控信息，以促進視頻監控系統各組成部分（采集、編碼、傳輸、存儲等系統）向智能化、網絡化的方向發展。視頻監控技術迎來了新的發展機遇。

下面筆者結合自身參與的視頻監控系統改造工程，對鐵路視頻監控系統中存儲設備的設計和選型進行研究。

1 系統發展及需求現狀

1.1 系統發展現狀

鐵路視頻監控系統早期主要是指公安、客運、貨運、供電等部門各自建設的視頻監控系統，實現對所轄車站、段所等重點治安部位、客運設施、生產作業場所、區間所亭以及貨場等的實時監控。既有視頻監控系統多采用模擬視頻監控系統，視頻采集的圖像通過視頻線纜與模擬視頻矩陣互聯，監控人員通過控制鍵盤實現對采集設備的控制和圖像調用；少量采用數字系統，視頻采集的圖像按照H.264或者MPEG-4協議壓縮編碼和存儲，各級管理部門通過設置圖像解碼器、顯示設備、數據網絡設備及傳輸系統等完成圖像的傳輸和調用。

經過若干年的應用與探索，這類視頻監控系統的局限性也逐漸暴露出來——各系統相互獨立且缺乏統一的建設標準，無法實現系統的互聯和融合；監控部位已不滿足當下運營部門的要求；模擬視頻監控技術已逐漸淡出市場，相關產品多已停產，后期維護成本較高。近年來，隨著全國鐵路事業的蓬勃發展，鐵路客貨運量均大幅提升，鐵路運輸安全更是決定了國民生產生活的正常開展。中國鐵路總公司于2013-07發布了《鐵路綜合視頻監控技術規范》，對全路系統內的視頻監控系統建設作出了統一部署，規范了鐵路綜合視頻監控系統的設計和管理。

1.2 需求現狀

筆者通過對成都鐵路局滬昆線（東段）既有視頻系統改造項目各用戶進行調查，總結出以下幾點：①車務。主要監督車站/線路所運轉室設室內攝像機，咽喉區、助理值班室、牽出線處設室外攝像機，車站運轉室、站長室、各直屬站段設監控終端。②客運。主要監督客運站進出站口，安檢處、候車廳、站臺、天橋、地道、售票廳、行李房等處設室內攝像機，售票室內設拾音器，客運處和各客運段設監控終端。③貨運。主要監控貨場倉庫、貨運站臺、貨運營業廳、貨場大門等，并監督貨運營業室內設拾音器，貨檢辦公室、貨場主任室和貨運處設監控終端。④供電。主要監督牽引變電所、分區所和開閉所的控制室、高壓室安裝室內攝像機，各院內安裝室外攝像機，供電段設監控終端。⑤工務。主要監控橋梁、隧道、線路上的自然災害區、道口等，并監督工務處和各工務段設監控終端。⑥電務。主要監控通信機械室、信號機械室、區間中繼站、GSM-R機房等，并監督電務處及各電務段、通信段設監控終端。⑦公安。主要監督各派出所、公安處設監控終端。

2 系統設計

2.1 存儲技術

常見的存儲技術主要有硬盤存儲（DVR）、直接連接存儲（DAS）、網絡附加存儲（NAS）、存儲區域網絡（SAN）等技術。

2.1.1 硬盤存儲（DVR）技術

作為一種傳統的存儲技術，DVR技術成本較低，適用于對數據存放安全要求不高、數據量少的小規模監控系統。其缺點是：①安全性、穩定性較差。一旦硬盤損壞，數據將會丟失且不可恢復，風險大。②維護管理困難，數據較為分散，無法進行統一管理。

2.1.2 直接連接存儲（DAS）技術

DAS是一種傳統的以服務器為中心的存儲結構，采用存儲設備直接與服務器連接。其優點是存儲設備位置的設置較為靈活，既可內置，也可外掛在服務器上。客戶端如果要訪問某存儲設備上的資源，就必須經過服務器。其缺點是存儲設備相互獨立，無法共享資源，資源利用率較低。

2.1.3 網絡附加存儲（NAS）技術

NAS是一種文件共享服務，NAS設備和多臺視頻存儲服務單元均通過網絡連接，以文件輸入/輸出方式進行數據傳輸。這種技術的優點是支持多個主機端同時讀寫，NAS不需要考慮連接主機的操作系統，部署起來十分靈活。但是，由于NAS采用CIF/NFS協議進行數據的文件級傳輸，因此網絡開銷非常大，特別是在寫入數據時，帶寬的利用率一般只有20%～40%.目前，NAS一般被應用于小型網絡數字視頻監控系統或者只是用于部分數據的共享存儲。

2.1.4 存儲區域網絡（SAN）技術

SAN位于服務器后端，是為連接服務器、磁盤陣列、帶庫等存儲設備而建立的高性能網絡。SAN與傳統DAS的區別在于，DAS的存儲設備專門服務于所連接的服務器，而SAN模式下所有的存儲設備可以高度共享。當單臺服務器宕機，系統仍舊可以工作，可靠性較高，但成本也較高。在視頻流較為集中的地方宜采用SAN技術。

SAN分為兩種，即FC SAN和IP SAN。FC SAN主要采用光纖通道將存儲系統網絡化，IP SAN是基于TCP/IP網絡，采用iSCSI協議提供和傳統FC SAN相媲美的存儲解決方案，且服務器僅需具備千兆網卡。由于IP SAN的成本較采用光纖通道標準的SAN要低很多，因此在保存需要海量存儲的視頻錄像文件時經常被用到。

2.2 存儲模式

根據鐵路既有視頻監控系統的應用結構，結合用戶管理和使用要求，可將視頻存儲模式分為集中存儲、分散存儲和相對集中存儲等模式。

2.2.1 集中存儲模式

集中存儲是將全線范圍內所有視頻圖像信息、告警圖像和告警信息數據設置在路局或站段匯聚點進行存儲的模式。這種存儲模式的優點是可對業務權限和數據等進行統一的維護和管理。缺點是視頻傳輸占用帶寬較大，多路前端攝像點的高帶寬碼流數據傳輸網絡負載加重，不易保障清晰、高質量、高流暢度的視頻傳輸、瀏覽和回放。如果網絡中斷，前端視頻流無法上傳，可能造成視頻信息丟失。

2.2.2 分散存儲模式

分散存儲是將各類視頻設置在前端采集點進行存儲的模式，存儲較為分散，數據量小。這種存儲模式的優點是可以大大節省網絡傳輸帶寬；缺點是某些前端存儲設備不具備保護機制，易受損，維護不便。

2.2.3 相對集中存儲模式

相對集中存儲介于集中存儲和分散存儲之間，全線所有車站的告警圖像、告警信息及一些重要的視頻信息存儲在路局或站段匯聚點，本車站范圍內的實時視頻圖像信息存儲在各車站。這種存儲模式的特點是視頻存儲相對集中，便于維護管理；采用RAID保護機制，數據保護能力高，同時也節省了視頻傳輸占用帶寬資源。

2.3 存儲容量

存儲容量計算除了要符合存儲保護機制外，還要考慮有效存儲時間和有效存儲視頻信息內容。存儲容量包含實時視頻存儲容量（B）和告警圖像存儲容量（C）兩部分，其表達式分別如下：

B=（X/8）×Y×Z×3 600/（10 242）. （1）

C=（L/8）×M×N/（10 242）. （2）

式（1）中：B為實時視頻存儲容量，TB；X為每路視頻在不同幀率下的流量，MB/s；Y為存儲天數，d；Z為存儲時間，h/d。

式（2）中：C為告警圖像存儲容量，TB；L為每路告警圖像在25 f/s幀率下的流量，MB/s；M為每天每路告警圖像的次數，次/d；N為每次告警持續時間，s。

在車站存儲實時重要視頻圖像時，每站存儲一路實時視頻圖像的存儲容量為：B=（X/8）×Y×Z×3 600/（10 242）=（2/8）×15×24×3 600/（10 242）=0.3 TB。

在站段匯聚點主要存儲告警圖像及告警信息，每天存儲一路告警圖像的存儲容量為：C=（L/8）×M×N/（10 242）=（2/8）×24×60/（10 242）=0.003 TB。

3 結束語

視頻監控系統在鐵路中的廣泛應用對視頻信息存儲逐步提出了更高的要求，同時，視頻存儲技術的運用需綜合考慮系統應用結構、存儲容量、用戶分布、網絡帶寬和視頻存儲模式等多種因素。如何在滿足視頻存儲要求的前提下合理利用存儲技術，選擇合理的視頻存儲模式，有效規劃存儲空間，提高系統的可靠性，成為視頻監控系統設計的關鍵點。

參考文獻

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[3]熊偉，劉興軍.淺析存儲技術在鐵路綜合視頻監控系統中的運用[C]//鐵路運輸安全管理研討會，2011.

〔編輯：劉曉芳〕