分布式存儲技術在動車組檢修視頻記錄管理系統中的應用

張永敬

（中國鐵路上海局集團有限公司 上海動車段，上海 201812）

檢修視頻記錄是鐵路部門在動車組地勤檢修、乘務巡檢、部件質檢和關鍵工序卡控等作業過程中必不可少的重要組成部分，保證了所有活動都在監控中心的可視范圍內，不僅可督促作業人員按標準作業，防止漏檢漏修，確保動車組運行安全，同時又是重要的電子證據，保證在出現相關故障后所有視頻錄像文件可供查證和追溯，因而保證視頻記錄的質量對于保障動車組的安全以及故障追溯具有重要的意義。

目前，在檢修視頻記錄中主要存在以下難點：（1）動車組檢修視頻記錄頻繁。以上海虹橋動車運用所為例，每天僅動車組一級檢修數量大約在70組，每天所需作業人員約80人。每晚檢修人員做一級檢修的數量大約在4組動車組，每晚使用攝像手電筒大約80只。每天的檢修作業都會產生大量記錄，人為的管理和拷貝數據容易出現泄露、丟失和損壞。（2）每天檢修記錄視頻數據量多，需設專人對數據進行拷貝和存儲管理，費時費力，以一輛8編組動車組一級檢修作業為例，在目前上下分離的檢修模式下，需要4人進行作業，作業時長在2～2.5 h，且每人均需利用攝像手電筒對作業項目進行全過程視頻記錄，產生的數據量大約為60 G。（3）對檢修記錄信息不能進行高效檢索，對于查證和追溯比較費時。目前，動車組檢修視頻數據存檔通過人工管理，以作業班組、作業日期、作業人員和車組的順序建立文件夾進行管理，因檢修量多、數據量大，導致查證和追溯的時間較長。（4）對于檢修記錄的管理，人為方式的調閱、刪除、拷貝缺乏相關的權限控制和記錄，存在安全漏洞。

檢修視頻記錄管理系統采用了智能分布式存儲技術，對動車組檢修視頻記錄以動車段集中管理，動車運用所分布式存儲方式，這樣既保證了對所有的巡檢數據進行統一存儲和管理，減輕了人員操作的負擔，同時提高了檢修的效率，實現了對檢修視頻記錄的有效管理[1-4]。

1 系統概述

1.1 系統功能

檢修視頻記錄管理系統采用分布式文件系統、關系數據庫系統、分布式任務調度系統等實現視頻數據的大容量、高性能、在線擴容、高可靠性、故障自動檢測恢復等存儲特性，并且提供對視頻進行語義標簽、視頻摘要等關鍵性功能的支持，以及基于海量標簽數據進行高速索引、查詢、統計等關鍵業務支撐功能。

系統的主要功能如下：

（1）視頻分布式存儲管理。系統將存儲節點分布在各個運用所，靠近采集設備，實現數據就近存儲，減少數據跨網傳輸，但對于應用和業務而言，數據在邏輯上是統一和位置透明的。

（2）視頻搜索。系統可以根據人員姓名、車號、車次、時間、運用所、班組等條件進行組合檢索查詢，從數據庫中自動檢索出需要查詢的文件。同時還支持對視頻的標簽進行搜索定位，實現視頻的搜索功能。

（3）作業視頻在線點播。實現全局作業視頻資料的在線播放。通過流媒體形式將查詢的視頻文件向授權用戶播放或提供下載。用戶能根據不同權限進行有效的網絡查詢和調閱，從而對作業視頻進行有效的管理、監控和共享。

（4）分級權限管理。系統進行多級權限管理，不同用戶的權限可按照角色和自由進行管理，上級用戶可以瀏覽下屬運用所視頻數據，運用所只能查看本所的視頻數據。

（5）日志管理。系統具備日志記錄功能，記錄用戶所有的操作記錄，例如上傳、下載、播放、刪除等。

（6）統計報表。用戶可設定各種統計條件進行統計，并將結果生成各種統計報表。統計內容包括上傳的運用所、班組、時間、車號、文件類型、文件數等。

1.2 總體架構

檢修視頻記錄管理系統采用分布式存儲技術對檢修視頻數據進行管理，需要依賴于統一的接口，系統通過多層架構模式，采用C/S和B/S結合的方式，能較好的適應多種復雜的環境要求，通過統一的數據接口平臺，對所有接入的數據進行統一管理。系統總體架構如圖1所示。

圖1 總體架構

系統主要包括數據采集站、視頻存儲數據庫、Web瀏覽器、客戶端以及應用服務軟件等部分。

（1）數據采集站，主要是對視頻采集設備進行充電、時間同步以及數據上傳等服務。

（2）Web瀏覽器和客戶端分別通過B/S和C/S方式對系統進行查詢、管理、監控等服務。

（3）視頻存儲數據庫，是對上傳的檢修視頻數據進行存儲，通過服務器對存儲的視頻進行管理。

通過數據采集站，對檢修的視頻信息通過統一的數據接口進行上傳，用戶可以通過Web瀏覽器或者專用客戶端對檢修視頻數據進行檢索和管理，使用統一的數據接口，通過Web service實現，進而保證了數據的一致性。

2 分布式存儲技術及其應用

檢修視頻記錄管理系統采用智能分布式存儲技術，充分利用各個采集站上的自帶硬盤空間存放視頻文件信息，通過檢修視頻上的標簽信息，支持對檢修記錄的檢索分類等，通過在線點播技術，實現流媒體的傳輸和播放，系統所采用的分布式存儲及其相關技術均通過.net編碼實現。

檢修視頻記錄管理系統采用動車段集中管理、運用所分布式存儲的主要原因有：（1）動車段管理下屬的動車運用所，需要對所有下屬的動車運用所具有管理權限。（2）動車運用所內的檢修視頻記錄一般是本所內管理較為頻繁，存儲在本地更加便捷高效。

2.1 分布式存儲

對于采集到的檢修視頻記錄，根據需要將記錄信息存儲到采集站或者不同服務器的硬盤中，實現智能均衡分配機制，算法主要考慮的因素有：（1）不同存儲介質的剩余存儲空間容量。（2）采集檢修視頻所在的運用所位置。（3）用戶自定義的存儲需求。

算法會根據用戶自定義的存儲需求，由用戶直接指定檢修視頻的存儲位置，如果用戶沒有指定存儲位置，則由算法自動分配管理。算法首先會根據采集的檢修視頻所在運用所的位置，尋找該運用所下有足夠存儲空間的儲存介質，進行優先存儲，如果該運用所下的所有存儲介質均無法存儲該視頻，則隨機選擇其他運用所下的存儲介質進行存儲。通過優先本地存儲機制，實現對本地檢修視頻高效的存儲和讀取效率，通過隨機選擇機制，實現對存儲服務器資源的均衡利用。

分布式存儲技術的物理結構如圖2所示。

所有的采集點和存儲數據庫都統一由動車段集中進行管理，用戶在進行查詢和管理時也都是通過段服務器統一管理，保證了數據的一致性和安全性[2-5]。

圖2 分布式存儲結構

2.2 視頻標簽智能檢索

通過與既有的動車組管理信息系統結合，獲取相關的檢修任務、人員、車輛等信息，在檢修記錄上傳時可以將這些檢修信息與檢修視頻記錄關聯，形成記錄視頻的標簽屬性，在用戶進行檢索查詢時能提高準確性和檢索效率。

通過動車組管理信息系統關聯的檢修信息主要有以下幾類：（1）檢修任務信息，包括檢修任務名稱，檢修項目，檢修起始時間等。（2）人員信息，包括檢修作業人員，檢修班組信息等。（3）車輛信息，包括檢修的車組號，車次，出入所時間等信息。

對檢修記錄視頻增加標簽屬性后，不僅能準確高效地檢索記錄，同時也可以對檢修記錄進行分類管理，并進行相關的統計分析等。

圖3 智能檢索流程

智能檢索流程如圖3所示。作業人員或者管理人員可以通過檢修任務條件、人員條件、車組條件以及其他條件對存儲的檢修記錄進行檢索，通過動車段服務器提供的相關檢索服務，準確地檢索到需要的檢修記錄[6]。

2.3 在線點播技術

動車組檢修視頻記錄主要是對動車組檢修作業人員詳細的檢修操作進行記錄，對于檢修結果的點播功能同樣十分重要，系統可實現全局作業視頻資料的在線播放。通過流媒體形式將查詢的視頻文件向授權用戶播放或提供下載。用戶能根據不同權限進行網絡查詢和調閱，從而對作業視頻進行有效管理、監控和共享，具體點播流程如圖4所示。

圖4 點播流程

3 系統運用

該動車組檢修視頻記錄管理系統已經在上海南翔動車運用所運用，通過在動車組檢修、乘務巡檢和部件質檢等項目上配備相關攝像手電等視頻采集設備，配合采集站點，將作業人員的檢修記錄穩定高效地傳輸和存儲，同時在動車段和動車運用所配置了相關的管理終端，可以對采集設備的狀態以及采集的視頻進行有效管理和檢索，提高了工作效率。

在對動車組檢修、乘務巡檢、部件質檢等作業上均取得了良好的使用效果，通過該系統，對檢修作業、巡檢以及質檢作業有了更加準確高效的管理，同時，在一定程度上避免了人為因素可能導致的安全性問題，提高了管理的質量。

4 結束語

動車組檢修視頻記錄管理系統對于動車組檢修具有十分重要的作用，對于提高檢修質量和效率有較大的促進作用，對于檢修作業人員和作業質量達到了更加精細化的管理要求。