基于物聯網技術的視頻智慧運維系統

韓 飛

（陜西能源職業技術學院 智能制造與信息工程學院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

隨著經濟的發展，產生城鎮虹吸效應，周邊城鎮人口向城市中心流動，導致城市人口增加，人員居住密集，引發了一系列社會安全管理問題，比如城市建設中的社會治安、交通以及學校等重點區域防范等。為解決上述問題，各地在城市重點區域、城鄉結合部、重點?；瘏^域大量安裝用于交通、治安管理的圖像監控系統。這些視頻監控設備無死角覆蓋全區域，24 小時運行，能夠為案件分析和打擊犯罪提供重要的視頻證據，在一定程度上震懾了違法犯罪分子[1-5]。但是由于這些監控設備安裝的環境惡劣且復雜，設備的工作強度大和數量多、牽扯的外圍輔助部門多等原因，監控設備常常會出現各種各樣的非正常工作現象[6]，諸如：供電異常、當設備所依賴的市政供電出現停電、電力線纜檢修停電、人為破壞、設備輸入電路不通、供電電源損壞等，導致前端攝像機停止工作，運維中心也無法及時獲得設備故障原因；網絡信號異常導致通信鏈路出現問題，如光纖故障、網線故障、光電轉換設備故障。

傳統的運維平臺只是簡單地對前端攝像頭進行管理和視頻查看，缺少對外圍輔助設備的有效管理以及周邊環境的信息管理；對前端設備只是進行列表式粗略管理，不能形象生動直觀地展示設備安裝地理位置信息，無法管理設備維護人員信息、設備運行動態信息、設備故障統計分析等。

按照通常的監控設備、監測過程和手段，首先在后臺數千個圖像中發現多天之前存在故障的監控設備，然后通知系統集成商前去維護，系統集成商需要先派技術工程人員到故障現場對設備進行實際查看，并且對供電問題、網絡問題以及攝像機問題進行一一排查，如是系統集成商的原因，他會現場先行進行維修，對不能維修的情況帶回或二次現場派修，直至解決故障問題。如果非集成商問題，則針對排查結果再反饋通知用戶，由用戶根據供電或鏈路問題分別通知網絡運營商或供電部門。這樣就會導致重復派工、多次協調，也會產生扯皮推諉，消耗人力物力和時間，更影響設備使用，造成損失。

基于以上問題，開發物聯網視頻運維智能系統，該系統通過前端視頻運維采集設備，及時采集相應監控攝像機的市電供電、自身調壓后電源狀況、網絡狀況，并能夠實時采集攝像機安裝位置的溫濕度、異常振動等信息，具有異常報警和遠程啟動等功能。同時將該運維系統與地圖結合，對設備的相關數據查看和管理更加方便快捷，實現一鍵式扁平化操作。該系統在無人值守的情況下，能夠自動檢測和分析故障原因，并根據故障原因第一時間發出派修通知，極大地提高了設備正常運行率。

1 系統架構

視頻智慧運維系統由綜合監控層、數據連接層、業務服務層和用戶層構成，如圖1所示。

圖1 智慧運維系統架構

系統通過軟硬件相互結合的方式，能夠及時掃描設備運行狀況，發現問題；并針對發現的問題智能生成解決方案，可通過系統的短信提醒功能和郵件推送功能，及時地提醒相關第三方解決所發現的相應問題并對解決速度進行考核[7]。

1.1 綜合監控層

綜合監控層（集中監控與數據采集）的功能是對監控資源進行數據采集，采集的信息主要為兩大類：視頻監控信息和IT 基礎架構監控信息。視頻監控信息包括視頻網管監控信息、視頻質量診斷監控信息和IO 采集板監控信息。系統對每一個前端攝像機進行數據采集和對后端視頻設備進行監控，且根據視頻圖像質量以及環境量進行診斷與分析。綜合監控層能夠提供電路狀態信息采集、網絡狀態信息采集、設備周邊環境參數檢測、震動檢測等功能，用以了解每一個前端設備的狀態信息。

通過設備擴展能夠實時監測交流220 V 和24 V、直流12 V 和5 V 電源；設備另外擁有5G 通信擴展板能夠實現遠程無線通信；還可以選擇配備GPS 定位模塊能夠實現設備定位衛星授時功能。

1.2 數據處理層

數據處理層實現對監控對象數據、告警信息的統一匯聚和集中處理，主要包括配置數據分析處理、性能數據分析處理、統一告警分析處理、視頻質量診斷數據分析處理。數據處理層處于視頻智慧運維系統承上啟下的關鍵位置，保證了系統的準確性，數據匯總后通過以太網上傳到業務服務層。

1.3 業務服務層

業務服務管理層主要功能是提升運維管理人員的服務和業務水平。運維服務平臺遵循信息技術基礎架構庫的規范，依據數據化、信息化、可視化的信息指標，通過科學管理來提升運維效益，以主動式管理、可預見性管理替代之前的被動管理手段。

業務服務層提供統一的運維服務管理入口、全面的運維監控管理服務，統一監測視頻網中各類資源、系統的主要故障告警信息，實現告警處置、資源管理、資產變更和綜合視圖的統一管理，并形成運維相關數據報表，為運維考核管理提供數據支撐。

1.4 用戶層

用戶層主要面對管理人員和運維人員，終端設備包括PC 機、移動APP 終端。管理人員身份不同賦予他們的管理權限和功能也不同，管理帳號可通過應用終端（PC 機、APP）單點登錄實現平臺資源的訪問和平臺服務的應用。

2 系統數據接口

綜合運維管理平臺主要是通過采集適配器來實現監控資源的數據采集以及與第三方資源的對接；同時需對各種采集源的管理數據進行獲取和預處理，并提供給數據處理層進行處理。平臺具體包含數據預處理層、采集任務管理層、數據緩存和通信適配共3 個部分，具有數字及物理量采集接口。

2.1 數據預處理層

數據預處理層對采集適配層獲取的管理數據進行初步處理，剔除無用和錯誤數據，并通知采集任務管理層進行必要的數據補采。主要包括：告警預處理、資源預處理、性能預處理和閾值預處理模塊。

2.2 采集任務管理層

采集任務管理層對來自數據處理層的采集任務進行解析、拆分，并直接控制和監控采集適配層對數據源進行采集。主要包括：采集任務解析、采集任務拆分、采集任務調度、采集任務監控。

2.3 數據緩存和通信適配

數據緩存用于集中短時期內保存所有采集到的歷史數據，緩存方式可采用數據庫方式或文件方式，數據緩存周期可進行配置。當數據處理層與數據采集層之間出現網絡故障或需要進行數據補采時，可以直接從緩存中獲取。

3 系統功能

物聯網視頻運維管理系統是一套基于物聯網技術，針對視頻監控系統專用的軟硬件結合的運行維護系統。與傳統的視頻管理系統對比，其著重點在于將物聯網技術融入到傳統的視頻監控系統中，與日常運行維護結合起來；將設備分布與地圖數據相結合，更形象直觀地表現出來；同時可以通過一鍵式扁平化操作查看設備的安裝情況、維護人員情況、故障情況、動態數據、統計信息等，將相關運維信息按日、周、月生成報表，為視頻監控系統的信息化、可視化和穩定運行提供強有力的保障。

為了保證數據的可靠性和穩定性，前端采集設備支持兩種數據傳輸方式：以太網絡傳輸和無線網絡傳輸。同時設備支持RS 232、485 串口和CAN 總線等通信方式，可以與相應的外圍設備進行通信，實現對外圍設備的信息采集和管理。

采集設備自身具有備用電源，在外部電源無法提供電力時（比如斷電、檢修線路等情況下），備用電源啟動，保證數據及時回傳給中心。根據特殊需求也可以輔以太陽能或小型風力發電機作為采集設備備用電源。

3.1 運維信息管理功能

將運維設備數據與地圖緊密結合，對各種數據進行分類歸納處理，利于相關人員查看、編輯、維護、跟蹤?？梢酝ㄟ^在地圖上形象直觀地查看當前路網設備（主要是攝像頭）分布情況、安裝信息（安裝人、安裝時間、安裝單位等）、設備工作狀態（是否在線、是否異常報警、設備各路供電狀態等）、設備管理信息（維護單位、維護人姓名、電話等）。通過分析當前設備分布情況可以發現路網監控盲點，對設備進行分片集中式管理，對重點區域進行重點關注。

3.2 設備狀態管理功能

（1）支持前端視頻設備工作狀態檢測：實時檢測前端視頻設備工作狀態，及時發現視頻設備工作異常，如鏡頭被遮擋等。

（2）故障設備報警提示：實時提示故障設備信息，通知維護人員故障信息，減少故障排查時間，降低維護成本。

（3）電路實時檢測：實時檢測市政供電、各工作組件、采集設備供電狀態，通過管理PC 實現遠程控制設備開啟、關閉電路。

（4）網絡通斷檢測：實時檢測視頻監控設備的網絡中斷、關機等故障，支持告警消息推送提示。

（5）前端設備環境檢測：實時檢測前端設備溫度、濕度數據，在管理平臺繪制溫度、濕度曲線；在前端設備出現大幅度震動、撞擊、移動一定范圍等狀態時自動報警，實時記錄活動信息。考慮實際需求和大范圍分布特點，可以根據不同部門的不同需求實時進行數據采集[8]。

（6）故障統計匯總分析。

3.3 設備故障管理功能

自動掃描設備工作狀態，對所有故障點以某種醒目顯示方式（比如不同顏色、閃爍、不同圖層等）進行標注。

（1）根據故障點產生的故障方式分析整理問題，通過即時消息形式推送給相應維護部門或管理人員，以便及時對故障設備進行檢修，并針對檢修情況根據反應速度和解決結果對維護單位進行相應考核。

（2）問題統計歸類分析，便于對問題進行梳理總結，生成解決預案，利于后期維護工作的進行，減輕后續維護工作量。

（3）統計考核量化圖示多樣清晰。

4 系統安裝和部署

4.1 系統運行拓撲

將數據采集器安裝于前端智能設備箱中，數據采集管理系統固化于設備箱的IO 采集板，攝像頭、風力風向傳感器、空氣質量傳感器等前端設備通過IO 接口接入采集板；運維管理系統部署運維中心，管理員可以通過連接互聯網的計算機查看視頻設備運行情況[9]。視頻智慧運維系統運行拓撲圖如圖2所示。

圖2 視頻智慧運維系統運行拓撲圖

4.2 前端數據采集器安裝

安裝IO 采集板到設備箱，連接設備電源到IO 采集板12 V檢測端的線路，連接設備電源到IO 采集板繼電器的線路，連接IO 采集板繼電器到設備電源接口的線路，連接IO 采集板220 V 電壓采集接口的線路，連接IO 采集板網絡監測接口的線路，連接IO 采集板視頻采集接口的線路，連接IO 采集板網口網線或5G 無線網卡，連接運維IO 板電源接口線路；根據需求安裝各個傳感器；檢查SIM 卡安裝是否到位；安裝SQL Server 2018 數據庫并運行數據采集程序；上電檢測電源指示燈情況，并進行位置信息定位數據確認、授時管理、自動采集數據并發送。

4.3 后臺中心服務器環境

后臺中心服務器使用網絡套接字方式進行通信。網絡編程接口Winsock 基于TCP/IP 協議接口實現方法，通過網絡進行數據通信，以主機的IP 地址和端口地址作為標示，實現雙向、有序、無重復的數據流服務，從而實現底層數據采集系統與IO 采集板的通信。前端IO 板主要負責相關數據采集，并向中心服務器發送采集數據。

5 業務流程處理

設備運行監測處理詳細情況見表1 所列。

表1 設備運行檢測詳細情況

6 結語

物聯網視頻運維管理系統與傳統視頻監控系統對比，它將物聯網技術融入到視頻監控系統中，提升了系統穩定性，同時應用范圍和場景更廣闊，實現了實時監測、實時報警，提升運維管理人員的工作效率，可實現無人值守。依托物聯網技術，物聯網視頻運維管理系統對所管理網絡內的設備工作情況、故障、環境以及數據綜合趨勢進行在線診斷，尤其針對視頻運維中難以控制的外部供電電路斷電、外部網絡故障、撞擊等圖像之外的問題提供自動檢測及統計分析功能，最終將數據可視化展現在平臺上。使運維人員可以及時發現視頻網絡中因各種意外造成的故障點，安排合理的維修計劃，將故障造成影響的時間和范圍控制在最小，使視頻運維工作高效、快捷、自動化[10]。