關于鐵路綜合視頻監控系統存儲服務的研究

收稿日期：2023-08-28

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.05.033

摘" 要：文章對作為鐵路綜合視頻監控系統重要組成部分的存儲服務進行了研究。探討了存儲服務在鐵路綜合視頻監控系統中的作用，并分析其在錄像存儲、查詢和調取功能方面的現狀。調查和分析了存儲服務中常見的問題，包括錄像查詢慢、錄像時長不足和錄像中斷等，得出了一些重要結果并提出解決方案，旨在提高錄像查詢速度和保證錄像存儲的完整性。文章為存儲服務中的常見問題提供了有效的解決方案，有助于提高系統的性能和效率。

關鍵詞：鐵路綜合視頻監控系統；存儲服務；錄像查詢慢；錄像存儲時長不足；錄像中斷

中圖分類號：TP277" " 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）05-0154-04

Research on Storage Service of Railway Integrated Video Monitoring System

WEI Zhiqiang

（CRSC Communication amp; Information Group Co.， Ltd.， Beijing" 100070， China）

Abstract： This paper studies the storage service as an important component of the railway integrated video monitoring system. It explores the role of storage service in railway integrated video monitoring system and analyzes their current status in video storage， query， and retrieval functions. It investigates and analyzes common issues in storage service including slow recording query， insufficient recording duration and recording interruptions， and obtains some important results and proposes solution， aiming to improve the speed of video query and ensure the integrity of video storage. This paper provides effective solutions to common problems in storage service and it is beneficial to improve system performance and efficiency.

Keywords： railway integrated video monitoring system; storage service; slow recording query; insufficient recording duration; recording interruption

0" 引" 言

近年來，中國鐵路建設飛速發展，“四縱四橫”高速鐵路主骨架已經全面建成，“八縱八橫”高速鐵路主通道和普速干線鐵路也在加快建設，基本形成布局合理、覆蓋廣泛、層次分明、配置高效的鐵路網絡，為我國經濟建設發展提供了有力支撐。

鐵路綜合視頻監控系統作為鐵路運營中的重要安全保障系統，為鐵路運營提供了重要的圖像化支持和其他輔助功能。鐵路綜合視頻監控系統中的存儲服務，主要提供了錄像的存儲、查詢和調取功能。對于歷史事件的回溯定位和公共安全事件調查等，都需要依賴相應的錄像，因此，存儲服務的可靠穩定運行就顯得尤為重要。

存儲服務面臨的主要常見問題包括錄像查詢慢、錄像時長不足和錄像中斷。錄像查詢慢會極大影響用戶體驗，甚至會嚴重影響正常業務開展；錄像時長不足是指錄像的實際存儲時長小于錄像的計劃存儲時長，從而造成錄像缺失，會影響錄像的正常調取訪問；錄像中斷是指錄像存儲過程中的錄像缺失，也會影響到相應時間的錄像查看。

上述問題是存儲服務面臨的主要常見問題，對于正常業務都有很大的影響。本文將依據《QCR 575—2017鐵路視頻監控系統技術規范》以及行業要求，從存儲服務本身以及鐵路綜合視頻監控系統層面，來分析研究相應的問題，并提出相應的解決方法，以期解決問題，進一步提高用戶使用體驗，保證錄像存儲的完整性。

1" 常見問題

存儲服務常見的問題包括錄像查詢慢、錄像時長不足和錄像中斷[1]，本文將圍繞這三個常見問題展開分析，并提出相應的解決方法。

1.1" 錄像查詢慢

錄像查詢是綜合視頻監控系統的基本功能。從流程上看，錄像查詢是從視頻終端發起，最后由存儲服務進行錄像查詢并返回結果給中心管理服務，最后中心管理服務將查詢結果返回給視頻終端，最后視頻終端將得到的錄像查詢結果顯示出來，存儲服務如果返回結果比較慢，或者處理時間過長，就會造成錄像查詢變慢。

1.1.1" 問題分析

根據《QCR 575—2017鐵路視頻監控系統技術規范》，在進行錄像查詢時，輸入錄像的開始時間和結束時間，需要返回查詢時間區間的錄像段信息，包括錄像連續時間段信息以及對應時間段的錄像大小信息[2]。錄像查詢的快慢主要取決于如何根據輸入的開始時間和結束時間來確定對應時間區間上的連續的時間段。

1.1.2" 解決方法

由于錄像查詢是返回所查詢時間段范圍內的錄像段的時間信息和大小信息，因此可以建立視頻數據與時間段之間的映射關系，稱之為錄像的索引信息。對于錄像查詢，索引信息結構的設計尤為重要，如果索引信息結構過于復雜，會降低錄像查詢效率，進而使錄像的查詢變慢。

索引信息結構的設計需要從兩個方面考慮，一個是盡量簡單，另一個是能支持相應的功能，根據索引信息，不僅能夠查詢出對應時間段的錄像段信息，還要能夠找到對應的錄像段數據進行錄像回放或者錄像下載。從使索引信息結構簡單輕便的角度考慮，可以使用時間段來記錄錄像連續的時間段，這樣在進行錄像查詢的時候，可以直接返回對應的時間段信息，提高錄像查詢效率[3]。另外，要支持錄像的回放和下載，即根據對應的時間段要能定位到對應時間段的視頻數據，以便進行回放和下載，可以讓視頻數據在存儲的時候，依據固定的映射規則來對應到時間段上，這樣一來，通過固定的映射規則，就可以確定時間段內對應的視頻數據，而不需要任何額外空間保存索引信息與視頻數據之間的對應關系[4]。給定一個時間段，就可以根據固定映射規則，確定對應的數據文件。上述方法既簡化了索引信息結構，又支持相應的錄像功能，能夠很好地提高錄像的查詢效率。

另外，存儲服務在進行視頻數據存儲的時候，需要及時更新索引結構信息，更新的索引結構信息同樣是根據固定映射規則，這樣可以保證錄像查詢的及時性和一致性[5]，索引結構與數據文件的映射關系如圖1所示。

1.2" 錄像存儲時長不足

錄像存儲時長不足是指存儲服務存儲的錄像時間長度，不滿足設定的存儲計劃時間長度。直觀地說，就是用戶通過視頻終端查詢出對應攝像機的錄像的長度，不滿足存儲計劃時間長度。

圖1" 索引結構與數據文件映射關系圖

1.2.1" 問題分析

錄像存儲時長不足的原因主要有兩個：一個是存儲服務取不到對應的視頻流，前端攝像機離線或者中間網絡連接出現問題，都會造成存儲服務取不到視頻流，進而導致錄像的時長不足[6]；另一個是存儲介質（磁陣或者云存儲等）出現問題，如果存儲介質（磁陣或者云存儲等）出現無法訪問的問題，導致存儲服務取到的視頻流數據無法寫入到存儲介質，從而導致錄像存儲時長不足。如果存儲介質（磁陣或者云存儲等）的空間不足，會造成錄像存不上，存不滿，從而導致錄像存儲時長不足。

1.2.2" 解決方法

根據上述對錄像存儲時長不足的問題分析，就存儲服務而言，可以增加相應的告警消息機制。如果發現對應攝像機的錄像時長小于存儲計劃中設定的時長時，產生一個錄像存儲時長不足的告警消息推送給終端用戶，使用戶能及時收到錄像存儲時長不足的通知，并能盡快處理相關問題。

存儲服務可以增加對于獲取視頻流的監控處理，如果發現無法獲取到視頻流，則產生一個無法獲取到視頻流的告警消息并推送給終端用戶，如圖2所示。存儲服務可以增加對于存儲介質（是否可用、存儲空間等）的檢測處理，如果檢測到存儲介質存在問題（存儲介質不可用、存儲空間不足等），會產生存儲介質故障告警消息并推送給終端用戶[7]。

終端用戶收到錄像存儲時長不足的告警消息，可以合并參考無法獲取到視頻流的告警消息和存儲介質故障消息，快速確定問題的排查方向。如果存儲服務無法獲取到視頻流，則首先確認該攝像機的實時視頻流是否可以在終端上調看；進一步排查攝像機故障，如果可以登錄到攝像機上，查看攝像機的日志，看對應時間段是否存在故障日志；如果是存儲介質存在問題，可以查看存儲介質（磁陣或者云存儲等），看存儲介質的工作狀態是否正常，如果存在故障便能夠及時處理，錄像時長不足的原因和解決方法如表1所示。

表1" 錄像時長不足原因和解決方法

錄像存儲時長不足的原因 解決方法

存儲服務無法獲取到視頻流 產生告警消息，并經由中心管理服務推送到終端用戶；進一步排查前端攝像機日志和網絡狀況

存儲介質故障 產生告警消息，并經由中心管理服務推送到終端用戶；進一步排查存儲介質日志

1.3" 錄像中斷

錄像中斷是指存儲服務存儲的錄像時間上不連續、中間存在中斷的情況。直觀地說，就是用戶通過視頻終端查詢出對應攝像機的錄像時間上不連續，進行了分段[8]。

1.3.1" 問題分析

錄像中斷的原因主要有三個：第一個是存儲服務在對應的時間段無法取到視頻流，攝像機重啟或者中間網絡連接出現問題會引起錄像的中斷；第二個是存儲介質（磁陣或者云存儲等）訪問出現問題，存儲介質重啟或者存儲介質不可用會引起錄像的中斷；第三個是存儲服務與存儲介質之間吞吐量的不適配，比如單位時間內存儲服務獲取到的視頻數據多，而同樣單位時間內存儲介質可以寫入的視頻數據比較少，這樣會導致部分視頻無法寫入到存儲介質，從而引發錄像中斷。

1.3.2" 解決方法

根據上述對錄像中斷問題的分析，就存儲服務而言，可以增加相應的告警消息機制。如果發現對應攝像機的錄像出現中斷，產生一個錄像中斷的告警消息推送給終端用戶，使用戶能及時收到錄像中斷的通知，并能盡快處理相關問題。

對于存儲服務無法獲取到視頻流的情況，存儲服務可以增加對獲取視頻流的監控處理，如果發現無法獲取到視頻流，則產生一個無法獲取到視頻流的告警消息并經由中心管理服務推送給終端用戶。對于存儲介質出現故障的情況，存儲服務可以增加對于存儲介質（是否可用等）的檢測處理，如果檢測到存儲介質存在問題（存儲介質不可用等），產生存儲介質故障告警消息并推送給終端用戶。對于存儲服務與存儲介質吞吐量不適配的情況，存儲服務也啟動一個檢測處理，如果發現部分視頻數據無法寫入到存儲介質，則產生視頻數據寫入失敗告警消息并推送給終端用戶，如圖3所示。

終端用戶收到錄像中斷的告警消息，可以合并參考無法獲取到視頻流的告警消息和存儲介質故障消息，快速確定問題的排查方向。如果是存儲服務無法獲取到視頻流，則首先確認該攝像機的實時視頻流是否可以在終端上調看；更進一步可以排查攝像機故障，如果可以登錄到攝像機上，可以查看攝像機的日志，看對應時間段是否存在故障日志；如果是存儲介質存在問題，可以查看存儲介質（磁陣或者云存儲等），看存儲介質的工作狀態是否正常，如果存在故障可以及時處理[9]；如果發現視頻數據寫入失敗的告警消息，可以通過存儲服務日志和存儲介質日志等排查對應時間段的視頻數據的寫入情況，進一步分析視頻數據寫入失敗的原因，如有必要，及時調整二者吞吐量的適配情況（如削峰填谷等），從而避免由此引發的錄像中斷問題[10]，錄像中斷原因和解決方法如表2所示。

表2" 錄像中斷原因和解決方法

錄像中斷原因 解決方法

存儲服務無法獲取到視頻流 產生告警消息，并經由中心管理服務推送到終端用戶；進一步排查前端攝像機日志和網絡狀況

存儲介質故障 產生告警消息，并經由中心管理服務推送到終端用戶；進一步排查存儲介質日志

存儲服務寫入視頻數據到存儲介質失敗 產生告警消息，并經由中心管理服務推送到終端用戶；進一步調整存儲服務與存儲介質二者吞吐量的適配情況，削峰填谷

2" 結" 論

存儲服務作為鐵路綜合視頻監控系統的重要組成部分，其錄像查詢速度和錄像存儲的完整性顯得尤為重要。本文針對存儲服務中常見的三個問題，即錄像查詢慢、錄像存儲時長不足和錄像中斷，進行了深入分析，并提出了解決方法。對于錄像查詢慢的問題，可以通過索引信息的結構設計使索引信息變得更加簡單，從而大大提高錄像的查詢速度；對于錄像存儲時長不足的問題，則是產生相應的告警消息推送給用戶，能夠幫助用戶快速定位問題原因，及時消除由此引發的錄像存儲時長不足的問題；對于錄像存儲中斷的問題，也是產生相應的告警消息推送給用戶，同時還涉及存儲服務與存儲介質二者吞吐量的調整適配，盡可能去消除由此引發的錄像中斷。上述這些方法最終目的都是提高存儲服務的易用性、可靠性、穩定性，具有很強的實際意義。

參考文獻：

[1] 陳宇.面向多租戶的云存儲系統性能優化研究 [D].武漢：華中科技大學，2022.

[2] 中國鐵道科學研究院通信信號研究所.鐵路綜合視頻監控系統技術規范：Q/CR 575—2017 [S].北京：中國鐵道出版社，2017.

[3] 王沛然，馬小寧，王喆，等.鐵路數據服務平臺存儲架構設計與應用 [J].鐵路計算機應用，2021，30（5）：48-52.

[4] 楊帥.車載關注點視頻的混合云存儲和檢索系統設計與實現 [D].成都：電子科技大學，2021.

[5] 趙玉亭.面向視頻監控的分布式存儲系統負載均衡研究 [D].武漢：華中科技大學，2021.

[6] 遲松特.云計算環境下的分布存儲關鍵技術 [J].中國管理信息化，2021，24（16）：167-168.

[7] 崔振禮.基于目標識別的嵌入式平臺監控視頻存儲系統研究與實現 [D].長沙：國防科技大學，2021.

[8] 閆春秀.基于行車記錄儀的視頻監控存儲策略的研究與實現 [D].成都：電子科技大學，2020.

[9] 武春嶺，路亞.云存儲技術與應用 [M].北京：電子工業出版社，2021.

[10] 曹二山.海量流數據存儲系統元數據服務器的設計與實現 [D].成都：電子科技大學，2020.

作者簡介：位志強（1982—），男，漢族，河南洛陽人，工程師，碩士研究生，研究方向：通信信息。