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摘 要：由于随着科技发展，当前视频监控技术主流趋向数字高清视频技术方向发展，市场上大多数模拟视频产品已停产；另一方面，目前广州地铁现有线路的模拟视频系统清晰度已无法满足未来地铁客运和行车监控需求。因此，模拟视频系统的更新换代和新应用技术的推广是势在必行的。本文主要对现时现有线路的视频技术进行分析对比，研究现有线路标清视频系统改造的方向，提出应用“光纤数字前端摄像机+后端云存储”此前沿技术于视频监控系统中，大幅度改善目前现有线路标清视频的不足，切实保障广州地铁运营安全和提高客运服务质量，擦亮现有线路的“眼睛”。
关键词：更新换代；云存储
中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）36-0238-02
广州地铁现有线路模拟视频监控系统采用标清视频技术，系统组成包括模拟摄像机、视频均衡器、视频分配器、画面合成器、监视器及视频矩阵等部件，信号线缆采用SYV75视频同轴电缆。目前，大部分现有线路视频系统运行时间超过10年，长期24h不间断运作，导致设备老化、功能受到影响的问题，使系统稳定性呈现下降趋势。另一方面，现有线路视频监控系统无论是视频布点、图像清晰度或者是录像存储码流均满足不了如今地铁运营安全所需要的无死角、全高清的要求。
此外，由于视频技术的发展，当前主流趋向数字高清，市场上已甚少有模拟视频产品售卖，现时原厂视频矩阵、控制键盘和模拟摄像机等设备均已停产，视频均衡器、视频分配器和画面合成器仅有少数小型设备商生产，品质难以保证。因此，现有线路视频系统的更新换代和新应用技术的推广是势在必行的。
1 思路与目标
1.1 更新原则
（1）不影响运营，有计划过渡。广州地铁为广州城市轨道交通主动脉，每天需承接上百万的客流量，因此，系统的更新改造不能对地铁运营造成任何影响，同时，运营线路的改造应循序渐进，工程工序应尽量简单化、统一化和具备规划性。
（2）兼容是基础，发展是关键。虽然现有线路视频监控系统设备老化性能下降，但仍然具备使用功能，因此新系统不仅应用主流先进技术，也应该兼容模拟视频设备的接入。
（3）适当的超前，合理的冗余。考虑到科技发展日新月异，本次改造应选取未来十年大力发展、大量应用的技术方案，避免出现短期内技术淘汰设备停产，面临再次改造的情况。
（4）提高智能化，降低人成本。改造所使用的新設备应具有智能化特性和一定的自愈能力，系统稳定性高，维护方便，减少公司在设备维护人力成本的投入，提高生产效率。
1.2 改造目标
现有线路视频监控系统改造升级以“提升服务质量，降低维护成本”为主要目标，切实保障广州地铁运营安全和提高客运服务质量，擦亮现有线路“眼睛”。
2 研究内容
技术方案：
（1）选型建议
参考当今国内主流视频厂家技术方案，建议现有线路视频监控系统设备更新改造选用“光纤数字前端+云存储”的前沿技术方案，并且兼容现有模拟摄像机接入。
（2）新技术方案
更新改造后的视频监控系统的前端摄像机采用光纤数字摄像机，再使用光缆直连至通信设备房，中间无需经过交换机或光端机等有源器件，减少设备房外故障隐患；图像数字信号经设备房内接入交换机进入云存储网络，并上传至云存储节点。由于现有线路车站设备房内空间有限，已无空间增加机柜，建议云存储节点建立在云存储集中总机房内，既可以统一管理也可以节省机房建设费用。
如图1所示，云存储管理节点采取集群部署方式，即利用3套管理节点对现有线路上千个摄像机和数十套存储设备进行集群管理。集群部署可以保持规模与性能的线性增长，是一种高可靠性、高稳定性的部署方式，可实现单台或多台服务器应用的故障切换和负载均衡，系统的可靠性和性能得到极大的提高。
但是，此种组网方式对传输网络的稳定性要求十分高，假如传输网络中断，则会影响单站或多个站点的录像无法传送至云存储设备，造成录像丢失。因此，本方案提出在各个站点内增加一套可循环录制数小时全站视频的本地网络硬盘录像机，保证系统在传输设备瘫痪时不丢失录像。
（3）系统技术指标
①编码标准：H.265；
②每路视频速率：1～8Mbps；
③帧速率：每路图像可达到30fps；
④图像分辨率：1080p（1920×1080）以上。
（4）存储容量计算
以某线路为例，目前该线路模拟视频监控系统（含专用CCTV和票务监控）的总摄像头数量分别为484个，以增量120%计算各类视频监控补盲，此外，考虑部分模拟摄像机（约20%）保留不改型，估算更新改造后图像总数为1065幅，其中标清91幅，高清974幅。
视频流按照H.265视频压缩编码计算，1幅标清图像存储90d录像容量为：1Mbps×3600s×24h×90d/1024/1024/8=0.926TB，1幅1080P高清图像存储90d录像容量为：4Mbps×3600s×24h×90d/1024/1024/8=3.7TB，统计出该线路云存储所需的总容量为3688.06TB。
以24盘位的IPSAN作为存储节点为例，为了保证数据的可靠性，存储设备一般采用RAID6阵列方式，每台设备配置1个热备盘和4个数据校验盘，每台设备可用的有效存储硬盘19个，同时考虑5%的空间损失，则每台IPSAN的净存储空间为：4TB×19×0.95=72.2TB，则可以计算出该线路全线更新改造所需的IPSAN数量为52台，4T硬盘数量为1248个。
（5）优点与不足
对比目前广州地铁在用的视频技术，本方案采用的技术有以下优点： ①容灾能力强，系统可靠性高。当今国内主流设备厂家的云存储技术均具有设备容灾、RAID容灾、电源容灾功能，确保当单台存储设备、管理服务器、数据磁盘或者电源故障时，系统业务不受影响。
②资源利用率高，能最大限度发挥硬件设备性能。现时在用的本地存储技术的每套设备容量由每个站点各自的服务器进行管理和分配，本站内的存储节点仅能供本站点使用，由于每个车站摄像机前端数量不同，可能会出现部分站点剩余存储容量无法被充分利用的情况。但云存储系统中，所有存储节点无论是集中在一个机房还是分开在各个站点均视为统一的一个大容量磁盘，异地存储节点的剩余容量可以用于存储其他站点的录像。
③可扩展性强。现时的本地存储方式进行扩容，假若车站的磁盘阵列框架已满载硬盘，则无论扩容的大小均需要在这些满载的站点本地机柜内增加至少1台设备。然而，由于云存储技术的所有存储设备看作一个磁盘，因此无需根据扩容的站点数来增加框架，只需要按照增加容量来进行总体计算。
如表1和表2所示，某线路的A站点（80个高清监控点）和B站点（110个高清监控点）因运营安全需要从原本30d录像存储升级扩容至90d，若采取本地存储的方式，某线路A点和B站点共增加7台IPSAN和158个硬盘，而采取云存储方式，则某线路A站点和B站点共增加6台IPSAN和153个硬盘。
另一方面，现有线路系统车站本地机房的面积有限，某些站点有可能无法容纳新增的存储设备，云存储技术则可有效解决此问题，因为其存储是不受位置所限制，扩展能力十分强大。
④光纤摄像机可减少前端交换机或光端机的配置，节省设备支出，同时前端至设备房的光纤为直熔模式，就算远距离传输产生的信号损耗也不大，此外还减少了中间故障点，提高可靠性。
不過，由于现有网络承载设备业务能力有限，上述技术的应用仍有一定的限制，最主要的不足为系统所需的网络带宽较大，现有传输设备未能完全满足。按照H.265图像压缩技术，每个图像所占用的带宽使用4Mb/s码流，单条线路1080P高清视频传输通道需要2Gb/s以上带宽，但相信未来传输设备能够对此进行支持。
3 研究成果应用效果预想
3.1 新技术应用
本次方案所采取的“光纤前端摄像机+云存储”的视频技术为目前国内安防视频较为前沿的、大力发展的新型技术应用，集众多优点于一身，适用于对视频监控需求和存储要求日益提高的城市轨道交通行业，具有广泛的应用性。
3.2 提升乘客服务
全高清视频存储和监控技术有利于车站值班员或者中心调度员对客运服务进行监控和事件调查，例如清晰地监控每一个屏蔽门的开关情况、车门夹人情况、扶梯客伤调查、闸机出入情况、点币票务安全等等，全面改善目前现有线路标清视频的不足，提升乘客服务质量和提高客运安全。
3.3 优化生产效率
本次方案采用的新型技术，具有减少前端故障点的优势，更有一定的系统自愈能力和容灾能力，减轻一线员工的生产压力和维护维修工序，提升生产效率。
不仅这样，更新换代后，车站值班员可通过监视器即可对站台、站厅等区域进行监控，减少站台、站厅值守人员，节省人力资源，如按照每个车站每个班减少1个值班员计算，每年每条线路可节省3人/每日×24个车站（平均线路车站数）×13万元/年=936万元。
4 综 述
广州地铁现有线路视频监控系统设备更新改造势在必行，新一代的视频监控系统具有技术先进、可靠性高和扩展性强等特点，优化生产效率以及节省一定的人力资源，全面改善目前标清视频的不足，切实保障广州地铁运营安全和提高客运服务质量，擦亮地铁运营“眼睛”。
参考文献
[1]郑 爽.基于H.265的高清网络视频处理技术的研究与实现[D].武汉数字工程研究所，2016.
[2]张海山.基于云存储的视频监控系统的研究与设计[D].武汉邮电科学研究院，2015.
[3]赵金明.大数据时代的高清视频监控存储[J].中国铁路，2013（4）：81～82.
[4]朱文斌.基于标准H.265的实时视频安全传输的设计与实现[D].北京邮电大学，2015.
收稿日期：2018-11-10
关键词：更新换代；云存储
中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）36-0238-02
广州地铁现有线路模拟视频监控系统采用标清视频技术，系统组成包括模拟摄像机、视频均衡器、视频分配器、画面合成器、监视器及视频矩阵等部件，信号线缆采用SYV75视频同轴电缆。目前，大部分现有线路视频系统运行时间超过10年，长期24h不间断运作，导致设备老化、功能受到影响的问题，使系统稳定性呈现下降趋势。另一方面，现有线路视频监控系统无论是视频布点、图像清晰度或者是录像存储码流均满足不了如今地铁运营安全所需要的无死角、全高清的要求。
此外，由于视频技术的发展，当前主流趋向数字高清，市场上已甚少有模拟视频产品售卖，现时原厂视频矩阵、控制键盘和模拟摄像机等设备均已停产，视频均衡器、视频分配器和画面合成器仅有少数小型设备商生产，品质难以保证。因此，现有线路视频系统的更新换代和新应用技术的推广是势在必行的。
1 思路与目标
1.1 更新原则
（1）不影响运营，有计划过渡。广州地铁为广州城市轨道交通主动脉，每天需承接上百万的客流量，因此，系统的更新改造不能对地铁运营造成任何影响，同时，运营线路的改造应循序渐进，工程工序应尽量简单化、统一化和具备规划性。
（2）兼容是基础，发展是关键。虽然现有线路视频监控系统设备老化性能下降，但仍然具备使用功能，因此新系统不仅应用主流先进技术，也应该兼容模拟视频设备的接入。
（3）适当的超前，合理的冗余。考虑到科技发展日新月异，本次改造应选取未来十年大力发展、大量应用的技术方案，避免出现短期内技术淘汰设备停产，面临再次改造的情况。
（4）提高智能化，降低人成本。改造所使用的新設备应具有智能化特性和一定的自愈能力，系统稳定性高，维护方便，减少公司在设备维护人力成本的投入，提高生产效率。
1.2 改造目标
现有线路视频监控系统改造升级以“提升服务质量，降低维护成本”为主要目标，切实保障广州地铁运营安全和提高客运服务质量，擦亮现有线路“眼睛”。
2 研究内容
技术方案：
（1）选型建议
参考当今国内主流视频厂家技术方案，建议现有线路视频监控系统设备更新改造选用“光纤数字前端+云存储”的前沿技术方案，并且兼容现有模拟摄像机接入。
（2）新技术方案
更新改造后的视频监控系统的前端摄像机采用光纤数字摄像机，再使用光缆直连至通信设备房，中间无需经过交换机或光端机等有源器件，减少设备房外故障隐患；图像数字信号经设备房内接入交换机进入云存储网络，并上传至云存储节点。由于现有线路车站设备房内空间有限，已无空间增加机柜，建议云存储节点建立在云存储集中总机房内，既可以统一管理也可以节省机房建设费用。
如图1所示，云存储管理节点采取集群部署方式，即利用3套管理节点对现有线路上千个摄像机和数十套存储设备进行集群管理。集群部署可以保持规模与性能的线性增长，是一种高可靠性、高稳定性的部署方式，可实现单台或多台服务器应用的故障切换和负载均衡，系统的可靠性和性能得到极大的提高。
但是，此种组网方式对传输网络的稳定性要求十分高，假如传输网络中断，则会影响单站或多个站点的录像无法传送至云存储设备，造成录像丢失。因此，本方案提出在各个站点内增加一套可循环录制数小时全站视频的本地网络硬盘录像机，保证系统在传输设备瘫痪时不丢失录像。
（3）系统技术指标
①编码标准：H.265；
②每路视频速率：1～8Mbps；
③帧速率：每路图像可达到30fps；
④图像分辨率：1080p（1920×1080）以上。
（4）存储容量计算
以某线路为例，目前该线路模拟视频监控系统（含专用CCTV和票务监控）的总摄像头数量分别为484个，以增量120%计算各类视频监控补盲，此外，考虑部分模拟摄像机（约20%）保留不改型，估算更新改造后图像总数为1065幅，其中标清91幅，高清974幅。
视频流按照H.265视频压缩编码计算，1幅标清图像存储90d录像容量为：1Mbps×3600s×24h×90d/1024/1024/8=0.926TB，1幅1080P高清图像存储90d录像容量为：4Mbps×3600s×24h×90d/1024/1024/8=3.7TB，统计出该线路云存储所需的总容量为3688.06TB。
以24盘位的IPSAN作为存储节点为例，为了保证数据的可靠性，存储设备一般采用RAID6阵列方式，每台设备配置1个热备盘和4个数据校验盘，每台设备可用的有效存储硬盘19个，同时考虑5%的空间损失，则每台IPSAN的净存储空间为：4TB×19×0.95=72.2TB，则可以计算出该线路全线更新改造所需的IPSAN数量为52台，4T硬盘数量为1248个。
（5）优点与不足
对比目前广州地铁在用的视频技术，本方案采用的技术有以下优点： ①容灾能力强，系统可靠性高。当今国内主流设备厂家的云存储技术均具有设备容灾、RAID容灾、电源容灾功能，确保当单台存储设备、管理服务器、数据磁盘或者电源故障时，系统业务不受影响。
②资源利用率高，能最大限度发挥硬件设备性能。现时在用的本地存储技术的每套设备容量由每个站点各自的服务器进行管理和分配，本站内的存储节点仅能供本站点使用，由于每个车站摄像机前端数量不同，可能会出现部分站点剩余存储容量无法被充分利用的情况。但云存储系统中，所有存储节点无论是集中在一个机房还是分开在各个站点均视为统一的一个大容量磁盘，异地存储节点的剩余容量可以用于存储其他站点的录像。
③可扩展性强。现时的本地存储方式进行扩容，假若车站的磁盘阵列框架已满载硬盘，则无论扩容的大小均需要在这些满载的站点本地机柜内增加至少1台设备。然而，由于云存储技术的所有存储设备看作一个磁盘，因此无需根据扩容的站点数来增加框架，只需要按照增加容量来进行总体计算。
如表1和表2所示，某线路的A站点（80个高清监控点）和B站点（110个高清监控点）因运营安全需要从原本30d录像存储升级扩容至90d，若采取本地存储的方式，某线路A点和B站点共增加7台IPSAN和158个硬盘，而采取云存储方式，则某线路A站点和B站点共增加6台IPSAN和153个硬盘。
另一方面，现有线路系统车站本地机房的面积有限，某些站点有可能无法容纳新增的存储设备，云存储技术则可有效解决此问题，因为其存储是不受位置所限制，扩展能力十分强大。
④光纤摄像机可减少前端交换机或光端机的配置，节省设备支出，同时前端至设备房的光纤为直熔模式，就算远距离传输产生的信号损耗也不大，此外还减少了中间故障点，提高可靠性。
不過，由于现有网络承载设备业务能力有限，上述技术的应用仍有一定的限制，最主要的不足为系统所需的网络带宽较大，现有传输设备未能完全满足。按照H.265图像压缩技术，每个图像所占用的带宽使用4Mb/s码流，单条线路1080P高清视频传输通道需要2Gb/s以上带宽，但相信未来传输设备能够对此进行支持。
3 研究成果应用效果预想
3.1 新技术应用
本次方案所采取的“光纤前端摄像机+云存储”的视频技术为目前国内安防视频较为前沿的、大力发展的新型技术应用，集众多优点于一身，适用于对视频监控需求和存储要求日益提高的城市轨道交通行业，具有广泛的应用性。
3.2 提升乘客服务
全高清视频存储和监控技术有利于车站值班员或者中心调度员对客运服务进行监控和事件调查，例如清晰地监控每一个屏蔽门的开关情况、车门夹人情况、扶梯客伤调查、闸机出入情况、点币票务安全等等，全面改善目前现有线路标清视频的不足，提升乘客服务质量和提高客运安全。
3.3 优化生产效率
本次方案采用的新型技术，具有减少前端故障点的优势，更有一定的系统自愈能力和容灾能力，减轻一线员工的生产压力和维护维修工序，提升生产效率。
不仅这样，更新换代后，车站值班员可通过监视器即可对站台、站厅等区域进行监控，减少站台、站厅值守人员，节省人力资源，如按照每个车站每个班减少1个值班员计算，每年每条线路可节省3人/每日×24个车站（平均线路车站数）×13万元/年=936万元。
4 综 述
广州地铁现有线路视频监控系统设备更新改造势在必行，新一代的视频监控系统具有技术先进、可靠性高和扩展性强等特点，优化生产效率以及节省一定的人力资源，全面改善目前标清视频的不足，切实保障广州地铁运营安全和提高客运服务质量，擦亮地铁运营“眼睛”。
参考文献
[1]郑 爽.基于H.265的高清网络视频处理技术的研究与实现[D].武汉数字工程研究所，2016.
[2]张海山.基于云存储的视频监控系统的研究与设计[D].武汉邮电科学研究院，2015.
[3]赵金明.大数据时代的高清视频监控存储[J].中国铁路，2013（4）：81～82.
[4]朱文斌.基于标准H.265的实时视频安全传输的设计与实现[D].北京邮电大学，2015.
收稿日期：2018-11-10