浅析铁路视频监控存储设备设计

杨帆

摘 要：以成都铁路局某视频监控系统改造工程为例，介绍了铁路视频监控系统的发展及需求现状，并简单论述了铁路视频监控系统中存储设备的设计要点，以供参考。

关键词：铁路；视频监控系统；存储设备；设计要点

中图分类号：U29-39；TN948.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.073

视频监控系统是一种防范能力较强的综合系统，它是安全防范系统的重要组成部分。当前，视频监控技术和产品早已成熟，并且被广泛应用于高速公路、地铁、城市道路、银行、公共社区及海、空、港大型公共建筑等监控中。视频监控的基本业务是存储监控画面，提供实时监控信息，以促进视频监控系统各组成部分（采集、编码、传输、存储等系统）向智能化、网络化的方向发展。视频监控技术迎来了新的发展机遇。

下面笔者结合自身参与的视频监控系统改造工程，对铁路视频监控系统中存储设备的设计和选型进行研究。

1 系统发展及需求现状

1.1 系统发展现状

铁路视频监控系统早期主要是指公安、客运、货运、供电等部门各自建设的视频监控系统，实现对所辖车站、段所等重点治安部位、客运设施、生产作业场所、区间所亭以及货场等的实时监控。既有视频监控系统多采用模拟视频监控系统，视频采集的图像通过视频线缆与模拟视频矩阵互联，监控人员通过控制键盘实现对采集设备的控制和图像调用；少量采用数字系统，视频采集的图像按照H.264或者MPEG-4协议压缩编码和存储，各级管理部门通过设置图像解码器、显示设备、数据网络设备及传输系统等完成图像的传输和调用。

经过若干年的应用与探索，这类视频监控系统的局限性也逐渐暴露出来——各系统相互独立且缺乏统一的建设标准，无法实现系统的互联和融合；监控部位已不满足当下运营部门的要求；模拟视频监控技术已逐渐淡出市场，相关产品多已停产，后期维护成本较高。近年来，随着全国铁路事业的蓬勃发展，铁路客货运量均大幅提升，铁路运输安全更是决定了国民生产生活的正常开展。中国铁路总公司于2013-07发布了《铁路综合视频监控技术规范》，对全路系统内的视频监控系统建设作出了统一部署，规范了铁路综合视频监控系统的设计和管理。

1.2 需求现状

笔者通过对成都铁路局沪昆线（东段）既有视频系统改造项目各用户进行调查，总结出以下几点：①车务。主要监督车站/线路所运转室设室内摄像机，咽喉区、助理值班室、牵出线处设室外摄像机，车站运转室、站长室、各直属站段设监控终端。②客运。主要监督客运站进出站口，安检处、候车厅、站台、天桥、地道、售票厅、行李房等处设室内摄像机，售票室内设拾音器，客运处和各客运段设监控终端。③货运。主要监控货场仓库、货运站台、货运营业厅、货场大门等，并监督货运营业室内设拾音器，货检办公室、货场主任室和货运处设监控终端。④供电。主要监督牵引变电所、分区所和开闭所的控制室、高压室安装室内摄像机，各院内安装室外摄像机，供电段设监控终端。⑤工务。主要监控桥梁、隧道、线路上的自然灾害区、道口等，并监督工务处和各工务段设监控终端。⑥电务。主要监控通信机械室、信号机械室、区间中继站、GSM-R机房等，并监督电务处及各电务段、通信段设监控终端。⑦公安。主要监督各派出所、公安处设监控终端。

2 系统设计

2.1 存储技术

常见的存储技术主要有硬盘存储（DVR）、直接连接存储（DAS）、网络附加存储（NAS）、存储区域网络（SAN）等技术。

2.1.1 硬盘存储（DVR）技术

作为一种传统的存储技术，DVR技术成本较低，适用于对数据存放安全要求不高、数据量少的小规模监控系统。其缺点是：①安全性、稳定性较差。一旦硬盘损坏，数据将会丢失且不可恢复，风险大。②维护管理困难，数据较为分散，无法进行统一管理。

2.1.2 直接连接存储（DAS）技术

DAS是一种传统的以服务器为中心的存储结构，采用存储设备直接与服务器连接。其优点是存储设备位置的设置较为灵活，既可内置，也可外挂在服务器上。客户端如果要访问某存储设备上的资源，就必须经过服务器。其缺点是存储设备相互独立，无法共享资源，资源利用率较低。

2.1.3 网络附加存储（NAS）技术

NAS是一种文件共享服务，NAS设备和多台视频存储服务单元均通过网络连接，以文件输入/输出方式进行数据传输。这种技术的优点是支持多个主机端同时读写，NAS不需要考虑连接主机的操作系统，部署起来十分灵活。但是，由于NAS采用CIF/NFS协议进行数据的文件级传输，因此网络开销非常大，特别是在写入数据时，带宽的利用率一般只有20%～40%.目前，NAS一般被应用于小型网络数字视频监控系统或者只是用于部分数据的共享存储。

2.1.4 存储区域网络（SAN）技术

SAN位于服务器后端，是为连接服务器、磁盘阵列、带库等存储设备而建立的高性能网络。SAN与传统DAS的区别在于，DAS的存储设备专门服务于所连接的服务器，而SAN模式下所有的存储设备可以高度共享。当单台服务器宕机，系统仍旧可以工作，可靠性较高，但成本也较高。在视频流较为集中的地方宜采用SAN技术。

SAN分为两种，即FC SAN和IP SAN。FC SAN主要采用光纤通道将存储系统网络化，IP SAN是基于TCP/IP网络，采用iSCSI协议提供和传统FC SAN相媲美的存储解决方案，且服务器仅需具备千兆网卡。由于IP SAN的成本较采用光纤通道标准的SAN要低很多，因此在保存需要海量存储的视频录像文件时经常被用到。

2.2 存储模式

根据铁路既有视频监控系统的应用结构，结合用户管理和使用要求，可将视频存储模式分为集中存储、分散存储和相对集中存储等模式。

2.2.1 集中存储模式

集中存储是将全线范围内所有视频图像信息、告警图像和告警信息数据设置在路局或站段汇聚点进行存储的模式。这种存储模式的优点是可对业务权限和数据等进行统一的维护和管理。缺点是视频传输占用带宽较大，多路前端摄像点的高带宽码流数据传输网络负载加重，不易保障清晰、高质量、高流畅度的视频传输、浏览和回放。如果网络中断，前端视频流无法上传，可能造成视频信息丢失。

2.2.2 分散存储模式

分散存储是将各类视频设置在前端采集点进行存储的模式，存储较为分散，数据量小。这种存储模式的优点是可以大大节省网络传输带宽；缺点是某些前端存储设备不具备保护机制，易受损，维护不便。

2.2.3 相对集中存储模式

相对集中存储介于集中存储和分散存储之间，全线所有车站的告警图像、告警信息及一些重要的视频信息存储在路局或站段汇聚点，本车站范围内的实时视频图像信息存储在各车站。这种存储模式的特点是视频存储相对集中，便于维护管理；采用RAID保护机制，数据保护能力高，同时也节省了视频传输占用带宽资源。

2.3 存储容量

存储容量计算除了要符合存储保护机制外，还要考虑有效存储时间和有效存储视频信息内容。存储容量包含实时视频存储容量（B）和告警图像存储容量（C）两部分，其表达式分别如下：

B=（X/8）×Y×Z×3 600/（10 242）. （1）

C=（L/8）×M×N/（10 242）. （2）

式（1）中：B为实时视频存储容量，TB；X为每路视频在不同帧率下的流量，MB/s；Y为存储天数，d；Z为存储时间，h/d。

式（2）中：C为告警图像存储容量，TB；L为每路告警图像在25 f/s帧率下的流量，MB/s；M为每天每路告警图像的次数，次/d；N为每次告警持续时间，s。

在车站存储实时重要视频图像时，每站存储一路实时视频图像的存储容量为：B=（X/8）×Y×Z×3 600/（10 242）=（2/8）×15×24×3 600/（10 242）=0.3 TB。

在站段汇聚点主要存储告警图像及告警信息，每天存储一路告警图像的存储容量为：C=（L/8）×M×N/（10 242）=（2/8）×24×60/（10 242）=0.003 TB。

3 结束语

视频监控系统在铁路中的广泛应用对视频信息存储逐步提出了更高的要求，同时，视频存储技术的运用需综合考虑系统应用结构、存储容量、用户分布、网络带宽和视频存储模式等多种因素。如何在满足视频存储要求的前提下合理利用存储技术，选择合理的视频存储模式，有效规划存储空间，提高系统的可靠性，成为视频监控系统设计的关键点。

参考文献

[1]于东旭.铁路综合视频监控系统现状及需求分析[J].信息通信，2014（4）.

[2]许辉.存储技术在铁路综合视频监控系统中应用[C]//中国铁道学会铁路综合视频监控系统技术交流会，2009.

[3]熊伟，刘兴军.浅析存储技术在铁路综合视频监控系统中的运用[C]//铁路运输安全管理研讨会，2011.

〔编辑：刘晓芳〕