基于物联网技术的视频智慧运维系统

韩 飞

（陕西能源职业技术学院 智能制造与信息工程学院，陕西 咸阳 712000）

0 引言

随着经济的发展，产生城镇虹吸效应，周边城镇人口向城市中心流动，导致城市人口增加，人员居住密集，引发了一系列社会安全管理问题，比如城市建设中的社会治安、交通以及学校等重点区域防范等。为解决上述问题，各地在城市重点区域、城乡结合部、重点危化区域大量安装用于交通、治安管理的图像监控系统。这些视频监控设备无死角覆盖全区域，24 小时运行，能够为案件分析和打击犯罪提供重要的视频证据，在一定程度上震慑了违法犯罪分子[1-5]。但是由于这些监控设备安装的环境恶劣且复杂，设备的工作强度大和数量多、牵扯的外围辅助部门多等原因，监控设备常常会出现各种各样的非正常工作现象[6]，诸如：供电异常、当设备所依赖的市政供电出现停电、电力线缆检修停电、人为破坏、设备输入电路不通、供电电源损坏等，导致前端摄像机停止工作，运维中心也无法及时获得设备故障原因；网络信号异常导致通信链路出现问题，如光纤故障、网线故障、光电转换设备故障。

传统的运维平台只是简单地对前端摄像头进行管理和视频查看，缺少对外围辅助设备的有效管理以及周边环境的信息管理；对前端设备只是进行列表式粗略管理，不能形象生动直观地展示设备安装地理位置信息，无法管理设备维护人员信息、设备运行动态信息、设备故障统计分析等。

按照通常的监控设备、监测过程和手段，首先在后台数千个图像中发现多天之前存在故障的监控设备，然后通知系统集成商前去维护，系统集成商需要先派技术工程人员到故障现场对设备进行实际查看，并且对供电问题、网络问题以及摄像机问题进行一一排查，如是系统集成商的原因，他会现场先行进行维修，对不能维修的情况带回或二次现场派修，直至解决故障问题。如果非集成商问题，则针对排查结果再反馈通知用户，由用户根据供电或链路问题分别通知网络运营商或供电部门。这样就会导致重复派工、多次协调，也会产生扯皮推诿，消耗人力物力和时间，更影响设备使用，造成损失。

基于以上问题，开发物联网视频运维智能系统，该系统通过前端视频运维采集设备，及时采集相应监控摄像机的市电供电、自身调压后电源状况、网络状况，并能够实时采集摄像机安装位置的温湿度、异常振动等信息，具有异常报警和远程启动等功能。同时将该运维系统与地图结合，对设备的相关数据查看和管理更加方便快捷，实现一键式扁平化操作。该系统在无人值守的情况下，能够自动检测和分析故障原因，并根据故障原因第一时间发出派修通知，极大地提高了设备正常运行率。

1 系统架构

视频智慧运维系统由综合监控层、数据连接层、业务服务层和用户层构成，如图1所示。

图1 智慧运维系统架构

系统通过软硬件相互结合的方式，能够及时扫描设备运行状况，发现问题；并针对发现的问题智能生成解决方案，可通过系统的短信提醒功能和邮件推送功能，及时地提醒相关第三方解决所发现的相应问题并对解决速度进行考核[7]。

1.1 综合监控层

综合监控层（集中监控与数据采集）的功能是对监控资源进行数据采集，采集的信息主要为两大类：视频监控信息和IT 基础架构监控信息。视频监控信息包括视频网管监控信息、视频质量诊断监控信息和IO 采集板监控信息。系统对每一个前端摄像机进行数据采集和对后端视频设备进行监控，且根据视频图像质量以及环境量进行诊断与分析。综合监控层能够提供电路状态信息采集、网络状态信息采集、设备周边环境参数检测、震动检测等功能，用以了解每一个前端设备的状态信息。

通过设备扩展能够实时监测交流220 V 和24 V、直流12 V 和5 V 电源；设备另外拥有5G 通信扩展板能够实现远程无线通信；还可以选择配备GPS 定位模块能够实现设备定位卫星授时功能。

1.2 数据处理层

数据处理层实现对监控对象数据、告警信息的统一汇聚和集中处理，主要包括配置数据分析处理、性能数据分析处理、统一告警分析处理、视频质量诊断数据分析处理。数据处理层处于视频智慧运维系统承上启下的关键位置，保证了系统的准确性，数据汇总后通过以太网上传到业务服务层。

1.3 业务服务层

业务服务管理层主要功能是提升运维管理人员的服务和业务水平。运维服务平台遵循信息技术基础架构库的规范，依据数据化、信息化、可视化的信息指标，通过科学管理来提升运维效益，以主动式管理、可预见性管理替代之前的被动管理手段。

业务服务层提供统一的运维服务管理入口、全面的运维监控管理服务，统一监测视频网中各类资源、系统的主要故障告警信息，实现告警处置、资源管理、资产变更和综合视图的统一管理，并形成运维相关数据报表，为运维考核管理提供数据支撑。

1.4 用户层

用户层主要面对管理人员和运维人员，终端设备包括PC 机、移动APP 终端。管理人员身份不同赋予他们的管理权限和功能也不同，管理帐号可通过应用终端（PC 机、APP）单点登录实现平台资源的访问和平台服务的应用。

2 系统数据接口

综合运维管理平台主要是通过采集适配器来实现监控资源的数据采集以及与第三方资源的对接；同时需对各种采集源的管理数据进行获取和预处理，并提供给数据处理层进行处理。平台具体包含数据预处理层、采集任务管理层、数据缓存和通信适配共3 个部分，具有数字及物理量采集接口。

2.1 数据预处理层

数据预处理层对采集适配层获取的管理数据进行初步处理，剔除无用和错误数据，并通知采集任务管理层进行必要的数据补采。主要包括：告警预处理、资源预处理、性能预处理和阈值预处理模块。

2.2 采集任务管理层

采集任务管理层对来自数据处理层的采集任务进行解析、拆分，并直接控制和监控采集适配层对数据源进行采集。主要包括：采集任务解析、采集任务拆分、采集任务调度、采集任务监控。

2.3 数据缓存和通信适配

数据缓存用于集中短时期内保存所有采集到的历史数据，缓存方式可采用数据库方式或文件方式，数据缓存周期可进行配置。当数据处理层与数据采集层之间出现网络故障或需要进行数据补采时，可以直接从缓存中获取。

3 系统功能

物联网视频运维管理系统是一套基于物联网技术，针对视频监控系统专用的软硬件结合的运行维护系统。与传统的视频管理系统对比，其着重点在于将物联网技术融入到传统的视频监控系统中，与日常运行维护结合起来；将设备分布与地图数据相结合，更形象直观地表现出来；同时可以通过一键式扁平化操作查看设备的安装情况、维护人员情况、故障情况、动态数据、统计信息等，将相关运维信息按日、周、月生成报表，为视频监控系统的信息化、可视化和稳定运行提供强有力的保障。

为了保证数据的可靠性和稳定性，前端采集设备支持两种数据传输方式：以太网络传输和无线网络传输。同时设备支持RS 232、485 串口和CAN 总线等通信方式，可以与相应的外围设备进行通信，实现对外围设备的信息采集和管理。

采集设备自身具有备用电源，在外部电源无法提供电力时（比如断电、检修线路等情况下），备用电源启动，保证数据及时回传给中心。根据特殊需求也可以辅以太阳能或小型风力发电机作为采集设备备用电源。

3.1 运维信息管理功能

将运维设备数据与地图紧密结合，对各种数据进行分类归纳处理，利于相关人员查看、编辑、维护、跟踪。可以通过在地图上形象直观地查看当前路网设备（主要是摄像头）分布情况、安装信息（安装人、安装时间、安装单位等）、设备工作状态（是否在线、是否异常报警、设备各路供电状态等）、设备管理信息（维护单位、维护人姓名、电话等）。通过分析当前设备分布情况可以发现路网监控盲点，对设备进行分片集中式管理，对重点区域进行重点关注。

3.2 设备状态管理功能

（1）支持前端视频设备工作状态检测：实时检测前端视频设备工作状态，及时发现视频设备工作异常，如镜头被遮挡等。

（2）故障设备报警提示：实时提示故障设备信息，通知维护人员故障信息，减少故障排查时间，降低维护成本。

（3）电路实时检测：实时检测市政供电、各工作组件、采集设备供电状态，通过管理PC 实现远程控制设备开启、关闭电路。

（4）网络通断检测：实时检测视频监控设备的网络中断、关机等故障，支持告警消息推送提示。

（5）前端设备环境检测：实时检测前端设备温度、湿度数据，在管理平台绘制温度、湿度曲线；在前端设备出现大幅度震动、撞击、移动一定范围等状态时自动报警，实时记录活动信息。考虑实际需求和大范围分布特点，可以根据不同部门的不同需求实时进行数据采集[8]。

（6）故障统计汇总分析。

3.3 设备故障管理功能

自动扫描设备工作状态，对所有故障点以某种醒目显示方式（比如不同颜色、闪烁、不同图层等）进行标注。

（1）根据故障点产生的故障方式分析整理问题，通过即时消息形式推送给相应维护部门或管理人员，以便及时对故障设备进行检修，并针对检修情况根据反应速度和解决结果对维护单位进行相应考核。

（2）问题统计归类分析，便于对问题进行梳理总结，生成解决预案，利于后期维护工作的进行，减轻后续维护工作量。

（3）统计考核量化图示多样清晰。

4 系统安装和部署

4.1 系统运行拓扑

将数据采集器安装于前端智能设备箱中，数据采集管理系统固化于设备箱的IO 采集板，摄像头、风力风向传感器、空气质量传感器等前端设备通过IO 接口接入采集板；运维管理系统部署运维中心，管理员可以通过连接互联网的计算机查看视频设备运行情况[9]。视频智慧运维系统运行拓扑图如图2所示。

图2 视频智慧运维系统运行拓扑图

4.2 前端数据采集器安装

安装IO 采集板到设备箱，连接设备电源到IO 采集板12 V检测端的线路，连接设备电源到IO 采集板继电器的线路，连接IO 采集板继电器到设备电源接口的线路，连接IO 采集板220 V 电压采集接口的线路，连接IO 采集板网络监测接口的线路，连接IO 采集板视频采集接口的线路，连接IO 采集板网口网线或5G 无线网卡，连接运维IO 板电源接口线路；根据需求安装各个传感器；检查SIM 卡安装是否到位；安装SQL Server 2018 数据库并运行数据采集程序；上电检测电源指示灯情况，并进行位置信息定位数据确认、授时管理、自动采集数据并发送。

4.3 后台中心服务器环境

后台中心服务器使用网络套接字方式进行通信。网络编程接口Winsock 基于TCP/IP 协议接口实现方法，通过网络进行数据通信，以主机的IP 地址和端口地址作为标示，实现双向、有序、无重复的数据流服务，从而实现底层数据采集系统与IO 采集板的通信。前端IO 板主要负责相关数据采集，并向中心服务器发送采集数据。

5 业务流程处理

设备运行监测处理详细情况见表1 所列。

表1 设备运行检测详细情况

6 结语

物联网视频运维管理系统与传统视频监控系统对比，它将物联网技术融入到视频监控系统中，提升了系统稳定性，同时应用范围和场景更广阔，实现了实时监测、实时报警，提升运维管理人员的工作效率，可实现无人值守。依托物联网技术，物联网视频运维管理系统对所管理网络内的设备工作情况、故障、环境以及数据综合趋势进行在线诊断，尤其针对视频运维中难以控制的外部供电电路断电、外部网络故障、撞击等图像之外的问题提供自动检测及统计分析功能，最终将数据可视化展现在平台上。使运维人员可以及时发现视频网络中因各种意外造成的故障点，安排合理的维修计划，将故障造成影响的时间和范围控制在最小，使视频运维工作高效、快捷、自动化[10]。