北京地鐵1號線車載視頻監控系統優化改進應用

張艷龍，王 昊

（北京市地鐵運營有限公司 地鐵運營技術研發中心，北京 102208）

北京地鐵1號線車載視頻監控系統優化改進應用

張艷龍，王 昊

（北京市地鐵運營有限公司 地鐵運營技術研發中心，北京 102208）

監控系統是地鐵安防領域的核心系統，在安防工作中發揮著重要作用。本文對北京地鐵1號線車載視頻監控系統實際運行中經常出現的問題進行分析，根據結果對車載視頻監控系統主機和網關進行優化改造，并通過運營考核試驗來驗證改造后系統的穩定及可靠性。

地鐵；車載視頻監控；主機；網關

城市軌道交通列車車載視頻監控系統（以下簡稱：車載CCTV系統），是基于計算機、通信、網絡、視頻編解碼等技術，實現對城市軌道交通列車客室和司機室實時監控的移動性視頻監控系統[1]。它擔負著有效監控列車車廂內一切可能出現的緊急突發情況，為司機對車廂內突發情況做出決策提供重要的參考依據，以避免重大事故發生，保障地鐵安全運營。

北京地鐵1號線車載視頻監控系統是2008年奧運會之前，對原有列車進行加裝而成。由于受當時系統開發技術條件限制等原因，系統在后期運行過程中常發生各種故障，導致監控系統無法清晰完整地監控車廂內視頻，安全防范作用減弱。因此，找出系統故障點，分析故障原因，并對其進行優化改造，對系統安全、可靠、穩定運行具有重要現實意義。

1 車載視頻監控系統常見故障與分析

目前，地鐵1號線車載視頻監控系統工作不穩定，故障率高，設備維護工作量大，主要體現在如下幾方面原因。

（1）使用年限過長，器件老化嚴重，系統維修時，須打開整個系統，工作量較大。

（2）地鐵環境復雜，存在灰塵、鐵屑、靜電，灰塵對設備的散熱性有影響、鐵削容易導致設備短路、靜電會導致設備重啟。

（3）原系統的存儲系統故障率較高，由于機械硬盤里有機械馬達，運行時有噪音，另外運行時怕振動、讀寫差，硬盤軟件管理系統不足，導致機械硬盤不適合大容量存儲和頻繁振動的環境下工作。

（4）列車回庫后，部分操作人員對系統強制斷電等非正常操作導致系統穩定性降低。由于原車載視頻監控系統在開關機環節設計過于簡單方便，整系統只能隨著列車供電、停電一起開機關機。車頭和車尾監控主機使用Windows XP系統，原生產廠家在設計監控主機設備時未考慮Windows XP系統的突然斷電等不穩定因素，在頻繁的突然關機和系統未完全啟動突然關機過程中，必然會因為XP系統的自身穩定性問題發生多種故障。

（5）系統工作環境惡劣，如封閉高溫環境，電壓不穩、環境產生的靜電導致系統運行不穩定等。

（6）視頻監控中心管理軟件經常出現死機。

（7）原有車載視頻監控系統監控主機的電源部分采用的制造工藝簡單，變壓和穩壓部分電子元器件過于簡單，長時間使用時很容易出問題。所以電源選型不當也是原有車載視頻監控系統故障頻發的原因之一。

（8）原有車載視頻監控系統內使用了大量的鋰電容，電容內部有液體電解液，溫度偏高、瞬時電流過大都會導致電解液膨脹從而產生漏液甚至爆掉電容。

綜上所述，北京地鐵1號線原車載視頻監控系統故障率較高，已不能滿足地鐵安防系統發展新需求，不適應地鐵安全運營發展，亟需進行優化改造。

2 車載視頻監控系統優化改造措施

針對上述地鐵1號線車載視頻監控系統出現的故障及原因分析，地鐵公司在以下幾方面對系統進行了優化改造：

（1）針對原系統維修時，須打開整個系統，導致工作量較大，改造方案規避了原系統的不足，采用模塊化設計原則，編解碼主板、電源控制電路、數據存儲中心、數據傳輸通道等采用相對獨立的集成電路，降低維修工作量。集成電路具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高等優點，可大規模生產而降低成本，廣泛應用于工業、軍事和民用電子設備[2]。

（2）為避免列車內出現的灰塵、鐵削對設備的影響，新設備網關在防塵阻燃方面采用一款兼有防塵和阻燃效果的泡棉，可以達到遇明火不燃燒自動熄滅的效果，如圖1所示。

（3）存儲介質方面，改造方案采用固態硬盤。其具有讀寫速度快，功耗低，不怕振動等特點[3]，這些特點決定其適合惡劣環境下工作，改造設計采用了抗振性較好的高性能SSD 840 Pro系列固態硬盤替代原有機械硬盤，提高讀寫速度的同時降低了存儲介質的損壞幾率。同時，在固態硬盤下面增加了減振墊，保證數據讀寫更穩定、流暢，如圖2所示。改造設計中系統主機和網關均采用Pro固態硬盤，網關采用256 G固態硬盤，保證網關原始視頻數據保存時間達30天～40天，超出網關錄像存儲14天的設計要求；主機采用512 G固態硬盤，作為備份存儲，保證數據存儲達到10天，超出主機錄像存儲7天的設計要求。

圖1 防塵、阻燃海綿

圖2 固態硬盤減振

（4）合適的溫度是保證芯片穩定工作的前提，改造系統采用兩種方法增強系統散熱效果：增加主機機殼與外界接觸面積來增加散熱量和在網關設備上加散熱片，增大散熱面積，盡可能降低設備工作溫度。主機機殼散熱如圖3所示，網關散熱片如圖4所示。

圖3 主機外殼散熱槽

圖4 網關散熱片

（5）視頻監控中心管理主機采用Linux操作系統，相比于 Windows，Linux 具有穩定可靠、價格低廉、自主知識產權等優勢，因此在移動通信、集群計算、嵌入式系統等領域有著廣泛的應用。此外，Linux還具有良好的圖形界面，高效、方便的字符界面[5]。

（6）改造優化中獨立設計、定制完成了合適的DC110 V轉DC12 V電源，具有發熱量低，散熱性好等優勢，為整個系統的穩定運行奠定了基礎。如圖5所示。

圖5 設備電源

（7）針對原車載視頻監控系統在實際使用中經常強制斷電情況，損壞主機系統軟件，嚴重時丟失系統啟動的關鍵性文件，導致主機系統將無法運行，優化改造中新系統在主機端設備上增加了UPS電源，保證系統運行安全、可靠與穩定[4]，如圖6所示。通過加裝UPS電源可實現外部供電線路突然斷電情況下自動切換到設備自帶UPS電池供電，完成操作系統正常關機功能，保證了平臺軟件和操作系統運行的穩定性。在強制斷電后，系統自行切換到UPS電源，同時啟動軟關機程序，UPS電源可以支持主機持續工作3 min，保證主機系統在良好的供電情況下工作。

（8）2007年電子行業在設備制造時使用大量鋰電容，相比目前電子行業普遍采用的固態電容（鉭電容）在高溫工作的穩定性，電子器件性能上有很大的差距。車載視頻優化改造采用高規格的固態鉭電容，全部采用固態電容替代原有電解電容，在高溫工作時穩定性更好。另外，此次改造不但考慮了個別部件的減振，同時還增加了整體減振措施，在主機系統使用彈簧減振和橡膠減振，提高設備的工作穩定性，如圖7所示。

圖6 主機UPS電源

圖7 主機減振

表1 監控主機優化改造情況

監控主機優化改造前后對比如表1所示，媒體網關優化改造前后對比如表2所示。

3 運營考核試驗驗證

優化改造后的系統于2014年6月在北京地鐵1號線KDZ4列車上進行裝車試驗。經過6個月的考核試驗，結果表明，新系統與原系統前端完全兼容，視頻數據傳輸正常，存儲狀態良好；運行里程約50 000 km，故障為零。優化改造后的系統，在整個考核試驗中，無論從運行時間、運行里程，還是系統的穩定性、視頻數據存儲時間，都達到了預期設計效果，存儲時間的要求還超過了當初的設計要求，可以滿足北京地鐵1號線的車載視頻監控需要。

表2 媒體網關優化改造情況

4 結束語

通過分析和研究，發現了原車載視頻監控系統的故障點和故障原因，提出了切實可行的優化改造方案，并進行了系統優化改造和正線裝車試驗考核，實現了地鐵車載視頻監控系統在視頻處理、控制、通信等關鍵技術上的突破，為今后地鐵車載視頻監控系統的升級改造提供了理論依據和技術指導。

[1] 劉濰清.城市軌道交通列車視頻監控系統的研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2007.

[2]董海青.集成電路發展概述[J].科技信息，2011（32）：271-272．

[3]白 潔，馬海兵.固態硬盤在存儲系統中的應用分析[J].中國科技信息，2010（6）：69-71.

[4]胡雪梅，史增芳.UPS的原理及其正確使用[J].電氣開關，2006（3）：44-46.

[5]周 峰，王洪玉.計算機軟件技術基礎[M].北京：化學工業出版社，2005.

責任編輯方 圓

Optimization and improvement of On-board Video Monitoring System for Beijing Metro Line 1

ZHANG Yanlong, WANG Hao
( Subway Operation Technology Centre, Beijing Metro Operation Co., L td, Beijing 102208, China )

Monitoring System was the essential system in metro security feld, which played an important role in metro safety operation. In this paper, the often recurring problems of On-board Video Monitoring System were analyzed in the actual operation for Beijing Metro Line 1. According to the results of the analysis, the hosts and gateways of the System were modifed and optimized. And the reliability of the optimized system was verifed through operational assessment test.

metro; on-board video monitoring; host; gateway

U231.6∶TP39

A

1005-8451（2015）09-0058-04

2015-01-21

張艷龍，助理工程師；王 昊，助理工程師。