張艷龍，王 昊

（北京市地鐵運(yùn)營有限公司 地鐵運(yùn)營技術(shù)研發(fā)中心，北京 102208）

北京地鐵1號線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)應(yīng)用

張艷龍，王 昊

（北京市地鐵運(yùn)營有限公司 地鐵運(yùn)營技術(shù)研發(fā)中心，北京 102208）

監(jiān)控系統(tǒng)是地鐵安防領(lǐng)域的核心系統(tǒng)，在安防工作中發(fā)揮著重要作用。本文對北京地鐵1號線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)實際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果對車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行優(yōu)化改造，并通過運(yùn)營考核試驗來驗證改造后系統(tǒng)的穩(wěn)定及可靠性。

地鐵；車載視頻監(jiān)控；主機(jī)；網(wǎng)關(guān)

城市軌道交通列車車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱：車載CCTV系統(tǒng)），是基于計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、視頻編解碼等技術(shù)，實現(xiàn)對城市軌道交通列車客室和司機(jī)室實時監(jiān)控的移動性視頻監(jiān)控系統(tǒng)[1]。它擔(dān)負(fù)著有效監(jiān)控列車車廂內(nèi)一切可能出現(xiàn)的緊急突發(fā)情況，為司機(jī)對車廂內(nèi)突發(fā)情況做出決策提供重要的參考依據(jù)，以避免重大事故發(fā)生，保障地鐵安全運(yùn)營。

北京地鐵1號線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)是2008年奧運(yùn)會之前，對原有列車進(jìn)行加裝而成。由于受當(dāng)時系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)條件限制等原因，系統(tǒng)在后期運(yùn)行過程中常發(fā)生各種故障，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)無法清晰完整地監(jiān)控車廂內(nèi)視頻，安全防范作用減弱。因此，找出系統(tǒng)故障點，分析故障原因，并對其進(jìn)行優(yōu)化改造，對系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要現(xiàn)實意義。

1 車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)常見故障與分析

目前，地鐵1號線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，故障率高，設(shè)備維護(hù)工作量大，主要體現(xiàn)在如下幾方面原因。

（1）使用年限過長，器件老化嚴(yán)重，系統(tǒng)維修時，須打開整個系統(tǒng)，工作量較大。

（2）地鐵環(huán)境復(fù)雜，存在灰塵、鐵屑、靜電，灰塵對設(shè)備的散熱性有影響、鐵削容易導(dǎo)致設(shè)備短路、靜電會導(dǎo)致設(shè)備重啟。

（3）原系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)故障率較高，由于機(jī)械硬盤里有機(jī)械馬達(dá)，運(yùn)行時有噪音，另外運(yùn)行時怕振動、讀寫差，硬盤軟件管理系統(tǒng)不足，導(dǎo)致機(jī)械硬盤不適合大容量存儲和頻繁振動的環(huán)境下工作。

（4）列車回庫后，部分操作人員對系統(tǒng)強(qiáng)制斷電等非正常操作導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。由于原車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)在開關(guān)機(jī)環(huán)節(jié)設(shè)計過于簡單方便，整系統(tǒng)只能隨著列車供電、停電一起開機(jī)關(guān)機(jī)。車頭和車尾監(jiān)控主機(jī)使用Windows XP系統(tǒng)，原生產(chǎn)廠家在設(shè)計監(jiān)控主機(jī)設(shè)備時未考慮Windows XP系統(tǒng)的突然斷電等不穩(wěn)定因素，在頻繁的突然關(guān)機(jī)和系統(tǒng)未完全啟動突然關(guān)機(jī)過程中，必然會因為XP系統(tǒng)的自身穩(wěn)定性問題發(fā)生多種故障。

（5）系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，如封閉高溫環(huán)境，電壓不穩(wěn)、環(huán)境產(chǎn)生的靜電導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等。

（6）視頻監(jiān)控中心管理軟件經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)。

（7）原有車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)的電源部分采用的制造工藝簡單，變壓和穩(wěn)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(dāng)也是原有車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)故障頻發(fā)的原因之一。

（8）原有車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)使用了大量的鋰電容，電容內(nèi)部有液體電解液，溫度偏高、瞬時電流過大都會導(dǎo)致電解液膨脹從而產(chǎn)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(jiān)控系統(tǒng)故障率較高，已不能滿足地鐵安防系統(tǒng)發(fā)展新需求，不適應(yīng)地鐵安全運(yùn)營發(fā)展，亟需進(jìn)行優(yōu)化改造。

2 車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改造措施

針對上述地鐵1號線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)的故障及原因分析，地鐵公司在以下幾方面對系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造：

（1）針對原系統(tǒng)維修時，須打開整個系統(tǒng)，導(dǎo)致工作量較大，改造方案規(guī)避了原系統(tǒng)的不足，采用模塊化設(shè)計原則，編解碼主板、電源控制電路、數(shù)據(jù)存儲中心、數(shù)據(jù)傳輸通道等采用相對獨(dú)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(yōu)點，可大規(guī)模生產(chǎn)而降低成本，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事和民用電子設(shè)備[2]。

（2）為避免列車內(nèi)出現(xiàn)的灰塵、鐵削對設(shè)備的影響，新設(shè)備網(wǎng)關(guān)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(dá)到遇明火不燃燒自動熄滅的效果，如圖1所示。

（3）存儲介質(zhì)方面，改造方案采用固態(tài)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(huán)境下工作，改造設(shè)計采用了抗振性較好的高性能SSD 840 Pro系列固態(tài)硬盤替代原有機(jī)械硬盤，提高讀寫速度的同時降低了存儲介質(zhì)的損壞幾率。同時，在固態(tài)硬盤下面增加了減振墊，保證數(shù)據(jù)讀寫更穩(wěn)定、流暢，如圖2所示。改造設(shè)計中系統(tǒng)主機(jī)和網(wǎng)關(guān)均采用Pro固態(tài)硬盤，網(wǎng)關(guān)采用256 G固態(tài)硬盤，保證網(wǎng)關(guān)原始視頻數(shù)據(jù)保存時間達(dá)30天～40天，超出網(wǎng)關(guān)錄像存儲14天的設(shè)計要求；主機(jī)采用512 G固態(tài)硬盤，作為備份存儲，保證數(shù)據(jù)存儲達(dá)到10天，超出主機(jī)錄像存儲7天的設(shè)計要求。

圖1 防塵、阻燃海綿

圖2 固態(tài)硬盤減振

（4）合適的溫度是保證芯片穩(wěn)定工作的前提，改造系統(tǒng)采用兩種方法增強(qiáng)系統(tǒng)散熱效果：增加主機(jī)機(jī)殼與外界接觸面積來增加散熱量和在網(wǎng)關(guān)設(shè)備上加散熱片，增大散熱面積，盡可能降低設(shè)備工作溫度。主機(jī)機(jī)殼散熱如圖3所示，網(wǎng)關(guān)散熱片如圖4所示。

圖3 主機(jī)外殼散熱槽

圖4 網(wǎng)關(guān)散熱片

（5）視頻監(jiān)控中心管理主機(jī)采用Linux操作系統(tǒng)，相比于 Windows，Linux 具有穩(wěn)定可靠、價格低廉、自主知識產(chǎn)權(quán)等優(yōu)勢，因此在移動通信、集群計算、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(yōu)化中獨(dú)立設(shè)計、定制完成了合適的DC110 V轉(zhuǎn)DC12 V電源，具有發(fā)熱量低，散熱性好等優(yōu)勢，為整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。如圖5所示。

圖5 設(shè)備電源

（7）針對原車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實際使用中經(jīng)常強(qiáng)制斷電情況，損壞主機(jī)系統(tǒng)軟件，嚴(yán)重時丟失系統(tǒng)啟動的關(guān)鍵性文件，導(dǎo)致主機(jī)系統(tǒng)將無法運(yùn)行，優(yōu)化改造中新系統(tǒng)在主機(jī)端設(shè)備上增加了UPS電源，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠與穩(wěn)定[4]，如圖6所示。通過加裝UPS電源可實現(xiàn)外部供電線路突然斷電情況下自動切換到設(shè)備自帶UPS電池供電，完成操作系統(tǒng)正常關(guān)機(jī)功能，保證了平臺軟件和操作系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在強(qiáng)制斷電后，系統(tǒng)自行切換到UPS電源，同時啟動軟關(guān)機(jī)程序，UPS電源可以支持主機(jī)持續(xù)工作3 min，保證主機(jī)系統(tǒng)在良好的供電情況下工作。

（8）2007年電子行業(yè)在設(shè)備制造時使用大量鋰電容，相比目前電子行業(yè)普遍采用的固態(tài)電容（鉭電容）在高溫工作的穩(wěn)定性，電子器件性能上有很大的差距。車載視頻優(yōu)化改造采用高規(guī)格的固態(tài)鉭電容，全部采用固態(tài)電容替代原有電解電容，在高溫工作時穩(wěn)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(jī)系統(tǒng)使用彈簧減振和橡膠減振，提高設(shè)備的工作穩(wěn)定性，如圖7所示。

圖6 主機(jī)UPS電源

圖7 主機(jī)減振

表1 監(jiān)控主機(jī)優(yōu)化改造情況

監(jiān)控主機(jī)優(yōu)化改造前后對比如表1所示，媒體網(wǎng)關(guān)優(yōu)化改造前后對比如表2所示。

3 運(yùn)營考核試驗驗證

優(yōu)化改造后的系統(tǒng)于2014年6月在北京地鐵1號線KDZ4列車上進(jìn)行裝車試驗。經(jīng)過6個月的考核試驗，結(jié)果表明，新系統(tǒng)與原系統(tǒng)前端完全兼容，視頻數(shù)據(jù)傳輸正常，存儲狀態(tài)良好；運(yùn)行里程約50 000 km，故障為零。優(yōu)化改造后的系統(tǒng)，在整個考核試驗中，無論從運(yùn)行時間、運(yùn)行里程，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、視頻數(shù)據(jù)存儲時間，都達(dá)到了預(yù)期設(shè)計效果，存儲時間的要求還超過了當(dāng)初的設(shè)計要求，可以滿足北京地鐵1號線的車載視頻監(jiān)控需要。

表2 媒體網(wǎng)關(guān)優(yōu)化改造情況

4 結(jié)束語

通過分析和研究，發(fā)現(xiàn)了原車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的故障點和故障原因，提出了切實可行的優(yōu)化改造方案，并進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化改造和正線裝車試驗考核，實現(xiàn)了地鐵車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)在視頻處理、控制、通信等關(guān)鍵技術(shù)上的突破，為今后地鐵車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

[1] 劉濰清.城市軌道交通列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2007.

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

[3]白 潔，馬海兵.固態(tài)硬盤在存儲系統(tǒng)中的應(yīng)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(guān)，2006（3）：44-46.

[5]周 峰，王洪玉.計算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

責(zé)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。