北京地铁1号线车载视频监控系统优化改进应用

张艳龙，王 昊

（北京市地铁运营有限公司 地铁运营技术研发中心，北京 102208）

北京地铁1号线车载视频监控系统优化改进应用

张艳龙，王 昊

（北京市地铁运营有限公司 地铁运营技术研发中心，北京 102208）

监控系统是地铁安防领域的核心系统，在安防工作中发挥着重要作用。本文对北京地铁1号线车载视频监控系统实际运行中经常出现的问题进行分析，根据结果对车载视频监控系统主机和网关进行优化改造，并通过运营考核试验来验证改造后系统的稳定及可靠性。

地铁；车载视频监控；主机；网关

城市轨道交通列车车载视频监控系统（以下简称：车载CCTV系统），是基于计算机、通信、网络、视频编解码等技术，实现对城市轨道交通列车客室和司机室实时监控的移动性视频监控系统[1]。它担负着有效监控列车车厢内一切可能出现的紧急突发情况，为司机对车厢内突发情况做出决策提供重要的参考依据，以避免重大事故发生，保障地铁安全运营。

北京地铁1号线车载视频监控系统是2008年奥运会之前，对原有列车进行加装而成。由于受当时系统开发技术条件限制等原因，系统在后期运行过程中常发生各种故障，导致监控系统无法清晰完整地监控车厢内视频，安全防范作用减弱。因此，找出系统故障点，分析故障原因，并对其进行优化改造，对系统安全、可靠、稳定运行具有重要现实意义。

1 车载视频监控系统常见故障与分析

目前，地铁1号线车载视频监控系统工作不稳定，故障率高，设备维护工作量大，主要体现在如下几方面原因。

（1）使用年限过长，器件老化严重，系统维修时，须打开整个系统，工作量较大。

（2）地铁环境复杂，存在灰尘、铁屑、静电，灰尘对设备的散热性有影响、铁削容易导致设备短路、静电会导致设备重启。

（3）原系统的存储系统故障率较高，由于机械硬盘里有机械马达，运行时有噪音，另外运行时怕振动、读写差，硬盘软件管理系统不足，导致机械硬盘不适合大容量存储和频繁振动的环境下工作。

（4）列车回库后，部分操作人员对系统强制断电等非正常操作导致系统稳定性降低。由于原车载视频监控系统在开关机环节设计过于简单方便，整系统只能随着列车供电、停电一起开机关机。车头和车尾监控主机使用Windows XP系统，原生产厂家在设计监控主机设备时未考虑Windows XP系统的突然断电等不稳定因素，在频繁的突然关机和系统未完全启动突然关机过程中，必然会因为XP系统的自身稳定性问题发生多种故障。

（5）系统工作环境恶劣，如封闭高温环境，电压不稳、环境产生的静电导致系统运行不稳定等。

（6）视频监控中心管理软件经常出现死机。

（7）原有车载视频监控系统监控主机的电源部分采用的制造工艺简单，变压和稳压部分电子元器件过于简单，长时间使用时很容易出问题。所以电源选型不当也是原有车载视频监控系统故障频发的原因之一。

（8）原有车载视频监控系统内使用了大量的锂电容，电容内部有液体电解液，温度偏高、瞬时电流过大都会导致电解液膨胀从而产生漏液甚至爆掉电容。

综上所述，北京地铁1号线原车载视频监控系统故障率较高，已不能满足地铁安防系统发展新需求，不适应地铁安全运营发展，亟需进行优化改造。

2 车载视频监控系统优化改造措施

针对上述地铁1号线车载视频监控系统出现的故障及原因分析，地铁公司在以下几方面对系统进行了优化改造：

（1）针对原系统维修时，须打开整个系统，导致工作量较大，改造方案规避了原系统的不足，采用模块化设计原则，编解码主板、电源控制电路、数据存储中心、数据传输通道等采用相对独立的集成电路，降低维修工作量。集成电路具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高等优点，可大规模生产而降低成本，广泛应用于工业、军事和民用电子设备[2]。

（2）为避免列车内出现的灰尘、铁削对设备的影响，新设备网关在防尘阻燃方面采用一款兼有防尘和阻燃效果的泡棉，可以达到遇明火不燃烧自动熄灭的效果，如图1所示。

（3）存储介质方面，改造方案采用固态硬盘。其具有读写速度快，功耗低，不怕振动等特点[3]，这些特点决定其适合恶劣环境下工作，改造设计采用了抗振性较好的高性能SSD 840 Pro系列固态硬盘替代原有机械硬盘，提高读写速度的同时降低了存储介质的损坏几率。同时，在固态硬盘下面增加了减振垫，保证数据读写更稳定、流畅，如图2所示。改造设计中系统主机和网关均采用Pro固态硬盘，网关采用256 G固态硬盘，保证网关原始视频数据保存时间达30天～40天，超出网关录像存储14天的设计要求；主机采用512 G固态硬盘，作为备份存储，保证数据存储达到10天，超出主机录像存储7天的设计要求。

图1 防尘、阻燃海绵

图2 固态硬盘减振

（4）合适的温度是保证芯片稳定工作的前提，改造系统采用两种方法增强系统散热效果：增加主机机壳与外界接触面积来增加散热量和在网关设备上加散热片，增大散热面积，尽可能降低设备工作温度。主机机壳散热如图3所示，网关散热片如图4所示。

图3 主机外壳散热槽

图4 网关散热片

（5）视频监控中心管理主机采用Linux操作系统，相比于 Windows，Linux 具有稳定可靠、价格低廉、自主知识产权等优势，因此在移动通信、集群计算、嵌入式系统等领域有着广泛的应用。此外，Linux还具有良好的图形界面，高效、方便的字符界面[5]。

（6）改造优化中独立设计、定制完成了合适的DC110 V转DC12 V电源，具有发热量低，散热性好等优势，为整个系统的稳定运行奠定了基础。如图5所示。

图5 设备电源

（7）针对原车载视频监控系统在实际使用中经常强制断电情况，损坏主机系统软件，严重时丢失系统启动的关键性文件，导致主机系统将无法运行，优化改造中新系统在主机端设备上增加了UPS电源，保证系统运行安全、可靠与稳定[4]，如图6所示。通过加装UPS电源可实现外部供电线路突然断电情况下自动切换到设备自带UPS电池供电，完成操作系统正常关机功能，保证了平台软件和操作系统运行的稳定性。在强制断电后，系统自行切换到UPS电源，同时启动软关机程序，UPS电源可以支持主机持续工作3 min，保证主机系统在良好的供电情况下工作。

（8）2007年电子行业在设备制造时使用大量锂电容，相比目前电子行业普遍采用的固态电容（钽电容）在高温工作的稳定性，电子器件性能上有很大的差距。车载视频优化改造采用高规格的固态钽电容，全部采用固态电容替代原有电解电容，在高温工作时稳定性更好。另外，此次改造不但考虑了个别部件的减振，同时还增加了整体减振措施，在主机系统使用弹簧减振和橡胶减振，提高设备的工作稳定性，如图7所示。

图6 主机UPS电源

图7 主机减振

表1 监控主机优化改造情况

监控主机优化改造前后对比如表1所示，媒体网关优化改造前后对比如表2所示。

3 运营考核试验验证

优化改造后的系统于2014年6月在北京地铁1号线KDZ4列车上进行装车试验。经过6个月的考核试验，结果表明，新系统与原系统前端完全兼容，视频数据传输正常，存储状态良好；运行里程约50 000 km，故障为零。优化改造后的系统，在整个考核试验中，无论从运行时间、运行里程，还是系统的稳定性、视频数据存储时间，都达到了预期设计效果，存储时间的要求还超过了当初的设计要求，可以满足北京地铁1号线的车载视频监控需要。

表2 媒体网关优化改造情况

4 结束语

通过分析和研究，发现了原车载视频监控系统的故障点和故障原因，提出了切实可行的优化改造方案，并进行了系统优化改造和正线装车试验考核，实现了地铁车载视频监控系统在视频处理、控制、通信等关键技术上的突破，为今后地铁车载视频监控系统的升级改造提供了理论依据和技术指导。

[1] 刘潍清.城市轨道交通列车视频监控系统的研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2007.

[2]董海青.集成电路发展概述[J].科技信息，2011（32）：271-272．

[3]白 洁，马海兵.固态硬盘在存储系统中的应用分析[J].中国科技信息，2010（6）：69-71.

[4]胡雪梅，史增芳.UPS的原理及其正确使用[J].电气开关，2006（3）：44-46.

[5]周 峰，王洪玉.计算机软件技术基础[M].北京：化学工业出版社，2005.

责任编辑方 圆

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

张艳龙，助理工程师；王 昊，助理工程师。