城市轨道交通车载视频监控传输存储方案

宁递杰

摘要：城市轨道交通车载视频监控系统发展一直受到车地通信带宽的限制。目前，城市轨道交通车载视频监控系统主要采用车载分布式存储方案，该方案视频数据一般储存于列车上，由于硬盘空间限制，其储存时间一般为7 d，且无法实现历史视频在线调阅，已经无法满足运营管理需求。为解决此问题，文章介绍了一种城市轨道交通车载视频监控数据传输存储方案，并分析了该方案的可行性。

关键词：车载视频;车地通信;数据存储;监控系统

0 引言

随着城市轨道交通的不断发展完善和人们在公共出行安全意识方面的不斷提高，人们对城市轨道交通运营安全提出了更高的要求。城市轨道交通中车载视频监控系统在运营事件和安全事件的调查过程中，发挥着日益重要的作用。

根据《中华人民共和国反恐怖主义法》2018年修订后第三十二条要求，涉及公共安全的场所采集的视频图像保存期限不得少于90 d。列车作为公共安全场所的一部分，对城市轨道交通车载视频监控存储容量提出了更高的要求。目前城市轨道交通车载视频监控系统存储时间一般在7 d左右，极限一般也只能做到30 d，且无法实现历史视频在线调阅查看。本文介绍了一种城市轨道交通车载视频监控数据传输存储方案，并分析该方案的可行性。

1 存在问题及分析

目前城市轨道交通车载视频监控系统主要采用车载分布式存储方案，在驾驶室、客室，分别安装大容量网络视频录像机（NVR）来存储车载CCTV视频，该方案车载视频录像储存至NVR，如果按照六节编制B型（6B型）列车进行计算，共计需要安装24路高清摄像机（IPC），摄像机为1 080 p清晰度，3 Mbit/s码流，每车每日运行20 h。可以计算出每列车NVR最低需要存储容量≈55.62 TB（见式3）。

首先，计算一台IPC每小时的存储容量，单位为MB。

由此可见，车载分布式存储方案，在未考虑冗余的情况下，每列6B编组列车的存储容量高达50 TB以上，如采用大容量机械硬盘，则在列车震动、粉尘等恶劣的工作条件下极易损坏。如果采用SSD硬盘，则相对于机械硬盘，造价提高3～5倍，如果再考虑增加冗余的情况，成本还要在此基础上提高30%以上。

历史视频的在线调看，也是长期困扰城市轨道交通运营的难题，传统的车载CCTV系统或受制于车地无线通信系统（LTE-M或者802.11 n）带宽，仅能满足为数不多的几路视频实时调看与轮询，特别是在全自动驾驶的情况下，给调度工作带来很大的难度。如果需要调看历史视频，通常需要人工登车进行拷贝，因视频容量较大及接口拷贝速度限制，根据上述式（2）可以得知每列车每天有约633 GB的数据。根据检修统计数据表明，登车拷贝数据，每线每月需进行50次拷贝工作，每次耗时至少2 h，视频拷贝甚至影响列车夜间检修工作，浪费大量人力物力。

2 无线方案分析

目前城市轨道交通车地无线通信技术主要为WLAN无线和LTE-M技术两种。WLAN技术作为最早进入城市轨道交通车地无线通信的技术，随着城市轨道交通建设要求不断提高，WLAN技术问题也慢慢突显出来。比如存在隧道内设备多，维护不便;快速切换协议为各制造商私有，设备互换性差;为实现快速切换，多采用多链接链路选择协议，信令开销及空间数据流冲突很大，导致有效速率大幅降低;高速移动条件下通信不稳定等问题。

在2015年工信部批准了1 785～1 805 MHz专用频段作为城市轨道交通专用频段，该频段可以提供更安全、更稳定的传输通道，但是LTE-M技术方案也存在一定的局限性，该频段最大有效传输带宽仅仅为20 M。根据10+10 MHz的传输带宽进行分配，5 MHz用于信号CBTC的A网加紧急文本，另外15 MHz中的10 MHz用于信号CBTC的B网加PIS。所以，真正能用于CCTV的仅剩余约5 MHz的传输带宽，在工信部所规定的20 MHz频段内，LTE技术难以提供满足车载监控视频的传输储存。

3 解决方案

由于WLAN和LTE-M技术很难实现车载监控视频的传输储存，故本文按照城市轨道交通的独有特征，设计了一种60 GHz无线车地通信方案。由于60 GHz的无线频点处于大气传播中的衰减峰值，频段不适合长距离通信，但是其作为短距离无线通信，具有传输速率高、安全性能高、抗干扰能力强、通用性好的等优点，其实际数据传输率高达到1 Gbit/s，本方案根据城市轨道交通运行高密度停车的特性，利用列车停站和线路终点在折返线区域低速运行期间，实现列车车载视频回传。

3.1 设备系统组成

60 GHz无线车地通信方案中，列车仍然利用列车原有车载视频监控系统的拓扑架构，各个子系统单元不变，在列车上安装两套60 GHz的车载天线，用于与地面设备进行通信，利用原有的网络与列车车载NVR连接，列车车载视频数据储存于车载NVR，但是NVR只需要设置满足48 h数据储存的SSD即可，SSD容量根据上述式（1）和式（2）计算可知，仅仅需要1.5 TB即可。另外地面设备需在站台上下行两端设置两套AP，用于接收来自于列车视频数据信息，并与车站服务器进行连接。系统图见图1。

3.2 设备布置要求

（1）需要计算每列车线路全程的数据总量和视频数据回传时间，以前文所述6B编组列车为例，假设列车单程运行时间为1 h，则单程运行过程中，列车存储的车载CCTV视频容量≈31.64 GB。使用60 GHz车地无线设备，其带宽理论上可以超过1 Gbit/s，现按照1 Gbit/s进行计算，完成单程31.64 GB视频回传，仅约需253.1 s。

（2）计算线路轨旁所需布置的设备数量，根据上述计算，完成单程视频数据回传需要约253.1 s。如果以终点停车清客加上列车折返时间180 s，列车中途每站停站时间40 s，只需要在正线上折返线以及沿线部署3座车站，即使有效回传时间按照90%计算也有270 s进行数据回传，完全可以实现本单程列车车载视频数据的回传。

（3）为防止列车中途退出运营，列车不停站通过，部分视频数据不能通过车站以及折返线进行回传。所以需要在车辆段停车线设置一套与正线站台一样的AP设备，并与车辆段机房服务器进行连接。

4 方案优势

本方案利用了城市轨道交通运行高密度停车的特性，巧妙地利用列车停站的短暂时间，折中利用列车停站和在折返线区域低速运行期间，实现车载视频的回传;由于视频数据在列车单程运行时间内均被回传到地面保存，车载NVR仅需要存储48 h数据即可，无须大量使用昂贵的工业级SSD;可实现车载视频数据历史视频的实时调看，调看时延视区间运行时分而定，通常在数分钟以内;只在站台两端部署无线通信设备，隧道内无须安装任何设备，成本低，可维护性好;基本为静态传输，不需要车地无线通信系统支持快速切换，无须使用制造商私有切换协议，互换性好;所有硬件设备均为成熟产品，无须专门定制。5 结语

该系统巧妙地利用了静态网络高带宽的特性，避免了全线部署移动网络面临的困难，有效地完成了车载视频数据回传和地面存储，特别适用既有线路的改造。同时，该系统还可兼顾列车TCMS及信号系统记录数据回传，为基于大数据分析的预测性维护奠定基础。

参考文献：

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[2]贾志华.基于车地无线的车载视频监控中心存储实现[J].软件，2019，40（10）：202-204，208.

[3]朱东飞，洪 婷.城市轨道交通车地通信综合承载系统（LTE-M）性能测试与分析[J].城市轨道交通研究，2017（5）：181-185.

收稿日期：2020-06-10