车载视频地面转储方案研究

张 娜

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043）

目前国家对重要公共场所视频监控存储时间要求90 d以上存储，而轨道交通车辆受限于空间的局限性[1]。一般利用人工将车载视频数据通过U盘拷贝至地面存储，存在数据转储时间长、人工维护工作量大的问题，且存在感染病毒的风险，同时由于频繁的U盘插拔导致车载设备板卡故障率较高。

结合运营生产实际需求，针对目前地铁车载视频存储在造价、检修等方面存在造价高、便捷性差等痛点问题，同时为进一步提升地铁运营事件处理的及时性，以及后期智能业务支撑，现对车载视频采用5G相关技术转储至地面的方案进行研究，达到在列车安全事件发生第一时间或根据权限管理登录平台随时查看列车上的最新视频信息，提高事件的响应速度，满足运营的实际需求。

1 方案研究

1.1 功能需求

①车载视频回传功能：当探测到车辆进入无线覆盖区域（场段运用库），与车辆建立连接并启动车载视频信息的传输。②断点续传：当列车进行车载视频数据回传尚未完成时，如果列车离开无线覆盖区域，地面视频网管系统应记录视频传输中断的位置，列车再次进入无线覆盖区域时，应从上次中断的位置开始继续传输视频数据直到传输完毕。③视频检索：针对回传至地面的车载视频数据支持按车组号、车厢号、摄像机编号、日期和时间进行检索。④视频回放：针对回传至地面的车载视频数据支持视频回放。⑤接口功能：车载视频系统与场段视频监视系统进行接口，可实现在控制中心视频监控平台调看转储至地面的车载视频图像。

1.2 车载视频转存需求分析

1.2.1 无线转储网络容量需求

车载摄像机的码流按照2 Mbit/S计算，每列车按照28路摄像机，单程运行时间按照33 min计算，则单列车运营时段单程视频容量见表1。

表1 单列车运营时段单程视频容量

每列车1 d大约运行18×60/65=32次；

单列车运营时段1 d的视频存储容量为32×13.4=428.8 GB；

单列车非运营时段1 d的视频存储容量为28×6×3 600×2 M/1 024/8=147.6 GB；

单列车非运营时段单程平均视频容量147.6/16=9.2 GB；

列车非运营时段的视频图像需在运营阶段通过车地无线转储至地面，则单列车单程需转储的视频容量为13.4+9.2=22.6 GB。

1.2.2 存储需求

存储需求包括车载存储需求和地面存储需求，按照车载存储15 d+地面集中存储90 d的方案考虑。其中，15 d的视频存储在车上，90 d的存储CCTV视频回传到地面存储设备，地面存储可采用控制中心云平台存储或者集中非云存储。存储时间应按线路最高行车密度（每日不间断运行18 h）计算。车载CCTV单列车视频存储需求见表2。

表2 车载CCTV单列车视频存储需求表

以17列车为例，容量按单程视频容量和线网每日实际开行列次，并考虑未来增加30%的发车对数进行设计，存储容量需求见表3。

表3 车载视频存储容量需求

1.3 5G相关无线技术分析

5G移动通信技术，基于端到端的全新体系架构，采用全新毫米波频段、多天线和波束赋型等先进技术，具有超高宽带、超低时延、多连接等特性。应用于车地通信可以做到车、地之间通信设备的自动对准、自动连接、自动身份识别和自动上传，全程安全可靠，无需人工干预，最大传输速率超过1.5 Gbps[2]。

目前5G相关技术主要包括5G毫米波、WiFi-6等，此技术单用户上行速率可实现高达1 Gbit/s以上的传输速率；移动边缘计算（MEC）技术的引入，将应用业务“下沉”到车站接入网侧，使用户能感受到的时延缩小到1 ms以内，基本实现零时延。5G相关技术在轨道交通中的应用，将会给轨道交通领域的无线通信技术带来一场重大的技术革命，将显著提高城市轨道交通的运维效率和乘客的用户体验，也为城市轨道交通开启万物互联的智慧轨道交通时代提供重要的基础建设支撑。5G毫米波与WiFi-6技术对比见表4。

表4 5G毫米波与WiFi-6技术对比表

地铁行车数据有高安全、高可靠要求，WiFi频段无线环境复杂，易受民用设备干扰，易破解易受侦听和攻击，且频率资源有限，上行传输速率难以持续稳定；5G毫米波（Air Flash）技术在60 GHz免授权频段组建车地专网，网络隔离，频点干净，不易受攻击，数据安全风险低，满足车地大容量数据转储需求。

1.4 基于5G毫米波的转储方案

1.4.1 总系统方案（图1）

图1 系统架构图

1.4.2 传输方案

车地无线网络系统在列车低速进/离站及停站期间完成单程视频数据回传，根据停站时间，轨旁基站优先部署在停站时间最久的车站/区间或者车站折返段区域。

在车站的上下行轨行区各部署2台轨旁基站，分别安装在站台端墙门内两端适当位置，保证位于列车车头的车载终端接收良好，1个车站需4套5G毫米波基站；列车单端或双端部署车载TAU终端，车地转储系统5G毫米波单站回传峰值速率按1.5 Gbit/s设计，平均速率按照1 Gbit/s设计。

按照列车单/双端设置车载TAU终端，核算单程数据需求传输时间见表5。

表5 列车单/双端设置车载TAU终端单程数据传输时间表

根据调研，车辆每次经过折返段会有2次上线传输，2次的连接时间基本可以保持在95 s和120 s左右，故一趟列车上线时间在95+120=215 s左右。列车在车站的停车时间按照60 s计算。

按照当前车辆停车折返的时间平均为210 s，车站停站时间为60 s，因为计算数据为单程数据，每单程只能计算1个折返时间。

每列车单端部署TAU时，需要1个折返站部署车地转存设备，可满足车载视频转存数据传输需求。当每列车双端部署TAU时，需1个折返站即可满足需求。

1.4.3 地面存储系统

存储需求包括车载NVR存储需求和地面存储需求。

由于采用视频回传系统后，车载CCTV视频均会被回传到地面存储中保存，同时考虑到回传系统故障情况下的维修时间，车载存储满足7 d的视频容量。

1.4.4 车载网关转储数据说明

车载CCTV视频回传系统由地面网络和车载网络构成。如图2所示。

图2 车载系统网络架构图

地面网络包括轨旁基站、交换机、存储平台。

车载网络包括车载网关，车载终端TAU。

每列车设置6台网关设备，每节车厢1台，具备录像存储功能。网关设备通过百兆网线与部署在车头的交换机相连，将每节车厢的2路高清视频监控数据汇聚到车头的硬盘录像机。

车载网关通过标准协议与硬盘录像机对接（百兆网口），以FTP取流方式获取视频，经5G车地转储系统将视频数据转储至地面服务器。

1.4.5 系统安全性分析

5G转储技术采用5G毫米波高速转储的前沿技术，频谱为2 GHz@59~64 GHz，单用户上行理论速率为1.7 Mbps、转储通信速率300 m范围内可达1.5 Gbps，目前公用超高频段无其他军用民用干扰源，窄波束抗干扰，技术具有超高速率、无干扰风险、全程全自动转储特点。独立的车地转储专网，自行布网不依赖运营商。施工部署容易，全线只需选取少量列车停靠站点进行基站部署保障数据传输要求，车辆设备可以匹配多种车型，施工较为简单。

车地转储系统提供空口接入认证和空口加密传输，保证空口安全。

①空口接入认证。通过MAC地址白名单、小区ID和密钥接入认证，避免非法接入。②空口加密传输，通过128 bit的AES空口加密特性对微波链路传输的客户数据进行加密，在链路层进一步增强微波链路传输的客户数据的安全性。

2 结束语

车载视频转储方式是车载视频存储方案的发展方向，车载视频地面存储方案可结合乘客信息系统车地无线方案综合考虑[3]。通过以上技术分析，5G毫米波更具有技术先进性，可靠性。在实际工程项目中，需结合当地项目需求，并紧跟最新技术发展最终确定采用方案。