基于武汉地铁5 号线列车车载数码视频录像机设备结构优化研究

2024-03-10胡美文刘阳

中国设备工程 2024年4期

胡美文，刘阳

（武汉地铁运营有限公司，湖北武汉 430030）

武汉轨道交通5 号线于2021 年12 月26 日开通，为武汉轨道交通首条无人驾驶线路，全自动驾驶按公共交通国际联会（Union International des Transports Public，UITP）规定的列车自动化水平最高等级GOA4配置。因全自动驾驶列车主要通过列车视频监控系统进行车厢状态的远程监控以及视频存储，应对车厢内发生突发情况，可通过远程监控功能查看列车实时状况，以及后续进行事件视频的调取。为实现列车对车厢内进行全方位监控，武汉地铁5 号线单节车配置6 个高清IP摄像头用于监测客室状况，列车采用4 动2 拖6 节编组，拖车另配置2 个高清摄像头监控司机台以及轨道状况，单列车配置高达40 个高清摄像头。一列车的视频存储时长为3 个月，但在进行车载数码视频录像机设备检查时发现，设备运行时存在内部温度过高的现象。

1 基本原理

乘客信息系统（PIS）由列车广播系统、乘客信息显示系统、视频监控系统组成，武汉地铁5 号线列车PIS 系统拓扑图如图1 所示，本系统为一个“分布式”系统，列车两端驾驶室内均安装有一套相互冗余的系统控制器，控制整列列车的乘客信息系统的运行，每个客室内均安装有一套相同的客室控制器及视频交换机，所有的设备均挂载在网络上，设备均采用模块化、一体化的设计方式，广播系统设备、视频系统设备分别各节车厢，各个设备采用模块化设计，集成于3U 车载防磁机箱中，所有模块间的信号在设备内部通过背板传输，任何一个客室控制器的损坏都不会导致其他控制器的失效。每个单元配备一个车载数码视频录像机（TDVR），该设备基于Linux 系统，具有快速的响应速度、较高的可靠性等特点。车载数码视频录像机从列车共计40 个IP 摄像头取流，存储于录像机内配置的三块8TB 容量硬盘中，两个单元视频存储互为备份。TDVR 采用标准19英寸3U 机箱，所有连接器均位于设备的前端。武汉地铁5 号线列车采用国产A 型车，6 辆编组方式：Tc-M1-M2=M2-M1-Tc,3U 机箱位于M1 拖车1 位侧座椅下方，车载数码视频录像机通过自带以太网络接口连接SW 的交换机上，并通过交换机连接到列车以太网上。

图1 PIS 系统拓扑图

列车单个高清摄像机摄录每半小时车载数码视频录像机将存储大约200M 大小的视频，武汉地铁5 号线列车要求视频存储时长可达90 天。为了保证正常的视频存储要求，每个车载数码视频录像机内配置3 块8TB 硬盘。车载数码视频录像机如图2 所示，其内部设计有一个工业级的防震硬盘支架，放置硬盘，三块硬盘采用并联的方式与转接板相连，放置于图示硬盘位置。

图2 车载数码视频录像机硬盘位置示意图

2 故障分析

在硬盘工作时，电流发热温度在车载数码视频录像机内聚集，设备机箱为封闭状态，无法进行散热，温度持续升高，采用温度试纸测试发现温度可至75℃。硬盘规格书中关于硬盘环境温度注明，硬盘操作温度为0 ～65℃。现硬盘工作环境温度高于硬盘操作温度，长时间工作在该温度下存在较大安全隐患。

针对该问题，第一步：考虑到该温度升高为硬盘工作电流发热引起，因此，首先，从硬盘本身分析。为确认硬盘工作电流是否为其环境温度升高的主要原因，选择容量、物理尺寸规格参数一致，功率更低的硬盘进行替换，查看其温度测试情况。目前，列车采用的是西数的WD82EJRX（8TB）硬盘,平均的读取/写入功率为8.6W(12v 输入)，全速运行下理论功率25.8W,在本次测试中，选用相同存储容量以及物理尺寸（3.5 英寸），功率更低的硬盘——西数的WD80EJRX（8TB）硬盘，平均的读取/写入功率为6.4W，总功率19.2W,相对列车正在使用的硬盘，功率降低6.6W。在同一列车上分别在两个车载数码视频录像机中放置以上两种硬盘，确保列车进行正常存储后运行，对比观察发现，功率更低的WD80EJRX（8TB）机箱内无明显温度下降。由此可见，虽然车载数码视频录像机环境温度升高为硬盘工作电流发热引起，但硬盘参数的选用并非为引起环境温度升高的主要原因。

第二步：考虑为设备结构问题。对设备机箱进行了改进工况下的温度对比测试。工况1：在车载数码视频录像机的上盖板增加均匀散热孔，在机箱内及硬盘处粘贴温度试纸；工况2：拆除机箱上盖板，在机箱内及硬盘处粘贴温度试纸；工况3：在列车原始结构机箱内粘贴温度试纸（包含硬盘）。在相同的运行条件下，车载数码视频录像机结构分别采用以上3 种工况运行。测试发现，三种工况下机箱的环境温度无变化，工况1 下硬盘温度为71℃，工况2 硬盘温度为65℃，工况3 硬盘为77℃，由此可见，两种结构改进的工况下硬盘温度有所降低，设备结构问题为引起硬盘工作环境温度升高的原因，但是目前的结构改进无法满足硬盘工作环境温度在硬盘操作温度范围内的要求。

3 整改措施

通过故障分析可见，车载数码视频录像机内部温度过高主要为设备封闭结构的原因，致使硬盘工作产生的热量无法排出，在设备机箱内聚集导致，因此，需进行设备机箱结构优化。考虑到车载数码视频录像机若不设置盖板，车载数码视频录像机内部电路板连接线可能存在松脱，在运行过程中产生异响、卡滞机箱滑道的可能，因此，仍旧保留车载数码视频录像机机箱上盖板。通过3 种工况下环境温度无明显变化可见，仅进行结构的改进无法有效降低硬盘工作环境温度，故考虑采用辅助散热设备以进行环境温度的降温。

目前，车载数码视频录像机内部具有4 个供电输出口，其中3 个硬盘各使用一个，因此采用该空闲供电口可增设辅助散热设备。考虑通过辅助散热设备加强机箱内的空气流动的方式进行环境温度的降温，如图3 所示，在机箱右侧（硬盘所在区域）安装2 个小功率散热风扇。在机箱上对应位置进行打孔，将风扇通过螺栓固定在设备右侧硬盘区，风扇工作时，采用左侧吸风右侧排风的方式，可将硬盘产生的热量吸出，同时采用工况1 的方案进行盖板开孔的方式，借助空气的流通，将硬盘工作时产生的热量快速排向设备机箱外部。分别在三列车的一侧共计3 个车载数码视频录像机的机箱采用该方案，另一侧车载数码视频录像机作为对照组进行了温度测试，测试发现，硬盘环境温度由75℃下降到方案改进后的最高52℃，由此可见，该方案可有效解决列车车载数码视频录像机温度过高的问题。