城市軌道交通車載視頻監控傳輸存儲方案

寧遞杰

摘要：城市軌道交通車載視頻監控系統發展一直受到車地通信帶寬的限制。目前，城市軌道交通車載視頻監控系統主要采用車載分布式存儲方案，該方案視頻數據一般儲存于列車上，由于硬盤空間限制，其儲存時間一般為7 d，且無法實現歷史視頻在線調閱，已經無法滿足運營管理需求。為解決此問題，文章介紹了一種城市軌道交通車載視頻監控數據傳輸存儲方案，并分析了該方案的可行性。

關鍵詞：車載視頻;車地通信;數據存儲;監控系統

0 引言

隨著城市軌道交通的不斷發展完善和人們在公共出行安全意識方面的不斷提高，人們對城市軌道交通運營安全提出了更高的要求。城市軌道交通中車載視頻監控系統在運營事件和安全事件的調查過程中，發揮著日益重要的作用。

根據《中華人民共和國反恐怖主義法》2018年修訂后第三十二條要求，涉及公共安全的場所采集的視頻圖像保存期限不得少于90 d。列車作為公共安全場所的一部分，對城市軌道交通車載視頻監控存儲容量提出了更高的要求。目前城市軌道交通車載視頻監控系統存儲時間一般在7 d左右，極限一般也只能做到30 d，且無法實現歷史視頻在線調閱查看。本文介紹了一種城市軌道交通車載視頻監控數據傳輸存儲方案，并分析該方案的可行性。

1 存在問題及分析

目前城市軌道交通車載視頻監控系統主要采用車載分布式存儲方案，在駕駛室、客室，分別安裝大容量網絡視頻錄像機（NVR）來存儲車載CCTV視頻，該方案車載視頻錄像儲存至NVR，如果按照六節編制B型（6B型）列車進行計算，共計需要安裝24路高清攝像機（IPC），攝像機為1 080 p清晰度，3 Mbit/s碼流，每車每日運行20 h。可以計算出每列車NVR最低需要存儲容量≈55.62 TB（見式3）。

首先，計算一臺IPC每小時的存儲容量，單位為MB。

由此可見，車載分布式存儲方案，在未考慮冗余的情況下，每列6B編組列車的存儲容量高達50 TB以上，如采用大容量機械硬盤，則在列車震動、粉塵等惡劣的工作條件下極易損壞。如果采用SSD硬盤，則相對于機械硬盤，造價提高3～5倍，如果再考慮增加冗余的情況，成本還要在此基礎上提高30%以上。

歷史視頻的在線調看，也是長期困擾城市軌道交通運營的難題，傳統的車載CCTV系統或受制于車地無線通信系統（LTE-M或者802.11 n）帶寬，僅能滿足為數不多的幾路視頻實時調看與輪詢，特別是在全自動駕駛的情況下，給調度工作帶來很大的難度。如果需要調看歷史視頻，通常需要人工登車進行拷貝，因視頻容量較大及接口拷貝速度限制，根據上述式（2）可以得知每列車每天有約633 GB的數據。根據檢修統計數據表明，登車拷貝數據，每線每月需進行50次拷貝工作，每次耗時至少2 h，視頻拷貝甚至影響列車夜間檢修工作，浪費大量人力物力。

2 無線方案分析

目前城市軌道交通車地無線通信技術主要為WLAN無線和LTE-M技術兩種。WLAN技術作為最早進入城市軌道交通車地無線通信的技術，隨著城市軌道交通建設要求不斷提高，WLAN技術問題也慢慢突顯出來。比如存在隧道內設備多，維護不便;快速切換協議為各制造商私有，設備互換性差;為實現快速切換，多采用多鏈接鏈路選擇協議，信令開銷及空間數據流沖突很大，導致有效速率大幅降低;高速移動條件下通信不穩定等問題。

在2015年工信部批準了1 785～1 805 MHz專用頻段作為城市軌道交通專用頻段，該頻段可以提供更安全、更穩定的傳輸通道，但是LTE-M技術方案也存在一定的局限性，該頻段最大有效傳輸帶寬僅僅為20 M。根據10+10 MHz的傳輸帶寬進行分配，5 MHz用于信號CBTC的A網加緊急文本，另外15 MHz中的10 MHz用于信號CBTC的B網加PIS。所以，真正能用于CCTV的僅剩余約5 MHz的傳輸帶寬，在工信部所規定的20 MHz頻段內，LTE技術難以提供滿足車載監控視頻的傳輸儲存。

3 解決方案

由于WLAN和LTE-M技術很難實現車載監控視頻的傳輸儲存，故本文按照城市軌道交通的獨有特征，設計了一種60 GHz無線車地通信方案。由于60 GHz的無線頻點處于大氣傳播中的衰減峰值，頻段不適合長距離通信，但是其作為短距離無線通信，具有傳輸速率高、安全性能高、抗干擾能力強、通用性好的等優點，其實際數據傳輸率高達到1 Gbit/s，本方案根據城市軌道交通運行高密度停車的特性，利用列車停站和線路終點在折返線區域低速運行期間，實現列車車載視頻回傳。

3.1 設備系統組成

60 GHz無線車地通信方案中，列車仍然利用列車原有車載視頻監控系統的拓撲架構，各個子系統單元不變，在列車上安裝兩套60 GHz的車載天線，用于與地面設備進行通信，利用原有的網絡與列車車載NVR連接，列車車載視頻數據儲存于車載NVR，但是NVR只需要設置滿足48 h數據儲存的SSD即可，SSD容量根據上述式（1）和式（2）計算可知，僅僅需要1.5 TB即可。另外地面設備需在站臺上下行兩端設置兩套AP，用于接收來自于列車視頻數據信息，并與車站服務器進行連接。系統圖見圖1。

3.2 設備布置要求

（1）需要計算每列車線路全程的數據總量和視頻數據回傳時間，以前文所述6B編組列車為例，假設列車單程運行時間為1 h，則單程運行過程中，列車存儲的車載CCTV視頻容量≈31.64 GB。使用60 GHz車地無線設備，其帶寬理論上可以超過1 Gbit/s，現按照1 Gbit/s進行計算，完成單程31.64 GB視頻回傳，僅約需253.1 s。

（2）計算線路軌旁所需布置的設備數量，根據上述計算，完成單程視頻數據回傳需要約253.1 s。如果以終點停車清客加上列車折返時間180 s，列車中途每站停站時間40 s，只需要在正線上折返線以及沿線部署3座車站，即使有效回傳時間按照90%計算也有270 s進行數據回傳，完全可以實現本單程列車車載視頻數據的回傳。

（3）為防止列車中途退出運營，列車不停站通過，部分視頻數據不能通過車站以及折返線進行回傳。所以需要在車輛段停車線設置一套與正線站臺一樣的AP設備，并與車輛段機房服務器進行連接。

4 方案優勢

本方案利用了城市軌道交通運行高密度停車的特性，巧妙地利用列車停站的短暫時間，折中利用列車停站和在折返線區域低速運行期間，實現車載視頻的回傳;由于視頻數據在列車單程運行時間內均被回傳到地面保存，車載NVR僅需要存儲48 h數據即可，無須大量使用昂貴的工業級SSD;可實現車載視頻數據歷史視頻的實時調看，調看時延視區間運行時分而定，通常在數分鐘以內;只在站臺兩端部署無線通信設備，隧道內無須安裝任何設備，成本低，可維護性好;基本為靜態傳輸，不需要車地無線通信系統支持快速切換，無須使用制造商私有切換協議，互換性好;所有硬件設備均為成熟產品，無須專門定制。5 結語

該系統巧妙地利用了靜態網絡高帶寬的特性，避免了全線部署移動網絡面臨的困難，有效地完成了車載視頻數據回傳和地面存儲，特別適用既有線路的改造。同時，該系統還可兼顧列車TCMS及信號系統記錄數據回傳，為基于大數據分析的預測性維護奠定基礎。

參考文獻：

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收稿日期：2020-06-10