基于武漢地鐵5 號線列車車載數碼視頻錄像機設備結構優化研究

胡美文，劉陽

（武漢地鐵運營有限公司，湖北 武漢 430030）

武漢軌道交通5 號線于2021 年12 月26 日開通，為武漢軌道交通首條無人駕駛線路，全自動駕駛按公共交通國際聯會（Union International des Transports Public，UITP）規定的列車自動化水平最高等級GOA4配置。因全自動駕駛列車主要通過列車視頻監控系統進行車廂狀態的遠程監控以及視頻存儲，應對車廂內發生突發情況，可通過遠程監控功能查看列車實時狀況，以及后續進行事件視頻的調取。為實現列車對車廂內進行全方位監控，武漢地鐵5 號線單節車配置6 個高清IP攝像頭用于監測客室狀況，列車采用4 動2 拖6 節編組，拖車另配置2 個高清攝像頭監控司機臺以及軌道狀況，單列車配置高達40 個高清攝像頭。一列車的視頻存儲時長為3 個月，但在進行車載數碼視頻錄像機設備檢查時發現，設備運行時存在內部溫度過高的現象。

1 基本原理

乘客信息系統（PIS）由列車廣播系統、乘客信息顯示系統、視頻監控系統組成，武漢地鐵5 號線列車PIS 系統拓撲圖如圖1 所示，本系統為一個“分布式”系統，列車兩端駕駛室內均安裝有一套相互冗余的系統控制器，控制整列列車的乘客信息系統的運行，每個客室內均安裝有一套相同的客室控制器及視頻交換機，所有的設備均掛載在網絡上，設備均采用模塊化、一體化的設計方式，廣播系統設備、視頻系統設備分別各節車廂，各個設備采用模塊化設計，集成于3U 車載防磁機箱中，所有模塊間的信號在設備內部通過背板傳輸，任何一個客室控制器的損壞都不會導致其他控制器的失效。每個單元配備一個車載數碼視頻錄像機（TDVR），該設備基于Linux 系統，具有快速的響應速度、較高的可靠性等特點。車載數碼視頻錄像機從列車共計40 個IP 攝像頭取流，存儲于錄像機內配置的三塊8TB 容量硬盤中，兩個單元視頻存儲互為備份。TDVR 采用標準19英寸3U 機箱，所有連接器均位于設備的前端。武漢地鐵5 號線列車采用國產A 型車，6 輛編組方式：Tc-M1-M2=M2-M1-Tc,3U 機箱位于M1 拖車1 位側座椅下方，車載數碼視頻錄像機通過自帶以太網絡接口連接SW 的交換機上，并通過交換機連接到列車以太網上。

圖1 PIS 系統拓撲圖

列車單個高清攝像機攝錄每半小時車載數碼視頻錄像機將存儲大約200M 大小的視頻，武漢地鐵5 號線列車要求視頻存儲時長可達90 天。為了保證正常的視頻存儲要求，每個車載數碼視頻錄像機內配置3 塊8TB 硬盤。車載數碼視頻錄像機如圖2 所示，其內部設計有一個工業級的防震硬盤支架，放置硬盤，三塊硬盤采用并聯的方式與轉接板相連，放置于圖示硬盤位置。

圖2 車載數碼視頻錄像機硬盤位置示意圖

2 故障分析

在硬盤工作時，電流發熱溫度在車載數碼視頻錄像機內聚集，設備機箱為封閉狀態，無法進行散熱，溫度持續升高，采用溫度試紙測試發現溫度可至75℃。硬盤規格書中關于硬盤環境溫度注明，硬盤操作溫度為0 ～65℃。現硬盤工作環境溫度高于硬盤操作溫度，長時間工作在該溫度下存在較大安全隱患。

針對該問題，第一步：考慮到該溫度升高為硬盤工作電流發熱引起，因此，首先，從硬盤本身分析。為確認硬盤工作電流是否為其環境溫度升高的主要原因，選擇容量、物理尺寸規格參數一致，功率更低的硬盤進行替換，查看其溫度測試情況。目前，列車采用的是西數的WD82EJRX（8TB）硬盤,平均的讀取/寫入功率為8.6W(12v 輸入)，全速運行下理論功率25.8W,在本次測試中，選用相同存儲容量以及物理尺寸（3.5 英寸），功率更低的硬盤——西數的WD80EJRX（8TB）硬盤，平均的讀取/寫入功率為6.4W，總功率19.2W,相對列車正在使用的硬盤，功率降低6.6W。在同一列車上分別在兩個車載數碼視頻錄像機中放置以上兩種硬盤，確保列車進行正常存儲后運行，對比觀察發現，功率更低的WD80EJRX（8TB）機箱內無明顯溫度下降。由此可見，雖然車載數碼視頻錄像機環境溫度升高為硬盤工作電流發熱引起，但硬盤參數的選用并非為引起環境溫度升高的主要原因。

第二步：考慮為設備結構問題。對設備機箱進行了改進工況下的溫度對比測試。工況1：在車載數碼視頻錄像機的上蓋板增加均勻散熱孔，在機箱內及硬盤處粘貼溫度試紙；工況2：拆除機箱上蓋板，在機箱內及硬盤處粘貼溫度試紙；工況3：在列車原始結構機箱內粘貼溫度試紙（包含硬盤）。在相同的運行條件下，車載數碼視頻錄像機結構分別采用以上3 種工況運行。測試發現，三種工況下機箱的環境溫度無變化，工況1 下硬盤溫度為71℃，工況2 硬盤溫度為65℃，工況3 硬盤為77℃，由此可見，兩種結構改進的工況下硬盤溫度有所降低，設備結構問題為引起硬盤工作環境溫度升高的原因，但是目前的結構改進無法滿足硬盤工作環境溫度在硬盤操作溫度范圍內的要求。

3 整改措施

通過故障分析可見，車載數碼視頻錄像機內部溫度過高主要為設備封閉結構的原因，致使硬盤工作產生的熱量無法排出，在設備機箱內聚集導致，因此，需進行設備機箱結構優化。考慮到車載數碼視頻錄像機若不設置蓋板，車載數碼視頻錄像機內部電路板連接線可能存在松脫，在運行過程中產生異響、卡滯機箱滑道的可能，因此，仍舊保留車載數碼視頻錄像機機箱上蓋板。通過3 種工況下環境溫度無明顯變化可見，僅進行結構的改進無法有效降低硬盤工作環境溫度，故考慮采用輔助散熱設備以進行環境溫度的降溫。

目前，車載數碼視頻錄像機內部具有4 個供電輸出口，其中3 個硬盤各使用一個，因此采用該空閑供電口可增設輔助散熱設備。考慮通過輔助散熱設備加強機箱內的空氣流動的方式進行環境溫度的降溫，如圖3 所示，在機箱右側（硬盤所在區域）安裝2 個小功率散熱風扇。在機箱上對應位置進行打孔，將風扇通過螺栓固定在設備右側硬盤區，風扇工作時，采用左側吸風右側排風的方式，可將硬盤產生的熱量吸出，同時采用工況1 的方案進行蓋板開孔的方式，借助空氣的流通，將硬盤工作時產生的熱量快速排向設備機箱外部。分別在三列車的一側共計3 個車載數碼視頻錄像機的機箱采用該方案，另一側車載數碼視頻錄像機作為對照組進行了溫度測試，測試發現，硬盤環境溫度由75℃下降到方案改進后的最高52℃，由此可見，該方案可有效解決列車車載數碼視頻錄像機溫度過高的問題。

圖3 風扇安裝示意圖

4 結語

本次通過對武漢地鐵5 號線列車車載數碼視頻錄像機的機箱結構優化整改，增設輔助散熱設備，有效地解決了該設備運行時存在的機箱內部溫度過高問題。在封閉結構內對存在發熱的設備進行安裝時需考慮其散熱方式，可及時預防此類問題的發生。