基于武漢地鐵5 號(hào)線(xiàn)列車(chē)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

胡美文，劉陽(yáng)

（武漢地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，湖北 武漢 430030）

武漢軌道交通5 號(hào)線(xiàn)于2021 年12 月26 日開(kāi)通，為武漢軌道交通首條無(wú)人駕駛線(xiàn)路，全自動(dòng)駕駛按公共交通國(guó)際聯(lián)會(huì)（Union International des Transports Public，UITP）規(guī)定的列車(chē)自動(dòng)化水平最高等級(jí)GOA4配置。因全自動(dòng)駕駛列車(chē)主要通過(guò)列車(chē)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行車(chē)廂狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控以及視頻存儲(chǔ)，應(yīng)對(duì)車(chē)廂內(nèi)發(fā)生突發(fā)情況，可通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能查看列車(chē)實(shí)時(shí)狀況，以及后續(xù)進(jìn)行事件視頻的調(diào)取。為實(shí)現(xiàn)列車(chē)對(duì)車(chē)廂內(nèi)進(jìn)行全方位監(jiān)控，武漢地鐵5 號(hào)線(xiàn)單節(jié)車(chē)配置6 個(gè)高清IP攝像頭用于監(jiān)測(cè)客室狀況，列車(chē)采用4 動(dòng)2 拖6 節(jié)編組，拖車(chē)另配置2 個(gè)高清攝像頭監(jiān)控司機(jī)臺(tái)以及軌道狀況，單列車(chē)配置高達(dá)40 個(gè)高清攝像頭。一列車(chē)的視頻存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)為3 個(gè)月，但在進(jìn)行車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)設(shè)備檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)存在內(nèi)部溫度過(guò)高的現(xiàn)象。

1 基本原理

乘客信息系統(tǒng)（PIS）由列車(chē)廣播系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成，武漢地鐵5 號(hào)線(xiàn)列車(chē)PIS 系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1 所示，本系統(tǒng)為一個(gè)“分布式”系統(tǒng)，列車(chē)兩端駕駛室內(nèi)均安裝有一套相互冗余的系統(tǒng)控制器，控制整列列車(chē)的乘客信息系統(tǒng)的運(yùn)行，每個(gè)客室內(nèi)均安裝有一套相同的客室控制器及視頻交換機(jī)，所有的設(shè)備均掛載在網(wǎng)絡(luò)上，設(shè)備均采用模塊化、一體化的設(shè)計(jì)方式，廣播系統(tǒng)設(shè)備、視頻系統(tǒng)設(shè)備分別各節(jié)車(chē)廂，各個(gè)設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，集成于3U 車(chē)載防磁機(jī)箱中，所有模塊間的信號(hào)在設(shè)備內(nèi)部通過(guò)背板傳輸，任何一個(gè)客室控制器的損壞都不會(huì)導(dǎo)致其他控制器的失效。每個(gè)單元配備一個(gè)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)（TDVR），該設(shè)備基于Linux 系統(tǒng)，具有快速的響應(yīng)速度、較高的可靠性等特點(diǎn)。車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)從列車(chē)共計(jì)40 個(gè)IP 攝像頭取流，存儲(chǔ)于錄像機(jī)內(nèi)配置的三塊8TB 容量硬盤(pán)中，兩個(gè)單元視頻存儲(chǔ)互為備份。TDVR 采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸3U 機(jī)箱，所有連接器均位于設(shè)備的前端。武漢地鐵5 號(hào)線(xiàn)列車(chē)采用國(guó)產(chǎn)A 型車(chē)，6 輛編組方式：Tc-M1-M2=M2-M1-Tc,3U 機(jī)箱位于M1 拖車(chē)1 位側(cè)座椅下方，車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)通過(guò)自帶以太網(wǎng)絡(luò)接口連接SW 的交換機(jī)上，并通過(guò)交換機(jī)連接到列車(chē)以太網(wǎng)上。

圖1 PIS 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

列車(chē)單個(gè)高清攝像機(jī)攝錄每半小時(shí)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)將存儲(chǔ)大約200M 大小的視頻，武漢地鐵5 號(hào)線(xiàn)列車(chē)要求視頻存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)可達(dá)90 天。為了保證正常的視頻存儲(chǔ)要求，每個(gè)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)內(nèi)配置3 塊8TB 硬盤(pán)。車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)如圖2 所示，其內(nèi)部設(shè)計(jì)有一個(gè)工業(yè)級(jí)的防震硬盤(pán)支架，放置硬盤(pán)，三塊硬盤(pán)采用并聯(lián)的方式與轉(zhuǎn)接板相連，放置于圖示硬盤(pán)位置。

圖2 車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)硬盤(pán)位置示意圖

2 故障分析

在硬盤(pán)工作時(shí)，電流發(fā)熱溫度在車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)內(nèi)聚集，設(shè)備機(jī)箱為封閉狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行散熱，溫度持續(xù)升高，采用溫度試紙測(cè)試發(fā)現(xiàn)溫度可至75℃。硬盤(pán)規(guī)格書(shū)中關(guān)于硬盤(pán)環(huán)境溫度注明，硬盤(pán)操作溫度為0 ～65℃?，F(xiàn)硬盤(pán)工作環(huán)境溫度高于硬盤(pán)操作溫度，長(zhǎng)時(shí)間工作在該溫度下存在較大安全隱患。

針對(duì)該問(wèn)題，第一步：考慮到該溫度升高為硬盤(pán)工作電流發(fā)熱引起，因此，首先，從硬盤(pán)本身分析。為確認(rèn)硬盤(pán)工作電流是否為其環(huán)境溫度升高的主要原因，選擇容量、物理尺寸規(guī)格參數(shù)一致，功率更低的硬盤(pán)進(jìn)行替換，查看其溫度測(cè)試情況。目前，列車(chē)采用的是西數(shù)的WD82EJRX（8TB）硬盤(pán),平均的讀取/寫(xiě)入功率為8.6W(12v 輸入)，全速運(yùn)行下理論功率25.8W,在本次測(cè)試中，選用相同存儲(chǔ)容量以及物理尺寸（3.5 英寸），功率更低的硬盤(pán)——西數(shù)的WD80EJRX（8TB）硬盤(pán)，平均的讀取/寫(xiě)入功率為6.4W，總功率19.2W,相對(duì)列車(chē)正在使用的硬盤(pán)，功率降低6.6W。在同一列車(chē)上分別在兩個(gè)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)中放置以上兩種硬盤(pán)，確保列車(chē)進(jìn)行正常存儲(chǔ)后運(yùn)行，對(duì)比觀察發(fā)現(xiàn)，功率更低的WD80EJRX（8TB）機(jī)箱內(nèi)無(wú)明顯溫度下降。由此可見(jiàn)，雖然車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)環(huán)境溫度升高為硬盤(pán)工作電流發(fā)熱引起，但硬盤(pán)參數(shù)的選用并非為引起環(huán)境溫度升高的主要原因。

第二步：考慮為設(shè)備結(jié)構(gòu)問(wèn)題。對(duì)設(shè)備機(jī)箱進(jìn)行了改進(jìn)工況下的溫度對(duì)比測(cè)試。工況1：在車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)的上蓋板增加均勻散熱孔，在機(jī)箱內(nèi)及硬盤(pán)處粘貼溫度試紙；工況2：拆除機(jī)箱上蓋板，在機(jī)箱內(nèi)及硬盤(pán)處粘貼溫度試紙；工況3：在列車(chē)原始結(jié)構(gòu)機(jī)箱內(nèi)粘貼溫度試紙（包含硬盤(pán)）。在相同的運(yùn)行條件下，車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)結(jié)構(gòu)分別采用以上3 種工況運(yùn)行。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，三種工況下機(jī)箱的環(huán)境溫度無(wú)變化，工況1 下硬盤(pán)溫度為71℃，工況2 硬盤(pán)溫度為65℃，工況3 硬盤(pán)為77℃，由此可見(jiàn)，兩種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的工況下硬盤(pán)溫度有所降低，設(shè)備結(jié)構(gòu)問(wèn)題為引起硬盤(pán)工作環(huán)境溫度升高的原因，但是目前的結(jié)構(gòu)改進(jìn)無(wú)法滿(mǎn)足硬盤(pán)工作環(huán)境溫度在硬盤(pán)操作溫度范圍內(nèi)的要求。

3 整改措施

通過(guò)故障分析可見(jiàn)，車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)內(nèi)部溫度過(guò)高主要為設(shè)備封閉結(jié)構(gòu)的原因，致使硬盤(pán)工作產(chǎn)生的熱量無(wú)法排出，在設(shè)備機(jī)箱內(nèi)聚集導(dǎo)致，因此，需進(jìn)行設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化?？紤]到車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)若不設(shè)置蓋板，車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)內(nèi)部電路板連接線(xiàn)可能存在松脫，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生異響、卡滯機(jī)箱滑道的可能，因此，仍舊保留車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)機(jī)箱上蓋板。通過(guò)3 種工況下環(huán)境溫度無(wú)明顯變化可見(jiàn)，僅進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)無(wú)法有效降低硬盤(pán)工作環(huán)境溫度，故考慮采用輔助散熱設(shè)備以進(jìn)行環(huán)境溫度的降溫。

目前，車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)內(nèi)部具有4 個(gè)供電輸出口，其中3 個(gè)硬盤(pán)各使用一個(gè)，因此采用該空閑供電口可增設(shè)輔助散熱設(shè)備。考慮通過(guò)輔助散熱設(shè)備加強(qiáng)機(jī)箱內(nèi)的空氣流動(dòng)的方式進(jìn)行環(huán)境溫度的降溫，如圖3 所示，在機(jī)箱右側(cè)（硬盤(pán)所在區(qū)域）安裝2 個(gè)小功率散熱風(fēng)扇。在機(jī)箱上對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行打孔，將風(fēng)扇通過(guò)螺栓固定在設(shè)備右側(cè)硬盤(pán)區(qū)，風(fēng)扇工作時(shí)，采用左側(cè)吸風(fēng)右側(cè)排風(fēng)的方式，可將硬盤(pán)產(chǎn)生的熱量吸出，同時(shí)采用工況1 的方案進(jìn)行蓋板開(kāi)孔的方式，借助空氣的流通，將硬盤(pán)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量快速排向設(shè)備機(jī)箱外部。分別在三列車(chē)的一側(cè)共計(jì)3 個(gè)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)的機(jī)箱采用該方案，另一側(cè)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)作為對(duì)照組進(jìn)行了溫度測(cè)試，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，硬盤(pán)環(huán)境溫度由75℃下降到方案改進(jìn)后的最高52℃，由此可見(jiàn)，該方案可有效解決列車(chē)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)溫度過(guò)高的問(wèn)題。

圖3 風(fēng)扇安裝示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本次通過(guò)對(duì)武漢地鐵5 號(hào)線(xiàn)列車(chē)車(chē)載數(shù)碼視頻錄像機(jī)的機(jī)箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化整改，增設(shè)輔助散熱設(shè)備，有效地解決了該設(shè)備運(yùn)行時(shí)存在的機(jī)箱內(nèi)部溫度過(guò)高問(wèn)題。在封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)對(duì)存在發(fā)熱的設(shè)備進(jìn)行安裝時(shí)需考慮其散熱方式，可及時(shí)預(yù)防此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。