軌道交通旅客信息系統(tǒng)方案設計

孟慶祝(北京國安電氣有限責任公司， 北京 100190)

1 概述

軌道交通旅客信息系統(tǒng)(PIS)是依托多媒體網絡技術，以計算機系統(tǒng)為核心，通過設置在站廳、站臺、列車的乘客信息顯示屏，讓乘客及時準確地了解列車的運行狀態(tài)及安全事項的多媒體綜合信息顯示系統(tǒng)。由控制中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)、網絡子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)實現(xiàn)對乘客所需信息的采集、制作、編輯、管理、發(fā)布、傳遞，最終在顯示終端進行信息顯示，向乘客提供實時、直觀、有效、形象的各種信息資訊。是地鐵系統(tǒng)實現(xiàn)以人為本、進一步提高地鐵為乘客服務質量、加快各種信息(如：乘客行車、安防反恐、運營緊急救災、地鐵公益廣告、天氣預報、新聞、交通信息等)公告?zhèn)鬟f的重要設備，是提高地鐵運營管理水平，擴大地鐵對乘客服務范圍的有效工具。

本工程將在地鐵沿線的車站、站廳以及列車提供全面的旅客信息系統(tǒng)(PIS)，為站臺、站廳、車站出入口的信息發(fā)布提供最為靈活、高效、智能、快捷的解決方案。將令軌道交通運營進一步擴大運營服務的能力，提高運營服務水平，創(chuàng)造更大的經濟和社會效益。

2 系統(tǒng)構成

本工程旅客信息系統(tǒng)包括控制中心子系統(tǒng)、網絡子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)及車載子系統(tǒng)。旅客信息系統(tǒng)結構如圖1所示。

2.1 控制中心子系統(tǒng)

控制中心子系統(tǒng)由中心服務器、數(shù)字視頻服務器、音視頻切換矩陣、網管服務器(工作站)、維護管理工作站和中央調度值班操作臺等組成。中心服務器采用雙機熱備份設計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的不間斷通訊；音視頻切換矩陣可在控制中心實現(xiàn)不同顯示終端的音視頻切換和播放；中心網管服務器(工作站)可對系統(tǒng)整個網絡里的設備進行遠程監(jiān)控和管理；控制中心主要負責完成旅客信息系統(tǒng)的信息加工與處理、發(fā)布，包括：對乘客提供乘車須知、服務時間、列車到達時間、政府公告、地鐵宣傳及公告、出行參考、媒體新聞、賽事直播、商業(yè)廣告等實時的多媒體信息；在突發(fā)事件、火災、阻塞及恐怖襲擊等緊急情況下，旅客信息系統(tǒng)可提供動態(tài)緊急疏散指示，通過聲音及圖像為乘客提供疏散指引，確保乘客安全疏散。

2.2 網絡子系統(tǒng)

本工程地鐵旅客信息系統(tǒng)網絡子系統(tǒng)由有線網絡、無線網絡及車載局域網絡組成。網絡子系統(tǒng)結構如圖2所示。

有線網絡主要設備包括：控制中心以太網核心交換機、車站以太網接入交換機、控制中心的防火墻設備、路由器等。車站以太網接入交換機通過千兆有線傳輸網絡鏈路分別連接到控制中心的核心交換機上。

無線局域網作為有線局域網的延伸，提供了地面與列車的通信。

車載局域網絡，車載無線AP在車頭和車尾接到無線視頻傳輸系統(tǒng)的工業(yè)以太網交換機上，旅客信息系統(tǒng)通過車載交換機實現(xiàn)互聯(lián)。

2.3 車載子系統(tǒng)

對于城市軌道交通這樣客流量超大、人群集中的場合，地鐵的車載設備不僅要保證不停機使用，而且針對車載高振動、高電磁干擾等特殊環(huán)境，車載乘客信息子系統(tǒng)(以下簡稱車載PIS)具有高安全性、高可靠性、高實用性和結構合理的設計。車載PIS系統(tǒng)利用無線網絡，實現(xiàn)列車與地面之間的雙向通信。車載設備通過接收無線傳輸?shù)男畔⒔涇囕d媒體控制器處理后實時地在列車車廂LCD顯示屏進行播放。

本系統(tǒng)可實現(xiàn)三種方式播報：實時(需車地無線網絡支持)、準實時(需車地無線網絡支持)、錄播自動轉換和交叉應用的功能，例如，以實時方式為主，在線路設備被盜或干擾嚴重的情況下，自動識別并切換到準實時方式；或者以錄播方式為主，采用實時或準實時方式實現(xiàn)插播；或者視頻采用錄播方式，文本、圖片采用實時方式等。

2.4 車站子系統(tǒng)

車站子系統(tǒng)主要由車站通信控制器、車站操作終端、車站LCD顯示屏、車站LED顯示屏、車站LCD顯示控制器等設備組成。系統(tǒng)結構如圖3所示。

車站通信控制器是車站子系統(tǒng)的核心。各車站子系統(tǒng)通過有線傳輸網絡主干網連接控制中心，控制中心將數(shù)據(jù)傳送至車站通信控制器，由車站通信控制器對所有站內媒體設備進行管理及任務分配。各車站有一臺車站通信控制器并根據(jù)運營區(qū)域不同設置多臺播放控制器，接收來自控制中心的數(shù)字多媒體節(jié)目(包括乘客服務信息、娛樂、廣告節(jié)目等)、節(jié)目調度表、實時營運信息等，并按用戶要求的時間、位置和播出方式控制節(jié)目的播出，同時將播放記錄日志反饋回控制中心。

車站子系統(tǒng)設備集中安裝在車站的通信設備室內，包括車站通信控制器、車站管理工作站以及LCD顯示控制器，為避免站廳及站臺相對惡劣的運營環(huán)境影響設備壽命及正常運行，筆者建議車站統(tǒng)一設置計算機機房環(huán)境安裝站子系統(tǒng)控制設備。

車站子系統(tǒng)作為PIS的一個功能模塊，既可以接收中心直播信號及控制指令，又可作為一個相對獨立的單元獨立運行，所以在車站子系統(tǒng)硬件配置上，筆者有針對性的選用配置高，性能優(yōu)的車站通信控制器和LCD顯示控制器。

車站通信控制器：作為車站子系統(tǒng)的核心設備，控制和管理整個車站的PIS設備，又與多個相關專業(yè)接口通信，該設備軟硬件配置均優(yōu)于招標文件要求之性能參數(shù)，可以管理50個車站顯示控制器，滿足未來車站PIS升級擴容需求。

LCD顯示控制器：本系統(tǒng)車站LCD顯示控制器選用高性能顯示控制器，設備硬軟件支持多種文件格式的播放和疊加，系統(tǒng)處理能力完全達到未來高清播放的要求，要實現(xiàn)數(shù)字高清多媒體播放只需在LCD顯示控制器上更換可插拔的數(shù)字顯示輸出設備(如DVI、HDMI)，無須更換顯示控制設備。

3 系統(tǒng)特點及功能介紹

3.1 總體特點

本系統(tǒng)特有的開放式架構及模塊化的軟件管理系統(tǒng)，方便系統(tǒng)擴展及升級，兼容LED顯示屏、LCD顯示屏、CRT等多種終端信息顯示設備，構成方便乘客，服務乘客的完整的旅客信息綜合發(fā)布系統(tǒng)。

旅客信息系統(tǒng)發(fā)布網絡平臺系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)存取傳輸快速安全，設備操作簡便快捷，其最大的優(yōu)勢就是可靈活、智能地安排定制多媒體節(jié)目的播出種類，播出方法，并且在控制中心就能查看、管理遠在數(shù)十公里外的車站系統(tǒng)，可以通過PIS控制中心和車站子系統(tǒng)的控制在指定的時間將指定的信息顯示給指定的人群。車載系統(tǒng)采用先進的無線傳輸控制技術和定向發(fā)射技術，確保列車在80km時速時實時接收直播視頻并完成數(shù)據(jù)更新和日志反饋。

針對本項目地鐵的應用特點，系統(tǒng)將為地鐵營運部門提供專用的乘客信息服務模塊，其中包括乘客信息服務管理員使用界面、實時信號接口以及FAS、BAS等應用系統(tǒng)接口。

本系統(tǒng)是一個綜合計算機網絡技術和數(shù)字媒體技術的服務性系統(tǒng)。發(fā)布內容包括運營服務信息，如乘客導乘信息、列車到站信息、票務政策信息、乘車指引、換乘信息、電子地圖及運營安全信息等；還為廣大乘客提供豐富的資訊與娛樂信息，如天氣預報、時事新聞、視頻節(jié)目及股市行情等；還包括各種商業(yè)廣告。

3.2 系統(tǒng)總體功能

本系統(tǒng)分三級管理：中心子系統(tǒng)和車站子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)，本系統(tǒng)支持多種文件格式，文字、圖片、視頻、動畫等；支持多種播放模式，實時直播、本地錄播、降級模式播放、點播播放等；支持多種定制模式的播放，時間表播放功能，包括周時間表、日時間表、節(jié)日時間表、事件播放、點播播放等；支持多種播放內容：運營信息、公共信息、廣告信息、視頻直播、定時的歡迎信息等。完全做到了在指定的時間，將指定的信息顯示給指定的人群。

本系統(tǒng)終端顯示可以導入外部視頻，且視頻窗口可縮放、移動。

1)支持直播功能：有線電視直播、外部視頻節(jié)目直播。

2)支持多語言顯示：簡體中文和英文等。

3)支持播放預定義信息：中文、英文。

4)支持多樣的播出風格：可同屏幕顯示多個子窗口，各個子窗口可支持不同的播出方式，信息播出版面效果根據(jù)需要隨時更新播放模板。

5)自動為乘客提供列車到站、離站有關的運營信息，具有在不同的時間段內持續(xù)顯示同一信息的功能。

6)視頻顯示支持優(yōu)先級預先設定，不同優(yōu)先等級信息的中止打斷規(guī)則如下：

(1)低優(yōu)先級的信息不能打斷高優(yōu)先級的信息；

(2)高優(yōu)先級的信息可以打斷低優(yōu)先級的信息；

(3)對于同等優(yōu)先級的信息，后來的信息能夠打斷當前播放的信息；

(4)緊急災難信息是最高優(yōu)級的信息，可以中止打斷其他所有優(yōu)先等級的信息。

作為一個完善的PIS系統(tǒng)，本系統(tǒng)除滿足正常運營外，還具備緊急疏散程序，當事故發(fā)生時，車站操作員按下緊急按鈕，觸發(fā)車站廣播系統(tǒng)，與廣播聯(lián)動應對緊急事件，并啟動一系列的自動疏散程序。

緊急信息播放屬優(yōu)先級最高，當觸發(fā)緊急系統(tǒng)時，緊急信息將覆蓋預定義的播放信息，緊急信息可以通過中心或車站操作員工作站手動清除。

本系統(tǒng)具有多任務多接口特點，可與多個相關的系統(tǒng)接口通訊，比如信號，時鐘、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等。

本系統(tǒng)具有網管、告警、自診斷功能：能夠動態(tài)實時監(jiān)控各終端顯示節(jié)點的設備運行狀態(tài)，以確保系統(tǒng)正常；具有遠程管理控制功能，以方便操作員進行中央和車站兩級控制和管理；能夠對任意顯示終端、顯示控制器、網絡硬件設備等進行狀態(tài)監(jiān)測、故障自動告警、故障定位。

3.3 系統(tǒng)運行模式

本次旅客信息系統(tǒng)按照需求書要求其運行模式分為正常模式、準實時模式、錄播模式、降級模式及單點故障模式五種運行模式，每種模式功能如下：

1)正常模式

系統(tǒng)由控制中心直接組織信息播放并控制終端顯示設備，車站子系統(tǒng)在接收同步播放列表和節(jié)目內容的同時處于熱備狀態(tài)。車站子系統(tǒng)通過網絡接收來自控制中心節(jié)目及播放控制列表，并根據(jù)播放列表的時間、內容、顯示位置播出至顯示屏?？蓪崟r播出電視內容、錄制節(jié)目內容以及即時消息等。

2)準實時模式

車載系統(tǒng)無法與地面進行不間斷實時通信時，車載系統(tǒng)進入準實時播出模式。車載子系統(tǒng)在列車進站?？科陂g或車輛回庫期間，通過無線網絡在非移動的情況下高速傳輸并預存顯示信息，供車載系統(tǒng)組織播出。車載系統(tǒng)應能夠保存至少5min的節(jié)目信息，以保證列車在整個運行期間，播出節(jié)目不間斷。

3)錄播模式

車站子系統(tǒng)及車載子系統(tǒng)可通過無線網絡接受來自控制中心的節(jié)目及其他數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲于控制器本地，顯示控制器可根據(jù)播放控制列表自行組織節(jié)目內容進行播出。

每天運營結束后，車載子系統(tǒng)在車輛段或停車場集中接收存儲控制中心下發(fā)的次日播放列表及節(jié)目內容；車輛運營時，車載系統(tǒng)按照接收到的播放列表，自行播放預存的節(jié)目內容。

4)降級模式

降級模式也稱為應急模式，當控制中心故障或網絡通信中斷或系統(tǒng)檢測到非法入侵時，受到影響的車站子系統(tǒng)迅速自動轉入降級模式，按已接收到的播放列表和節(jié)目內容自行組織播放；通信中斷的車載子系統(tǒng)也按預定義節(jié)目內容迅速自行組織播放。

車站子系統(tǒng)可保存預定制內容，包括視頻、文字、圖片以及播放列表文件，當連接中斷或運營需要時可自動切換至降級模式進行播出，各車站子系統(tǒng)獨立播出音視頻內容。

5)單點故障模式

當個別終端顯示設備與系統(tǒng)通訊中斷時，通訊中斷的終端設備按照無輸入顯示方式運行，其余設備按照原有模式運行。

3.4 信息顯示

1)固定信息顯示

● 在指定位置始終顯示

例如，在站廳的LCD顯示屏和LED顯示屏的指定位置上需要始終顯示數(shù)字式或指針式時鐘信息等。

● 按照節(jié)目表安排在指定時間、指定位置顯示

在不同屏幕的不同區(qū)域有單獨的播放列表。系統(tǒng)根據(jù)列表將各種形式的信息在指定時間和指定顯示屏的指定位置上顯示。

2)由操作員觸發(fā)顯示

由中心或車站操作員編輯或選定預定義的顯示信息，經授權批準流程，觸發(fā)指定顯示屏在指定位置顯示。

3)由來自其他系統(tǒng)接口的信號觸發(fā)顯示

系統(tǒng)可以接受來自其他系統(tǒng)的相關信息，并根據(jù)接收到的信息，觸發(fā)顯示相關內容。

例如，系統(tǒng)在站臺LED屏指定區(qū)域顯示下次列車到站信息，在系統(tǒng)接收到ATS(列車自動監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)的列車即將進站的信息后，觸發(fā)顯示列車進站提示信息，例如“列車即將進站，請讓開安全門，先下后上”等。當系統(tǒng)接收到列車離開車站的信息后，恢復顯示下次列車到站信息。

4)無輸入觸發(fā)顯示

當系統(tǒng)部分設備或線路出現(xiàn)故障，導致顯示終端無法接收到系統(tǒng)顯示信息內容時，LCD顯示設備應當播出預制的(可修改)信息，如“**地鐵歡迎你”或其他文字、圖片信息；LED顯示屏應當根據(jù)已經下載同步的播出列表和播出信息內容，按照播出列表自行組織播出(保存至少一天的節(jié)目信息)。

3.5 系統(tǒng)監(jiān)控

本系統(tǒng)提供系統(tǒng)設備監(jiān)控功能，車站設備在車站操作工作站及中心操作工作站的監(jiān)控下運行，車站設備應向車站操作工作站及中心操作工作站上傳運行模式、設備狀態(tài)、報警等信息。車站操作工作站及中心操作工作站應依據(jù)車站設備所處的模式、狀態(tài)、報警及故障的等級相應發(fā)出的報警聲并以不同顏色顯示。

本系統(tǒng)可準確、實時監(jiān)視網絡通信設備、終端控制設備、設備故障報警及運行狀態(tài)等。監(jiān)視信息應清晰、明了，不同等級的信息應有明確的區(qū)分?？刂浦行目上蛉€、某座車站、某組設備、某類設備及某臺設備下達控制命令并實時監(jiān)控。車站操作工作站可向本站設備下達控制命令并實時監(jiān)控設備運行狀態(tài)。

3.6 數(shù)據(jù)及參數(shù)管理

系統(tǒng)數(shù)據(jù)及參數(shù)管理主要包括：模板文件管理、播放列表管理、預定義信息內容發(fā)布管理、預定義信息、信息優(yōu)先級設定、多區(qū)域屏幕分割、播出節(jié)目單、播放及顯示信息預覽、系統(tǒng)運營開始及結束時間、直播延時時間等。

系統(tǒng)運行及管理參數(shù)由控制中心設定并下發(fā)至車站和終端顯示設備執(zhí)行，控制中心進行各子系統(tǒng)參數(shù)的備份，以實現(xiàn)各系統(tǒng)發(fā)生故障或癱瘓時及時通過中心進行恢復。系統(tǒng)設備可接受控制中心和車站子系統(tǒng)的命令、參數(shù)及軟件更新數(shù)據(jù)等；在與控制中心子系統(tǒng)通信中斷的情況下，各車站子系統(tǒng)應能按照既定的節(jié)目表獨立運行；在終端設備與系統(tǒng)通信中斷的情況下，通過系統(tǒng)設定實現(xiàn)預定義信息的顯示；上述中斷情況應能被系統(tǒng)及時捕獲和記錄，在通信恢復且穩(wěn)定后，系統(tǒng)應恢復正常模式運行，恢復的過程應平滑過渡，避免乘客感知系統(tǒng)故障。

3.7 時鐘同步

本系統(tǒng)時鐘同步信號取自時鐘系統(tǒng)提供的高精度時鐘源。中心、車站子系統(tǒng)和終端設備應具有時鐘源和時鐘同步功能，時鐘的精確度應達到4.6×10-6s。

3.8 發(fā)布管理

本系統(tǒng)控制中心、車站子系統(tǒng)及終端設備、網絡子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)具備網絡下載安裝及更新軟件的功能。

4 結束語

本地鐵工程旅客信息系統(tǒng)(PIS)充分發(fā)揮了計算機系統(tǒng)的多任務、可擴展、易升級、結構化、模塊化及網絡化的特點。采用模塊化設計，涵蓋了軌道交通領域乘客信息導乘的全部應用業(yè)務，具有跨平臺，多用戶，多任務等特性。不僅可以滿足各種任務的性能要求，而且控制中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)、網絡子系統(tǒng)均可以根據(jù)新的需求有針對性的擴展。

[1]張娟麗,趙守國,呂曉軍,康增健.鐵路旅客信息系統(tǒng)的發(fā)展及應用研究[J].鐵路計算機應用Railway Computer Application， 2010年10期.