淺談成都地鐵車輛PIDS新技術發展與應用

曹長琴, 陳永彪

(成都地鐵運營有限公司， 成都 610000)

乘客信息顯示系統(Passenger Information Display System，簡稱PIDS)是依托多媒體網絡技術，以計算機系統為核心，以車站和車載顯示終端為媒介向乘客提供信息服務的系統。列車乘客信息顯示系統包括列車廣播系統、乘客信息顯示系統、視頻監控系統。3個子系統各自獨立控制，又互有通信接口，進行信息交互。

近年來計算機網絡技術發展迅速，新技術新設備大量涌現，老舊的設備已無法滿足當前軌道交通快速發展的背景下乘客對信息顯示的需求和體驗。因此，列車PIDS系統設備也在不斷升級改造。

目前PIDS系統采用最新的顯示技術、先進的通信技術及智能的管理技術，使PIDS系統成為相對獨立的多功能乘客智能服務系統。

1 列車廣播系統新技術發展與應用

1.1 列車廣播系統簡介

列車廣播系統設備主要由司機室廣播控制主機、司機室揚聲器、司機室廣播控制盒、客室主機、客室揚聲器、乘客緊急報警器組成。能夠實現全自動、半自動、手動、人工廣播報站，兩端司機室對講，客室緊急報警和對講，預錄緊急廣播，并可通過列車總線網絡對列車廣播裝置進行控制，也可從地面控制中心對列車進行廣播。

1.2 列車廣播控制總線新技術發展與應用

成都地鐵1號、2號線一期車輛廣播控制總線采用Lonworks現場總線的通訊方式。司機室廣播控制主機，司機室廣播控制盒，客室主機等設備的數據通訊方式有Lonworks、RS485、RS232三種。3號、4號線車輛廣播控制總線采用485總線。

成都地鐵1號線三期、7號線、10號線及后續線路車輛PIDS系統將控制信號、數據傳輸全部合并到以太網總線(Industrial Ethernet bus)，實現了控制總線和數據總線的整合共享。

列車廣播系統采用以太網的優點：列車廣播控制總線采用以太網，那么列車廣播、視頻播放、視頻監控3個子系統行成了三網合一共用一套以太網的局面。(1)從整車布線來看，減少了貫穿全列的LON works/485總線布置，精簡了子系統之間設備接口類型和數量，從而減少了設備連接器故障點。(2)從設計冗余角度來看，以太網環網設計冗余度更高，單點故障不影響整列車的設備工作和信息傳輸。(3)從系統軟件更新及其管理角度來看，系統的集中管理功能大大提升。通過終端設備可實現系統運行日志及CCTV監控錄像的集中下載,凡是連接在總線上的設備應用層軟件都可以通過以太網口進行統一更新。例如1號線一期車輛全套軟件刷新時，LON總線和485總線上的設備都需要一個一個刷新，一個人作業需要花費4 h刷新一列車定全套程序，從車頭走到車尾，一個車廂還要刷好幾個不同設備的不同程序，稍不留意，還會漏刷個別設備。三網合一車輛全套軟件刷新只需要一個人在一個節點即可完成整列車的軟件刷新，極大提高了維護工作效率。在后續新線上，我們還將通過車地既有的視頻傳輸無線PIS通道實現遠程刷新車輛PIDS軟件的功能。這個功能的實現意味著我們坐在辦公室里就可以將車庫內數列車輛PIDS軟件和語音文件完成更新。(4)從傳輸速率角度來看，以太網有百兆和千兆口，而Lon works總線只有78 kb/s。(5)從故障分析角度來看，LON總線的數據流只能實時查看，無法記錄和存儲，而通過以太網可以更精確的定位故障原因所在，可記錄并存儲數據日志，方便故障診斷及快速定位。

1.3 列車廣播系統設備的冗余設計

廣播系統報站根據自動化程度從高到低分全自動(也叫TMS/ATO報站)、半自動、手動、人工廣播報站這4種報站模式。但是1號、2號線這4種報站模式在廣播主機故障時，均無法使用，導致全列車廣播功能失效。

成都1號、2號線一期車輛由于技術原因沒有實現兩端司機室廣播主機冗余，在后期新車制造時額外增加了一套硬線人工廣播鏈路和功放，不需要通過廣播主機及控制器就可以直接對客室進行廣播。在司機室增加了一個獨立麥克風，按下麥克風上的按鈕即可對全列車客室內人工廣播。

成都3號、4號線兩端司機室的廣播控制主從機熱備冗余，一旦激活端司機室廣播主機發生故障，未激活端的設備將自動進行切換，實現對列車廣播的接續控制。

成都地鐵5號、6號線綜合了上述1號、2號、3號、4號線最新的技術方案，除具有3、4號線這種兩端司機室廣播主機冗余功能外，還增設了司機對客室廣播的單獨硬線人工廣播鏈路，在即使兩個廣播主機完全故障的情況下，仍然可以直接對客室進行廣播。極大的保證了廣播報站的可靠性。

1.4 ATO報站的運用和技術創新

隨著ATO駕駛甚至UTO無人值守全自動運行模式技術的成熟，國內PIDS技術也是水漲船高，ATO報站功能2014年在國內逐漸普及，對于成都地鐵1、2號線一期工程早些年來說，半自動報站足以應對既有的運營線路的報站服務。然而，當1號線三期出現“Y”字形交路，當7號線出現環線和多條“C”字形交路后，半自動報站的操作、交路的預設將會在這些線路上變得復雜，已經遠遠不能滿足高效快捷的運營組織模式。

吸取前期車輛設計經驗，成都地鐵在2016年開通的3，4號線車輛上，順利實現了ATO報站。目前ATO報站的控制邏輯普遍采用開機默認半自動報站，當ATO信號有效時，激活端廣播控制器接收到TCMS轉發的ATO有效信號時，自動轉換為ATO報站模式，根據ATO提供當前站ID，下一站ID，終點站ID以及報站觸發信號完成自動報站。為了不斷增強操作靈活性，在7，10號線還增加了半自動強切功能，當人為切換到半自動模式后，ATO有效信號被完全屏蔽，不再接收ATO的報站控制信息，而采用列車速度和開關門信號進行半自動報站控制。

2 乘客信息顯示系統新技術發展與應用

2.1 乘客信息顯示系統簡介

乘客信息顯示系統主要通過動態電子地圖、車端終點站顯示器、多媒體液晶顯示屏等為乘客提供列車運行方向、始發站、到站、開門側及換乘引導信息以及廣告娛樂等。

2.2 車地一體化的發展和應用

車地一體化，是指列車上的多媒體直播顯示控制以及車輛視頻監控信息通過無線上傳到地面控制中心，再通過大屏幕顯示出來的功能及其實現方式。車輛PIDS和地面PIS不再互不相關，而是有一個統一的規劃和設計。

例如成都地鐵車輛多媒體48.26 cm顯示屏，不僅顯示廣告、媒體等信息(地面PIS通過車地無線網絡提供節目源)，還要與車輛PIDS系統同步顯示當前站、下一站、終點站等站點信息(車輛PIDS提供站點信息)。這就需要車輛PIDS或者地面PIS一方來進行視頻和站點信息的疊加處理，另外，在緊急廣播播放情況下，還要全屏聯動顯示火災、疏散等信息。車輛PIDS和地面PIS接口還有進一步優化提升的空間。

車輛視頻監控信息上傳到OCC大屏幕與地面PIS節目源下傳到車輛需共用無線通信通道，隨著車輛視頻監控圖像清晰度不斷提升以及視頻容量不斷加大，無線通信的帶寬及其傳輸技術也需要不斷擴展和提升。

還有前文中提到的遠程刷新車輛PIDS軟件，也需要使用地面PIS提供的無線通道。這些復雜的接口工作界面將隨著車地一體化的應用而被消化掉。例如成都7號線車輛和地面PIS雖然屬于不同的標的，但是正巧為同一個生產廠家。不僅接口功能實現的很順暢，而且LCD視頻清晰度遠高于其他線路。

2.3 乘客信息顯示系統新技術發展和應用

安裝于地鐵車輛客室門區的動態電子地圖，前些年采用LED點陣動態電子地圖，近幾年逐步經過印刷貼膜+迷你導乘屏顯示，印刷貼膜+15.6寸液晶導乘屏顯示的過渡階段，隨著液晶顯示技術的發展和切割工藝的進步，現在已經可以根據需要切割出任意尺寸的液晶顯示器，而且價格適中。所以在1號線三期、7號線以及后續線路上采用了96.52 cm甚至更大更好的LCD動態電子地圖。

2.3.1LED點陣電子動態地圖的應用

成都地鐵1號、2號線一期車輛采用傳統的LED點陣電子動態地圖，即“站點貼膜+LED燈”共同完成站點的顯示，如圖1所示。由于能夠動態顯示列車運行信息，滿足了乘客出行的基本要求，從而應用較廣。但由于本身技術的局限性和線網快速發展需要不斷擴展站點，使得LED點陣電子地圖不能靈活更新的缺陷逐步凸顯。

圖1 LED點陣電子地圖

例如，(1)在新線設計時往往在底板上按最大車站數預留開孔和LED燈泡，延伸線開通時需要調整底板控制程序和更換貼膜，一列車更換成本達3～5萬元，同時還因難以在短時間內完成全部車輛的貼膜更換而極易對運營服務帶來影響。(2)由于需要預留中長期與之相關聯的線路的換乘標識，換乘站點未開通時需對換乘標識做遮擋處理，對貼膜的美觀性有較大的影響。

2.3.2印刷靜態貼膜+迷你導程屏顯示

成都地鐵1、2號線二期車輛采用印刷貼膜+迷你導程屏顯示方案，迷你導乘屏是通過LCD電子屏幕動態顯示列車到站情況，顯示內容包括列車運行方向、當前站、下一站、上一站、終點站、開門方向、換乘信息等，如圖2所示。

由于迷你導乘屏的尺寸為25.4 cm，無法在一個畫面上顯示線路的全部站點信息，同時，當乘客離門區較遠時，無法清晰的看到顯示的信息。因此，隨著乘客對列車服務質量要求越來越高，其存在的缺陷也是不容忽視的。此外，其他線路開通增加本線換乘站或延伸線開通時，除進行導程屏的程序刷新外還需要更換全新的印刷貼膜，維護費用沒有減少，反而增加了程序升級工作量。

圖2 印刷貼膜+迷你導程屏

2.3.3印刷貼膜+39.624 cm液晶導乘屏顯示

成都地鐵3、4號線PIDS系統采用印刷貼膜+39.624 cm 液晶導乘屏顯示方案，顯示內容除迷你導程屏顯示的信息外，還有更友好的顯示界面和更豐富的內容，在列車始發前能夠顯示線路的所有站點信息，區間運行時，能夠交替顯示下一站定向內容，包括前方站點的景點介紹、公交駁接信息和定向廣告投放等內容，如圖3所示。

雖然液晶屏幕尺寸比迷你導程屏大，顯示的界面更清晰，也存在換乘站和本線站點增加時需要既更換貼膜增加維護成本，又要同時刷新導乘屏程序的問題。

圖3 印刷貼膜+39.624 cm液晶導乘屏

2.3.438寸液晶導乘屏

成都地鐵1號線三期、7號，10號線及后續5號，6號線PIDS系統采用96.52 cm液晶導程屏，分辨率為1 920×290，顯示清晰度高，不再需要搭配印刷貼膜，除了可全屏動態實時顯示列車廣播報站的基本信息外，新增了更具人性化和信息化的乘客服務內容，例如該顯示屏可通過切換不同畫面顯示全線站點圖、區間運行時間、各節車廂對應車站電梯、站臺外商場、建筑信息等，還能夠實時動態顯示運行方向各站點到站的預計時間。如圖4所示。

在線路擴展時，無需更換硬件和貼膜，只需要刷新導乘屏軟件即可，結合廣播系統以太網的運用，全列48個導乘屏程序也可在一個節點上一鍵更新。為后期的維護使用帶來極大的便利。

圖4 96.52 cm液晶導乘屏

圖5 96.52 cm液晶導乘屏

3 視頻監控系統新技術發展與應用

3.1 視頻監控系統簡介

視頻監視系統由司機室監控觸摸屏、監控存儲服務器、司機室和客室的數字攝像機組成。司機室設置2個攝像監視裝置，1個采用半球紅外攝像頭，至少可監控司機臺及司機可操作的所有按鈕及開關；在新造車上增加了1個采用高清攝像頭，用于拍攝列車前方的狀況。每個客室設置2個攝像頭，共計12個客室攝像頭(A型車每個車廂設置4個攝像頭)。

3.2 視頻監控系統新技術發展與應用

3.2.1監控視頻存儲方式新技術發展與應用

成都地鐵1號、2號、3號、4號線錄像儲存是TC1、TC2兩個互為冗余的500G/1T/6T硬盤集中存儲整車錄像，1號、2號線儲存時間為7天；3號、4號線錄像存儲14天，錄像存儲容量相對較小。隨著國家對公共場所特別是地鐵安全的重視程度不斷提高，安防設備技術發展也是日新月異。2016年，國家頒布的最新反恐法要求，地鐵車輛的視頻監控圖像信息保存期限不得少于90天。這個要求也帶動了地鐵視頻監控系統新技術的產生和發展。

例如，成都地鐵6號線全車設置8個12T硬盤錄像機分散存儲方式，采用相鄰兩車廂交叉冗余存儲方式，可存儲90天。系統交換機采用旁路冗余方式連接，避免由于交換機單點故障而引起的網絡癱瘓。

3.2.2攝像頭技術的發展與新產品應用

成都地鐵1號、2號、3號、4號線前期車輛采用模擬攝像頭，拍攝到的模擬信號需要經過各個車廂內的視頻編碼器編碼成數字信號后，再通過以太網傳輸到司機室內的視頻存儲服務器的硬盤內。司機室實時觀察客室畫面的液晶屏上顯示時，又要將硬盤內的數字信號再次解碼成模擬信號播放。

后續5號、6號、7號、10號線均采用了數字攝像頭，數字攝像頭不僅清晰度更高，而且可以通過POE方式供電，不需要單獨插接電源線，布線和連接更加簡單；數字攝像頭拍攝到的數字視頻碼流可以通過以太網直接傳輸并存儲在硬盤里，減少了中間的編碼設備，從而降低了視頻監控系統設備數量和造價。還在新造車輛增加了司機室前端的高清攝像頭，可以拍攝前方軌道的狀態，相當于地鐵列車的行車記錄儀。

4 結束語

目前，PIDS還有一些新技術、新概念不斷涌現，我們期待著PIDS系統技術的發展可以給乘客帶來越來越便捷、準確、貼心的服務，為運營單位提供快速、準確、清晰的現場反饋，減少維保部門人力物力和成本。下面是我們暫時還沒實際運用的一些新技術、新概念。例如：緊急報警器自帶攝像頭，緊急報警時可以和司機或OCC中心視頻通話；PIS系統帶WIFI功能，PIS服務器可以向乘客手機自動推送到站提醒等信息，具體的應用方式還有待開發；針對無人駕駛車輛，地面OCC可以直接接聽乘客緊急報警；全數字化方案，即所有的廣播語音、視頻信息以及控制命令都通過以太網傳輸；為了不斷提升乘客服務體驗，今后還會考慮由PIDS系統收集管理大數據(例如乘客在每節車廂的乘車密度)并實時反饋等。

列車廣播、乘客信息顯示、視頻監控這3個子系統互相補充整合，最終實現PIDS系統整體更可靠、輕巧、操作更便捷的目標；與地面PIS共享共通，為乘客提供更貼心便捷實用性強的乘車信息；同時還必須考慮減少后期人工維護工作量的設計。整個系統所需處理的信息量猛增，原來的單線程信息處理要向多線程方向發展，系統處理速度和設備存儲容量也必須有質的飛躍。