地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)研究★

張紫城 何永明 付皓天 韓思澤 丁柏群

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

北上廣深等特大城市的上班族每天有大量的時(shí)間乘坐擁擠的地鐵，對(duì)車廂內(nèi)視頻廣告要么熟視無睹，要么不勝其煩。同時(shí)還得集中精力注意地鐵車輛所在的區(qū)段位置，以免錯(cuò)過站點(diǎn)，因此很容易產(chǎn)生疲勞和焦慮情緒[1]。對(duì)于外地乘客，渴望欣賞城市高樓大廈的繁華，卻又忍受不了地面交通的擁堵，不得不在地面交通和地下交通之間做艱難選擇。

論文對(duì)地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)提供地鐵列車所處位置地面的實(shí)景視頻，讓乘客乘坐地鐵時(shí)能夠和乘坐地面交通工具一樣了解自身所處的實(shí)時(shí)位置，并能欣賞沿途城市風(fēng)景。

1 相關(guān)研究概述

目前國內(nèi)地鐵報(bào)站方式基本相同，通常用語音報(bào)站和車廂內(nèi)指示燈相結(jié)合的方法[2]。語音報(bào)站一般在停車和開車之前，告知乘客下一站停靠站點(diǎn)和換乘信息。車廂內(nèi)的指示燈能夠顯示地鐵列車所處的實(shí)時(shí)區(qū)段。由于定位誤差和通信故障造成站點(diǎn)誤報(bào)或未報(bào)的情形時(shí)常出現(xiàn)，因此針對(duì)地鐵定位和通訊的相關(guān)研究較多[3]。

逄順勇等利用智能手機(jī)陀螺儀等慣性傳感器彌補(bǔ)GPS和基站定位過分依賴外部信號(hào)的不足，有效提高了地鐵列車定位精度，提高了地鐵列車報(bào)站準(zhǔn)確度[4]。徐子興等提出了一個(gè)高可靠性的地鐵列車廣播控制盒仿真方案，該方案以STC15單片機(jī)為核心，通過電路設(shè)計(jì)和制作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)報(bào)站、緊急信息廣播，以及緊急對(duì)講等功能[5]。薛紅艷等研究了包含廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和媒體顯示系統(tǒng)的乘客信息顯示系統(tǒng)，并對(duì)地鐵運(yùn)營過程中出現(xiàn)的問題提出優(yōu)化建議[6]。孫語涵設(shè)計(jì)了一種適用于地鐵隧道側(cè)壁連續(xù)視頻播放系統(tǒng),該系統(tǒng)確保列車內(nèi)部的乘客所觀看的地鐵隧道側(cè)壁播放的視頻是連續(xù)播放和流暢無停頓[7]。

以上研究對(duì)提高地鐵服務(wù)水平起到一定的作用，但是無法讓乘客欣賞到地鐵隧道上方地面道路兩側(cè)的風(fēng)景。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)，由控制主機(jī)、投影儀、條形屏幕、定位模塊和測距模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

定位模塊安裝在地鐵列車編組中間車廂頂部正中，用于采集地鐵車輛的位置信息。測距模塊安裝在列車每個(gè)車窗正下方，用于采集車身與隧道壁的距離信息。條形屏幕沿隧道壁連續(xù)安裝，其中心線高度略低于車窗水平中心線，條形屏幕高度取車窗高度的2倍。投影儀安裝在列車每個(gè)車窗正上方，向下傾斜45°，用于將實(shí)景視頻投射到條形屏幕。控制主機(jī)安裝在地鐵列車駕駛室，用于存儲(chǔ)實(shí)景視頻，并根據(jù)定位模塊采集的位置信息和測距模塊采集的距離選擇播放相應(yīng)的實(shí)景視頻。

2.2 系統(tǒng)原理

地鐵列車無論是運(yùn)行狀態(tài)還是在站停靠，地鐵列車、乘客、投影儀和條形屏幕4者都是相對(duì)靜止的，研究團(tuán)隊(duì)巧妙運(yùn)用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)隧道壁投影，讓乘客領(lǐng)略隧道上方地面道路兩側(cè)的風(fēng)景。

地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)用定位模塊獲取地鐵列車實(shí)時(shí)位置，利用測距模塊判斷列車與隧道壁的距離信息，并將以上信息發(fā)送給控制主機(jī)，控制主機(jī)根據(jù)以上信息，選擇是否播放實(shí)景視頻和播放哪段視頻，地鐵乘客通過觀賞列車窗戶外條形屏幕上的實(shí)景視頻，得到與乘坐地面公交車相同的效果(見圖2)。

3 系統(tǒng)工作過程

3.1 視頻錄制及編號(hào)

以地面公交車乘客視角錄制道路兩側(cè)實(shí)景視頻，錄制視頻時(shí)公交車行駛速度與地鐵列車駛過速度盡量一致，與地鐵列車在站點(diǎn)附近加速和減速段的速度也盡量一致，地鐵列車在站上下客時(shí)，錄制站點(diǎn)附近地面實(shí)景，并將視頻編號(hào)保存在控制主機(jī)中，視頻編號(hào)舉例見表1。

表1 視頻編號(hào)舉例

3.2 視頻播報(bào)過程

1)起點(diǎn)站發(fā)車。

定位模塊采集地鐵列車的位置信息，如定位模塊確定地鐵列車在站點(diǎn)1，測距模塊檢測車身兩側(cè)與隧道壁的距離信息，距離大于正常值則表明該側(cè)(例如右側(cè))為站臺(tái)，投影儀關(guān)閉，控制主機(jī)將朝向隧道壁另一側(cè)(左側(cè))的視頻(SZ1)傳送到投影儀，乘客通過列車窗戶外的條形屏幕觀賞到站點(diǎn)附近地面道路對(duì)應(yīng)一側(cè)(左側(cè))的實(shí)景視頻。

2)區(qū)間1-2運(yùn)行。

SZ1視頻播放完畢，乘客全部上車，右側(cè)車門關(guān)閉。地鐵列車啟動(dòng)，由站點(diǎn)1開往站點(diǎn)2，控制主機(jī)將視頻SZ12和SY12分別傳送到車身左右兩側(cè)的投影儀，乘客通過列車窗戶外的條形屏幕觀賞到地鐵車輛位置附近地面道路兩側(cè)的實(shí)景視頻。

3)停靠站上下客。

地鐵到達(dá)站點(diǎn)2，地鐵列車停車。由于錄制視頻時(shí)的速度與地鐵列車行駛速度基本相同，地鐵列車停車時(shí)，視頻SZ12和SY12也剛好播放完畢。測距模塊再次檢測車身兩側(cè)與隧道壁的距離，距離大于正常值則表明該側(cè)(例如左側(cè))為站臺(tái)，控制主機(jī)將視頻傳送到車身另一側(cè)的投影儀，乘客通過右側(cè)列車窗戶觀賞到站點(diǎn)2附近地面道路對(duì)應(yīng)一側(cè)(右側(cè))的實(shí)景視頻。

4)區(qū)間2-3運(yùn)行。

由于地鐵在各站上下客的時(shí)長相對(duì)固定，SY2視頻播放完畢時(shí)乘客也完成上下車，左側(cè)車門關(guān)閉。地鐵列車啟動(dòng)，由站點(diǎn)1開往站點(diǎn)2，控制主機(jī)將視頻SZ23和SY23分別傳送到車身左右兩側(cè)的投影儀，乘客通過列車窗戶外的條形屏幕觀賞到地鐵車輛位置附近地面道路兩側(cè)的實(shí)景視頻。

按照以上步驟直至地鐵列車完成上行行程到達(dá)終點(diǎn)，進(jìn)入下行行程，如此反復(fù)。

4 效果評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)參數(shù)選擇

當(dāng)?shù)罔F列車在某一區(qū)段運(yùn)行到達(dá)停靠站點(diǎn)時(shí)，播放內(nèi)容正好播放完畢，或者地鐵列車發(fā)車時(shí)停靠站點(diǎn)的視頻正好播放完畢，這是最理想的效果。

實(shí)際上地鐵運(yùn)行時(shí)間誤差為零幾乎是不可能的，因此只能期望誤差越小越好。地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)在每個(gè)區(qū)段運(yùn)行或在每個(gè)站點(diǎn)停靠時(shí)，播放內(nèi)容的時(shí)長與實(shí)際運(yùn)行時(shí)間或停靠時(shí)間的誤差越小則證明效果越好。因此，選擇運(yùn)行時(shí)間誤差和停靠時(shí)間誤差作為評(píng)價(jià)實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)參數(shù)。

4.2 運(yùn)行時(shí)間誤差

為了評(píng)價(jià)地鐵運(yùn)行時(shí)間誤差，研究團(tuán)隊(duì)調(diào)查了哈爾濱市地鐵1號(hào)線學(xué)府路站至鐵路局站之間的3個(gè)運(yùn)行區(qū)間，10次調(diào)查數(shù)據(jù)平均誤差和最大誤差見表2。

表2 運(yùn)行時(shí)間誤差

由表2可見，調(diào)查區(qū)間運(yùn)行平均誤差不超過5 s，最大誤差僅有13 s。因此，在誤差時(shí)間段內(nèi)插入報(bào)站信息或者廣告即可完美轉(zhuǎn)換，不會(huì)影響實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)的效果。

4.3 停靠時(shí)間誤差

調(diào)查區(qū)段涉及4個(gè)停靠站，各站點(diǎn)停靠時(shí)間誤差見表3。

表3 停靠時(shí)間誤差 s

由表3可見，各停靠站平均停靠時(shí)間誤差不超過2.5 s，最大誤差不超過4 s，低于運(yùn)行時(shí)間誤差，因此也不會(huì)影響到實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)的實(shí)施效果。

5 結(jié)語

論文研究了一種地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用定位模塊獲取地鐵列車實(shí)時(shí)位置，利用測距模塊判斷列車與隧道壁的距離信息，并將以上信息發(fā)送給控制主機(jī)，控制主機(jī)根據(jù)以上信息，選擇是否播放實(shí)景視頻和播放哪段視頻，地鐵乘客通過觀賞列車窗戶外條形屏幕上的實(shí)景視頻，得到與乘坐地面公交車相同的效果。