地鐵列車乘客信息系統故障分析與技術改進

王 光 翟德龍 楊路宇

（石家莊市軌道交通集團有限責任公司1）河北石家莊050000天津北海通信技術有限公司2）天津300450）

石家莊地鐵列車是采用國內頂尖生產技術制造的最先進的A型車，列車的乘客信息系統（PIS）是一個具有列車廣播通信、乘客信息顯示、媒體播放和視頻監控等功能的綜合性電子信息系統，該系統主要包含列車廣播系統（PA）、乘客信息顯示系統（PIDS）、視頻監控系統（CCTV）三個子系統[1]。在地鐵列車上構建一個穩定的多媒體信息處理與傳輸平臺，可以不斷為乘客提供更多高質量的信息服務，這也是提高運營效率和服務水平的基礎。

本文通過對石家莊地鐵1號線自運營以來列車PIS系統出現的故障進行原因分析，有針對性的提出相關技術改進策略。

1 列車PIS系統故障分析

石家莊地鐵1號線自運營以來在正線運營過程中多次出現CCTV顯示故障，自動廣播存在卡滯現象，動態地圖顯示錯誤等故障，PIS系統發生故障后一般通過重啟相應的交換機空開后故障消除，相應功能得以恢復。首先對PIS系統信息數據傳輸進行流量監控，調取后臺數據并通過進一步分析發現故障的主要原因是系統中車載交換機故障，導致信息數據流傳輸中斷是造成動態地圖顯示錯、CCTV卡滯的根本原因。

1.1 PIS系統太網交換機結構功能

石家莊地鐵1號線列車乘客信息系統設計采用基于以太網傳輸的全數字技術，具有分布式控制，數字化傳輸，網絡化管理，模塊化結構，接口操作簡便，易實現數據交換和全自動工作等特點。網絡采用冗余連接的方式，交換機端口匯聚功能，若其中某一條線斷開，不影響整個系統的通信。系統按六節編組表示總體網絡的構成，每列車載8臺以太網交換機，用于保證數據的傳輸。以太網網絡拓撲如圖1所示。

圖1 PIS系統以太網交換機分布圖

以太網交換機的主要作用是為車載PIS設備進行網絡數據傳輸等相關服務。它是基于以太網傳輸數據的交換機，以太網采用共享總線型傳輸媒體方式的局域網。以太網交換機的結構是每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。連接司機室和客室之間，用于廣播、視頻和監控信息的網絡傳送、交換等功能。太網交換機如圖2所示。

圖2 太網交換機結構圖

1.太網交換機主要由電源指示燈，接通電源時常亮；

2.RJ45以太網接口；

3.M12連接器；

4.網絡指示燈，有通信時閃爍；

5.速率指示燈，常亮。

1.2 以太網交換機在PIS系統中的功能研究

為方便乘客換乘其它線路，減少乘客下錯站的可能性，石家莊地鐵列車在每節車輛的客室內設置了10塊高亮度、高壽命的動態地圖顯示屏。充分利用LCD的顯示優勢實現在列車運行的不同狀態：停車、啟動、區間運行和接近車站和站臺到達等階段，配合客室廣播做全面和重點的信息顯示，方便乘客乘行。動態地圖顯示器的顯示內容受司機室行車信息控制，當列車TMS接口模塊接收到TMS發來的列車行車信號后，PIS系統行車信息通過車廂間的以太網交換機將相應的信息轉發到動態地圖顯示器中。動態地圖顯示的信息與廣播自動報站顯示的站點信息保持一致。

車載多媒體播放系統主要提供多媒體視訊信息的播放，為乘客出行增添了樂趣，同時也起到廣告推廣、實時新聞及時推送的目的。車載多媒體播放系統主要由以太網交換機、視頻服務器、視頻播放器、視頻分配模塊和客室LCD圖文屏組成，客室LCD顯示器等距離均勻分布在列車兩側，完成運營信息和媒體視頻信息的播放顯示。多媒體信息數據通過專用以太網傳輸至列車內的媒體展示終端。

在發生緊急情況下盡量減少意外造成的損失，方便調度工作人員搶險救災，將列車內監控畫面傳輸至運行控制中心，便于工作人員實時掌握列車運營中的情況。石家莊地鐵列車在每個客室安裝有2個客室攝像機，輸出的數字視頻信號將傳送到本客室交換機。通過專用網絡傳至車載監控網絡硬盤錄像機完成視頻數據的數字存儲，再通過專用網絡將數字視頻信號傳輸至視頻輸出模塊，解碼成模擬信號輸出給車載編碼器。通過司機室或客室以太網交換機任意一個RJ45網口，連接筆記本電腦，用FTP登錄到車載監控網絡硬盤錄像機。可下載相應的錄像文件到本地電腦。

1.3 PIS系統太網交換機故障分析

為進一步降低車輛故障率，提高PIS系統穩定性和乘客服務水平，對PIS系統太網交換機故障進行了深入分析。

1.3.1 交換機出現硬件損壞導致無法轉發數據

交換機出現硬件損壞導致無法轉發數據。根據多次類似故障情況，檢測現場設備均無問題，且現場指示燈均正常閃爍，拔插網線或重啟交換機設備就能恢復正常，硬件損壞問題可以排除。

1.3.2 網絡帶寬被占滿

網絡帶寬被占滿，導致正常發送的報文無法發送，造成數據包丟棄。例如出現網絡風暴或者有端口出現環路故障。現場做過抓包和發包測試排查，排除了網絡風暴以及端口環路的問題，所以此項可以排除。

1.3.3 交換機芯片出現異常

交換機芯片出現異常，發送特殊的幀影響其他交換機設備，查看TBW-16T交換機的默認配置，flow control（流控）功能有開啟，此幀作用是在交換機接收數據量過大無法及時處理時會發送pause幀給對端相連設備，要求對端設備在一定時間內停止發送數據。此幀無法用電腦正常抓取。

1.3.4 以太網交換機的緩存被占滿

以太網交換機的緩存被占滿，導致其無法正常的轉發數據。緩存空間不足，信息數據在傳輸過程中將交換機的緩存全部占用。

1.3.5 軟件阻塞端口，導致報文無法通過。

2 技術改進策略

結合故障分析情況和設備非管理交換機的特性，造成PIS系統故障的原因鎖定為某種未知的原因觸發了交換機芯片的異常，與客室3~4車廂交換機X9口相關。為了印證排查的原因將PIS系統把問題徹底解決，技術改進策略：

三旺通信公司與芯片廠家博通（Broadcom，美國）公司進行技術溝通，在獲取FAE支持的同時從芯片架構設計入手進一步分析。

針對TBW-16T非網管交換機的硬件特性，可以嘗試把單片機的調試接口（串口）引出，在后續現場出現問題時，能讀取交換機的相關幀統計信息以及以太網交換機芯片的相關寄存器狀態，如PAUSE發送和接收寄存器及端口的相關寄存器。

關閉TBW-16T產品的流量控制功能，防止流控功能影響通信。流控是需要所有的網絡設備都開啟才會生效，目前查看車載PIS網絡設備情況，只有以太網交換機開啟此功能，關閉流控功能不會影響原有的車載PIS系統的通信。

3 結語

本文針對石家莊地鐵1號線PIS系統以太網交換機在運營過程中頻繁發生的典型故障，結合設計原理通過深入對比和分析，查找出故障的根本原因。通過排查統一對故障件進行技術整改，完成技術改進后，經過車輛的庫內靜態調試和正線運營驗證再未出現過類似故障，從根本上解決該類技術問題的同時也提高了PIS系統運行的穩定性。此次乘客信息系統故障分析與技術改進為地鐵列車的故障處理積累了寶貴的經驗。