郝曉蓉

（新疆鐵道勘察設(shè)計(jì)院，830011，烏魯木齊∥工程師）

乘客導(dǎo)乘信息系統(tǒng)（Passenger Information System，簡(jiǎn)為PIS）是一個(gè)綜合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子媒體技術(shù)的綜合服務(wù)性系統(tǒng)，是一個(gè)多媒體資訊發(fā)布、播控與管理平臺(tái)，能發(fā)布有關(guān)乘客導(dǎo)乘、列車到站、票務(wù)政策、乘車指引、換乘、運(yùn)營(yíng)安全等運(yùn)營(yíng)服務(wù)信息，同時(shí)為廣大乘客提供豐富的資訊與娛樂信息。

烏魯木齊是一個(gè)多民族聚居的城市。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，烏魯木齊城市軌道交通1號(hào)線即將建設(shè)，與乘客密切相關(guān)的乘客導(dǎo)乘信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與建設(shè)有著重要的意義。結(jié)合近年來其他城市軌道交通PIS的建設(shè)，從系統(tǒng)的功能、方案的比選、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)三個(gè)方面對(duì)烏魯木齊城軌1號(hào)線PIS設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述和探討。

1 PIS實(shí)現(xiàn)的功能

烏魯木齊城市軌道交通1號(hào)線建設(shè)的PIS，必須實(shí)現(xiàn)以下功能，才能滿足服務(wù)于乘客、達(dá)到安全運(yùn)營(yíng)的目的。

（1）應(yīng)急功能。①預(yù)先設(shè)定緊急信息：PIS可以預(yù)先設(shè)定多種緊急災(zāi)難告警模式，方便自動(dòng)或人工觸發(fā)進(jìn)入告警模式。在發(fā)生火警、恐怖襲擊等情況時(shí)，由自動(dòng)告警系統(tǒng)或人工觸發(fā)，進(jìn)入緊急災(zāi)難告警模式。②即時(shí)編輯發(fā)布緊急信息：當(dāng)車站發(fā)生非預(yù)期的災(zāi)難且需要PIS系統(tǒng)即時(shí)發(fā)布災(zāi)難警告信息時(shí)，PIS軟件可以即時(shí)編輯發(fā)布緊急信息，并送至指定的顯示屏，使乘客及時(shí)看到警告信息及人流疏導(dǎo)信息。

（2）宣傳及廣告發(fā)布功能。PIS可為軌道交通引入一個(gè)多媒體形象的展示平臺(tái)，通過形象視頻、圖片、文字的播出，可以為烏魯木齊進(jìn)行更多的形象宣傳；引進(jìn)多語言顯示平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)包括漢語、維語、英語在內(nèi)的多種語言播放功能。

（3）區(qū)域屏幕分割功能。終端顯示屏幕可根據(jù)要求劃分為多個(gè)區(qū)域，不同區(qū)域可同時(shí)顯示各類不同的資訊，包括文字、圖片和視頻信息。

（4）顯示列車服務(wù)信息。設(shè)置于地鐵車站子系統(tǒng)的信息播放控制器實(shí)時(shí)接收列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）列車服務(wù)信息，再控制指定的終端顯示器顯示相應(yīng)的列車服務(wù)信息，如下列車的到站時(shí)間、列車時(shí)間表、列車阻塞或異常、特別的列車服務(wù)安排等信息。

（5）車載信息播放功能。列車能實(shí)時(shí)接收、存儲(chǔ)并播放控制中心下發(fā)的新聞、公告、商業(yè)廣告等。

（6）時(shí)鐘顯示的功能。PIS可以接收時(shí)鐘系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，確保終端顯示屏幕顯示時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。

（7）終端顯示屏的廣泛兼容性。PIS軟件能夠良好地兼容多種顯示設(shè)備。

（8）定時(shí)自動(dòng)播出的功能。

（9）集中網(wǎng)管維護(hù)功能。

（10）數(shù)字傳輸功能。PIS的中心信號(hào)采集、中心播出服務(wù)器處理和DVB－IP編碼器的封包，轉(zhuǎn)換成DVB－IP數(shù)據(jù)包進(jìn)入傳輸網(wǎng)傳輸，均采用數(shù)字方式；經(jīng)過傳輸網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)字視頻流信號(hào)傳至車站播出服務(wù)器，由車站播出工作站進(jìn)行多區(qū)域信息疊加，并在顯示屏進(jìn)行顯示。

（11）靈活多樣的顯示功能。所有車站的播出工作站在PIS中都是相對(duì)獨(dú)立的，因此中央和車站操作員可以直接控制到每臺(tái)車站播出工作站的顯示內(nèi)容（車站操作員限本站）。

（12）信息顯示優(yōu)先級(jí)功能。

（13）列車圖像監(jiān)視功能。系統(tǒng)應(yīng)具有列車視頻監(jiān)控功能，通過車載子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)將列車的圖像上傳到控制中心和軌道交通公安分局控制中心。

2 系統(tǒng)的方案

在PIS的信息傳輸設(shè)計(jì)中，必須實(shí)現(xiàn)控制中心、車站、列車之間的信息傳遞。

2.1 控制中心－車站的信息傳輸

控制中心傳到各車站及車輛段之間的信息有實(shí)時(shí)信息和非實(shí)時(shí)信息。這些信息每個(gè)車站都能同時(shí)接收，控制中心PIS信息流可以廣播方式向各站及車輛段傳送。這些信息流可以利用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的總線型以太網(wǎng)通道滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸要求。通信傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載業(yè)務(wù)本身也具有良好的保護(hù)功能，比單獨(dú)建網(wǎng)減少投資及維護(hù)費(fèi)用。

2.2 顯示屏的設(shè)計(jì)布置

目前用于PIS的車站顯示器主要是等離子顯示屏（PDP）和液晶顯示屏（LCD）。根據(jù)兩種顯示屏各自的特點(diǎn)，在站廳使用PDP顯示屏，站臺(tái)使用LCD顯示屏。

2.3 列車－控制中心信息傳輸

車載信息顯示設(shè)備顯示的信息可以是實(shí)時(shí)的也可以是非實(shí)時(shí)的，所以對(duì)于車載信息的傳送方案主要有兩種方式：①定點(diǎn)信息傳送方式。在運(yùn)營(yíng)過程中，利用列車在車站?？康臅r(shí)間，可以通過車站無線傳輸網(wǎng)，將車站服務(wù)器中的信息傳到車載服務(wù)器上。當(dāng)列車在車輛段停靠時(shí)，可以通過車輛段無線傳輸網(wǎng)，將車輛段服務(wù)器中的信息傳到車載服務(wù)器上，或直接采用移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，將信息拷貝到車載服務(wù)器上。②移動(dòng)信息傳送方式。主要用于傳送實(shí)時(shí)信息。實(shí)時(shí)信息分為簡(jiǎn)單的文本信息（如新聞字幕、緊急通告）和視頻信息。根據(jù)傳輸信息內(nèi)容的不同，移動(dòng)信息傳送方式又可采用專用無線通信系統(tǒng)和專用的無線寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

如果只需上傳文本信息，可以利用專用無線通信系統(tǒng)中的信道實(shí)現(xiàn)；如果需要同時(shí)上傳文本信息和視頻信息，需在車站、車輛段設(shè)置無線寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全線信號(hào)覆蓋，使運(yùn)行中的列車能實(shí)時(shí)接收和發(fā)射文本信息和視頻信息。

兩方案相比較，專用無線寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以確保車載子系統(tǒng)隨時(shí)從控制中心和車站接收文本信息和視頻信息，如急事件通告、時(shí)事新聞、電視節(jié)目等，充分滿足運(yùn)營(yíng)及乘客的需要；同時(shí)也可以將車內(nèi)的視頻監(jiān)控信息傳到控制中心，滿足安防反恐需要。故在烏魯木齊城市軌道工程建設(shè)中，推薦采用專用無線寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)方案。

2.4 無線寬帶移動(dòng)網(wǎng)制式的選擇

無線信息傳輸通信目前可以考慮的技術(shù)有：無線數(shù)字集群通信（TETRA）、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）、碼分多址 （CDMA）、3G 、無線局域網(wǎng)（WLAN）、地面無線數(shù)字視頻廣播（DVB－T）等技術(shù)。

TETRA技術(shù)、GSM技術(shù)、CDMA技術(shù)均為非常成熟的技術(shù)，使用面較廣，有著良好的應(yīng)用實(shí)例。但是這三種技術(shù)對(duì)于PIS信息傳輸均存在帶寬不足的缺陷，不能滿足PIS所需要的帶寬要求。

3G技術(shù)在中國(guó)有幾種標(biāo)準(zhǔn)，較TETRA技術(shù)、GSM技術(shù)、CDMA技術(shù)的傳輸帶寬有了很大的提高，下行速率在靜止?fàn)顟B(tài)下可以達(dá)到1Mbit／s多，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下可以達(dá)到幾百kbit／s，上行速率可以達(dá)到幾十kbit／s，但是還是不能滿足車載PIS所需要的帶寬要求。

區(qū)域多點(diǎn)傳輸服務(wù)（LMDS）多點(diǎn)分配接入技術(shù)，采用較高的頻率（10～43GHz，常用為26GHz）為傳輸介質(zhì)，是一個(gè)快速、有彈性且具效益性的寬頻網(wǎng)路，能提供幾十Mbit／s甚至上百M(fèi)bit／s的下行傳輸速率，也能滿足軌道交通上行帶寬的要求。但LMDS存在的缺陷是：LMDS主要用于大功率的發(fā)送基站（一般功率為1 000W以上），對(duì)于低功率、大密度的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋方式不太適合；另外LMDS的無線信號(hào)對(duì)于障礙物、雨衰等衰減很大。就實(shí)用性而言，LMDS不太適合軌道交通通信。

多信道多點(diǎn)分配（MMDS）技術(shù)，運(yùn)行在3.5G頻段，可用帶寬為2×30.5M，為準(zhǔn)視距傳播。MMDS的缺陷是對(duì)于上行業(yè)務(wù)的傳輸速率不能滿足車載PIS的需求；另外MMDS和LMDS一樣，對(duì)于場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋方式也不適合軌道交通通信。

DVB－T技術(shù)，是為數(shù)字電視的廣播方式傳輸而開發(fā)的，具有容量大、接入靈活等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的DVB－T技術(shù)只提供單向（即下行）傳輸，而新的DVB－T技術(shù)則支持雙向傳輸。DVB－T技術(shù)適用于高速數(shù)據(jù)傳輸，可以工作在多個(gè)頻點(diǎn)，減少無線頻段干擾的可能，場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋可以采用小功率大密度的方式，比較適用于軌道交通通信。但是作為數(shù)字廣播電視的標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)現(xiàn)在還沒有正式出臺(tái)，而且在雙向傳輸?shù)姆矫孢€沒有很多的經(jīng)驗(yàn)借鑒，所以DVB－T技術(shù)目前在城市軌道建設(shè)中只作為跟蹤技術(shù)。

WLAN技術(shù)作為一種用戶端的寬帶接入技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)化、寬帶化、移動(dòng)化等特點(diǎn)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。WLAN 技術(shù)有很多標(biāo)準(zhǔn)：802.11a、802.11b、802.11g、802.16等。802.11a工作在5.8G頻段，干擾較少，傳輸速率可以達(dá)到54Mbit／s，完全可以滿足軌道交通的帶寬需求，但是有專用頻段需與無委會(huì)協(xié)商頻率申請(qǐng)、付費(fèi)等事宜；802.11b工作在2.4G頻段，帶寬最高達(dá)11Mbit／s，基本能滿足目前烏魯木齊軌道交通的業(yè)務(wù)需求，但不能滿足不斷提高服務(wù)質(zhì)量的城市軌道交通發(fā)展的需求。802.11g工作在2.4G頻段，由于采用OFDM調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到54Mbps，完全可以滿足軌道交通的帶寬需求，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋也相對(duì)容易控制；802.16標(biāo)準(zhǔn)，也稱 WI－MAX，傳輸速率可達(dá)上百 Mb／s，是一種正在發(fā)展中的新技術(shù)，由于目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，因此，現(xiàn)階段在城市軌道建設(shè)中作為跟蹤技術(shù)。

由以上分析可見，可以滿足車載PIS業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)闹剖接?DVB－T、WLAN802.11g制式以及WI－MAX等。結(jié)合近年來城市軌道交通建設(shè)中的情況，把DVB－T、WLAN802.16作為新技術(shù)繼續(xù)關(guān)注，推薦采用 WLAN技術(shù)，建議采用802.11a或802.11g標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋方式

由于軌道交通呈線性分布，不適合蜂窩狀的覆蓋方式，而需要采用定向型、小功率大密度場(chǎng)強(qiáng)覆蓋方式?？梢圆捎玫母采w方式有無線AP（Access Point）方式和漏泄同軸電纜方式。采用漏泄電纜對(duì)于場(chǎng)強(qiáng)覆蓋有著良好的方向性和控制性。但是軌道交通區(qū)間中限界以內(nèi)的空間位置已經(jīng)非常擁擠，若單獨(dú)設(shè)置漏纜，由于漏纜的間距要求導(dǎo)致安裝位置很難找到，而且造價(jià)很高。如果和其它的漏纜合設(shè)，由于WLAN頻段較高，所以需要中繼的點(diǎn)基本上200m左右要設(shè)一處，造價(jià)較高，而且對(duì)于別的系統(tǒng)的耦合損耗有很大的影響。如果采用無線AP的方式，也可以控制場(chǎng)強(qiáng)的方向及強(qiáng)弱，大約150m左右設(shè)一處AP，用光纜連接。目前光纜比較便宜，而且光纜和AP的安裝條件相對(duì)于漏纜容易實(shí)現(xiàn)。因此，烏魯木齊城市軌道1號(hào)線建設(shè)中推薦采用設(shè)置無線AP方式來解決區(qū)間場(chǎng)強(qiáng)覆蓋。

在車站、車輛段、地下區(qū)間、高架區(qū)間等固定的地方，設(shè)WLAN的無線網(wǎng)關(guān)AP進(jìn)行覆蓋，無論列車在車站、車輛段還是區(qū)間內(nèi)，均可通過無線AP設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制中心、各站及車輛段與列車之間的車地雙向?qū)崟r(shí)信息傳遞。

2.6 PIS與信號(hào)系統(tǒng)的WLAN共存問題

信號(hào)系統(tǒng)亦采用WLAN進(jìn)行車－地通信。如何使信號(hào)系統(tǒng)與PIS兩個(gè)WLAN共存，可以采用以下的幾種舉措。

（1）PIS與信號(hào)系統(tǒng)共網(wǎng)運(yùn)行。對(duì)PIS而言，10 Mbit／s傳輸帶寬就可以做到傳輸優(yōu)質(zhì)的音頻或視頻信號(hào)的要求。與PIS相比較，信號(hào)系統(tǒng)的控制信號(hào)傳輸速率要求不高，但對(duì)傳輸?shù)目煽啃耘c安全性要求很高?；诋?dāng)前的WLAN技術(shù)，采用802.11b直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)，最大可以提供11Mbit／s的傳輸速率；采用802.11g的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，最大可以提供54Mbit／s的傳輸速率，完全可以滿足PIS與信號(hào)系統(tǒng)的共網(wǎng)工作的要求。現(xiàn)在相關(guān)的系統(tǒng)供貨商也在致力于PIS于信號(hào)系統(tǒng)的共網(wǎng)工作。采用這種方式既可以節(jié)省無線電頻率資源、節(jié)約工程投資，又可以避免PIS與信號(hào)系統(tǒng)的相互干擾。

（2）PIS與信號(hào)系統(tǒng)隔開頻段運(yùn)行。如選擇兩個(gè)不同的WLAN供貨商，分別建立PIS與信號(hào)系統(tǒng)的 WLAN，則要求兩個(gè)系統(tǒng)所使用頻段不能重疊、相互隔開。例如：信號(hào)系統(tǒng)使用2.4GHz頻段，PIS使用5.8GHz。除2.4GHz頻段為免費(fèi)頻段外，使用其他頻段均需付費(fèi)，且要得到當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

（3）PIS與信號(hào)系統(tǒng)同頻段運(yùn)行。若選擇兩個(gè)不同的WLAN供貨商，分別建立PIS與信號(hào)系統(tǒng)的WLAN，但要求兩個(gè)系統(tǒng)所使用相同的頻段，例如ISM免費(fèi)頻段?？梢圆扇∵x擇不同的天線極化方向，以及盡量將兩個(gè)系統(tǒng)的信道頻段分開的措施，減少兩個(gè)WLAN之間的干擾。

目前國(guó)內(nèi)新建的城市軌道交通已開始應(yīng)用WLAN解決車－地之間的寬帶傳輸問題。隨著WLAN技術(shù)的成熟及普及，WLAN將在城市軌道交通中得到普遍的應(yīng)用。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

PIS由控制中心子系統(tǒng)、車站設(shè)備子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)及車載子系統(tǒng)四部分組成。

1）控制中心子系統(tǒng)：是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，主要負(fù)責(zé)全線PIS的管理、信息內(nèi)容集中控制、節(jié)目的編輯和發(fā)布，為軌道交通的PIS提供信源。

2）車站設(shè)備子系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)從控制中心接收信息，控制本站的顯示器內(nèi)容播放。車站設(shè)備子系統(tǒng)也能結(jié)合本站的特點(diǎn)進(jìn)行信息編輯，為本站的PIS提供信源。

3）信息傳輸子系統(tǒng)：是為PIS提供OCC（運(yùn)營(yíng)控制中心）和各車站、車輛段及區(qū)間數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?。信息傳輸子系統(tǒng)包括有線信息傳輸和無線信息傳輸兩個(gè)部分。

［1］李偉章，徐幼銘，林瑜筠，等.城市軌道交通通信［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.