賀向陽

（上海磁浮交通發(fā)展有限公司，上海 201204）

1 旅客信息系統(tǒng)簡介

旅客信息系統(tǒng)（PIS）是城市軌道交通自動化系統(tǒng)中的一個重要子系統(tǒng)。旅客信息系統(tǒng)自動獲取列車實時運行狀態(tài)信息，依托車地?zé)o線通信系統(tǒng)，以地面管理應(yīng)用服務(wù)器為核心，以車站和車載顯示終端為媒介，向乘客提供實時的發(fā)車、到站、速度等乘車參考信息。引導(dǎo)乘客正確、快捷地乘坐軌道交通。

旅客信息系統(tǒng)在火災(zāi)、阻塞、恐怖襲擊等緊急狀態(tài)下，乘客通過與地面管理人員進(jìn)行現(xiàn)場情況匯報后，地面管理運營中心根據(jù)事件緊急程度，通過旅客信息系統(tǒng)對乘客發(fā)送即時狀態(tài)信息，正確引導(dǎo)、安全疏散乘客，保證列車的正常運營和乘客安全。

2 無人駕駛列車介紹

無人駕駛地鐵列車誕生在20世紀(jì)80年代。日本、法國和加拿大等國已采用無人駕駛地鐵列車的最先進(jìn)技術(shù)。這種高度自動化的先進(jìn)地鐵系統(tǒng)是由地鐵控制中心用大型電子計算機監(jiān)控的,整個線路網(wǎng)的站際聯(lián)系、信號系統(tǒng)、列車運行、車輛調(diào)度等也完全實現(xiàn)了自動化。無人駕駛列車通過計算機控制系統(tǒng)，每趟列車的發(fā)車時間、始發(fā)和各個地段的速度、每個站點的?？课恢玫榷加呻娔X指揮，使列車在運行中一直處于最優(yōu)狀態(tài)。下面就無人駕駛列車的特性和特點，對無人駕駛列車旅客信息系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與研究。

3 無人駕駛列車PIS系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)整體介紹

基于無人駕駛列車的旅客信息系統(tǒng)由控制中心子系統(tǒng)、地面車站子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)和車地傳輸子系統(tǒng)4個部分組成，如圖1所示。

控制中心的PIS管理服務(wù)器是整套PIS系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)接收和解析列車自動運行（ATO）發(fā)送來的列車狀態(tài)信息和列車實時信息。經(jīng)過解析后的控制信令經(jīng)過車地傳輸系統(tǒng)和地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)分別傳送給車載子系統(tǒng)和車站子系統(tǒng)，車站子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)收到控制信令后執(zhí)行相關(guān)操作，在顯示終端上顯示相關(guān)旅客信息。整套系統(tǒng)形成一套獨立的網(wǎng)絡(luò)，且設(shè)置了一級和二級安全網(wǎng)絡(luò)，采用TCP/IP協(xié)議和簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）進(jìn)行管理，因此，網(wǎng)絡(luò)的信息與信令安全在系統(tǒng)中得到了可靠保證。

3.2 控制中心子系統(tǒng)

控制中心子系統(tǒng)由PIS管理服務(wù)器、視頻管理服務(wù)器、視頻編輯服務(wù)器、診斷終端等構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)從外部采集視頻和數(shù)據(jù)信息，通過對視頻流進(jìn)行轉(zhuǎn)換和編輯后傳輸給地面車站子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)PIS顯示終端進(jìn)行顯示?？刂浦行淖酉到y(tǒng)采集的音頻報站文件通過PIS管理服務(wù)器編輯后發(fā)送給地面車站PIS管理服務(wù)器和車載端PIS管理服務(wù)器?？刂浦行牟粌H具備多種信息源的錄入和導(dǎo)出、音視頻節(jié)目源的編輯管理、節(jié)目播出版式和時間計劃表的編輯管理與推送、終端顯示內(nèi)容的監(jiān)控與管理、日志記錄等功能，還能對整個PIS系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控和集中管理。

控制中心PIS管理服務(wù)器接收ATO傳輸?shù)膶崟r車載信息和列車狀態(tài)信息，通過對信息的解析來獲取列車的實時位置、實時狀態(tài)，自動向地面車站子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)發(fā)送列車發(fā)車、列車到站等乘車信息。

節(jié)目內(nèi)容和播放內(nèi)容的管理與推送：PIS管理服務(wù)器編輯和處理好的數(shù)據(jù)并不直接發(fā)送給終端，而是將音視頻數(shù)據(jù)與地面端PIS服務(wù)器和車載端PIS服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。由于音視頻數(shù)據(jù)量大，通常同步和更新的時間設(shè)定在車輛停止運營的維護(hù)階段。這種方式既能夠?qū)崿F(xiàn)在線的數(shù)據(jù)同步和更新，簡化管理與維護(hù)，又能保證數(shù)據(jù)同步時對網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生影響而影響到車輛運營的穩(wěn)定性、安全性。對網(wǎng)絡(luò)的帶寬和其他性能要求相對減小。各種大的文本和音視頻數(shù)據(jù)同步到本地之后，控制中心通過發(fā)送指令給各個地面端和車載端管理服務(wù)器，地面和車載服務(wù)器根據(jù)本地播放要求調(diào)用本地音視頻和文字進(jìn)行播放；同時地面和車載端亦是一套相對獨立的系統(tǒng)，在與控制中心服務(wù)器失去連接時也能進(jìn)行本地的管理，進(jìn)行緊急事件的處理和發(fā)布。數(shù)據(jù)密集、可靠性要求高的控制信令由于通過以TCP/IP數(shù)據(jù)包的方式發(fā)送，在帶寬有限的車地傳輸通道中能得到有效保證，既保障了數(shù)據(jù)的即時性、有效性，又保障了數(shù)據(jù)的可靠性、安全性。

3.3 車站子系統(tǒng)

車站子系統(tǒng)主要由車站數(shù)據(jù)服務(wù)器、車載播控服務(wù)器、車站管理終端、車站顯示設(shè)備、車站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、車站廣播設(shè)備、車站管理軟件系統(tǒng)等構(gòu)成。每個地面車站子系統(tǒng)不僅在空閑時期從控制中心同步數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行本地儲存，同時不斷從控制中心接收車輛信息和實時信息指令，通過調(diào)用本地數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對本車站各類顯示終端進(jìn)行旅客信息的播放。

地面車站子系統(tǒng)同時又是一套相對獨立的PIS子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)播放本車站的旅客信息，如：到達(dá)和發(fā)出本車站的車次信息、地面狀況信息、轉(zhuǎn)乘信息、過道信息、出站信息等。車站子系統(tǒng)同時還負(fù)責(zé)本地終端設(shè)備的管理與集中監(jiān)控，并在緊急情況時由車站PIS管理子系統(tǒng)對本站進(jìn)行重要通知和突發(fā)應(yīng)急事件處理。

3.4 車載子系統(tǒng)

車載子系統(tǒng)與地面車站子系統(tǒng)一樣，車載子系統(tǒng)接收和同步來自控制中心的數(shù)據(jù)庫和指令信息，并對本車的各終端設(shè)備進(jìn)行旅客信息的播放。

車載子系統(tǒng)由雙環(huán)網(wǎng)構(gòu)成車載傳輸通道，在此通道上架設(shè)廣播設(shè)備、顯示終端設(shè)備（LED顯示終端/LCD顯示終端）、無線傳輸上網(wǎng)設(shè)備、音視頻編解碼設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等構(gòu)成整個車載PIS子系統(tǒng)。車載子系統(tǒng)中的人機管理界面（MMI）用于管理人員監(jiān)控和管理車載PIS系統(tǒng)的運行狀況，并在車地網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時臨時進(jìn)行干預(yù)和管理，保證車載PIS系統(tǒng)的正常運行。同時在出現(xiàn)恐怖、緊急等事件時用于疏散乘客。車載子系統(tǒng)中的MMI是系統(tǒng)設(shè)計時用于安全管理的輔助性手段。

列車運行的時間/速度信息并不是由控制中心給出，而是直接取自本車VCS(Vehicle Control System)接口。各輛列車的時間/速度信息由車輛時間/速度采集器收集后傳輸至控制中心，因此，各輛列車車載PIS系統(tǒng)的時間/速度信息直接取自車輛的VCS接口。VCS通過串口或TCP/IP接口將實時采集的列車時間/速度信息傳送給車載PIS服務(wù)器，車載PIS服務(wù)器解析后直接在顯示終端上顯示，保證了時間/速度信息的同步顯示功能，而且有效降低了時間/速度顯示信息對車地網(wǎng)絡(luò)時延的要求。

3.5 車地傳輸子系統(tǒng)

車地傳輸子系統(tǒng)用于完成車地之間服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信，并按要求保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性、安全性、穩(wěn)定性和延時等。

4 系統(tǒng)安全及外部接口

4.1 系統(tǒng)安全

無人駕駛列車的啟動、運行與停止全部由地面端進(jìn)行控制，因此對整套系統(tǒng)的安全控制要求非常高。為了保證無人駕駛列車的安全性，無人駕駛列車PIS系統(tǒng)應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。下面就以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全性為代表進(jìn)行分析與探討。網(wǎng)絡(luò)安全性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

根據(jù)無人駕駛列車網(wǎng)絡(luò)安全特性和PIS系統(tǒng)用戶使用特性的不同，系統(tǒng)安全架構(gòu)分為列車運行控制專用網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸通信網(wǎng)。

由于車地通信傳輸系統(tǒng)是地面控制列車運行的唯一通道，為保證列車可控和安全，必須對車地通信傳輸系統(tǒng)進(jìn)行最高要求的保護(hù)。因此列車運行控制專用網(wǎng)特為車地通信傳輸系統(tǒng)而構(gòu)建，它主要包括車地通信傳輸系統(tǒng)，以及接入車地通信傳輸系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備和服務(wù)器，如ATO、車載PIS服務(wù)器等。列車運行控制專用網(wǎng)專用于列車運行控制和部分控制信令的傳輸，不允許外接任何設(shè)備。同時為保證網(wǎng)絡(luò)的絕對安全，對加入列車運行控制安全網(wǎng)的設(shè)備必須經(jīng)過嚴(yán)格的檢測和鑒定后方可接入網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)PIS系統(tǒng)用戶使用特性，用戶通常需要對控制中心PIS管理服務(wù)器和地面車站端PIS服務(wù)器進(jìn)行管理和信息的編輯，因此，將這些設(shè)備獨立開來放置在另一個較為安全的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。既能實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)安全的隔離，同時又實現(xiàn)了用戶對PIS系統(tǒng)管理、使用的需求。兩個安全網(wǎng)絡(luò)之間通過STS（Security Translator System）進(jìn)行信息安全的隔離，保證兩個網(wǎng)絡(luò)之間的安全性、獨立性。用戶對PIS系統(tǒng)使用、管理、編輯等操作帶來的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險被STS隔離開來，并不會影響到車輛運行控制專用網(wǎng)的安全，不會導(dǎo)致列車失控風(fēng)險。

4.2 接口與通信機制

本節(jié)將對系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的接口和通信機制進(jìn)行設(shè)計和研究，從保證系統(tǒng)可靠性、安全性的角度來設(shè)計和研究PIS系統(tǒng)與運行控制系統(tǒng)之間的接口。

由于列車自動運行系統(tǒng)控制列車的啟動、運行與停止，是獨立于任何系統(tǒng)之上的安全、可靠系統(tǒng)。為了保證列車自動運行系統(tǒng)不受其他系統(tǒng)的影響，因此在設(shè)計列車自動運行系統(tǒng)與其他系統(tǒng)接口時需要充分考慮安全性，必須建立一種有效機制來確保列車自動運行系統(tǒng)的安全。根據(jù)無人駕駛列車的安全性特性，特設(shè)計出如圖3所示的接口與通信機制，保證列車自動運行系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)之間的功能性、可靠性和安全性。

ATO與PIS管理服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行，并通過STS進(jìn)行安全隔離，既保證了數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)，又保證了兩個不同網(wǎng)絡(luò)的安全性。

ATO與PIS管理服務(wù)器之間的接口及通信機制過程如下。

1）每天早上當(dāng)列車運營系統(tǒng)開啟時，ATO處于OFF狀態(tài)，并向PIS管理服務(wù)器發(fā)送心跳包，以示意ATO的存在。PIS管理服務(wù)器接收到ATO發(fā)送來的心跳包后建立通信連接，并發(fā)送一個請求包，請示接收列車信息和運行信息。

2）列車調(diào)度管理人員通過編輯列車運行時刻表發(fā)送給ATO，啟動自動列車運行系統(tǒng)。此時ATO接收到列車時刻表后，將ATO狀態(tài)置于ON狀態(tài)，開始發(fā)送列車時刻表和列車狀態(tài)信息。

3）PIS管理服務(wù)器接收ATO發(fā)送的列車運營時刻表信息和列車實時狀態(tài)信息，并根據(jù)此信息進(jìn)行報站、發(fā)布旅客信息等工作。

4）當(dāng)由于某種原因PIS管理服務(wù)器未接收到運行的列車和列車時刻表信息時，PIS管理服務(wù)器可以通過重新發(fā)送請求信令，請求ATO重新發(fā)送列車和列車時刻表信息，ATO重新發(fā)送的數(shù)據(jù)包包括“數(shù)據(jù)發(fā)送開始”至“數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束”的完整的列車信息和列車時刻表信息。

5）在整個列車運行過程當(dāng)中，ATO不斷地向PIS管理服務(wù)器發(fā)送心跳包和列車實時狀態(tài)數(shù)據(jù)包，以提供列車的實時狀態(tài)。

6）當(dāng)列車運營結(jié)束時，ATO不再有車輛信息發(fā)出，因此ATO將狀態(tài)更改為OFF，并只提供心跳包信息，而不再提供車輛實時狀態(tài)信息。

5 結(jié)語

早在十年前上海磁懸浮列車成為國內(nèi)最早實現(xiàn)無人駕駛的列車，近幾年無人駕駛列車在國內(nèi)地鐵行業(yè)迅速發(fā)展，上海地鐵十號線成為國內(nèi)首條地鐵無人駕駛列車，目前北京也開通了第一條無人駕駛列車線路昌平線，廣州等地也快速跟進(jìn)，廣州開通了珠江新城旅客自動輸送系統(tǒng)的首列車。

無人駕駛列車的發(fā)展必然帶動相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，本文對無人駕駛列車中的旅客信息系統(tǒng)進(jìn)行了整體架構(gòu)的設(shè)計與研究，希望通過此文能進(jìn)一步促進(jìn)無人駕駛列車旅客信息系統(tǒng)的完善。

[1] 曹炳坤．無人駕駛的地鐵列車[J]．交通與運輸，2006（1）：19.

[2] 吳闖龍．城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)的發(fā)展[J]．鐵路通信信號工程技術(shù)，2007（5）：46-48.

[3] 周芳?。罔F列車國產(chǎn)化PIS系統(tǒng)通信可靠性研究[J]．鐵道機車車輛工人，2010（3）：20-24.