張曉晉，張順廣，黃 楓

（中國鐵道科學(xué)研究院 機車車輛研究所，北京100081）

CRH3型動車組旅客信息系統(tǒng)與列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通信接口分析

張曉晉，張順廣，黃 楓

（中國鐵道科學(xué)研究院 機車車輛研究所，北京100081）

介紹了CRH3型動車組旅客信息系統(tǒng)的組成和功能，進一步分析了與列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的通信接口信息，以及各車型的共性和異性。旅客信息系統(tǒng)的通信接口技術(shù)依托TCN技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)了現(xiàn)代化的工作模式和控制功能。分析了現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展對通信接口的影響，以及技術(shù)發(fā)展趨勢。

CRH3型動車組；旅客信息系統(tǒng)；多功能車輛總線

從20世紀80年代開始，伴隨著高速鐵路的發(fā)展，旅客信息系統(tǒng)（PIS：Passenger Information System）不斷更新?lián)Q代，從＂語音廣播、字符顯示＂的簡單設(shè)備向多功能綜合系統(tǒng)發(fā)展［1］。PIS系統(tǒng)作為直接面向旅客的重要子系統(tǒng)，在動車組及客車設(shè)計方面是不可或缺的。在發(fā)生火災(zāi)、阻塞及恐怖襲擊等意外情況下，旅客信息系統(tǒng)發(fā)揮的作用是不可替代的。在我國城市軌道交通高速增長期，在滿足旅客基本需求的同時，更好地提高服務(wù)水平提升出行質(zhì)量也日益重要［2-3］。CRH3型動車組作為新一代高速動車組應(yīng)用了現(xiàn)代化的旅客信息系統(tǒng)，為旅客提供信息、娛樂、通訊等服務(wù)，同時為乘務(wù)員完成空調(diào)、車門和照明等系統(tǒng)的監(jiān)視及控制操作提供幫助。

現(xiàn)以CRH380BL、CRH380B和CRH3C等動車組為例，介紹旅客信息系統(tǒng)的電氣接口和通信接口。CRH3型動車組均采用動力分布式。CRH380B和CRH3C采用4動4拖，CRH380BL采用8動8拖。CRH3動車組均采用列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN：Train Communication Network）技術(shù)，應(yīng)用多功能車輛總線（MVB：Multifunction Vehicle Bus）和絞線式列車總線（WTB：Wired Train Bus），保證了大量信息安全、快速、可靠、準確地在整個列車上傳輸［4-5］。

1 系統(tǒng)組成

CRH3型動車組中PIS系統(tǒng)通常包含了內(nèi)外顯示系統(tǒng)、廣播和內(nèi)部通訊系統(tǒng)、音視頻系統(tǒng)以及乘客緊急處理系統(tǒng)。目前音視頻系統(tǒng)由于只關(guān)系乘客旅行舒適度，是可選系統(tǒng)。而內(nèi)外顯示系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、乘客緊急處理系統(tǒng)由于關(guān)系到乘客的安全問題是必選系統(tǒng)，例如在特殊狀況下進行應(yīng)急信息發(fā)布、緊急疏散導(dǎo)向、殘疾人求助、以及乘客意外事件處理等。

1.1 系統(tǒng)控制器

CRH3型動車組PIS均含系統(tǒng)控制器（STC：Sys-Tem Controller）。STC是整個PIS的控制核心，也是PIS與列車控制網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，直接連接到MVB上。每個車廂都裝有車廂控制器（CCT：CoaCh Controller），并且都能通過唯一的地址經(jīng)由PIS專用數(shù)據(jù)總線和STC通信。通常每列動車組只設(shè)置一個STC，STC所在的車廂依據(jù)不同車型而不同。

1.2 人機接口

PIS系統(tǒng)的人—機接口（HMI：Human Machine Interface）位于乘客服務(wù)室內(nèi)，連接到STC上。PIS-HMI采用彩色顯示屏。PIS-HMI是PIS與人交流的主要接口，它負責(zé)把PIS傳來的信息顯示給操作人員，同時也把操作人員的命令傳給PIS系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^PIS-HMI單獨控制各節(jié)車廂或設(shè)置整列車的背景音樂，調(diào)節(jié)各節(jié)車廂的吸頂式揚聲器背景聲音系統(tǒng)的音量。

1.3 顯示系統(tǒng)

CRH3型動車組PIS顯示系統(tǒng)包含了內(nèi)顯示系統(tǒng)和外顯示系統(tǒng)，如圖1所示。內(nèi)顯示系統(tǒng)采用LED顯示屏分別安裝在客室的兩端，用來顯示時間、車次、車號，還可以循環(huán)顯示歡迎或告別信息，以及溫度、速度、下一站、出口和列車路線。

外顯示系統(tǒng)分布在外門附近，用來顯示車次、始發(fā)地、目的地和車廂號，該顯示系統(tǒng)在離開車站后將關(guān)閉，到達下一站后再顯示。

1.4 廣播和內(nèi)部通訊系統(tǒng)

固定電話一般安裝在通過臺。在頭車，固定電話安裝在司機室。必須安裝頭車和乘務(wù)員室的固定電話，便于司機和乘務(wù)員之間的即時溝通，其他車廂則可以酌情考慮。

通過列車廣播功能，旅客能夠獲得來自列車員的信息。廣播系統(tǒng)允許工作人員通過撥號鍵實現(xiàn)全列廣播和可選車廂的廣播。選擇性廣播只能由與STC有關(guān)的乘務(wù)員室的通信站發(fā)起。揚聲器分布在吧臺和衛(wèi)生間。

圖1 顯示系統(tǒng)示意圖

1.5 公共通信系統(tǒng)

全球移動通信系統(tǒng)（GSM：Global System for Mobile communications）中繼器呈中間對稱分布，包含900 MHz和1 800 MHz中繼器，用于增強車內(nèi)的移動通信信號，提供高質(zhì)量的移動通信服務(wù)。目前，GSM設(shè)備是可選項。

1.6 乘客緊急呼叫和乘客緊急制動

在殘疾人衛(wèi)生間設(shè)有緊急呼叫按鈕，按鈕狀態(tài)通過MVB傳遞給中央控制單元（CCU：Central Control U-nit）和HMI。在乘務(wù)員室的HMI上有報警提示。要想解除報警必須通過復(fù)位緊急呼叫按鈕。

當(dāng)發(fā)生緊急情況時，乘客可提請乘務(wù)員拉動乘客緊急制動手柄，也稱為乘客緊急制動拉桿，可以發(fā)出最大常用制動請求。當(dāng)拉下乘客緊急制動手柄后，司機HMI上可以顯示出具體的車廂位置并且伴有聲光報警提示，如果在一定時間內(nèi)司機未采取動作，列車會自動施加懲罰制動?？紤]到橋梁、隧道等特殊位置不適宜停車時，司機在一定時間之內(nèi)可以通過將制動手柄置于過充位來取消此最大常用制動請求，并選擇在合適的地方操作制動手柄實施制動停車。考慮到安全的原因，乘客緊急制動手柄必須復(fù)位后才能繼續(xù)行車。

1.7 音視頻系統(tǒng)

音視頻系統(tǒng)是用來滿足旅客的娛樂需求的，包括音頻播放器、無線電接收器、揚聲器、音頻娛樂、視頻娛樂架、視頻分配架、音頻顯示器等，如圖2所示。在聲音和視頻控制的輔助下，列車員可以監(jiān)視正確的DVD播放，并通過耳機檢查所有聲音（收音機，MP3播放器和視頻聲音）的質(zhì)量［5］。

CRH3型動車組PIS音視頻系統(tǒng)依據(jù)車型的不同而不同，分布也不同，例如CRH3C只有一等座車廂有完整的音視頻系統(tǒng)，CRH380B車1～8車都有音視頻系統(tǒng)。對于8輛編組，音視頻娛樂節(jié)目只在單列車使用，在兩列動車組重聯(lián)（16輛編組）情況下，A/V節(jié)目不會傳到另一列車上。

圖2 視頻系統(tǒng)示意圖

2 通信接口

PIS整個系統(tǒng)通信層分3層。第1層基于MVB總線，如圖3所示，CCU與STC之間的傳輸，遵循IEC 61375-1 TCN通信標準。第2層基于以太網(wǎng)總線，STC與CCT之間的傳輸，遵循IEEE 802.3標準。第3層基于以太網(wǎng)或者RS485，實現(xiàn)CCT與內(nèi)外顯示器、揚聲器、音視頻組件之間的傳輸。

本節(jié)重點介紹PIS第1層MVB通信協(xié)議。CRH3型動車組每4個車輛在同一MVB網(wǎng)段里組成一個牽引單元，PIS系統(tǒng)通過系統(tǒng)控制器連接到MVB總線上，與本單元的CCU和HMI進行數(shù)據(jù)通信。

圖3 PIS信息通信接口圖，以CRH3C車為例

按照TCN標準的規(guī)定，傳輸數(shù)據(jù)分為過程數(shù)據(jù)，消息數(shù)據(jù)和監(jiān)視數(shù)據(jù)。STC與CCU之間傳輸?shù)亩际沁^程數(shù)據(jù)。CRH3型動車組依據(jù)設(shè)計的要求，PIS通信接口在細節(jié)上存在差異，如表1所示。下面將分別介紹PIS與CCU、HMI列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通用通信協(xié)議。

表1 CRH3型動車組各車型PIS主要區(qū)別

（1）PIS接收來自CCU的數(shù)據(jù)

旅客信息系統(tǒng)接收來自CCU的信號，包括門狀態(tài)數(shù)據(jù)、服務(wù)數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、里程和速度信息、時間數(shù)據(jù)以及PIS組件電源供電狀態(tài)。門狀態(tài)數(shù)據(jù)包括左側(cè)門關(guān)閉信號、右側(cè)門關(guān)閉信號和所有門關(guān)閉信號。服務(wù)數(shù)據(jù)主要是列車處于穩(wěn)定就緒狀態(tài)、牽引、整備、維修等工作模式數(shù)據(jù)。配置數(shù)據(jù)包括列車配置是否有效，司機室占用情況、主從單元判斷、車輛編號等信息。里程和速度信息包括行駛里程速度記錄、距離信息和運行方向等信息。時間數(shù)據(jù)包括格林威治時間和時區(qū)。電源供電狀態(tài)主要指各節(jié)車廂的PIS組件供電等。

（2）PIS發(fā)送到CCU的數(shù)據(jù)

PIS發(fā)送到CCU的數(shù)據(jù)，主要包括PIS初始化和運行狀態(tài)。與PIS所在同一個牽引單元的CCU，將這些信息通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給另一個牽引單元的CCU。

（3）PIS發(fā)送到HMI的數(shù)據(jù)

PIS發(fā)送到HMI的數(shù)據(jù)，包括配置數(shù)據(jù)、診斷信息和位置信息。其中配置數(shù)據(jù)包括各節(jié)車輛的車序號和車輛編號，以及PIS系統(tǒng)的版本信息。診斷信息主要是PIS子系統(tǒng)診斷的故障報警信息，用于顯示故障。位置信息包括位置坐標信息及數(shù)據(jù)有效性。

3 監(jiān)測和控制功能

（1）PIS初始化

PIS系統(tǒng)必須通過PIS－HMI啟動。為了完成PIS的初始化，列車員在PIS的HMI上輸入列車編號、車序號、出發(fā)站和目的站。這些內(nèi)容由PIS系統(tǒng)通過PIS專用總線傳輸?shù)礁鬈嚨腃CT，用于內(nèi)外顯示系統(tǒng)的顯示。PIS系統(tǒng)的初始化狀態(tài)通過MVB傳輸給CCU。

（2）PIS組件供電控制

CCU使用PIS系統(tǒng)報告的系統(tǒng)初始化和運行狀態(tài)，根據(jù)控制供電管理功能的要求，通過分布式輸入輸出站控制PIS系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)和音視頻系統(tǒng)的供電和切除。CCU收集所有PIS組件電源供電狀態(tài)，以及顯示組件和音視頻組件的供電故障狀態(tài)，通過MVB總線報告給PIS的STC主機。

（3）故障診斷功能

針對PIS系統(tǒng)，故障診斷分兩個等級：動車組中央診斷和PIS系統(tǒng)診斷。PIS可以對車輛控制器、內(nèi)外顯示器、GSM、電話等故障進行診斷，故障信息由STC發(fā)送到中央診斷系統(tǒng)，通過MVB傳輸?shù)匠藙?wù)員HMI。乘務(wù)員可根據(jù)故障處理建議清除故障。

PIS中，CCU針對STC、內(nèi)外顯示器、電話、GSM、音視頻系統(tǒng)等的電源接觸器進行監(jiān)控和診斷。CCU同時也診斷PIS初始化和STC通信狀態(tài)。

4 PIS系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

（1）現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展對通信接口影響分析

鐵路市場化對旅客信息系統(tǒng)的技術(shù)提出了更高的要求?；陲@示、計算機和通信技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，PIS可以為鐵路運營部門和旅客提供更好的服務(wù)?；赑IS與列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)之間的通信接口分析，分析總結(jié)參考文獻［4］中提到的技術(shù)發(fā)展對PIS與列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)之間通信接口的影響。

公共通信系統(tǒng)中，用3G或者4G取代2G不會影響PIS與CCU的通信接口。旅客娛樂系統(tǒng)中，用數(shù)字傳輸系統(tǒng)取代模擬分配系統(tǒng)和用媒體服務(wù)器取代聲頻和視頻源不會影響PIS與CCU之間的通信接口。內(nèi)外顯示系統(tǒng)中，用薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）取代現(xiàn)有的內(nèi)外顯示器不會影響PIS與CCU之間的通信接口。

根據(jù)IEC-62580-2草案，車載CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須接入列車通信網(wǎng)絡(luò)，這將需要增加新的PIS通信接口來滿足此需求［6］。

（2）技術(shù)發(fā)展趨勢

今后PIS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢有以下幾個：

①網(wǎng)絡(luò)化。PIS系統(tǒng)和列車通信網(wǎng)絡(luò)之間將進一步網(wǎng)絡(luò)化。例如，IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)會取代傳統(tǒng)CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)［6］接入到列車通信網(wǎng)絡(luò)。

在新IEC 61375標準中，列車通信網(wǎng)絡(luò)包括了基于實時以太網(wǎng)的列車骨干網(wǎng)和列車編組網(wǎng)。將來動車組列車網(wǎng)可能采用以太網(wǎng)，由于其傳輸速度的提高，控制網(wǎng)與旅客信息網(wǎng)可采用同一個網(wǎng)絡(luò)傳輸，且采用不同的發(fā)送方式，如控制網(wǎng)采用周期發(fā)送方式，旅客信息采用非周期發(fā)送方式。

②智能化。隨著軌道交通智能化的技術(shù)基礎(chǔ)進一步發(fā)展，主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，智能決策與評判技術(shù)和面向服務(wù)架構(gòu)技術(shù)，PIS將進一步智能化，例如智能提供交通信息、智能娛樂服務(wù)等［7］。

5 結(jié)束語

隨著鐵路市場化，提升PIS系統(tǒng)技術(shù)水平對提高鐵路服務(wù)質(zhì)量具有重要意義。本文分析總結(jié)了CRH3型動車組PIS組成、功能，以及與列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通信接口方面存在的差異。本文以CRH3型動車組為例，分析了現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展對PIS與列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通信接口的影響。PIS系統(tǒng)今后將進一步網(wǎng)絡(luò)化和智能化。本文為今后PIS的提高和發(fā)展提供參考。

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［6］ 摩莎國際貿(mào)易（上海）有限公司.車載IP視頻監(jiān)控解決方案的未來［R/OL］.http：∥www.cechina.cn/company/50919－152257/messagedetail.aspx.

［7］ 丁榮軍，楊衛(wèi)峰，唐 軍.軌道交通裝備智能化技術(shù)的研究及應(yīng)用［J］.機車電傳動，2012，（5）：1-5.

Research on Communication Interface between PIS and TCN of CRH3EMU

ZHANG Xiaojin，ZHANG Shunguang，HUANG Feng
（Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

This paper introduces the composition and function of PIS on CRH3EMU，analyzes communication interface with TCN，and also analyzes the differences of interfaces among CRH3trains.Based on TCN technology，PIS realizes high-level work mode and control function.Technical development trend and its effect on communication interface are analyzed.

CRH3EMU；PIS；MVB

U284.48＋2

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.10

1008－7842（2014）04－0048－04

4—）女，助理研究員（

2014－02－28）