陳真等

摘 要：隨著網(wǎng)絡和多媒體技術的飛速發(fā)展，城市軌道交通的安防和乘客服務功能都不斷完善，近年來，更有一些城市軌道交通工程提出高清列車視播放和視頻監(jiān)視系統(tǒng)，這更大大增加了列車和地面、列車與乘客之間的通訊量。該設計方案通過端口匯聚的方式既能夠提升帶寬，又不會增加設備，有效地解決了列車輕量化和傳輸帶寬之間的矛盾

關鍵詞：列車乘客信息系統(tǒng) 端口匯聚 帶寬

中圖分類號：U270.38 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0003-02

目前國內軌道車輛車載列車乘客信息系統(tǒng)有三個功能相對獨立的子系統(tǒng)廣播系統(tǒng)、實事多媒體播放系統(tǒng)、列車視頻監(jiān)視系統(tǒng)。如果將三個子系統(tǒng)集成為一個系統(tǒng)，帶寬僅能滿足標清視頻信息的傳輸，如果將三個子系統(tǒng)分開，則大大增加了車載設備的數(shù)量，與目前城軌列車模塊化和輕量化要求背道而馳。該設計方案通過端口匯聚的方式既能夠提升帶寬，又不會增加設備，有效地解決了列車輕量化和傳輸帶寬之間的矛盾。

1 多媒體的信息質量與列車系統(tǒng)化設計之間的矛盾。

列車乘客信息系統(tǒng)的三個子系統(tǒng)的功能如下。

廣播系統(tǒng)：實現(xiàn)列車到站信息的自動廣播、半自動廣播和司機人工廣播，司機室之間的對講，地面控制中心對司機和乘客的廣播（包括在火災、阻塞、及恐怖襲擊緊急情況下，向車輛提供控制中心的動態(tài)緊急疏散提示），以及乘客和司機的緊急對講。

實時多媒體播放系統(tǒng)：實時播放地面控制中心下傳的管理者和政府的公告、出行參考、新聞、賽事、廣告等服務信息，也可以播放車載主機預錄的多媒體信息。

列車視頻監(jiān)視系統(tǒng)：通過車載攝像頭拍攝車廂內乘客情況，在司機室監(jiān)控顯示屏上顯示，并將監(jiān)視畫面上傳給地面控制中心，以便在發(fā)生火災、阻塞、及恐怖襲擊緊急情況下，實時監(jiān)視車廂內的狀況，提供及時正確的疏散方案。

目前的許多傳統(tǒng)城軌車輛乘客信息系統(tǒng)是將三個子系統(tǒng)集成為一個系統(tǒng)，如深圳地鐵1號線、武漢1號線2期，其系統(tǒng)圖見圖1。

從圖1可以看出，列車信息傳輸通過兩組總線傳輸：列車廣播對講通信總線和監(jiān)控媒體以太網(wǎng)總線，其中，列車對講通信總線用于按照優(yōu)先級別傳輸控制中心廣播、司機對講、乘客緊急報警、司機人工廣播、自動廣播等語音信息，監(jiān)控媒體以太網(wǎng)總線用于向監(jiān)控中心實時上傳車載攝像頭監(jiān)視到的車廂內旅客的乘車情況，并實時接受地面運營中心下傳的視頻和音頻信息，并在列車車廂內顯示屏上播放。

列車監(jiān)控媒體以太網(wǎng)目前都是采用的百兆以太網(wǎng)，由于以太網(wǎng)經(jīng)過車廂二位端、車端連接器等多處轉接以及其它因素，將會帶來帶寬損耗，另外列車是在高速運行的過程中進行的信息實時傳輸，要保證畫面質量，不會出現(xiàn)馬賽克、中斷等現(xiàn)象，在設計時，就必須考慮網(wǎng)絡的冗余，以避免網(wǎng)絡阻塞，所以，1套以太網(wǎng)實際可使用的帶寬通常僅為40M左右。

如果對于傳輸畫面清晰度僅要求為標清，則以一列六編組的列車為例，列車需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量計算如下。

（1）一列車14個攝像頭同時存儲在2個司機室，占用帶寬共計：1M×14×2=28M。

（2）二位端司機室監(jiān)控屏上最多8路司機室監(jiān)控占用帶寬1×8=8M。

（3）每列車上傳最多2路視頻到OCC占用帶寬1×2=2M。

（4）1組WLAN系統(tǒng)傳送的多媒體視頻大約8M。

所以100M以太網(wǎng)約使用：2+8+8+28=

46M。

基本符合以太網(wǎng)使用原則。

為了及時發(fā)現(xiàn)車輛內部安全事故隱患，并及時處理，確保列車安全運行，這要求車輛上傳給城軌運營中心和城軌公安系統(tǒng)畫面有較高的清晰度，而且隨著近年來無線網(wǎng)絡的發(fā)展，地面設備的不斷擴容，使地面設備完全有能力接受和下傳高清的多媒體信息，所以很多城市軌道交通的用戶提出乘客信息傳輸由應該由標清提高到高清，與地面設備相匹配。但是如果需要將實事多媒體播放系統(tǒng)和列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)升級到高清，對于帶寬的要求將會大大增加。

同樣以一個6編組的列車為例。

（1）1個高清攝像頭拍攝的錄像占用帶寬4～8M（圖像中物體運動幅度越劇烈，占用帶寬越高），即使按照4M來計算，全車14個攝像頭至少占用帶寬56M。

（2）2端司機室LCD監(jiān)控屏上當全屏監(jiān)控的時候切換為高清顯示，4分屏采用CIF顯示，所以最多8路CIF，8×1=8M或2路高清2×（4～8）=8～16M

（3）每列車上傳最多2路視頻到OCC占用帶寬2×（4～8）=8～16M

總計最少占用帶寬：56+8+8=72M

前面已經(jīng)提到車載百兆以太網(wǎng)的帶寬利用率僅為40M，如此大的信息量無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞?，從以上的計算?shù)據(jù)來看，若要實現(xiàn)高清傳輸，百兆以太網(wǎng)根本無法滿足要求，要達到更高的數(shù)據(jù)傳輸率，則需要更換傳輸媒介，使用千兆光纖或升級為千兆以太網(wǎng)，這樣雖然能在帶寬上增加，但是成本昂貴，而且布車載光纖是非常困難的。

所以在許多城軌列車項目為了實現(xiàn)大信息量的傳輸，都采用了兩套以太網(wǎng)，實時多媒體占用一套以太網(wǎng)、列車視頻監(jiān)控占用一套以太網(wǎng)，如深圳地鐵2號線、上海16號線、武漢2/4號線。但是這樣增加了大量的車載設備和列車線，與現(xiàn)今軌道車輛輕量化和集成化理念背道而馳。

2 采用端口匯聚技術的列車乘客信息系統(tǒng)

采用端口匯聚（TRUNK）的擴容方法，就能在不增加設備和配線的情況下，增加傳輸帶寬，端口匯集是通過配置軟件的設置，將多個物理端口組合在一起成為一條邏輯的路徑從而增加在交換機和網(wǎng)絡節(jié)點之間的帶寬，將屬于這幾個端口的帶寬合并，給端口提供一個幾倍于獨立端口的獨享高帶寬。

TRUNK的主要功能就是將多個物理端口（一般為2～8個）綁定為一個邏輯的通道，使其工作起來就像一個通道一樣。將多個物理鏈路捆綁在一起后，不但提升了整個網(wǎng)絡的帶寬，而且數(shù)據(jù)還可以同時經(jīng)由被綁定的多個物理鏈路傳輸，具有鏈路冗余的作用，在網(wǎng)絡出現(xiàn)故障或其他原因斷開其中一條或多條鏈路時，剩下的鏈路還可以工作。

2.1 采用端口匯聚的乘客信息系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲

采用端口匯聚技術的列車乘客信息系統(tǒng)，從硬件上看，除了增加了一組列車線，與傳統(tǒng)的列車信息系統(tǒng)沒有太大區(qū)別，但是它可以將系統(tǒng)的帶寬擴容至800M，可以在不增加任何硬件的情況下，實現(xiàn)高清畫面的傳輸.

列車的系統(tǒng)圖見圖2。

和傳統(tǒng)列車的乘客信息系統(tǒng)一樣，本列車乘客信息系統(tǒng)主要包括廣播和信息顯示子系統(tǒng)、媒體播放子系統(tǒng)、列車監(jiān)控子系統(tǒng)。實現(xiàn)了公共廣播（包括司機室對客室廣播和控制中心對客室廣播），司機室對講、乘客緊急對講、全自動及半自動報站、動態(tài)地圖顯示、LCD實時媒體播放、全景無盲區(qū)視頻監(jiān)視等功能。

從圖2可以看出，系統(tǒng)仍然采用了兩條傳輸總線，一條音頻和控制總線，一條以太網(wǎng)總線。在正常情況下，以太網(wǎng)總線能夠承擔控制、音頻和多媒體等所有信息傳輸功能，但是從冗余性和兼容性方面考慮，仍然保留了音頻和控制總線，當以太網(wǎng)故障的情況下，系統(tǒng)執(zhí)行降級模式，保證廣播和對講功能。另外，為了在救援境況下，和其他列車連掛，保證與被救援車輛的音頻通訊功能。

2.2 系統(tǒng)的可靠性和安全性

為保證行車安全，同其它車載系統(tǒng)一樣，列車乘客信息系統(tǒng)須具有較高的可靠性和安全性，所以該系統(tǒng)作了較高的冗余設計。

2.2.1 系統(tǒng)級別的冗余

圖3為正常時系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖，所有功能正常，此時，網(wǎng)絡帶寬為800M。

當以太網(wǎng)中任意一根斷開，系統(tǒng)帶寬由800M降為100M，系統(tǒng)功能不變，廣播和對講功能不受任何影響，但是多媒體和視頻監(jiān)控由高清變?yōu)闃饲濉?/p>

當以太網(wǎng)全部故障的情況下，乘客信息系統(tǒng)執(zhí)行降級模式，保留涉及行車和乘客安全的廣播功能，通過音頻備用總線按照優(yōu)先級別傳輸廣播和對講信息。

音頻備用總線發(fā)生故障，系統(tǒng)功能不會受到任何影響，因為以太網(wǎng)可以同時傳播廣播和視頻信息。

2.2.2 設備級別的冗余

兩臺主機互為熱備份，當激活司機室主機發(fā)生故障時，另一端司機室主機會立即被激活，承擔系統(tǒng)的主機，不會影響系統(tǒng)的功能。

3 結語

該列車乘客信息系統(tǒng)通過端口匯聚的方法，增加了網(wǎng)絡帶寬，提高了網(wǎng)絡傳輸質量，不僅提升了乘客的感官享受，而且進一步保證了行車安全，同時實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化，為車輛的輕量化設計做出了貢獻，該系統(tǒng)已經(jīng)在南京河西1號線低地板車輛上裝車試運行，效果良好。

參考文獻

[1] 羅錚.地鐵列車乘客信息系統(tǒng)設備界面劃分[J].電力機車與城軌車輛，2011.

[2] 秦孝峰.西安地鐵2號線車輛乘客信息系統(tǒng)[J].電力機車與城軌車輛，2012.

[3] 張亞.城軌車輛車載乘客信息系統(tǒng)的集成設計[J].電力機車與城軌車輛，2011.