向清河　朱圣瑞　晏 飛　伍錦龍

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設(shè)備檢修

基于LCD動態(tài)地圖的城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)研究

向清河朱圣瑞晏 飛伍錦龍

文章針對國內(nèi)城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)顯示信息單調(diào)、直觀性差、修改成本高、時(shí)間長、編輯難度大等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于 LCD 動態(tài)地圖的乘客信息系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)，以及控制信號的發(fā)送、接收流程作了闡述。

軌道交通；乘客信息系統(tǒng)；LCD 動態(tài)地圖

U231

作為城市軌道交通重要的組成部分，乘客信息系統(tǒng)發(fā)展初期一般使用硬線接口的以固定文字或者圖形的燈箱向?qū)茷橹饕侄蔚某丝鸵龑?dǎo)方式，且系統(tǒng)信息來自人工。隨著發(fā)光二極管（LED）技術(shù)的發(fā)展，一種具有高亮度、低功耗的點(diǎn)陣式 LED 屏在城市軌道交通中逐漸得到大量應(yīng)用，車輛運(yùn)營線路、站點(diǎn)信息則利用發(fā)光二極管連續(xù)排布所形成的直線或者曲線來標(biāo)識，線條中的 LED 節(jié)點(diǎn)對應(yīng)站點(diǎn)信息。之后出現(xiàn)了能顯示 10～ 16 個漢字字符的 LED 顯示系統(tǒng)，除了顯示固定導(dǎo)乘文字信息外，還可簡單顯示提示和公告等信息。其后雖有一些簡單的改進(jìn)，如，在點(diǎn)陣式 LED 導(dǎo)乘系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加線路圖貼紙，簡化了乘客信息系統(tǒng)的出現(xiàn)提示需求，但仍然擺脫不了顯示信息單調(diào)的特點(diǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)通信和平面顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，可顯示高清晰、大容量的，且適合于戶外使用的 LCD 屏的出現(xiàn)，使乘客信息系統(tǒng)的顯示得到了質(zhì)的飛躍，它可將多個信息疊加于同一屏幕，使受眾在同一時(shí)刻盡可能獲取多的信息。

1　LCD 動態(tài)地圖系統(tǒng)構(gòu)成

針對武漢市民出行特征，并考慮軌道交通實(shí)際運(yùn)營情況，軌道交通車輛 LCD 動態(tài)地圖開發(fā)設(shè)計(jì)項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了基于 LCD 動態(tài)地圖的乘客信息系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示，效果如圖 2 所示。系統(tǒng)由動態(tài)地圖播放控制器、視頻傳輸分配器、LCD 長條屏等組成，接收來自前端傳輸?shù)拿襟w信號、控制信號及廣播信號，并同步顯示；系統(tǒng)可展示空間大，顯示信息多，除線路站點(diǎn)外，還可顯示新聞廣告等音視頻信息，并以動態(tài)的效果向乘客傳遞，為乘客的日常出行帶來更加便利的條件。當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)和位置，系統(tǒng)接收來自城市軌道交通不同的媒體信號、控制信號及廣播信號，并將行車路線、沿途站點(diǎn)、下一站信息、到站信息、時(shí)間信息、地標(biāo)建筑及相關(guān)出口信息等內(nèi)容實(shí)時(shí)顯示在 LCD 屏上，帶給乘客全新的導(dǎo)乘感受，提高了城市軌道交通的運(yùn)行效率。

2　LCD動態(tài)地圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于 LCD 動態(tài)地圖的乘客信息系統(tǒng)就是將列車導(dǎo)乘信息制作成圖片或視頻信息，當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)和位置，動態(tài)更換行車路線、沿途站點(diǎn)、下一站信息、到站信息、出口信息、時(shí)間信息等內(nèi)容的圖片或視頻信息顯示在 LCD 屏上，帶給乘客全面的導(dǎo)乘感受。具體原理圖如圖 3 所示（每個客室相同）。

圖1　LCD 動態(tài)地圖系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

基于 LCD 動態(tài)地圖的乘客信息系統(tǒng)通過列車 TCN通信網(wǎng)的多功能車輛總線 MVB （Multifunction Vehicle Bus），用 DB9/F 連接器和雙絞線連接的司機(jī)室廣播主機(jī) X11、X12 冗余通信端口，按照 MVB 通信協(xié)議給列車廣播系統(tǒng)分配的 397、398、399、494 等端口將列車駕駛控制信息傳輸至司機(jī)室列車廣播主機(jī)，列車廣播主機(jī)和每個客室分機(jī) X2 端口的哈丁 48P 連接器用雙絞線并聯(lián)連接，組成廣播系統(tǒng) CANBUS 列車總線；列車客室在司機(jī)室廣播主機(jī)接收到列車報(bào)站信號或緊急報(bào)警信號后，按照列車廣播系統(tǒng)和列車控制系統(tǒng)相互之間定義的協(xié)議進(jìn)行通信。

圖3　LCD 動態(tài)地圖原理圖

通過列車廣播系統(tǒng)控制器 CPU 處理后，根據(jù)相應(yīng)要求處理報(bào)站信號，播放列車廣播語音信息，同時(shí)把廣播報(bào)站信息通過廣播方式發(fā)送到每個客室，客室廣播分機(jī)將報(bào)站信息通過 X2 哈丁 48P 連接器和動態(tài)地圖播放器（合并在分屏器中）X9 端口連接的 RS232 接口傳輸給動態(tài)地圖播放器，接受數(shù)據(jù)后的分屏器內(nèi)置動態(tài)地圖播放控制器根據(jù) XML 格式的布局文件動態(tài)加載對應(yīng)的動態(tài)地圖、視頻廣告、時(shí)間日期、輪換廣告、滾動文字等多媒體模塊，并于 LCD 屏上顯示，另外，每個客室的動態(tài)地圖播放分配器都接入列車媒體播放以太網(wǎng)并根據(jù)設(shè)備位置配置 IP，用于集中更新動態(tài)地圖系統(tǒng)和廣告信息。其流程圖和軟件結(jié)構(gòu)圖分別如圖 4 和圖 5 所示。

圖4　LCD 動態(tài)地圖信號控制流程圖

2.2系統(tǒng)播放傳輸

根據(jù)目前各種設(shè)備選擇不同的實(shí)現(xiàn)方案，長條形 LCD 動態(tài)地圖在城市軌道交通車輛上所采用的播放傳輸技術(shù)主要有流媒體集中播放、客室集中播放、獨(dú)立播放等3種。

圖2　LCD 動態(tài)地圖顯示效果圖

（1）流媒體集中播放。在兩端司機(jī)室各設(shè)置 1 臺服務(wù)器，播放時(shí)通過列車網(wǎng)絡(luò)傳到各客室，在客室解碼后顯示在 LCD 屏幕上。但由于流媒體集中播放系統(tǒng)布局復(fù)雜，系統(tǒng)內(nèi)部某一環(huán)節(jié)故障會對整體造成影響，故少采用。

（2）客室集中播放。通過串行接口和列車廣播系統(tǒng)客室設(shè)備連接，獲取列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)設(shè)置不同類型圖片或視頻切換并在 LCD 屏幕上播放?？褪壹胁シ趴杀苊庥捎谀承┎シ旁O(shè)備故障而影響整列車的顯示，且修改簡單，故應(yīng)用較多。

（3）獨(dú)立播放。即，在每個 LCD 屏內(nèi)部設(shè)立獨(dú)立播放器，各自播放器播放的圖像直接驅(qū)動 LCD 屏顯示，屬于無損耗播放方式。每個動態(tài)地圖各自獨(dú)立播放存儲在本動態(tài)地圖內(nèi)置存儲器中的視頻文件，但由于播放同步問題或單個動態(tài)地圖故障，會造成同一個客室顯示內(nèi)容不同，因此，在音視頻播放同步問題和單個 LCD 屏可靠性未達(dá)到列車使用要求前，暫不使用獨(dú)立播放。

圖5　LCD 動態(tài)地圖軟件結(jié)構(gòu)圖

圖6　客室集中播放式動態(tài)地圖系統(tǒng)

考慮到動態(tài)地圖可靠性和一致性以及更換方便、成本等因素，武漢地鐵 2 號線動態(tài)地圖采用客室集中播放式動態(tài)地圖系統(tǒng)，如圖 6 所示。為了減少客室設(shè)備和方便安裝，將 LCD 動態(tài)地圖播放控制器和視頻分配器集成在 1 個設(shè)備中，在列車每道車門上方安裝 LCD 屏幕顯示器和 1 臺分屏器，分屏器通過 RS232 接口和列車廣播分機(jī)連接，接收廣播系統(tǒng)發(fā)出的廣播報(bào)站信號，分屏器接收信號后，系統(tǒng)便將播放狀態(tài)信息反饋給 TCMS，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)端口連接列車網(wǎng)絡(luò)，接收媒體控制信號和網(wǎng)絡(luò)視頻更新數(shù)據(jù)。

3　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由于運(yùn)行乘客信息系統(tǒng)的設(shè)備屬于列車運(yùn)營安全的 A 類設(shè)備，運(yùn)行中的列車強(qiáng) EMC 干擾、振動沖擊可直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)備時(shí)必須符合《EN50121-3-2 : 2006》（歐盟軌道交通電磁兼容性應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)，即，頻率范圍位于 0.15～0.50 MHz 的電源端子騷擾電壓極限值為 99 dBμV；頻率范圍位于 0.50～30.00 MHz 的限值為 93 dBμV；頻率范圍位于 30～230 MHz的輻射騷擾場強(qiáng)極限值為 40 dBμV/m；頻率范圍位于 230～1 000 MHz 的極限值為 47 dBμV。

針對基于 LCD 動態(tài)地圖的地鐵乘客信息系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場溫度為 15～35 ℃、相對濕度為 45%～75% RH、氣壓為 86～106 kPa，實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括 EMI 接收機(jī)、安裝采集 EMI 發(fā)送信號軟件的計(jì)算機(jī)、BiconiLog天線等。測試時(shí)，將系統(tǒng)放置于屏蔽實(shí)驗(yàn)室制定試驗(yàn)臺上，測量過程中通過在 1～4 m 范圍伸縮天線、天線極化方向（H，V），以及在 360o 范圍內(nèi)改變天線相對于 LCD 動態(tài)地圖的方位以獲得不同頻率的最大騷擾/抗擾場強(qiáng)指示值，EMI 接收機(jī)接收不同頻率不同位置的場強(qiáng)值后反饋到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)自動接收不同場強(qiáng)數(shù)值并記錄。實(shí)驗(yàn)中，為了模擬地鐵實(shí)際運(yùn)行情況，LCD 動態(tài)地圖安裝于車門上方，如圖7所示。測試結(jié)果分別如表 1、表 2 所示。

由表 1、表 2 可見，電源端子騷擾電壓位于 0.15 ～30.00 MHz 頻率范圍的實(shí)驗(yàn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相關(guān)極限值 93 dBμV，輻射騷擾場強(qiáng)頻率實(shí)驗(yàn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 30～ 230 MHz 頻率范圍的極限值 40 dBμV/m。車輛運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)前站點(diǎn)和運(yùn)行線路方向等信息控制信號實(shí)時(shí)向乘客顯示導(dǎo)乘信息，效果如圖 8 所示。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)抗干擾性能好，運(yùn)行時(shí)可實(shí)時(shí)正確顯示相關(guān)線路和站點(diǎn)信息，運(yùn)行效果良好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合目標(biāo)期望。

4　結(jié)論

（1）基于 LCD 動態(tài)地圖的乘客信息系統(tǒng)的研究應(yīng)用，在城市軌道交通應(yīng)用方面填補(bǔ)了我國相關(guān)領(lǐng)域的空白，與傳統(tǒng)的乘客信息系統(tǒng)相比，其顯示信息更加豐富、直觀，為乘客的日常出行提供了更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

注：dBμV為分貝微伏

表1　電源端子騷擾電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2　輻射騷擾場強(qiáng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖7　基于 LCD 動態(tài)地圖的乘客信息系統(tǒng)安裝圖

圖8　基于 LCD 動態(tài)地圖的乘客信息系統(tǒng)運(yùn)行圖

（2）基于 LCD 動態(tài)地圖的乘客信息系統(tǒng)的技術(shù)原理具有典型性，目前，已在武漢地鐵 2 號線、3號 線、4 號線等運(yùn)營線路普遍采用，隨著線路的開通運(yùn)營，相關(guān)技術(shù)可為今后的乘客信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

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收稿日期 2015-11-06責(zé)任編輯 朱開明

Study on Urban Rail Transit Passenger Information System Based on LCD Dynamic Map

Xiang Qinghe, Zhu Shengrui, Yan Fei, et al.

Abstract: In view of the disadvantages of the domestic urban rail transit passenger information system with monotonous information, poor visual display, high modifying cost, long modifying time, and difficult editing etc., the paper discusses and introduces the design of passenger information system based on LCD dynamic map and the design principle of the system, control signals transmission, and receive process.

rail transit, passenger information system (PIS), LCD dynamic map

向清河：武漢地鐵集團(tuán)有限公司，高級工程師，湖北武漢 430000