曹長琴, 陳永彪

(成都地鐵運營有限公司， 成都 610000)

乘客信息顯示系統(tǒng)(Passenger Information Display System，簡稱PIDS)是依托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以計算機系統(tǒng)為核心，以車站和車載顯示終端為媒介向乘客提供信息服務(wù)的系統(tǒng)。列車乘客信息顯示系統(tǒng)包括列車廣播系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。3個子系統(tǒng)各自獨立控制，又互有通信接口，進(jìn)行信息交互。

近年來計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，新技術(shù)新設(shè)備大量涌現(xiàn)，老舊的設(shè)備已無法滿足當(dāng)前軌道交通快速發(fā)展的背景下乘客對信息顯示的需求和體驗。因此，列車PIDS系統(tǒng)設(shè)備也在不斷升級改造。

目前PIDS系統(tǒng)采用最新的顯示技術(shù)、先進(jìn)的通信技術(shù)及智能的管理技術(shù)，使PIDS系統(tǒng)成為相對獨立的多功能乘客智能服務(wù)系統(tǒng)。

1 列車廣播系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

1.1 列車廣播系統(tǒng)簡介

列車廣播系統(tǒng)設(shè)備主要由司機室廣播控制主機、司機室揚聲器、司機室廣播控制盒、客室主機、客室揚聲器、乘客緊急報警器組成。能夠?qū)崿F(xiàn)全自動、半自動、手動、人工廣播報站，兩端司機室對講，客室緊急報警和對講，預(yù)錄緊急廣播，并可通過列車總線網(wǎng)絡(luò)對列車廣播裝置進(jìn)行控制，也可從地面控制中心對列車進(jìn)行廣播。

1.2 列車廣播控制總線新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

成都地鐵1號、2號線一期車輛廣播控制總線采用Lonworks現(xiàn)場總線的通訊方式。司機室廣播控制主機，司機室廣播控制盒，客室主機等設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊方式有Lonworks、RS485、RS232三種。3號、4號線車輛廣播控制總線采用485總線。

成都地鐵1號線三期、7號線、10號線及后續(xù)線路車輛PIDS系統(tǒng)將控制信號、數(shù)據(jù)傳輸全部合并到以太網(wǎng)總線(Industrial Ethernet bus)，實現(xiàn)了控制總線和數(shù)據(jù)總線的整合共享。

列車廣播系統(tǒng)采用以太網(wǎng)的優(yōu)點：列車廣播控制總線采用以太網(wǎng)，那么列車廣播、視頻播放、視頻監(jiān)控3個子系統(tǒng)行成了三網(wǎng)合一共用一套以太網(wǎng)的局面。(1)從整車布線來看，減少了貫穿全列的LON works/485總線布置，精簡了子系統(tǒng)之間設(shè)備接口類型和數(shù)量，從而減少了設(shè)備連接器故障點。(2)從設(shè)計冗余角度來看，以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)設(shè)計冗余度更高，單點故障不影響整列車的設(shè)備工作和信息傳輸。(3)從系統(tǒng)軟件更新及其管理角度來看，系統(tǒng)的集中管理功能大大提升。通過終端設(shè)備可實現(xiàn)系統(tǒng)運行日志及CCTV監(jiān)控錄像的集中下載,凡是連接在總線上的設(shè)備應(yīng)用層軟件都可以通過以太網(wǎng)口進(jìn)行統(tǒng)一更新。例如1號線一期車輛全套軟件刷新時，LON總線和485總線上的設(shè)備都需要一個一個刷新，一個人作業(yè)需要花費4 h刷新一列車定全套程序，從車頭走到車尾，一個車廂還要刷好幾個不同設(shè)備的不同程序，稍不留意，還會漏刷個別設(shè)備。三網(wǎng)合一車輛全套軟件刷新只需要一個人在一個節(jié)點即可完成整列車的軟件刷新，極大提高了維護工作效率。在后續(xù)新線上，我們還將通過車地既有的視頻傳輸無線PIS通道實現(xiàn)遠(yuǎn)程刷新車輛PIDS軟件的功能。這個功能的實現(xiàn)意味著我們坐在辦公室里就可以將車庫內(nèi)數(shù)列車輛PIDS軟件和語音文件完成更新。(4)從傳輸速率角度來看，以太網(wǎng)有百兆和千兆口，而Lon works總線只有78 kb/s。(5)從故障分析角度來看，LON總線的數(shù)據(jù)流只能實時查看，無法記錄和存儲，而通過以太網(wǎng)可以更精確的定位故障原因所在，可記錄并存儲數(shù)據(jù)日志，方便故障診斷及快速定位。

1.3 列車廣播系統(tǒng)設(shè)備的冗余設(shè)計

廣播系統(tǒng)報站根據(jù)自動化程度從高到低分全自動(也叫TMS/ATO報站)、半自動、手動、人工廣播報站這4種報站模式。但是1號、2號線這4種報站模式在廣播主機故障時，均無法使用，導(dǎo)致全列車廣播功能失效。

成都1號、2號線一期車輛由于技術(shù)原因沒有實現(xiàn)兩端司機室廣播主機冗余，在后期新車制造時額外增加了一套硬線人工廣播鏈路和功放，不需要通過廣播主機及控制器就可以直接對客室進(jìn)行廣播。在司機室增加了一個獨立麥克風(fēng)，按下麥克風(fēng)上的按鈕即可對全列車客室內(nèi)人工廣播。

成都3號、4號線兩端司機室的廣播控制主從機熱備冗余，一旦激活端司機室廣播主機發(fā)生故障，未激活端的設(shè)備將自動進(jìn)行切換，實現(xiàn)對列車廣播的接續(xù)控制。

成都地鐵5號、6號線綜合了上述1號、2號、3號、4號線最新的技術(shù)方案，除具有3、4號線這種兩端司機室廣播主機冗余功能外，還增設(shè)了司機對客室廣播的單獨硬線人工廣播鏈路，在即使兩個廣播主機完全故障的情況下，仍然可以直接對客室進(jìn)行廣播。極大的保證了廣播報站的可靠性。

1.4 ATO報站的運用和技術(shù)創(chuàng)新

隨著ATO駕駛甚至UTO無人值守全自動運行模式技術(shù)的成熟，國內(nèi)PIDS技術(shù)也是水漲船高，ATO報站功能2014年在國內(nèi)逐漸普及，對于成都地鐵1、2號線一期工程早些年來說，半自動報站足以應(yīng)對既有的運營線路的報站服務(wù)。然而，當(dāng)1號線三期出現(xiàn)“Y”字形交路，當(dāng)7號線出現(xiàn)環(huán)線和多條“C”字形交路后，半自動報站的操作、交路的預(yù)設(shè)將會在這些線路上變得復(fù)雜，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高效快捷的運營組織模式。

吸取前期車輛設(shè)計經(jīng)驗，成都地鐵在2016年開通的3，4號線車輛上，順利實現(xiàn)了ATO報站。目前ATO報站的控制邏輯普遍采用開機默認(rèn)半自動報站，當(dāng)ATO信號有效時，激活端廣播控制器接收到TCMS轉(zhuǎn)發(fā)的ATO有效信號時，自動轉(zhuǎn)換為ATO報站模式，根據(jù)ATO提供當(dāng)前站ID，下一站ID，終點站ID以及報站觸發(fā)信號完成自動報站。為了不斷增強操作靈活性，在7，10號線還增加了半自動強切功能，當(dāng)人為切換到半自動模式后，ATO有效信號被完全屏蔽，不再接收ATO的報站控制信息，而采用列車速度和開關(guān)門信號進(jìn)行半自動報站控制。

2 乘客信息顯示系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

2.1 乘客信息顯示系統(tǒng)簡介

乘客信息顯示系統(tǒng)主要通過動態(tài)電子地圖、車端終點站顯示器、多媒體液晶顯示屏等為乘客提供列車運行方向、始發(fā)站、到站、開門側(cè)及換乘引導(dǎo)信息以及廣告娛樂等。

2.2 車地一體化的發(fā)展和應(yīng)用

車地一體化，是指列車上的多媒體直播顯示控制以及車輛視頻監(jiān)控信息通過無線上傳到地面控制中心，再通過大屏幕顯示出來的功能及其實現(xiàn)方式。車輛PIDS和地面PIS不再互不相關(guān)，而是有一個統(tǒng)一的規(guī)劃和設(shè)計。

例如成都地鐵車輛多媒體48.26 cm顯示屏，不僅顯示廣告、媒體等信息(地面PIS通過車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)提供節(jié)目源)，還要與車輛PIDS系統(tǒng)同步顯示當(dāng)前站、下一站、終點站等站點信息(車輛PIDS提供站點信息)。這就需要車輛PIDS或者地面PIS一方來進(jìn)行視頻和站點信息的疊加處理，另外，在緊急廣播播放情況下，還要全屏聯(lián)動顯示火災(zāi)、疏散等信息。車輛PIDS和地面PIS接口還有進(jìn)一步優(yōu)化提升的空間。

車輛視頻監(jiān)控信息上傳到OCC大屏幕與地面PIS節(jié)目源下傳到車輛需共用無線通信通道，隨著車輛視頻監(jiān)控圖像清晰度不斷提升以及視頻容量不斷加大，無線通信的帶寬及其傳輸技術(shù)也需要不斷擴展和提升。

還有前文中提到的遠(yuǎn)程刷新車輛PIDS軟件，也需要使用地面PIS提供的無線通道。這些復(fù)雜的接口工作界面將隨著車地一體化的應(yīng)用而被消化掉。例如成都7號線車輛和地面PIS雖然屬于不同的標(biāo)的，但是正巧為同一個生產(chǎn)廠家。不僅接口功能實現(xiàn)的很順暢，而且LCD視頻清晰度遠(yuǎn)高于其他線路。

2.3 乘客信息顯示系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用

安裝于地鐵車輛客室門區(qū)的動態(tài)電子地圖，前些年采用LED點陣動態(tài)電子地圖，近幾年逐步經(jīng)過印刷貼膜+迷你導(dǎo)乘屏顯示，印刷貼膜+15.6寸液晶導(dǎo)乘屏顯示的過渡階段，隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展和切割工藝的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)可以根據(jù)需要切割出任意尺寸的液晶顯示器，而且價格適中。所以在1號線三期、7號線以及后續(xù)線路上采用了96.52 cm甚至更大更好的LCD動態(tài)電子地圖。

2.3.1LED點陣電子動態(tài)地圖的應(yīng)用

成都地鐵1號、2號線一期車輛采用傳統(tǒng)的LED點陣電子動態(tài)地圖，即“站點貼膜+LED燈”共同完成站點的顯示，如圖1所示。由于能夠動態(tài)顯示列車運行信息，滿足了乘客出行的基本要求，從而應(yīng)用較廣。但由于本身技術(shù)的局限性和線網(wǎng)快速發(fā)展需要不斷擴展站點，使得LED點陣電子地圖不能靈活更新的缺陷逐步凸顯。

圖1 LED點陣電子地圖

例如，(1)在新線設(shè)計時往往在底板上按最大車站數(shù)預(yù)留開孔和LED燈泡，延伸線開通時需要調(diào)整底板控制程序和更換貼膜，一列車更換成本達(dá)3～5萬元，同時還因難以在短時間內(nèi)完成全部車輛的貼膜更換而極易對運營服務(wù)帶來影響。(2)由于需要預(yù)留中長期與之相關(guān)聯(lián)的線路的換乘標(biāo)識，換乘站點未開通時需對換乘標(biāo)識做遮擋處理，對貼膜的美觀性有較大的影響。

2.3.2印刷靜態(tài)貼膜+迷你導(dǎo)程屏顯示

成都地鐵1、2號線二期車輛采用印刷貼膜+迷你導(dǎo)程屏顯示方案，迷你導(dǎo)乘屏是通過LCD電子屏幕動態(tài)顯示列車到站情況，顯示內(nèi)容包括列車運行方向、當(dāng)前站、下一站、上一站、終點站、開門方向、換乘信息等，如圖2所示。

由于迷你導(dǎo)乘屏的尺寸為25.4 cm，無法在一個畫面上顯示線路的全部站點信息，同時，當(dāng)乘客離門區(qū)較遠(yuǎn)時，無法清晰的看到顯示的信息。因此，隨著乘客對列車服務(wù)質(zhì)量要求越來越高，其存在的缺陷也是不容忽視的。此外，其他線路開通增加本線換乘站或延伸線開通時，除進(jìn)行導(dǎo)程屏的程序刷新外還需要更換全新的印刷貼膜，維護費用沒有減少，反而增加了程序升級工作量。

圖2 印刷貼膜+迷你導(dǎo)程屏

2.3.3印刷貼膜+39.624 cm液晶導(dǎo)乘屏顯示

成都地鐵3、4號線PIDS系統(tǒng)采用印刷貼膜+39.624 cm 液晶導(dǎo)乘屏顯示方案，顯示內(nèi)容除迷你導(dǎo)程屏顯示的信息外，還有更友好的顯示界面和更豐富的內(nèi)容，在列車始發(fā)前能夠顯示線路的所有站點信息，區(qū)間運行時，能夠交替顯示下一站定向內(nèi)容，包括前方站點的景點介紹、公交駁接信息和定向廣告投放等內(nèi)容，如圖3所示。

雖然液晶屏幕尺寸比迷你導(dǎo)程屏大，顯示的界面更清晰，也存在換乘站和本線站點增加時需要既更換貼膜增加維護成本，又要同時刷新導(dǎo)乘屏程序的問題。

圖3 印刷貼膜+39.624 cm液晶導(dǎo)乘屏

2.3.438寸液晶導(dǎo)乘屏

成都地鐵1號線三期、7號，10號線及后續(xù)5號，6號線PIDS系統(tǒng)采用96.52 cm液晶導(dǎo)程屏，分辨率為1 920×290，顯示清晰度高，不再需要搭配印刷貼膜，除了可全屏動態(tài)實時顯示列車廣播報站的基本信息外，新增了更具人性化和信息化的乘客服務(wù)內(nèi)容，例如該顯示屏可通過切換不同畫面顯示全線站點圖、區(qū)間運行時間、各節(jié)車廂對應(yīng)車站電梯、站臺外商場、建筑信息等，還能夠?qū)崟r動態(tài)顯示運行方向各站點到站的預(yù)計時間。如圖4所示。

在線路擴展時，無需更換硬件和貼膜，只需要刷新導(dǎo)乘屏軟件即可，結(jié)合廣播系統(tǒng)以太網(wǎng)的運用，全列48個導(dǎo)乘屏程序也可在一個節(jié)點上一鍵更新。為后期的維護使用帶來極大的便利。

圖4 96.52 cm液晶導(dǎo)乘屏

圖5 96.52 cm液晶導(dǎo)乘屏

3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

3.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介

視頻監(jiān)視系統(tǒng)由司機室監(jiān)控觸摸屏、監(jiān)控存儲服務(wù)器、司機室和客室的數(shù)字?jǐn)z像機組成。司機室設(shè)置2個攝像監(jiān)視裝置，1個采用半球紅外攝像頭，至少可監(jiān)控司機臺及司機可操作的所有按鈕及開關(guān)；在新造車上增加了1個采用高清攝像頭，用于拍攝列車前方的狀況。每個客室設(shè)置2個攝像頭，共計12個客室攝像頭(A型車每個車廂設(shè)置4個攝像頭)。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

3.2.1監(jiān)控視頻存儲方式新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

成都地鐵1號、2號、3號、4號線錄像儲存是TC1、TC2兩個互為冗余的500G/1T/6T硬盤集中存儲整車錄像，1號、2號線儲存時間為7天；3號、4號線錄像存儲14天，錄像存儲容量相對較小。隨著國家對公共場所特別是地鐵安全的重視程度不斷提高，安防設(shè)備技術(shù)發(fā)展也是日新月異。2016年，國家頒布的最新反恐法要求，地鐵車輛的視頻監(jiān)控圖像信息保存期限不得少于90天。這個要求也帶動了地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。

例如，成都地鐵6號線全車設(shè)置8個12T硬盤錄像機分散存儲方式，采用相鄰兩車廂交叉冗余存儲方式，可存儲90天。系統(tǒng)交換機采用旁路冗余方式連接，避免由于交換機單點故障而引起的網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

3.2.2攝像頭技術(shù)的發(fā)展與新產(chǎn)品應(yīng)用

成都地鐵1號、2號、3號、4號線前期車輛采用模擬攝像頭，拍攝到的模擬信號需要經(jīng)過各個車廂內(nèi)的視頻編碼器編碼成數(shù)字信號后，再通過以太網(wǎng)傳輸?shù)剿緳C室內(nèi)的視頻存儲服務(wù)器的硬盤內(nèi)。司機室實時觀察客室畫面的液晶屏上顯示時，又要將硬盤內(nèi)的數(shù)字信號再次解碼成模擬信號播放。

后續(xù)5號、6號、7號、10號線均采用了數(shù)字?jǐn)z像頭，數(shù)字?jǐn)z像頭不僅清晰度更高，而且可以通過POE方式供電，不需要單獨插接電源線，布線和連接更加簡單；數(shù)字?jǐn)z像頭拍攝到的數(shù)字視頻碼流可以通過以太網(wǎng)直接傳輸并存儲在硬盤里，減少了中間的編碼設(shè)備，從而降低了視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量和造價。還在新造車輛增加了司機室前端的高清攝像頭，可以拍攝前方軌道的狀態(tài)，相當(dāng)于地鐵列車的行車記錄儀。

4 結(jié)束語

目前，PIDS還有一些新技術(shù)、新概念不斷涌現(xiàn)，我們期待著PIDS系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展可以給乘客帶來越來越便捷、準(zhǔn)確、貼心的服務(wù)，為運營單位提供快速、準(zhǔn)確、清晰的現(xiàn)場反饋，減少維保部門人力物力和成本。下面是我們暫時還沒實際運用的一些新技術(shù)、新概念。例如：緊急報警器自帶攝像頭，緊急報警時可以和司機或OCC中心視頻通話；PIS系統(tǒng)帶WIFI功能，PIS服務(wù)器可以向乘客手機自動推送到站提醒等信息，具體的應(yīng)用方式還有待開發(fā)；針對無人駕駛車輛，地面OCC可以直接接聽乘客緊急報警；全數(shù)字化方案，即所有的廣播語音、視頻信息以及控制命令都通過以太網(wǎng)傳輸；為了不斷提升乘客服務(wù)體驗，今后還會考慮由PIDS系統(tǒng)收集管理大數(shù)據(jù)(例如乘客在每節(jié)車廂的乘車密度)并實時反饋等。

列車廣播、乘客信息顯示、視頻監(jiān)控這3個子系統(tǒng)互相補充整合，最終實現(xiàn)PIDS系統(tǒng)整體更可靠、輕巧、操作更便捷的目標(biāo)；與地面PIS共享共通，為乘客提供更貼心便捷實用性強的乘車信息；同時還必須考慮減少后期人工維護工作量的設(shè)計。整個系統(tǒng)所需處理的信息量猛增，原來的單線程信息處理要向多線程方向發(fā)展，系統(tǒng)處理速度和設(shè)備存儲容量也必須有質(zhì)的飛躍。