賈 濤，李培遠(yuǎn)，徐雪原，梁錦發(fā)，林更澤，匡如華，張維久

(1.中車青島四方車輛研究所有限公司, 山東 青島 266031；2.深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518026； 3.武漢地鐵集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430035)

在當(dāng)前新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的浪潮下，國內(nèi)城軌交通行業(yè)信息化及服務(wù)多元化快速發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)服務(wù)模式尤其是在服務(wù)手段、運(yùn)營方式、交互方式方面帶來較大改變。與此同時(shí)，隨著OLED新型顯示技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、毫米波通信、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)等新興技術(shù)的飛速發(fā)展，多元化、個(gè)性化的運(yùn)營服務(wù)模式將不斷涌現(xiàn)，從而為乘客提供更優(yōu)的乘車體驗(yàn)。

當(dāng)前由于地鐵運(yùn)行環(huán)境較為單一，車外多為幽閉環(huán)境，在列車行駛區(qū)間傳統(tǒng)車窗可視化區(qū)域多為隧道管廊，窗外視覺觀感體驗(yàn)不友好。出于商務(wù)考慮，部分城市在站臺(tái)及隧道區(qū)域部署排式廣告顯示推廣屏來投放廣告，由于參照物原因，在列車行駛過程中因人眼視覺快速切換屏幕易導(dǎo)致乘客視覺眩暈，極大地影響乘客的乘車體驗(yàn)，同時(shí)存在維護(hù)清潔不便等困難。

隨著透明OLED顯示技術(shù)的快速發(fā)展，如果將傳統(tǒng)車窗與透明OLED顯示屏貼合形成具備一定透光率的透明車窗，將完美實(shí)現(xiàn)圖像、視頻與車外風(fēng)景的融合。透明車窗以透明OLED顯示技術(shù)為載體，借助既有車載系統(tǒng)及3/4/5G通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通過3D圖層渲染視頻向乘客展示列車實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、實(shí)時(shí)位置服務(wù)信息、軌道交通換乘信息、實(shí)時(shí)航班信息、路面交通擁擠度信息、天氣預(yù)報(bào)信息、緊急服務(wù)信息、線路景點(diǎn)、站內(nèi)商圈/娛樂指引等一系列資訊。透明車窗可有效提升車載信息可視化水平，拓展運(yùn)營商新媒體渠道，增加新媒體價(jià)值，極大程度地提高乘客的視覺滿足感。同時(shí)，結(jié)合圖像視覺技術(shù)及5G技術(shù)應(yīng)用，可顯著提升車輛的乘客信息服務(wù)智能化水平，滿足城市軌道交通的信息服務(wù)發(fā)展需求。

本文將對(duì)透明車窗的系統(tǒng)拓?fù)?、系統(tǒng)特點(diǎn)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、車地通信鏈路及云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行介紹。該系統(tǒng)的研制及應(yīng)用將進(jìn)一步提高國內(nèi)城市軌道交通系統(tǒng)的智能化信息服務(wù)水平，為后續(xù)同類產(chǎn)品或系統(tǒng)深入研究提供設(shè)計(jì)參考。

1 透明車窗系統(tǒng)特點(diǎn)

透明車窗系統(tǒng)應(yīng)用于城市軌道交通打破了傳統(tǒng)的單向傳播媒體介質(zhì)，兼顧普通車窗的透明顯示與視頻、圖像等娛樂信息顯示需求，同時(shí)集成觸摸功能，更好地實(shí)現(xiàn)與乘客交互，對(duì)未來城軌列車發(fā)展有著重要的創(chuàng)新和應(yīng)用意義。

透明車窗系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1) 對(duì)比度極高，顯示效果更好。透明OLED顯示屏對(duì)比度達(dá)150 000∶1，分辨率達(dá)1 080 P，其55 in(1 397 mm)尺寸可與常見車窗玻璃較好地融合。透明OLED顯示屏本身最高透光率達(dá)40%，與車窗玻璃、觸摸膜等貼合后可實(shí)現(xiàn)最高32%的透光率，相較傳統(tǒng)LCD顯示屏顯示效果更好，更具新媒體價(jià)值[1]。

(2) 科技感更強(qiáng)。透明車窗總成除透明OLED顯示屏外，可集成納米觸摸屏，實(shí)現(xiàn)通過車窗內(nèi)表面玻璃進(jìn)行觸摸的功能，同時(shí)可在2層車窗玻璃之間貼合3/4/5G天線，實(shí)現(xiàn)車地?zé)o線鏈路通信功能，極大地提升產(chǎn)品科技感。

(3) 更具人性化。透明車窗系統(tǒng)采用安卓操作系統(tǒng)，使用主流交互設(shè)計(jì)語言展示列車實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、實(shí)時(shí)位置服務(wù)信息、軌道交通換乘信息、實(shí)時(shí)航班信息、路面交通擁擠度信息、天氣預(yù)報(bào)信息、緊急服務(wù)信息、線路景點(diǎn)、站內(nèi)商圈/娛樂指引信息等，及時(shí)關(guān)聯(lián)乘客必要的出行信息，為乘客提供更加人性化的出行服務(wù)。同時(shí)，界面本身具備一鍵息屏功能，可根據(jù)乘客愛好選擇是否關(guān)閉信息顯示功能。

(4) 可提供更多的創(chuàng)新服務(wù)。隨著5G技術(shù)應(yīng)用不斷增加，可將實(shí)時(shí)位置服務(wù)、空鐵聯(lián)程信息服務(wù)、手勢識(shí)別、AR/VR交互、5G視頻直播等新型服務(wù)更好地融入透明車窗系統(tǒng)，以提供更多創(chuàng)新服務(wù)[2]。

2 透明車窗系統(tǒng)拓?fù)?/h2>

以國內(nèi)某地鐵項(xiàng)目為例，考慮到列車車窗布局，建議每節(jié)車廂安裝透明車窗數(shù)量不超過2臺(tái)，本項(xiàng)目按照每節(jié)車廂安裝1臺(tái)透明車窗布置，透明車窗系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 透明車窗系統(tǒng)拓?fù)鋱D

透明車窗系統(tǒng)由交換機(jī)及透明車窗構(gòu)成。交換機(jī)用來實(shí)現(xiàn)與列車其他系統(tǒng)如網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)等接口，可獲取站點(diǎn)、緊急服務(wù)等信息；透明車窗可實(shí)現(xiàn)服務(wù)信息及相關(guān)圖像、視頻等的播放功能，播放的信息類型可分為本地?cái)?shù)據(jù)、列車數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在透明車窗總成內(nèi)的控制盒中，透明車窗總成通過交換機(jī)獲取列車數(shù)據(jù)，透明車窗總成控制盒內(nèi)部集成3/4/5G通信模塊、3/4/5G天線等，用于獲取互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。

3 透明車窗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

透明車窗由透明車窗總成和電源模塊構(gòu)成，透明車窗總成外觀見圖2。透明車窗總成由控制盒、透明OLED顯示屏、車窗玻璃、納米觸摸膜、紫外線屏蔽膜等部件構(gòu)成，控制盒包含核心控制模塊及透明OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)軟件功能及顯示驅(qū)動(dòng)；納米觸摸膜、透明OLED顯示屏實(shí)現(xiàn)觸摸及信息顯示功能[3]；紫外線屏蔽膜可遮擋99%以上紫外線，為透明OLED顯示屏提供更好應(yīng)用環(huán)境，避免因紫外線照射影響透明OLED顯示屏壽命。電源模塊為透明車窗總成供電，需滿足軌道交通行業(yè)應(yīng)用各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，保障在車載復(fù)雜電磁環(huán)境下透明車窗系統(tǒng)工作正常。

圖2 透明車窗總成外觀

以地鐵車窗中空結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在不影響車窗安全、結(jié)構(gòu)、密封等性能前提下，將透明OLED顯示屏全貼合在地鐵車窗中空區(qū)域，與車窗內(nèi)側(cè)玻璃完全貼合，并將觸摸層、紫外線屏蔽層也集成在中空區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)車窗普通顯示功能與透明OLED顯示及交互功能的完美結(jié)合。

4 透明車窗系統(tǒng)車地通信鏈路

為更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)透明車窗終端產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制，需要搭建車地通信鏈路。利用車地通信鏈路，列車各透明車窗終端可實(shí)現(xiàn)與地面控制中心遠(yuǎn)程通信。圖3為透明車窗系統(tǒng)車地通信鏈路原理圖。

圖3 透明車窗系統(tǒng)車地通信鏈路原理圖

列車所有透明車窗終端均可通過各車載骨干網(wǎng)交換機(jī)同步訪問列車相關(guān)信息，實(shí)時(shí)顯示站點(diǎn)信息、站臺(tái)信息、車次信息等，同時(shí)，所有透明車窗終端均支持全網(wǎng)通3/4/5G公網(wǎng)訪問功能，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問。地面播控服務(wù)器可對(duì)各透明車窗終端進(jìn)行遠(yuǎn)程更新及統(tǒng)籌管理，為列車維護(hù)人員提供遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程更新、遠(yuǎn)程開/關(guān)透明車窗等功能，極大地提高運(yùn)營效率，減少運(yùn)營維護(hù)成本，符合軌道交通未來車地一體化發(fā)展方向[4]。

5 透明車窗系統(tǒng)云服務(wù)平臺(tái)

隨著國內(nèi)外云服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用的不斷增加，可考慮搭建透明車窗系統(tǒng)云服務(wù)平臺(tái)(圖4)，將地面播控系統(tǒng)軟件統(tǒng)一部署在公有云或私有云上，各透明車窗終端通過3/4/5G技術(shù)直接與云服務(wù)平臺(tái)交互，維護(hù)服務(wù)人員可通過電腦終端直接與云服務(wù)平臺(tái)接口，極大提升系統(tǒng)的安全性以及使用便捷性。

圖4 透明車窗系統(tǒng)云服務(wù)平臺(tái)

6 結(jié)束語

本文研制的透明車窗系統(tǒng)已在國內(nèi)某地鐵線路正線運(yùn)行車輛上使用，目前運(yùn)行結(jié)果表明該系統(tǒng)的各項(xiàng)功能完備，為乘客提供更多必要出行信息的同時(shí)也給乘客帶來了較強(qiáng)的視覺沖擊感，為乘客出行提供了全方位立體化感知服務(wù)。該系統(tǒng)的研制可為軌道交通系統(tǒng)信息化及數(shù)字化的深入研究及性能提升提供參考，未來隨著5G商用化的不斷深入，移動(dòng)端及云端算力的不斷提升，顯示技術(shù)的不斷革新，期待更多的智能交互產(chǎn)品能夠在城軌交通中應(yīng)用，為乘客帶來更優(yōu)的出行服務(wù)。