張紫城 何永明 付皓天 韓思澤 丁柏群

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

北上廣深等特大城市的上班族每天有大量的時(shí)間乘坐擁擠的地鐵，對(duì)車廂內(nèi)視頻廣告要么熟視無(wú)睹，要么不勝其煩。同時(shí)還得集中精力注意地鐵車輛所在的區(qū)段位置，以免錯(cuò)過(guò)站點(diǎn)，因此很容易產(chǎn)生疲勞和焦慮情緒[1]。對(duì)于外地乘客，渴望欣賞城市高樓大廈的繁華，卻又忍受不了地面交通的擁堵，不得不在地面交通和地下交通之間做艱難選擇。

論文對(duì)地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)提供地鐵列車所處位置地面的實(shí)景視頻，讓乘客乘坐地鐵時(shí)能夠和乘坐地面交通工具一樣了解自身所處的實(shí)時(shí)位置，并能欣賞沿途城市風(fēng)景。

1 相關(guān)研究概述

目前國(guó)內(nèi)地鐵報(bào)站方式基本相同，通常用語(yǔ)音報(bào)站和車廂內(nèi)指示燈相結(jié)合的方法[2]。語(yǔ)音報(bào)站一般在停車和開(kāi)車之前，告知乘客下一站停靠站點(diǎn)和換乘信息。車廂內(nèi)的指示燈能夠顯示地鐵列車所處的實(shí)時(shí)區(qū)段。由于定位誤差和通信故障造成站點(diǎn)誤報(bào)或未報(bào)的情形時(shí)常出現(xiàn)，因此針對(duì)地鐵定位和通訊的相關(guān)研究較多[3]。

逄順勇等利用智能手機(jī)陀螺儀等慣性傳感器彌補(bǔ)GPS和基站定位過(guò)分依賴外部信號(hào)的不足，有效提高了地鐵列車定位精度，提高了地鐵列車報(bào)站準(zhǔn)確度[4]。徐子興等提出了一個(gè)高可靠性的地鐵列車廣播控制盒仿真方案，該方案以STC15單片機(jī)為核心，通過(guò)電路設(shè)計(jì)和制作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)報(bào)站、緊急信息廣播，以及緊急對(duì)講等功能[5]。薛紅艷等研究了包含廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和媒體顯示系統(tǒng)的乘客信息顯示系統(tǒng)，并對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提出優(yōu)化建議[6]。孫語(yǔ)涵設(shè)計(jì)了一種適用于地鐵隧道側(cè)壁連續(xù)視頻播放系統(tǒng),該系統(tǒng)確保列車內(nèi)部的乘客所觀看的地鐵隧道側(cè)壁播放的視頻是連續(xù)播放和流暢無(wú)停頓[7]。

以上研究對(duì)提高地鐵服務(wù)水平起到一定的作用，但是無(wú)法讓乘客欣賞到地鐵隧道上方地面道路兩側(cè)的風(fēng)景。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)，由控制主機(jī)、投影儀、條形屏幕、定位模塊和測(cè)距模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

定位模塊安裝在地鐵列車編組中間車廂頂部正中，用于采集地鐵車輛的位置信息。測(cè)距模塊安裝在列車每個(gè)車窗正下方，用于采集車身與隧道壁的距離信息。條形屏幕沿隧道壁連續(xù)安裝，其中心線高度略低于車窗水平中心線，條形屏幕高度取車窗高度的2倍。投影儀安裝在列車每個(gè)車窗正上方，向下傾斜45°，用于將實(shí)景視頻投射到條形屏幕?？刂浦鳈C(jī)安裝在地鐵列車駕駛室，用于存儲(chǔ)實(shí)景視頻，并根據(jù)定位模塊采集的位置信息和測(cè)距模塊采集的距離選擇播放相應(yīng)的實(shí)景視頻。

2.2 系統(tǒng)原理

地鐵列車無(wú)論是運(yùn)行狀態(tài)還是在站?？?，地鐵列車、乘客、投影儀和條形屏幕4者都是相對(duì)靜止的，研究團(tuán)隊(duì)巧妙運(yùn)用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)隧道壁投影，讓乘客領(lǐng)略隧道上方地面道路兩側(cè)的風(fēng)景。

地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)用定位模塊獲取地鐵列車實(shí)時(shí)位置，利用測(cè)距模塊判斷列車與隧道壁的距離信息，并將以上信息發(fā)送給控制主機(jī)，控制主機(jī)根據(jù)以上信息，選擇是否播放實(shí)景視頻和播放哪段視頻，地鐵乘客通過(guò)觀賞列車窗戶外條形屏幕上的實(shí)景視頻，得到與乘坐地面公交車相同的效果(見(jiàn)圖2)。

3 系統(tǒng)工作過(guò)程

3.1 視頻錄制及編號(hào)

以地面公交車乘客視角錄制道路兩側(cè)實(shí)景視頻，錄制視頻時(shí)公交車行駛速度與地鐵列車駛過(guò)速度盡量一致，與地鐵列車在站點(diǎn)附近加速和減速段的速度也盡量一致，地鐵列車在站上下客時(shí)，錄制站點(diǎn)附近地面實(shí)景，并將視頻編號(hào)保存在控制主機(jī)中，視頻編號(hào)舉例見(jiàn)表1。

表1 視頻編號(hào)舉例

3.2 視頻播報(bào)過(guò)程

1)起點(diǎn)站發(fā)車。

定位模塊采集地鐵列車的位置信息，如定位模塊確定地鐵列車在站點(diǎn)1，測(cè)距模塊檢測(cè)車身兩側(cè)與隧道壁的距離信息，距離大于正常值則表明該側(cè)(例如右側(cè))為站臺(tái)，投影儀關(guān)閉，控制主機(jī)將朝向隧道壁另一側(cè)(左側(cè))的視頻(SZ1)傳送到投影儀，乘客通過(guò)列車窗戶外的條形屏幕觀賞到站點(diǎn)附近地面道路對(duì)應(yīng)一側(cè)(左側(cè))的實(shí)景視頻。

2)區(qū)間1-2運(yùn)行。

SZ1視頻播放完畢，乘客全部上車，右側(cè)車門(mén)關(guān)閉。地鐵列車啟動(dòng)，由站點(diǎn)1開(kāi)往站點(diǎn)2，控制主機(jī)將視頻SZ12和SY12分別傳送到車身左右兩側(cè)的投影儀，乘客通過(guò)列車窗戶外的條形屏幕觀賞到地鐵車輛位置附近地面道路兩側(cè)的實(shí)景視頻。

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地鐵到達(dá)站點(diǎn)2，地鐵列車停車。由于錄制視頻時(shí)的速度與地鐵列車行駛速度基本相同，地鐵列車停車時(shí)，視頻SZ12和SY12也剛好播放完畢。測(cè)距模塊再次檢測(cè)車身兩側(cè)與隧道壁的距離，距離大于正常值則表明該側(cè)(例如左側(cè))為站臺(tái)，控制主機(jī)將視頻傳送到車身另一側(cè)的投影儀，乘客通過(guò)右側(cè)列車窗戶觀賞到站點(diǎn)2附近地面道路對(duì)應(yīng)一側(cè)(右側(cè))的實(shí)景視頻。

4)區(qū)間2-3運(yùn)行。

由于地鐵在各站上下客的時(shí)長(zhǎng)相對(duì)固定，SY2視頻播放完畢時(shí)乘客也完成上下車，左側(cè)車門(mén)關(guān)閉。地鐵列車啟動(dòng)，由站點(diǎn)1開(kāi)往站點(diǎn)2，控制主機(jī)將視頻SZ23和SY23分別傳送到車身左右兩側(cè)的投影儀，乘客通過(guò)列車窗戶外的條形屏幕觀賞到地鐵車輛位置附近地面道路兩側(cè)的實(shí)景視頻。

按照以上步驟直至地鐵列車完成上行行程到達(dá)終點(diǎn)，進(jìn)入下行行程，如此反復(fù)。

4 效果評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)參數(shù)選擇

當(dāng)?shù)罔F列車在某一區(qū)段運(yùn)行到達(dá)?？空军c(diǎn)時(shí)，播放內(nèi)容正好播放完畢，或者地鐵列車發(fā)車時(shí)?？空军c(diǎn)的視頻正好播放完畢，這是最理想的效果。

實(shí)際上地鐵運(yùn)行時(shí)間誤差為零幾乎是不可能的，因此只能期望誤差越小越好。地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)在每個(gè)區(qū)段運(yùn)行或在每個(gè)站點(diǎn)停靠時(shí)，播放內(nèi)容的時(shí)長(zhǎng)與實(shí)際運(yùn)行時(shí)間或停靠時(shí)間的誤差越小則證明效果越好。因此，選擇運(yùn)行時(shí)間誤差和停靠時(shí)間誤差作為評(píng)價(jià)實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)參數(shù)。

4.2 運(yùn)行時(shí)間誤差

為了評(píng)價(jià)地鐵運(yùn)行時(shí)間誤差，研究團(tuán)隊(duì)調(diào)查了哈爾濱市地鐵1號(hào)線學(xué)府路站至鐵路局站之間的3個(gè)運(yùn)行區(qū)間，10次調(diào)查數(shù)據(jù)平均誤差和最大誤差見(jiàn)表2。

表2 運(yùn)行時(shí)間誤差

由表2可見(jiàn)，調(diào)查區(qū)間運(yùn)行平均誤差不超過(guò)5 s，最大誤差僅有13 s。因此，在誤差時(shí)間段內(nèi)插入報(bào)站信息或者廣告即可完美轉(zhuǎn)換，不會(huì)影響實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)的效果。

4.3 ?？繒r(shí)間誤差

調(diào)查區(qū)段涉及4個(gè)?？空?，各站點(diǎn)?？繒r(shí)間誤差見(jiàn)表3。

表3 停靠時(shí)間誤差 s

由表3可見(jiàn)，各?？空酒骄？繒r(shí)間誤差不超過(guò)2.5 s，最大誤差不超過(guò)4 s，低于運(yùn)行時(shí)間誤差，因此也不會(huì)影響到實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)的實(shí)施效果。

5 結(jié)語(yǔ)

論文研究了一種地鐵列車地面實(shí)景播報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用定位模塊獲取地鐵列車實(shí)時(shí)位置，利用測(cè)距模塊判斷列車與隧道壁的距離信息，并將以上信息發(fā)送給控制主機(jī)，控制主機(jī)根據(jù)以上信息，選擇是否播放實(shí)景視頻和播放哪段視頻，地鐵乘客通過(guò)觀賞列車窗戶外條形屏幕上的實(shí)景視頻，得到與乘坐地面公交車相同的效果。