乌鲁木齐城轨乘客导乘信息系统设计探讨

郝晓蓉

（新疆铁道勘察设计院，830011，乌鲁木齐∥工程师）

乘客导乘信息系统（Passenger Information System，简为PIS）是一个综合计算机网络技术和电子媒体技术的综合服务性系统，是一个多媒体资讯发布、播控与管理平台，能发布有关乘客导乘、列车到站、票务政策、乘车指引、换乘、运营安全等运营服务信息，同时为广大乘客提供丰富的资讯与娱乐信息。

乌鲁木齐是一个多民族聚居的城市。随着社会经济的发展，乌鲁木齐城市轨道交通1号线即将建设，与乘客密切相关的乘客导乘信息系统的设计方案与建设有着重要的意义。结合近年来其他城市轨道交通PIS的建设，从系统的功能、方案的比选、系统的结构三个方面对乌鲁木齐城轨1号线PIS设计方案进行阐述和探讨。

1 PIS实现的功能

乌鲁木齐城市轨道交通1号线建设的PIS，必须实现以下功能，才能满足服务于乘客、达到安全运营的目的。

（1）应急功能。①预先设定紧急信息：PIS可以预先设定多种紧急灾难告警模式，方便自动或人工触发进入告警模式。在发生火警、恐怖袭击等情况时，由自动告警系统或人工触发，进入紧急灾难告警模式。②即时编辑发布紧急信息：当车站发生非预期的灾难且需要PIS系统即时发布灾难警告信息时，PIS软件可以即时编辑发布紧急信息，并送至指定的显示屏，使乘客及时看到警告信息及人流疏导信息。

（2）宣传及广告发布功能。PIS可为轨道交通引入一个多媒体形象的展示平台，通过形象视频、图片、文字的播出，可以为乌鲁木齐进行更多的形象宣传；引进多语言显示平台，实现包括汉语、维语、英语在内的多种语言播放功能。

（3）区域屏幕分割功能。终端显示屏幕可根据要求划分为多个区域，不同区域可同时显示各类不同的资讯，包括文字、图片和视频信息。

（4）显示列车服务信息。设置于地铁车站子系统的信息播放控制器实时接收列车自动监控（ATS）列车服务信息，再控制指定的终端显示器显示相应的列车服务信息，如下列车的到站时间、列车时间表、列车阻塞或异常、特别的列车服务安排等信息。

（5）车载信息播放功能。列车能实时接收、存储并播放控制中心下发的新闻、公告、商业广告等。

（6）时钟显示的功能。PIS可以接收时钟系统的时钟信号，确保终端显示屏幕显示时钟的准确性。

（7）终端显示屏的广泛兼容性。PIS软件能够良好地兼容多种显示设备。

（8）定时自动播出的功能。

（9）集中网管维护功能。

（10）数字传输功能。PIS的中心信号采集、中心播出服务器处理和DVB－IP编码器的封包，转换成DVB－IP数据包进入传输网传输，均采用数字方式；经过传输网传输的数字视频流信号传至车站播出服务器，由车站播出工作站进行多区域信息叠加，并在显示屏进行显示。

（11）灵活多样的显示功能。所有车站的播出工作站在PIS中都是相对独立的，因此中央和车站操作员可以直接控制到每台车站播出工作站的显示内容（车站操作员限本站）。

（12）信息显示优先级功能。

（13）列车图像监视功能。系统应具有列车视频监控功能，通过车载子系统和网络子系统将列车的图像上传到控制中心和轨道交通公安分局控制中心。

2 系统的方案

在PIS的信息传输设计中，必须实现控制中心、车站、列车之间的信息传递。

2.1 控制中心－车站的信息传输

控制中心传到各车站及车辆段之间的信息有实时信息和非实时信息。这些信息每个车站都能同时接收，控制中心PIS信息流可以广播方式向各站及车辆段传送。这些信息流可以利用通信传输网络的总线型以太网通道满足系统实时数据传输要求。通信传输网络对承载业务本身也具有良好的保护功能，比单独建网减少投资及维护费用。

2.2 显示屏的设计布置

目前用于PIS的车站显示器主要是等离子显示屏（PDP）和液晶显示屏（LCD）。根据两种显示屏各自的特点，在站厅使用PDP显示屏，站台使用LCD显示屏。

2.3 列车－控制中心信息传输

车载信息显示设备显示的信息可以是实时的也可以是非实时的，所以对于车载信息的传送方案主要有两种方式：①定点信息传送方式。在运营过程中，利用列车在车站停靠的时间，可以通过车站无线传输网，将车站服务器中的信息传到车载服务器上。当列车在车辆段停靠时，可以通过车辆段无线传输网，将车辆段服务器中的信息传到车载服务器上，或直接采用移动存储设备，将信息拷贝到车载服务器上。②移动信息传送方式。主要用于传送实时信息。实时信息分为简单的文本信息（如新闻字幕、紧急通告）和视频信息。根据传输信息内容的不同，移动信息传送方式又可采用专用无线通信系统和专用的无线宽带移动网络传输。

如果只需上传文本信息，可以利用专用无线通信系统中的信道实现；如果需要同时上传文本信息和视频信息，需在车站、车辆段设置无线宽带移动网络设备，实现全线信号覆盖，使运行中的列车能实时接收和发射文本信息和视频信息。

两方案相比较，专用无线宽带移动网络可以确保车载子系统随时从控制中心和车站接收文本信息和视频信息，如急事件通告、时事新闻、电视节目等，充分满足运营及乘客的需要；同时也可以将车内的视频监控信息传到控制中心，满足安防反恐需要。故在乌鲁木齐城市轨道工程建设中，推荐采用专用无线宽带移动网络方案。

2.4 无线宽带移动网制式的选择

无线信息传输通信目前可以考虑的技术有：无线数字集群通信（TETRA）、全球移动通信系统（GSM）、码分多址 （CDMA）、3G 、无线局域网（WLAN）、地面无线数字视频广播（DVB－T）等技术。

TETRA技术、GSM技术、CDMA技术均为非常成熟的技术，使用面较广，有着良好的应用实例。但是这三种技术对于PIS信息传输均存在带宽不足的缺陷，不能满足PIS所需要的带宽要求。

3G技术在中国有几种标准，较TETRA技术、GSM技术、CDMA技术的传输带宽有了很大的提高，下行速率在静止状态下可以达到1Mbit／s多，运动状态下可以达到几百kbit／s，上行速率可以达到几十kbit／s，但是还是不能满足车载PIS所需要的带宽要求。

区域多点传输服务（LMDS）多点分配接入技术，采用较高的频率（10～43GHz，常用为26GHz）为传输介质，是一个快速、有弹性且具效益性的宽频网路，能提供几十Mbit／s甚至上百Mbit／s的下行传输速率，也能满足轨道交通上行带宽的要求。但LMDS存在的缺陷是：LMDS主要用于大功率的发送基站（一般功率为1 000W以上），对于低功率、大密度的场强覆盖方式不太适合；另外LMDS的无线信号对于障碍物、雨衰等衰减很大。就实用性而言，LMDS不太适合轨道交通通信。

多信道多点分配（MMDS）技术，运行在3.5G频段，可用带宽为2×30.5M，为准视距传播。MMDS的缺陷是对于上行业务的传输速率不能满足车载PIS的需求；另外MMDS和LMDS一样，对于场强的覆盖方式也不适合轨道交通通信。

DVB－T技术，是为数字电视的广播方式传输而开发的，具有容量大、接入灵活等特点。传统的DVB－T技术只提供单向（即下行）传输，而新的DVB－T技术则支持双向传输。DVB－T技术适用于高速数据传输，可以工作在多个频点，减少无线频段干扰的可能，场强的覆盖可以采用小功率大密度的方式，比较适用于轨道交通通信。但是作为数字广播电视的标准，中国现在还没有正式出台，而且在双向传输的方面还没有很多的经验借鉴，所以DVB－T技术目前在城市轨道建设中只作为跟踪技术。

WLAN技术作为一种用户端的宽带接入技术，其网络化、宽带化、移动化等特点具有相当的优势。WLAN 技术有很多标准：802.11a、802.11b、802.11g、802.16等。802.11a工作在5.8G频段，干扰较少，传输速率可以达到54Mbit／s，完全可以满足轨道交通的带宽需求，但是有专用频段需与无委会协商频率申请、付费等事宜；802.11b工作在2.4G频段，带宽最高达11Mbit／s，基本能满足目前乌鲁木齐轨道交通的业务需求，但不能满足不断提高服务质量的城市轨道交通发展的需求。802.11g工作在2.4G频段，由于采用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到54Mbps，完全可以满足轨道交通的带宽需求，场强覆盖也相对容易控制；802.16标准，也称 WI－MAX，传输速率可达上百 Mb／s，是一种正在发展中的新技术，由于目前相关标准尚未统一，因此，现阶段在城市轨道建设中作为跟踪技术。

由以上分析可见，可以满足车载PIS业务实时传输的制式有 DVB－T、WLAN802.11g制式以及WI－MAX等。结合近年来城市轨道交通建设中的情况，把DVB－T、WLAN802.16作为新技术继续关注，推荐采用 WLAN技术，建议采用802.11a或802.11g标准。

2.5 场强覆盖方式

由于轨道交通呈线性分布，不适合蜂窝状的覆盖方式，而需要采用定向型、小功率大密度场强覆盖方式。可以采用的覆盖方式有无线AP（Access Point）方式和漏泄同轴电缆方式。采用漏泄电缆对于场强覆盖有着良好的方向性和控制性。但是轨道交通区间中限界以内的空间位置已经非常拥挤，若单独设置漏缆，由于漏缆的间距要求导致安装位置很难找到，而且造价很高。如果和其它的漏缆合设，由于WLAN频段较高，所以需要中继的点基本上200m左右要设一处，造价较高，而且对于别的系统的耦合损耗有很大的影响。如果采用无线AP的方式，也可以控制场强的方向及强弱，大约150m左右设一处AP，用光缆连接。目前光缆比较便宜，而且光缆和AP的安装条件相对于漏缆容易实现。因此，乌鲁木齐城市轨道1号线建设中推荐采用设置无线AP方式来解决区间场强覆盖。

在车站、车辆段、地下区间、高架区间等固定的地方，设WLAN的无线网关AP进行覆盖，无论列车在车站、车辆段还是区间内，均可通过无线AP设备实现控制中心、各站及车辆段与列车之间的车地双向实时信息传递。

2.6 PIS与信号系统的WLAN共存问题

信号系统亦采用WLAN进行车－地通信。如何使信号系统与PIS两个WLAN共存，可以采用以下的几种举措。

（1）PIS与信号系统共网运行。对PIS而言，10 Mbit／s传输带宽就可以做到传输优质的音频或视频信号的要求。与PIS相比较，信号系统的控制信号传输速率要求不高，但对传输的可靠性与安全性要求很高。基于当前的WLAN技术，采用802.11b直接序列扩频（DSSS）技术，最大可以提供11Mbit／s的传输速率；采用802.11g的正交频分复用（OFDM）技术，最大可以提供54Mbit／s的传输速率，完全可以满足PIS与信号系统的共网工作的要求。现在相关的系统供货商也在致力于PIS于信号系统的共网工作。采用这种方式既可以节省无线电频率资源、节约工程投资，又可以避免PIS与信号系统的相互干扰。

（2）PIS与信号系统隔开频段运行。如选择两个不同的WLAN供货商，分别建立PIS与信号系统的 WLAN，则要求两个系统所使用频段不能重叠、相互隔开。例如：信号系统使用2.4GHz频段，PIS使用5.8GHz。除2.4GHz频段为免费频段外，使用其他频段均需付费，且要得到当地无线电管理委员会的批准。

（3）PIS与信号系统同频段运行。若选择两个不同的WLAN供货商，分别建立PIS与信号系统的WLAN，但要求两个系统所使用相同的频段，例如ISM免费频段。可以采取选择不同的天线极化方向，以及尽量将两个系统的信道频段分开的措施，减少两个WLAN之间的干扰。

目前国内新建的城市轨道交通已开始应用WLAN解决车－地之间的宽带传输问题。随着WLAN技术的成熟及普及，WLAN将在城市轨道交通中得到普遍的应用。

3 系统构成

PIS由控制中心子系统、车站设备子系统、信息传输子系统及车载子系统四部分组成。

1）控制中心子系统：是整个系统的中枢，主要负责全线PIS的管理、信息内容集中控制、节目的编辑和发布，为轨道交通的PIS提供信源。

2）车站设备子系统：主要负责从控制中心接收信息，控制本站的显示器内容播放。车站设备子系统也能结合本站的特点进行信息编辑，为本站的PIS提供信源。

3）信息传输子系统：是为PIS提供OCC（运营控制中心）和各车站、车辆段及区间数据信号和控制信号传输的通道。信息传输子系统包括有线信息传输和无线信息传输两个部分。

［1］李伟章，徐幼铭，林瑜筠，等.城市轨道交通通信［M］.北京：中国铁道出版社，2008.