轨道交通旅客信息系统方案设计

孟庆祝(北京国安电气有限责任公司， 北京 100190)

1 概述

轨道交通旅客信息系统(PIS)是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，通过设置在站厅、站台、列车的乘客信息显示屏，让乘客及时准确地了解列车的运行状态及安全事项的多媒体综合信息显示系统。由控制中心子系统、车站子系统、网络子系统、车载子系统实现对乘客所需信息的采集、制作、编辑、管理、发布、传递，最终在显示终端进行信息显示，向乘客提供实时、直观、有效、形象的各种信息资讯。是地铁系统实现以人为本、进一步提高地铁为乘客服务质量、加快各种信息(如：乘客行车、安防反恐、运营紧急救灾、地铁公益广告、天气预报、新闻、交通信息等)公告传递的重要设备，是提高地铁运营管理水平，扩大地铁对乘客服务范围的有效工具。

本工程将在地铁沿线的车站、站厅以及列车提供全面的旅客信息系统(PIS)，为站台、站厅、车站出入口的信息发布提供最为灵活、高效、智能、快捷的解决方案。将令轨道交通运营进一步扩大运营服务的能力，提高运营服务水平，创造更大的经济和社会效益。

2 系统构成

本工程旅客信息系统包括控制中心子系统、网络子系统、车站子系统及车载子系统。旅客信息系统结构如图1所示。

2.1 控制中心子系统

控制中心子系统由中心服务器、数字视频服务器、音视频切换矩阵、网管服务器(工作站)、维护管理工作站和中央调度值班操作台等组成。中心服务器采用双机热备份设计，实现数据的不间断通讯；音视频切换矩阵可在控制中心实现不同显示终端的音视频切换和播放；中心网管服务器(工作站)可对系统整个网络里的设备进行远程监控和管理；控制中心主要负责完成旅客信息系统的信息加工与处理、发布，包括：对乘客提供乘车须知、服务时间、列车到达时间、政府公告、地铁宣传及公告、出行参考、媒体新闻、赛事直播、商业广告等实时的多媒体信息；在突发事件、火灾、阻塞及恐怖袭击等紧急情况下，旅客信息系统可提供动态紧急疏散指示，通过声音及图像为乘客提供疏散指引，确保乘客安全疏散。

2.2 网络子系统

本工程地铁旅客信息系统网络子系统由有线网络、无线网络及车载局域网络组成。网络子系统结构如图2所示。

有线网络主要设备包括：控制中心以太网核心交换机、车站以太网接入交换机、控制中心的防火墙设备、路由器等。车站以太网接入交换机通过千兆有线传输网络链路分别连接到控制中心的核心交换机上。

无线局域网作为有线局域网的延伸，提供了地面与列车的通信。

车载局域网络，车载无线AP在车头和车尾接到无线视频传输系统的工业以太网交换机上，旅客信息系统通过车载交换机实现互联。

2.3 车载子系统

对于城市轨道交通这样客流量超大、人群集中的场合，地铁的车载设备不仅要保证不停机使用，而且针对车载高振动、高电磁干扰等特殊环境，车载乘客信息子系统(以下简称车载PIS)具有高安全性、高可靠性、高实用性和结构合理的设计。车载PIS系统利用无线网络，实现列车与地面之间的双向通信。车载设备通过接收无线传输的信息经车载媒体控制器处理后实时地在列车车厢LCD显示屏进行播放。

本系统可实现三种方式播报：实时(需车地无线网络支持)、准实时(需车地无线网络支持)、录播自动转换和交叉应用的功能，例如，以实时方式为主，在线路设备被盗或干扰严重的情况下，自动识别并切换到准实时方式；或者以录播方式为主，采用实时或准实时方式实现插播；或者视频采用录播方式，文本、图片采用实时方式等。

2.4 车站子系统

车站子系统主要由车站通信控制器、车站操作终端、车站LCD显示屏、车站LED显示屏、车站LCD显示控制器等设备组成。系统结构如图3所示。

车站通信控制器是车站子系统的核心。各车站子系统通过有线传输网络主干网连接控制中心，控制中心将数据传送至车站通信控制器，由车站通信控制器对所有站内媒体设备进行管理及任务分配。各车站有一台车站通信控制器并根据运营区域不同设置多台播放控制器，接收来自控制中心的数字多媒体节目(包括乘客服务信息、娱乐、广告节目等)、节目调度表、实时营运信息等，并按用户要求的时间、位置和播出方式控制节目的播出，同时将播放记录日志反馈回控制中心。

车站子系统设备集中安装在车站的通信设备室内，包括车站通信控制器、车站管理工作站以及LCD显示控制器，为避免站厅及站台相对恶劣的运营环境影响设备寿命及正常运行，笔者建议车站统一设置计算机机房环境安装站子系统控制设备。

车站子系统作为PIS的一个功能模块，既可以接收中心直播信号及控制指令，又可作为一个相对独立的单元独立运行，所以在车站子系统硬件配置上，笔者有针对性的选用配置高，性能优的车站通信控制器和LCD显示控制器。

车站通信控制器：作为车站子系统的核心设备，控制和管理整个车站的PIS设备，又与多个相关专业接口通信，该设备软硬件配置均优于招标文件要求之性能参数，可以管理50个车站显示控制器，满足未来车站PIS升级扩容需求。

LCD显示控制器：本系统车站LCD显示控制器选用高性能显示控制器，设备硬软件支持多种文件格式的播放和叠加，系统处理能力完全达到未来高清播放的要求，要实现数字高清多媒体播放只需在LCD显示控制器上更换可插拔的数字显示输出设备(如DVI、HDMI)，无须更换显示控制设备。

3 系统特点及功能介绍

3.1 总体特点

本系统特有的开放式架构及模块化的软件管理系统，方便系统扩展及升级，兼容LED显示屏、LCD显示屏、CRT等多种终端信息显示设备，构成方便乘客，服务乘客的完整的旅客信息综合发布系统。

旅客信息系统发布网络平台系统性能稳定可靠，数据存取传输快速安全，设备操作简便快捷，其最大的优势就是可灵活、智能地安排定制多媒体节目的播出种类，播出方法，并且在控制中心就能查看、管理远在数十公里外的车站系统，可以通过PIS控制中心和车站子系统的控制在指定的时间将指定的信息显示给指定的人群。车载系统采用先进的无线传输控制技术和定向发射技术，确保列车在80km时速时实时接收直播视频并完成数据更新和日志反馈。

针对本项目地铁的应用特点，系统将为地铁营运部门提供专用的乘客信息服务模块，其中包括乘客信息服务管理员使用界面、实时信号接口以及FAS、BAS等应用系统接口。

本系统是一个综合计算机网络技术和数字媒体技术的服务性系统。发布内容包括运营服务信息，如乘客导乘信息、列车到站信息、票务政策信息、乘车指引、换乘信息、电子地图及运营安全信息等；还为广大乘客提供丰富的资讯与娱乐信息，如天气预报、时事新闻、视频节目及股市行情等；还包括各种商业广告。

3.2 系统总体功能

本系统分三级管理：中心子系统和车站子系统和车载子系统，本系统支持多种文件格式，文字、图片、视频、动画等；支持多种播放模式，实时直播、本地录播、降级模式播放、点播播放等；支持多种定制模式的播放，时间表播放功能，包括周时间表、日时间表、节日时间表、事件播放、点播播放等；支持多种播放内容：运营信息、公共信息、广告信息、视频直播、定时的欢迎信息等。完全做到了在指定的时间，将指定的信息显示给指定的人群。

本系统终端显示可以导入外部视频，且视频窗口可缩放、移动。

1)支持直播功能：有线电视直播、外部视频节目直播。

2)支持多语言显示：简体中文和英文等。

3)支持播放预定义信息：中文、英文。

4)支持多样的播出风格：可同屏幕显示多个子窗口，各个子窗口可支持不同的播出方式，信息播出版面效果根据需要随时更新播放模板。

5)自动为乘客提供列车到站、离站有关的运营信息，具有在不同的时间段内持续显示同一信息的功能。

6)视频显示支持优先级预先设定，不同优先等级信息的中止打断规则如下：

(1)低优先级的信息不能打断高优先级的信息；

(2)高优先级的信息可以打断低优先级的信息；

(3)对于同等优先级的信息，后来的信息能够打断当前播放的信息；

(4)紧急灾难信息是最高优级的信息，可以中止打断其他所有优先等级的信息。

作为一个完善的PIS系统，本系统除满足正常运营外，还具备紧急疏散程序，当事故发生时，车站操作员按下紧急按钮，触发车站广播系统，与广播联动应对紧急事件，并启动一系列的自动疏散程序。

紧急信息播放属优先级最高，当触发紧急系统时，紧急信息将覆盖预定义的播放信息，紧急信息可以通过中心或车站操作员工作站手动清除。

本系统具有多任务多接口特点，可与多个相关的系统接口通讯，比如信号，时钟、综合监控系统等。

本系统具有网管、告警、自诊断功能：能够动态实时监控各终端显示节点的设备运行状态，以确保系统正常；具有远程管理控制功能，以方便操作员进行中央和车站两级控制和管理；能够对任意显示终端、显示控制器、网络硬件设备等进行状态监测、故障自动告警、故障定位。

3.3 系统运行模式

本次旅客信息系统按照需求书要求其运行模式分为正常模式、准实时模式、录播模式、降级模式及单点故障模式五种运行模式，每种模式功能如下：

1)正常模式

系统由控制中心直接组织信息播放并控制终端显示设备，车站子系统在接收同步播放列表和节目内容的同时处于热备状态。车站子系统通过网络接收来自控制中心节目及播放控制列表，并根据播放列表的时间、内容、显示位置播出至显示屏。可实时播出电视内容、录制节目内容以及即时消息等。

2)准实时模式

车载系统无法与地面进行不间断实时通信时，车载系统进入准实时播出模式。车载子系统在列车进站停靠期间或车辆回库期间，通过无线网络在非移动的情况下高速传输并预存显示信息，供车载系统组织播出。车载系统应能够保存至少5min的节目信息，以保证列车在整个运行期间，播出节目不间断。

3)录播模式

车站子系统及车载子系统可通过无线网络接受来自控制中心的节目及其他数据。数据存储于控制器本地，显示控制器可根据播放控制列表自行组织节目内容进行播出。

每天运营结束后，车载子系统在车辆段或停车场集中接收存储控制中心下发的次日播放列表及节目内容；车辆运营时，车载系统按照接收到的播放列表，自行播放预存的节目内容。

4)降级模式

降级模式也称为应急模式，当控制中心故障或网络通信中断或系统检测到非法入侵时，受到影响的车站子系统迅速自动转入降级模式，按已接收到的播放列表和节目内容自行组织播放；通信中断的车载子系统也按预定义节目内容迅速自行组织播放。

车站子系统可保存预定制内容，包括视频、文字、图片以及播放列表文件，当连接中断或运营需要时可自动切换至降级模式进行播出，各车站子系统独立播出音视频内容。

5)单点故障模式

当个别终端显示设备与系统通讯中断时，通讯中断的终端设备按照无输入显示方式运行，其余设备按照原有模式运行。

3.4 信息显示

1)固定信息显示

● 在指定位置始终显示

例如，在站厅的LCD显示屏和LED显示屏的指定位置上需要始终显示数字式或指针式时钟信息等。

● 按照节目表安排在指定时间、指定位置显示

在不同屏幕的不同区域有单独的播放列表。系统根据列表将各种形式的信息在指定时间和指定显示屏的指定位置上显示。

2)由操作员触发显示

由中心或车站操作员编辑或选定预定义的显示信息，经授权批准流程，触发指定显示屏在指定位置显示。

3)由来自其他系统接口的信号触发显示

系统可以接受来自其他系统的相关信息，并根据接收到的信息，触发显示相关内容。

例如，系统在站台LED屏指定区域显示下次列车到站信息，在系统接收到ATS(列车自动监控系统)系统的列车即将进站的信息后，触发显示列车进站提示信息，例如“列车即将进站，请让开安全门，先下后上”等。当系统接收到列车离开车站的信息后，恢复显示下次列车到站信息。

4)无输入触发显示

当系统部分设备或线路出现故障，导致显示终端无法接收到系统显示信息内容时，LCD显示设备应当播出预制的(可修改)信息，如“**地铁欢迎你”或其他文字、图片信息；LED显示屏应当根据已经下载同步的播出列表和播出信息内容，按照播出列表自行组织播出(保存至少一天的节目信息)。

3.5 系统监控

本系统提供系统设备监控功能，车站设备在车站操作工作站及中心操作工作站的监控下运行，车站设备应向车站操作工作站及中心操作工作站上传运行模式、设备状态、报警等信息。车站操作工作站及中心操作工作站应依据车站设备所处的模式、状态、报警及故障的等级相应发出的报警声并以不同颜色显示。

本系统可准确、实时监视网络通信设备、终端控制设备、设备故障报警及运行状态等。监视信息应清晰、明了，不同等级的信息应有明确的区分。控制中心可向全线、某座车站、某组设备、某类设备及某台设备下达控制命令并实时监控。车站操作工作站可向本站设备下达控制命令并实时监控设备运行状态。

3.6 数据及参数管理

系统数据及参数管理主要包括：模板文件管理、播放列表管理、预定义信息内容发布管理、预定义信息、信息优先级设定、多区域屏幕分割、播出节目单、播放及显示信息预览、系统运营开始及结束时间、直播延时时间等。

系统运行及管理参数由控制中心设定并下发至车站和终端显示设备执行，控制中心进行各子系统参数的备份，以实现各系统发生故障或瘫痪时及时通过中心进行恢复。系统设备可接受控制中心和车站子系统的命令、参数及软件更新数据等；在与控制中心子系统通信中断的情况下，各车站子系统应能按照既定的节目表独立运行；在终端设备与系统通信中断的情况下，通过系统设定实现预定义信息的显示；上述中断情况应能被系统及时捕获和记录，在通信恢复且稳定后，系统应恢复正常模式运行，恢复的过程应平滑过渡，避免乘客感知系统故障。

3.7 时钟同步

本系统时钟同步信号取自时钟系统提供的高精度时钟源。中心、车站子系统和终端设备应具有时钟源和时钟同步功能，时钟的精确度应达到4.6×10-6s。

3.8 发布管理

本系统控制中心、车站子系统及终端设备、网络子系统、车载子系统具备网络下载安装及更新软件的功能。

4 结束语

本地铁工程旅客信息系统(PIS)充分发挥了计算机系统的多任务、可扩展、易升级、结构化、模块化及网络化的特点。采用模块化设计，涵盖了轨道交通领域乘客信息导乘的全部应用业务，具有跨平台，多用户，多任务等特性。不仅可以满足各种任务的性能要求，而且控制中心子系统、车站子系统、车载子系统、网络子系统均可以根据新的需求有针对性的扩展。

[1]张娟丽,赵守国,吕晓军,康增健.铁路旅客信息系统的发展及应用研究[J].铁路计算机应用Railway Computer Application， 2010年10期.