城轨交通列车乘客信息显示系统报站广播控制逻辑研究
2016-02-13马桂财许桂红
■ 马桂财 许桂红
城轨交通列车乘客信息显示系统报站广播控制逻辑研究
■ 马桂财 许桂红
城市轨道交通凭借便捷高效的优势逐渐成为人们出行的首选。列车乘客信息显示系统作为与乘客直接接触的车辆系统之一，其性能直接反映列车的运营服务水平。报站广播功能是乘客信息显示系统最基本、最主要的功能之一。从乘客信息显示系统报站广播的触发逻辑、加站控制逻辑方面进行对比分析，为乘客信息显示系统的选型设计提出参考。
城市轨道交通；乘客信息显示系统；PIDS；报站广播；加站；控制逻辑
城市轨道交通列车乘客信息显示系统（Passenger Information Display System，PIDS）的主要功能是为乘客提供准确的运营信息，直接面对乘客，是城市轨道交通运营服务水平人性化的一个重要标志[1]。
1 列车报站广播模式概述
根据控制方式、控制级别的不同，目前国内城市轨道交通PIDS报站广播模式通常分为3种：手动报站、半自动报站和全自动报站。
（1）手动报站：由司机手动点击快捷键或触摸屏触发预录的报站信息；
（2）半自动报站：根据车辆给出的广播控制信号触发预录的报站信息；
（3）全自动报站：根据地铁信号系统给出的广播控制信号（通过网络系统转发）触发预录的报站信息。
3种报站模式适用于不同列车驾驶运行工况，全自动报站广播一般仅适用于无线网络信号正常的驾驶模式（如ATO驾驶模式）；半自动报站广播不依赖于地铁信号系统传送的数据，适用范围较广，只要车辆广播控制触发信号正常即可，通常在全自动报站模式失效的情况下使用；手动报站模式为一种备用报站广播模式，报站广播设备故障时使用[2-3]。
不同厂商的PIDS设计思路对于手动报站和全自动报站的控制逻辑基本相同，主要区别在于半自动报站的控制逻辑。针对半自动报站广播控制逻辑进行对比分析。
2 半自动报站广播控制逻辑
半自动报站广播控制逻辑包括两方面：一是预到站/到站广播的触发逻辑；二是站点代码增加逻辑（加站控制逻辑）。
2.1 预到站/到站广播触发逻辑
目前国内城市轨道交通列车采用的预到站/到站广播触发逻辑有两种：一种是根据列车速度信号触发；另一种是根据列车距站台的距离信号触发。
2.1.1 根据列车速度信号触发的逻辑
根据列车速度信号触发的逻辑即PIDS接收、判断列车的速度信息，当列车速度上升到某一值时进行预到站广播，当列车速度下降到某一值时进行到站广播。
根据列车速度信号触发的逻辑示意见图1。当列车启动出站，零速信号变为低电平时，列车进行预到站广播；当列车速度下降到30 km/h时，列车进行到站广播。
通常PIDS不直接检测列车的速度信息，而是由车辆其他系统以硬线或网络信号的形式提供。
2.1.2 根据列车距站台的距离信号触发逻辑
根据列车距站台的距离触发的逻辑简称根据距离信号触发。该触发逻辑是当列车驶离本站站台区域一定距离时进行预到站广播，当列车距下一站站台区域一定距离时进行到站广播。
根据距站台距离触发逻辑示意见图2。当列车驶离站台区域50 m时进行预到站广播；当列车距离下一站台150 m时进行到站广播。
该触发控制模式下，PIDS需预先存储全线路所有站点的区间距离信息，然后根据列车的实时速度信息计算出列车与站台的距离信息。
2.2 加站控制逻辑
PIDS报站广播的加站逻辑是指“下一站”站点代码的变更控制逻辑。进行加站逻辑设计时，一方面要确保正确的加站时机，另一方面也要防止不加站、重复加站或错误加站等情况。目前国内城市轨道交通列车通常采用根据车门状态变化进行加站控制的方式，如当车门全关闭时进行加站，或车门全开启时进行加站。
图1 根据列车速度信号触发的逻辑示意图
图2 根据距站台距离触发逻辑示意图
单独根据车门状态进行加站控制会出现因在同一站台进行多次开关门作业而重复加站的问题，为此进行设计时通常会辅以其他控制信号，比较常见的是列车零速信号。
2种常见加站控制逻辑见图3、图4。图3所示为在PIDS接收到“门全关闭”信号后，再检测到零速信号丢失时，进行站点代码增加的控制逻辑。图4引入了一个“加站有效位”来记录零速信号的变化，当零速信号丢失后，“加站有效位”变为高电平，只有在“加站有效位”为高电平的情况下再收到“门全关闭”信号时，才会进行站点代码的增加。
3 不同控制逻辑差异性分析
3.1 预到站/到站广播触发逻辑差异性
速度信号触发控制逻辑的主要优点是控制逻辑简单，计算量小，可靠性高；缺点是列车速度的波动及驾驶模式的不同会对报站广播时机产生较大影响。青岛地铁3号线试运行初期，列车采用手动驾驶模式，进站速度较低，出现列车还未完全进入站台区域到站语音已经播放完毕的问题；后续采用ATO驾驶模式，列车进站速度大幅提升，又出现列车进站开启车门后，到站广播还未播放完毕的问题。
图3 加站控制逻辑一示意图
图4 加站控制逻辑二示意图
此外，列车在区间运行时速度波动也会导致到站广播的重复播放或报站语音的覆盖。如图5所示，列车理想的速度曲线为f曲线，但由于速度波动导致实际曲线为h曲线，A点时丢失零速信号触发预到站广播，C点时触发到站广播，由于A—C之间的时间差小于预到站广播语音时长，因此会出现到站广播覆盖预到站广播的问题。
图5 速度波动引起报站语音覆盖示意图
距离信号触发控制逻辑的主要优点是两站点之间只会进行一次预到站和到站广播，报站时机准确；缺点是控制逻辑复杂，PIDS主机运算量较大，且由于轮径等累计计算误差的叠加，也会出现报站时机不稳定的问题，尤其是对于长大区间更为明显。
3.2 不同加站逻辑差异性
车门状态信号与列车零速信号等的判断先后顺序会直接影响列车站点信息更新的时机。当先检测零速信号的变化时，加站时机是列车门全关闭，列车启动前就进行站点信息更新。当先检测车门状态信号时，加站时机为列车零速信号丢失，列车启动加速后进行站点信息更新。相比较后一种控制逻辑方式站点信息的更新时机较晚。
此外，终点站的站前折返和站后折返的方式不同，也需对加站控制逻辑进行单独设计。先检测零速信号变化的加站方式，对于存在站前折返的线路，由于终点站换端后不存在速度变化，加站有效位一直为低电平，终点站开关门作业后不会进行加站，因此终点站的加站逻辑需要单独设计，通常以主控钥匙的激活信号代替零速信号的变化。
4 报站控制逻辑设计选型应考虑的问题
为使PIDS报站广播功能简单、可靠、稳定，设计控制逻辑时不仅要根据线路条件选择合适的广播触发控制逻辑、加站控制逻辑，还应根据车辆、信号本身特点进行优化设计选型。
在预到站/到站广播的速度触发控制逻辑中，需提取车辆速度信息。速度信息的给出方式有两种：一种是通过硬线形式给出；另一种是通过车辆控制网络信号形式给出。采用硬线方式的系统简单、可靠，但会增加车辆布线及硬件接口；采用车辆控制网络信号的形式给出，不需要额外接口和布线，但当PIDS与车辆网络通信异常时会影响系统报站功能。因此，从可靠性、稳定性方面考虑，建议速度信息优先采用硬线形式。
此外，加站逻辑的控制条件与预到站/到站广播的触发条件应综合考虑，合理利用数据，力求最少的数据、最简单的逻辑，设计出最稳定的系统。
综上所述，PIDS半自动报站模式的控制逻辑包括两部分内容：报站广播触发控制逻辑和加站控制逻辑。进行报站广播触发控制及加站控制逻辑设计时，需要结合线路、限速、信号、车辆等的特点综合考虑，合理利用数据，使系统尽量趋于简单、可靠和稳定。
[1] 漆瑾． 广州地铁四号线车辆车载乘客信息显示系统改造[J]．电力机车与城轨车辆，2009(1)：43-45．
[2] 陈爽．地铁乘客信息显示系统中的无线通信传输稳定性研究[D]．广州：华南理工大学，2011．
[3] 侯晶晶．城市公共交通枢纽智能化乘客信息服务系统研究[J]．中国铁路，2014(8)：113-115．
马桂财：青岛地铁集团运营分公司，工程师，山东 青 岛，266041
许桂红：青岛地铁集团运营分公司，助理工程师，山东 青岛，266041
责任编辑高红义
U29-39
A
1672-061X（2016）06-0084-03
