基于LCD动态地图的城市轨道交通乘客信息系统研究

向清河　朱圣瑞　晏 飞　伍锦龙



设备检修

基于LCD动态地图的城市轨道交通乘客信息系统研究

向清河朱圣瑞晏 飞伍锦龙

文章针对国内城市轨道交通乘客信息系统显示信息单调、直观性差、修改成本高、时间长、编辑难度大等缺点，设计了基于 LCD 动态地图的乘客信息系统，并对系统的原理设计，以及控制信号的发送、接收流程作了阐述。

轨道交通；乘客信息系统；LCD 动态地图

U231

作为城市轨道交通重要的组成部分，乘客信息系统发展初期一般使用硬线接口的以固定文字或者图形的灯箱向导牌为主要手段的乘客引导方式，且系统信息来自人工。随着发光二极管（LED）技术的发展，一种具有高亮度、低功耗的点阵式 LED 屏在城市轨道交通中逐渐得到大量应用，车辆运营线路、站点信息则利用发光二极管连续排布所形成的直线或者曲线来标识，线条中的 LED 节点对应站点信息。之后出现了能显示 10～ 16 个汉字字符的 LED 显示系统，除了显示固定导乘文字信息外，还可简单显示提示和公告等信息。其后虽有一些简单的改进，如，在点阵式 LED 导乘系统基础上增加线路图贴纸，简化了乘客信息系统的出现提示需求，但仍然摆脱不了显示信息单调的特点。随着网络通信和平面显示技术的不断发展，可显示高清晰、大容量的，且适合于户外使用的 LCD 屏的出现，使乘客信息系统的显示得到了质的飞跃，它可将多个信息叠加于同一屏幕，使受众在同一时刻尽可能获取多的信息。

1　LCD 动态地图系统构成

针对武汉市民出行特征，并考虑轨道交通实际运营情况，轨道交通车辆 LCD 动态地图开发设计项目组设计了基于 LCD 动态地图的乘客信息系统，系统架构如图 1 所示，效果如图 2 所示。系统由动态地图播放控制器、视频传输分配器、LCD 长条屏等组成，接收来自前端传输的媒体信号、控制信号及广播信号，并同步显示；系统可展示空间大，显示信息多，除线路站点外，还可显示新闻广告等音视频信息，并以动态的效果向乘客传递，为乘客的日常出行带来更加便利的条件。当列车运行时，根据运行状态和位置，系统接收来自城市轨道交通不同的媒体信号、控制信号及广播信号，并将行车路线、沿途站点、下一站信息、到站信息、时间信息、地标建筑及相关出口信息等内容实时显示在 LCD 屏上，带给乘客全新的导乘感受，提高了城市轨道交通的运行效率。

2　LCD动态地图系统设计

2.1系统设计

基于 LCD 动态地图的乘客信息系统就是将列车导乘信息制作成图片或视频信息，当列车运行时，根据运行状态和位置，动态更换行车路线、沿途站点、下一站信息、到站信息、出口信息、时间信息等内容的图片或视频信息显示在 LCD 屏上，带给乘客全面的导乘感受。具体原理图如图 3 所示（每个客室相同）。

图1　LCD 动态地图系统架构示意图

基于 LCD 动态地图的乘客信息系统通过列车 TCN通信网的多功能车辆总线 MVB （Multifunction Vehicle Bus），用 DB9/F 连接器和双绞线连接的司机室广播主机 X11、X12 冗余通信端口，按照 MVB 通信协议给列车广播系统分配的 397、398、399、494 等端口将列车驾驶控制信息传输至司机室列车广播主机，列车广播主机和每个客室分机 X2 端口的哈丁 48P 连接器用双绞线并联连接，组成广播系统 CANBUS 列车总线；列车客室在司机室广播主机接收到列车报站信号或紧急报警信号后，按照列车广播系统和列车控制系统相互之间定义的协议进行通信。

图3　LCD 动态地图原理图

通过列车广播系统控制器 CPU 处理后，根据相应要求处理报站信号，播放列车广播语音信息，同时把广播报站信息通过广播方式发送到每个客室，客室广播分机将报站信息通过 X2 哈丁 48P 连接器和动态地图播放器（合并在分屏器中）X9 端口连接的 RS232 接口传输给动态地图播放器，接受数据后的分屏器内置动态地图播放控制器根据 XML 格式的布局文件动态加载对应的动态地图、视频广告、时间日期、轮换广告、滚动文字等多媒体模块，并于 LCD 屏上显示，另外，每个客室的动态地图播放分配器都接入列车媒体播放以太网并根据设备位置配置 IP，用于集中更新动态地图系统和广告信息。其流程图和软件结构图分别如图 4 和图 5 所示。

图4　LCD 动态地图信号控制流程图

2.2系统播放传输

根据目前各种设备选择不同的实现方案，长条形 LCD 动态地图在城市轨道交通车辆上所采用的播放传输技术主要有流媒体集中播放、客室集中播放、独立播放等3种。

图2　LCD 动态地图显示效果图

（1）流媒体集中播放。在两端司机室各设置 1 台服务器，播放时通过列车网络传到各客室，在客室解码后显示在 LCD 屏幕上。但由于流媒体集中播放系统布局复杂，系统内部某一环节故障会对整体造成影响，故少采用。

（2）客室集中播放。通过串行接口和列车广播系统客室设备连接，获取列车运行数据，根据获取的数据设置不同类型图片或视频切换并在 LCD 屏幕上播放。客室集中播放可避免由于某些播放设备故障而影响整列车的显示，且修改简单，故应用较多。

（3）独立播放。即，在每个 LCD 屏内部设立独立播放器，各自播放器播放的图像直接驱动 LCD 屏显示，属于无损耗播放方式。每个动态地图各自独立播放存储在本动态地图内置存储器中的视频文件，但由于播放同步问题或单个动态地图故障，会造成同一个客室显示内容不同，因此，在音视频播放同步问题和单个 LCD 屏可靠性未达到列车使用要求前，暂不使用独立播放。

图5　LCD 动态地图软件结构图

图6　客室集中播放式动态地图系统

考虑到动态地图可靠性和一致性以及更换方便、成本等因素，武汉地铁 2 号线动态地图采用客室集中播放式动态地图系统，如图 6 所示。为了减少客室设备和方便安装，将 LCD 动态地图播放控制器和视频分配器集成在 1 个设备中，在列车每道车门上方安装 LCD 屏幕显示器和 1 台分屏器，分屏器通过 RS232 接口和列车广播分机连接，接收广播系统发出的广播报站信号，分屏器接收信号后，系统便将播放状态信息反馈给 TCMS，同时通过网络端口连接列车网络，接收媒体控制信号和网络视频更新数据。

3　实验验证

由于运行乘客信息系统的设备属于列车运营安全的 A 类设备，运行中的列车强 EMC 干扰、振动冲击可直接影响系统的正常运行。设计系统设备时必须符合《EN50121-3-2 : 2006》（欧盟轨道交通电磁兼容性应用标准）标准，即，频率范围位于 0.15～0.50 MHz 的电源端子骚扰电压极限值为 99 dBµV；频率范围位于 0.50～30.00 MHz 的限值为 93 dBµV；频率范围位于 30～230 MHz的辐射骚扰场强极限值为 40 dBµV/m；频率范围位于 230～1 000 MHz 的极限值为 47 dBµV。

针对基于 LCD 动态地图的地铁乘客信息系统进行实验验证，实验现场温度为 15～35 ℃、相对湿度为 45%～75% RH、气压为 86～106 kPa，实验设备包括 EMI 接收机、安装采集 EMI 发送信号软件的计算机、BiconiLog天线等。测试时，将系统放置于屏蔽实验室制定试验台上，测量过程中通过在 1～4 m 范围伸缩天线、天线极化方向（H，V），以及在 360º 范围内改变天线相对于 LCD 动态地图的方位以获得不同频率的最大骚扰/抗扰场强指示值，EMI 接收机接收不同频率不同位置的场强值后反馈到计算机，计算机自动接收不同场强数值并记录。实验中，为了模拟地铁实际运行情况，LCD 动态地图安装于车门上方，如图7所示。测试结果分别如表 1、表 2 所示。

由表 1、表 2 可见，电源端子骚扰电压位于 0.15 ～30.00 MHz 频率范围的实验值远远小于相关极限值 93 dBµV，辐射骚扰场强频率实验值远远小于 30～ 230 MHz 频率范围的极限值 40 dBµV/m。车辆运行时，系统可根据当前站点和运行线路方向等信息控制信号实时向乘客显示导乘信息，效果如图 8 所示。实验表明，系统抗干扰性能好，运行时可实时正确显示相关线路和站点信息，运行效果良好，实验结果符合目标期望。

4　结论

（1）基于 LCD 动态地图的乘客信息系统的研究应用，在城市轨道交通应用方面填补了我国相关领域的空白，与传统的乘客信息系统相比，其显示信息更加丰富、直观，为乘客的日常出行提供了更优质的服务。

注：dBµV为分贝微伏

表1　电源端子骚扰电压实验数据

表2　辐射骚扰场强实验数据

图7　基于 LCD 动态地图的乘客信息系统安装图

图8　基于 LCD 动态地图的乘客信息系统运行图

（2）基于 LCD 动态地图的乘客信息系统的技术原理具有典型性，目前，已在武汉地铁 2 号线、3号 线、4 号线等运营线路普遍采用，随着线路的开通运营，相关技术可为今后的乘客信息系统设计提供借鉴。

[1] 唐史峰. 乘客信息系统在轨道交通中的应用及发展[J].中国高新技术企业，2014（13）.

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[3] 刘全利，贺莉. LCD 列车动态地图系统主控单元研究与应用[J]. 大连理工大学学报，2013，11（4）.

[4] 胡小敏，贺园园. 城市轨道交通乘客信息系统技术发展趋势分析[J]. 信息通信，2014（7）.

[5] 冯跃，张子菁，贾瑞. 城轨车载PIS系统 LCD 动态地图实现方案及显示效果[J]. 铁路通信信号工程技术，2013，10（3）.

收稿日期 2015-11-06责任编辑 朱开明

Study on Urban Rail Transit Passenger Information System Based on LCD Dynamic Map

Xiang Qinghe, Zhu Shengrui, Yan Fei, et al.

Abstract: In view of the disadvantages of the domestic urban rail transit passenger information system with monotonous information, poor visual display, high modifying cost, long modifying time, and difficult editing etc., the paper discusses and introduces the design of passenger information system based on LCD dynamic map and the design principle of the system, control signals transmission, and receive process.

rail transit, passenger information system (PIS), LCD dynamic map

向清河：武汉地铁集团有限公司，高级工程师，湖北武汉 430000