车载PIS系统在武汉地铁2号线的应用

李晓云

摘 要：基于数字IP技术、流媒体技术，构建了一体化的综合智能引导PIS车载子系统方案，在保障2号线行车安全与公共安全、提高运输效率和管理服务水平等方面发挥了重要作用，针对运行中存在的部分问题，提出了下一步的改进方向，为其它城市线路PIS车载子系统设计建造提供了重要参考。

关键词：PIS车载子系统；PA系统；PIDS系统；CCTV系统

Abstract：Comprehensive intelligent integration guiding PIS vehicle subsystem was constructed based on digital IP technology， streaming media technology. The System has played an important role in the protection of the 2nd line of traffic safety and public safety， improving transport efficiency and management services. The next improvement direction have been proposed for some of the problems that exist in running. It also provides an important reference for other cities line PIS vehicle subsystem design and construction.

Key words：PIS vehicle subsystem； PA； PIDS； CCTV

0 引言

地鐵列车PIS车载子系统是城市轨道交通PIS的重要组成部分，在正常情况下，可以提供乘车须知、列车到站时间等实时的动态服务引导信息；在火灾、阻塞及恐怖袭击等紧急情况下，可以提供动态紧急疏散提示；另外还具有监控功能，为上级决策提供依据，对于乘客安全、便捷地乘坐轨道交通具有十分重要的意义。

武汉地铁2号线是全国首条过江地铁，运行线路长、环境复杂，对地铁列车车载子系统的可靠性、抗干扰性、以及智能化提出了更高的要求。地铁建设也是一项长期任务，传统的地铁车载PIS子系统在成本、可靠性、开放性方面已经不能满足要求，因此，武汉地铁运营公司与合作方广州国联通信有限公司基于数字IP技术、流媒体技术，利用车内有限的基础设施和网络资源，共同构建了集引导、广告、资讯、设备监控和客流监控为一体的综合智能引导PIS车载子系统方案，在保障2号线行车安全与公共安全、提高运输效率和管理服务水平等方面发挥了不可或缺的作用，针对运行中存在的部分问题，笔者提出了进一步的改进方向，给其它城市车载PIS系统解决方案的设计提供了重要借鉴。

1 系统硬件网络

武汉地铁2号线PIS系统规划为中心系统、现场系统两级，其中中心系统主要包含运营中心子系统、网络子系统，而现场系统主要包含车站子系统和车载子系统，如图1所示。根据功能定位，车载子系统主要包含车载广播（PA）、车载乘客信显示（PIDS）和视频监控系统（CCTV）三个系统，其网络拓扑结构如图1所示。三个子网络在横向上相互独立，在纵向上相互关联。

1.1 列车广播系统（PA）

设计有司机室广播主机、司机室广播控制盒、客室广播分机、乘客紧急报警装置、扬声器、LED显示屏等设备模块。系统设备分机多、网络复杂、为了使系统支持单点设备故障，在设计上采用了总线的系统网络架构，基于模拟音频技术，通过贯穿所有司机室和各个客室的广播音频线（RS485）、对讲音频线、CAN通信线来完成广播音频信号、对讲音频信号以及控制信号的传输。由于系统广播和通信采用各自独立的传输通道，因而系统支持自动广播与对讲同时进行。两端司机室广播主机互为冗余备份设计，双电源，双功放模块冗余设计，大大提高系统可靠性。司机室广播主机预留有与乘客信息显示系统的媒体服务器RS232接口，以及与列车控制系统的TMS接口，可控制媒体播放系统的某些信息播放。广播分机与分屏器通过CAN总线互联。

1.2 车载乘客信息显示系统（PIDS）

系统主要由媒体服务器（播放控制器、媒体编码器、解码器）、分屏器（客室交换机、编码器、解码器、分屏器）、客室LCD显示屏（带扬声器）、客车LCD动态地图显示（长条形）等设备组成。为了减少系统布线，提高系统抗干扰能力，车内构建了百兆以以太网络，在车厢与车厢之间采用网线传输数字TS流信号进行传输。支持播放实时TS流或媒体服务器存储的本地节目信息。司机室内的媒体服务器从地面控制中心OCC通过无线网络接收实时多媒体信息视频数据流或者非实时媒体，并对数据流进行解码、叠加字符、多窗口等处理后，编码输出。头车/尾车分屏器接收到LCD控制器输出的VGA视频及同步音频信号后，进行数字编码处理，并打包成TS流上传到车载百兆以太网络。每节车上的分屏器（包含有解码器、视频播放器、交换机、音/视频分配板、动态地图分配板、电源）从以太网络上接收到TS流后，进行解码并分配输出VGA视频信号及音频信号至本车厢的客室LCD屏、LCD动态地图，实现车上多媒体信息及动态地图的播放显示。

媒体服务器预留广播系统控制接口，可接收来自广播系统的TMS信息、运营信息，叠加在视频窗口上进行播放。为了减小列车空间的占用，方便安装和维护，结构上采用了模块化设计，设备高度集成。媒体服务器集成了播放控制模块和媒体编码、解码模块，同时也作为视频监控系统的服务主机，分屏器则集成了客室交换机以及解码分配功能。

1.3 车载视频监控系统（CCTV）

系统采用了全数字TCP/IP网络监控方案，冗余唤醒以太网、对等的、分布式系统架构，按照模块化设计，由车载司机室交换机、媒体服务器、LCD触摸屏显示器、媒体网关、摄像机等设备模块组成。

在该系统中，摄像机负责采集视频图像数据，PECU负责采集音频数据。摄像机以8帧/秒的帧率采帧率采集图像数据，有紧急报警状态自动转为25帧/秒实时记录。采集的音视频数据由音频线和同轴电缆传输至媒体网关。媒体网关接收的是模拟视频信号，不能通过数字网络传输，因此媒体网关首先将模拟音视频信号转换为数字信号。同时将车体号、日期时间、摄像机编号、图像水印等相关信息写入视频图像数据，然后通过D1（720×576）格式以标准MPEG-4压缩算法压缩后，通过系统内部以太网网络分别传送给两个司机室的车载媒体服务器。媒体服务器将网络传来的14路视频信号采用两级备份模式进行存储。通过司机室的LCD监控触摸屏循环监视14路摄像机的视频图像（包括12路客室摄像机图像和2路司机室的图像），可进行视频文件的查询与下载及回放。

客室的媒体网关预留有与广播系统客室广播分机的控制接口，当发生紧急情况（紧急对讲、紧急开门、火灾报警等）时，广播系统自动触发发生紧急事件所在车厢的图像。

2 系统配套软件

武汉地铁二号线车载子系统配套软件需要有PIDS系统的配套软件和CCTV系统配套软件。根据硬件网络情况，系统设计的PIDS系统的配套软件包含（19"LCD）上显示的列车媒体播放软件、LCD动态地图播放软件以及内容编辑器软件。CCTV系统配套软件含有车载CCTV监控软件以及用于车载视频监控系统配置的PTU软件。

2.1 PIDS配套软件

列车媒体播放软件界面设计有日期时间、视频播放、图片播放、公告栏及列车运营信息等几种类型子窗口，其界面如下图2所示。LCD动态地图播放软件设计了列车正在运行的线路、方向；终点站、当前站、下一站、换乘站及相应的换乘线路、开门侧信息等信息窗口，到站显示能与数字报站同步。

为满足动态旅行信息显示能够适应不同运营交路的要求。界面的布局灵活性较高，均可通过内容编辑器软件进行本地配置，然后通过网络上传至媒体服务器。本地配置时可以修改、添加、删除视频播放列表、图片播放列表，使之与线路站点对应，智能化水平较高。

2.2 CCTV系统配套软件

CCTV系统的配套软件设计有车载CCTV监控软件以及PTU软件。CCTV监控软件运行司机室内的12.1寸LCD触摸屏，具有视频显示模块、功能按钮模块、摄像机图标三大功能部分。功能按钮模块支持需14路视频画面的循环切换以及视频回放。摄像机图标模块支持直接选择想要显示的摄像机图像，具有正常显示状态和报警显示状态两种。正常显示状态：视频画面对应的状态栏与摄像机图标均为绿色。报警显示状态：当发生广播紧急报警等紧急情况后，视频显示区域不断显示报警的摄像机图像，此时视频画面对应的状态栏和摄像机图标均变为红色。摄像机显示画面支持四画面和单画面显示，如图4所示。

PTU软件是视频监控系统的配置软件，主要用于车载主机（媒体服务器内）与媒体网关的参数配置。由车载主机、媒体网关、用户管理和操作记录四个功能模块组成，软件底部显示连接主机的状态与文件下载情况。

车载主机模块：主要用来实现添加或删除CCTV主机（媒体服务器内），设置参数、查看磁盘信息和进行文件下载等功能。新安装的PTU软件，初始状态车载主机数为零，需要将PTU设备与主机或网关相连，然后才能添加、删除或刷新相应的车载主机IP地址并进行参数设置。参数设置支持设置摄像机的IP及视频通道和主机运行参数。

另外，PTU提供车载主机视频录像文件下载与录像文件回放功能，除PTU软件可以下载车载CCTV主机内的视频录像文件到PTU设备本地存储外，车载CCTV主机不提供任何方式的文件下载，禁止使用移动硬盘、U盘、共享目录等方式直接从车载CCTV主机上拷贝视频录像文件。下载后的视频文件可以通过PTU的录像回放软件来播放。视频文件下载支持查询功能，可以选择或输入媒体网关、摄像机类型、车体号等查询参数进行搜索，查询视频录像文件，查询结果将输出到列表供下载或者播放。

媒体网关模块：主要用来进行运行媒体网关的参数设置、报警设置、文字叠加和远程升级，同时也提供添加或删除媒体网关的功能。进入媒体网关模块，按“F5”刷新，已连接的媒体网关IP地址将直接显示。其设备运行参数设置主要指设备网络信息修改、设备版本显示及重启、设备硬盘信息显示及格式化、设备编码参数设置等；报警设置可设置EHP1到EHP5处于常闭或常开状态；文字叠加是指在视频画面上叠加文字和日期信息，利用其可以对文字和日期的格式内容、视频的亮度及对比度进行设置；通过远程升级，可对软件进行远程升级。

操作记录模块：主要是用来详细记录用户某些操作过程，包括：用户登录、退出，用户修改参数的信息等。

用户管理模块：主要用来实现添加、删除用户，修改用户密码，设置用户权限等功能。

3 系统应用及改进方向

武汉地铁2号PIS车载系统综合采用模拟信号处理技术、数字网络技术，以高度集成的模块化结构，构建了车内的系统网络架构，实现了分布式控制和网络化管理。以“模拟”的方式形成了具有多音源、多语种、多信息、多优先级功能，能ATS信息互通，与车载监控系统信息共享的广播系统，以“数字+模拟”结合的方式实现了较高的抗干扰能力，设备成本较低，布线简单的车载信息显示系统以及视频监控系统。

自运营以来，经过验证PIS车载子系统工作可靠、性能稳定，基本满足了正常和非常状态下的服务和综合智能引导功能，提高了线路运行的管理水平，保障了旅客的信息化出行。但是随着技术水平的升级，新线路的不断建设，2号线的PIS车载子系统也暴露了一些问题，经过探讨，建议做如下改进。

1、采用开放协议。

武汉地铁2号线采用的是“模拟摄像头+编码器”的标清D1监控方案，而4号线采用的是全数字高清监控方案，从图像的采集、传送、存储、显示均达到1080P。两个异构平台无法实现视频监控系统的联网共享、互联互通，随着网络覆盖范围的扩大，问题会逐渐突出。建议在2号线、4号线以及后续线之间采用开放协议，满足新旧兼容，联网共享的开放式要求。

2、完善故障诊断定位。

2号线列车PA系统诊断模式为单元级，每个激活司机室内的列车广播主机具有实时检测PA系统内各个单元故障的功能，如对各级功放性能的检测、对扬声器功能性能的检测、对紧急对讲装置功能的检测等。而PIDS系统和CCTV诊断为设备级，PIDS系统和CCTV系统只负责定期收集系统网络中各个设备的告警信息，故障诊断的级别较低，实时性不高，一旦故障发生，不能准确定位到单元。有必要利用设备单体内微处理器模块，添加单元自诊断功能，进一步完善故障诊断定位，提高线路维修保障水平。

3、加入智能识别功能。

监控系统的监控画面在司机室触摸屏上循环显示，司机不可能时刻关注监控画面，必然会遗漏一些内容，造成发生紧急情况不能立即处置。这就要求视频监控系统，加入智能识别功能，实现对诸如车门等危险位置、危险行为、危险物体的识别，发挥行为智能识别技术在视频监控系统中的作用，提升安全运营能力。

參考文献

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