浅谈成都地铁车辆PIDS新技术发展与应用

曹长琴, 陈永彪

(成都地铁运营有限公司， 成都 610000)

乘客信息显示系统(Passenger Information Display System，简称PIDS)是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统。列车乘客信息显示系统包括列车广播系统、乘客信息显示系统、视频监控系统。3个子系统各自独立控制，又互有通信接口，进行信息交互。

近年来计算机网络技术发展迅速，新技术新设备大量涌现，老旧的设备已无法满足当前轨道交通快速发展的背景下乘客对信息显示的需求和体验。因此，列车PIDS系统设备也在不断升级改造。

目前PIDS系统采用最新的显示技术、先进的通信技术及智能的管理技术，使PIDS系统成为相对独立的多功能乘客智能服务系统。

1 列车广播系统新技术发展与应用

1.1 列车广播系统简介

列车广播系统设备主要由司机室广播控制主机、司机室扬声器、司机室广播控制盒、客室主机、客室扬声器、乘客紧急报警器组成。能够实现全自动、半自动、手动、人工广播报站，两端司机室对讲，客室紧急报警和对讲，预录紧急广播，并可通过列车总线网络对列车广播装置进行控制，也可从地面控制中心对列车进行广播。

1.2 列车广播控制总线新技术发展与应用

成都地铁1号、2号线一期车辆广播控制总线采用Lonworks现场总线的通讯方式。司机室广播控制主机，司机室广播控制盒，客室主机等设备的数据通讯方式有Lonworks、RS485、RS232三种。3号、4号线车辆广播控制总线采用485总线。

成都地铁1号线三期、7号线、10号线及后续线路车辆PIDS系统将控制信号、数据传输全部合并到以太网总线(Industrial Ethernet bus)，实现了控制总线和数据总线的整合共享。

列车广播系统采用以太网的优点：列车广播控制总线采用以太网，那么列车广播、视频播放、视频监控3个子系统行成了三网合一共用一套以太网的局面。(1)从整车布线来看，减少了贯穿全列的LON works/485总线布置，精简了子系统之间设备接口类型和数量，从而减少了设备连接器故障点。(2)从设计冗余角度来看，以太网环网设计冗余度更高，单点故障不影响整列车的设备工作和信息传输。(3)从系统软件更新及其管理角度来看，系统的集中管理功能大大提升。通过终端设备可实现系统运行日志及CCTV监控录像的集中下载,凡是连接在总线上的设备应用层软件都可以通过以太网口进行统一更新。例如1号线一期车辆全套软件刷新时，LON总线和485总线上的设备都需要一个一个刷新，一个人作业需要花费4 h刷新一列车定全套程序，从车头走到车尾，一个车厢还要刷好几个不同设备的不同程序，稍不留意，还会漏刷个别设备。三网合一车辆全套软件刷新只需要一个人在一个节点即可完成整列车的软件刷新，极大提高了维护工作效率。在后续新线上，我们还将通过车地既有的视频传输无线PIS通道实现远程刷新车辆PIDS软件的功能。这个功能的实现意味着我们坐在办公室里就可以将车库内数列车辆PIDS软件和语音文件完成更新。(4)从传输速率角度来看，以太网有百兆和千兆口，而Lon works总线只有78 kb/s。(5)从故障分析角度来看，LON总线的数据流只能实时查看，无法记录和存储，而通过以太网可以更精确的定位故障原因所在，可记录并存储数据日志，方便故障诊断及快速定位。

1.3 列车广播系统设备的冗余设计

广播系统报站根据自动化程度从高到低分全自动(也叫TMS/ATO报站)、半自动、手动、人工广播报站这4种报站模式。但是1号、2号线这4种报站模式在广播主机故障时，均无法使用，导致全列车广播功能失效。

成都1号、2号线一期车辆由于技术原因没有实现两端司机室广播主机冗余，在后期新车制造时额外增加了一套硬线人工广播链路和功放，不需要通过广播主机及控制器就可以直接对客室进行广播。在司机室增加了一个独立麦克风，按下麦克风上的按钮即可对全列车客室内人工广播。

成都3号、4号线两端司机室的广播控制主从机热备冗余，一旦激活端司机室广播主机发生故障，未激活端的设备将自动进行切换，实现对列车广播的接续控制。

成都地铁5号、6号线综合了上述1号、2号、3号、4号线最新的技术方案，除具有3、4号线这种两端司机室广播主机冗余功能外，还增设了司机对客室广播的单独硬线人工广播链路，在即使两个广播主机完全故障的情况下，仍然可以直接对客室进行广播。极大的保证了广播报站的可靠性。

1.4 ATO报站的运用和技术创新

随着ATO驾驶甚至UTO无人值守全自动运行模式技术的成熟，国内PIDS技术也是水涨船高，ATO报站功能2014年在国内逐渐普及，对于成都地铁1、2号线一期工程早些年来说，半自动报站足以应对既有的运营线路的报站服务。然而，当1号线三期出现“Y”字形交路，当7号线出现环线和多条“C”字形交路后，半自动报站的操作、交路的预设将会在这些线路上变得复杂，已经远远不能满足高效快捷的运营组织模式。

吸取前期车辆设计经验，成都地铁在2016年开通的3，4号线车辆上，顺利实现了ATO报站。目前ATO报站的控制逻辑普遍采用开机默认半自动报站，当ATO信号有效时，激活端广播控制器接收到TCMS转发的ATO有效信号时，自动转换为ATO报站模式，根据ATO提供当前站ID，下一站ID，终点站ID以及报站触发信号完成自动报站。为了不断增强操作灵活性，在7，10号线还增加了半自动强切功能，当人为切换到半自动模式后，ATO有效信号被完全屏蔽，不再接收ATO的报站控制信息，而采用列车速度和开关门信号进行半自动报站控制。

2 乘客信息显示系统新技术发展与应用

2.1 乘客信息显示系统简介

乘客信息显示系统主要通过动态电子地图、车端终点站显示器、多媒体液晶显示屏等为乘客提供列车运行方向、始发站、到站、开门侧及换乘引导信息以及广告娱乐等。

2.2 车地一体化的发展和应用

车地一体化，是指列车上的多媒体直播显示控制以及车辆视频监控信息通过无线上传到地面控制中心，再通过大屏幕显示出来的功能及其实现方式。车辆PIDS和地面PIS不再互不相关，而是有一个统一的规划和设计。

例如成都地铁车辆多媒体48.26 cm显示屏，不仅显示广告、媒体等信息(地面PIS通过车地无线网络提供节目源)，还要与车辆PIDS系统同步显示当前站、下一站、终点站等站点信息(车辆PIDS提供站点信息)。这就需要车辆PIDS或者地面PIS一方来进行视频和站点信息的叠加处理，另外，在紧急广播播放情况下，还要全屏联动显示火灾、疏散等信息。车辆PIDS和地面PIS接口还有进一步优化提升的空间。

车辆视频监控信息上传到OCC大屏幕与地面PIS节目源下传到车辆需共用无线通信通道，随着车辆视频监控图像清晰度不断提升以及视频容量不断加大，无线通信的带宽及其传输技术也需要不断扩展和提升。

还有前文中提到的远程刷新车辆PIDS软件，也需要使用地面PIS提供的无线通道。这些复杂的接口工作界面将随着车地一体化的应用而被消化掉。例如成都7号线车辆和地面PIS虽然属于不同的标的，但是正巧为同一个生产厂家。不仅接口功能实现的很顺畅，而且LCD视频清晰度远高于其他线路。

2.3 乘客信息显示系统新技术发展和应用

安装于地铁车辆客室门区的动态电子地图，前些年采用LED点阵动态电子地图，近几年逐步经过印刷贴膜+迷你导乘屏显示，印刷贴膜+15.6寸液晶导乘屏显示的过渡阶段，随着液晶显示技术的发展和切割工艺的进步，现在已经可以根据需要切割出任意尺寸的液晶显示器，而且价格适中。所以在1号线三期、7号线以及后续线路上采用了96.52 cm甚至更大更好的LCD动态电子地图。

2.3.1LED点阵电子动态地图的应用

成都地铁1号、2号线一期车辆采用传统的LED点阵电子动态地图，即“站点贴膜+LED灯”共同完成站点的显示，如图1所示。由于能够动态显示列车运行信息，满足了乘客出行的基本要求，从而应用较广。但由于本身技术的局限性和线网快速发展需要不断扩展站点，使得LED点阵电子地图不能灵活更新的缺陷逐步凸显。

图1 LED点阵电子地图

例如，(1)在新线设计时往往在底板上按最大车站数预留开孔和LED灯泡，延伸线开通时需要调整底板控制程序和更换贴膜，一列车更换成本达3～5万元，同时还因难以在短时间内完成全部车辆的贴膜更换而极易对运营服务带来影响。(2)由于需要预留中长期与之相关联的线路的换乘标识，换乘站点未开通时需对换乘标识做遮挡处理，对贴膜的美观性有较大的影响。

2.3.2印刷静态贴膜+迷你导程屏显示

成都地铁1、2号线二期车辆采用印刷贴膜+迷你导程屏显示方案，迷你导乘屏是通过LCD电子屏幕动态显示列车到站情况，显示内容包括列车运行方向、当前站、下一站、上一站、终点站、开门方向、换乘信息等，如图2所示。

由于迷你导乘屏的尺寸为25.4 cm，无法在一个画面上显示线路的全部站点信息，同时，当乘客离门区较远时，无法清晰的看到显示的信息。因此，随着乘客对列车服务质量要求越来越高，其存在的缺陷也是不容忽视的。此外，其他线路开通增加本线换乘站或延伸线开通时，除进行导程屏的程序刷新外还需要更换全新的印刷贴膜，维护费用没有减少，反而增加了程序升级工作量。

图2 印刷贴膜+迷你导程屏

2.3.3印刷贴膜+39.624 cm液晶导乘屏显示

成都地铁3、4号线PIDS系统采用印刷贴膜+39.624 cm 液晶导乘屏显示方案，显示内容除迷你导程屏显示的信息外，还有更友好的显示界面和更丰富的内容，在列车始发前能够显示线路的所有站点信息，区间运行时，能够交替显示下一站定向内容，包括前方站点的景点介绍、公交驳接信息和定向广告投放等内容，如图3所示。

虽然液晶屏幕尺寸比迷你导程屏大，显示的界面更清晰，也存在换乘站和本线站点增加时需要既更换贴膜增加维护成本，又要同时刷新导乘屏程序的问题。

图3 印刷贴膜+39.624 cm液晶导乘屏

2.3.438寸液晶导乘屏

成都地铁1号线三期、7号，10号线及后续5号，6号线PIDS系统采用96.52 cm液晶导程屏，分辨率为1 920×290，显示清晰度高，不再需要搭配印刷贴膜，除了可全屏动态实时显示列车广播报站的基本信息外，新增了更具人性化和信息化的乘客服务内容，例如该显示屏可通过切换不同画面显示全线站点图、区间运行时间、各节车厢对应车站电梯、站台外商场、建筑信息等，还能够实时动态显示运行方向各站点到站的预计时间。如图4所示。

在线路扩展时，无需更换硬件和贴膜，只需要刷新导乘屏软件即可，结合广播系统以太网的运用，全列48个导乘屏程序也可在一个节点上一键更新。为后期的维护使用带来极大的便利。

图4 96.52 cm液晶导乘屏

图5 96.52 cm液晶导乘屏

3 视频监控系统新技术发展与应用

3.1 视频监控系统简介

视频监视系统由司机室监控触摸屏、监控存储服务器、司机室和客室的数字摄像机组成。司机室设置2个摄像监视装置，1个采用半球红外摄像头，至少可监控司机台及司机可操作的所有按钮及开关；在新造车上增加了1个采用高清摄像头，用于拍摄列车前方的状况。每个客室设置2个摄像头，共计12个客室摄像头(A型车每个车厢设置4个摄像头)。

3.2 视频监控系统新技术发展与应用

3.2.1监控视频存储方式新技术发展与应用

成都地铁1号、2号、3号、4号线录像储存是TC1、TC2两个互为冗余的500G/1T/6T硬盘集中存储整车录像，1号、2号线储存时间为7天；3号、4号线录像存储14天，录像存储容量相对较小。随着国家对公共场所特别是地铁安全的重视程度不断提高，安防设备技术发展也是日新月异。2016年，国家颁布的最新反恐法要求，地铁车辆的视频监控图像信息保存期限不得少于90天。这个要求也带动了地铁视频监控系统新技术的产生和发展。

例如，成都地铁6号线全车设置8个12T硬盘录像机分散存储方式，采用相邻两车厢交叉冗余存储方式，可存储90天。系统交换机采用旁路冗余方式连接，避免由于交换机单点故障而引起的网络瘫痪。

3.2.2摄像头技术的发展与新产品应用

成都地铁1号、2号、3号、4号线前期车辆采用模拟摄像头，拍摄到的模拟信号需要经过各个车厢内的视频编码器编码成数字信号后，再通过以太网传输到司机室内的视频存储服务器的硬盘内。司机室实时观察客室画面的液晶屏上显示时，又要将硬盘内的数字信号再次解码成模拟信号播放。

后续5号、6号、7号、10号线均采用了数字摄像头，数字摄像头不仅清晰度更高，而且可以通过POE方式供电，不需要单独插接电源线，布线和连接更加简单；数字摄像头拍摄到的数字视频码流可以通过以太网直接传输并存储在硬盘里，减少了中间的编码设备，从而降低了视频监控系统设备数量和造价。还在新造车辆增加了司机室前端的高清摄像头，可以拍摄前方轨道的状态，相当于地铁列车的行车记录仪。

4 结束语

目前，PIDS还有一些新技术、新概念不断涌现，我们期待着PIDS系统技术的发展可以给乘客带来越来越便捷、准确、贴心的服务，为运营单位提供快速、准确、清晰的现场反馈，减少维保部门人力物力和成本。下面是我们暂时还没实际运用的一些新技术、新概念。例如：紧急报警器自带摄像头，紧急报警时可以和司机或OCC中心视频通话；PIS系统带WIFI功能，PIS服务器可以向乘客手机自动推送到站提醒等信息，具体的应用方式还有待开发；针对无人驾驶车辆，地面OCC可以直接接听乘客紧急报警；全数字化方案，即所有的广播语音、视频信息以及控制命令都通过以太网传输；为了不断提升乘客服务体验，今后还会考虑由PIDS系统收集管理大数据(例如乘客在每节车厢的乘车密度)并实时反馈等。

列车广播、乘客信息显示、视频监控这3个子系统互相补充整合，最终实现PIDS系统整体更可靠、轻巧、操作更便捷的目标；与地面PIS共享共通，为乘客提供更贴心便捷实用性强的乘车信息；同时还必须考虑减少后期人工维护工作量的设计。整个系统所需处理的信息量猛增，原来的单线程信息处理要向多线程方向发展，系统处理速度和设备存储容量也必须有质的飞跃。