烏魯木齊城軌乘客導(dǎo)乘信息系統(tǒng)設(shè)計探討

郝曉蓉

（新疆鐵道勘察設(shè)計院，830011，烏魯木齊∥工程師）

乘客導(dǎo)乘信息系統(tǒng)（Passenger Information System，簡為PIS）是一個綜合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子媒體技術(shù)的綜合服務(wù)性系統(tǒng)，是一個多媒體資訊發(fā)布、播控與管理平臺，能發(fā)布有關(guān)乘客導(dǎo)乘、列車到站、票務(wù)政策、乘車指引、換乘、運營安全等運營服務(wù)信息，同時為廣大乘客提供豐富的資訊與娛樂信息。

烏魯木齊是一個多民族聚居的城市。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，烏魯木齊城市軌道交通1號線即將建設(shè)，與乘客密切相關(guān)的乘客導(dǎo)乘信息系統(tǒng)的設(shè)計方案與建設(shè)有著重要的意義。結(jié)合近年來其他城市軌道交通PIS的建設(shè)，從系統(tǒng)的功能、方案的比選、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)三個方面對烏魯木齊城軌1號線PIS設(shè)計方案進行闡述和探討。

1 PIS實現(xiàn)的功能

烏魯木齊城市軌道交通1號線建設(shè)的PIS，必須實現(xiàn)以下功能，才能滿足服務(wù)于乘客、達到安全運營的目的。

（1）應(yīng)急功能。①預(yù)先設(shè)定緊急信息：PIS可以預(yù)先設(shè)定多種緊急災(zāi)難告警模式，方便自動或人工觸發(fā)進入告警模式。在發(fā)生火警、恐怖襲擊等情況時，由自動告警系統(tǒng)或人工觸發(fā)，進入緊急災(zāi)難告警模式。②即時編輯發(fā)布緊急信息：當車站發(fā)生非預(yù)期的災(zāi)難且需要PIS系統(tǒng)即時發(fā)布災(zāi)難警告信息時，PIS軟件可以即時編輯發(fā)布緊急信息，并送至指定的顯示屏，使乘客及時看到警告信息及人流疏導(dǎo)信息。

（2）宣傳及廣告發(fā)布功能。PIS可為軌道交通引入一個多媒體形象的展示平臺，通過形象視頻、圖片、文字的播出，可以為烏魯木齊進行更多的形象宣傳；引進多語言顯示平臺，實現(xiàn)包括漢語、維語、英語在內(nèi)的多種語言播放功能。

（3）區(qū)域屏幕分割功能。終端顯示屏幕可根據(jù)要求劃分為多個區(qū)域，不同區(qū)域可同時顯示各類不同的資訊，包括文字、圖片和視頻信息。

（4）顯示列車服務(wù)信息。設(shè)置于地鐵車站子系統(tǒng)的信息播放控制器實時接收列車自動監(jiān)控（ATS）列車服務(wù)信息，再控制指定的終端顯示器顯示相應(yīng)的列車服務(wù)信息，如下列車的到站時間、列車時間表、列車阻塞或異常、特別的列車服務(wù)安排等信息。

（5）車載信息播放功能。列車能實時接收、存儲并播放控制中心下發(fā)的新聞、公告、商業(yè)廣告等。

（6）時鐘顯示的功能。PIS可以接收時鐘系統(tǒng)的時鐘信號，確保終端顯示屏幕顯示時鐘的準確性。

（7）終端顯示屏的廣泛兼容性。PIS軟件能夠良好地兼容多種顯示設(shè)備。

（8）定時自動播出的功能。

（9）集中網(wǎng)管維護功能。

（10）數(shù)字傳輸功能。PIS的中心信號采集、中心播出服務(wù)器處理和DVB－IP編碼器的封包，轉(zhuǎn)換成DVB－IP數(shù)據(jù)包進入傳輸網(wǎng)傳輸，均采用數(shù)字方式；經(jīng)過傳輸網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)字視頻流信號傳至車站播出服務(wù)器，由車站播出工作站進行多區(qū)域信息疊加，并在顯示屏進行顯示。

（11）靈活多樣的顯示功能。所有車站的播出工作站在PIS中都是相對獨立的，因此中央和車站操作員可以直接控制到每臺車站播出工作站的顯示內(nèi)容（車站操作員限本站）。

（12）信息顯示優(yōu)先級功能。

（13）列車圖像監(jiān)視功能。系統(tǒng)應(yīng)具有列車視頻監(jiān)控功能，通過車載子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)將列車的圖像上傳到控制中心和軌道交通公安分局控制中心。

2 系統(tǒng)的方案

在PIS的信息傳輸設(shè)計中，必須實現(xiàn)控制中心、車站、列車之間的信息傳遞。

2.1 控制中心－車站的信息傳輸

控制中心傳到各車站及車輛段之間的信息有實時信息和非實時信息。這些信息每個車站都能同時接收，控制中心PIS信息流可以廣播方式向各站及車輛段傳送。這些信息流可以利用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的總線型以太網(wǎng)通道滿足系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)傳輸要求。通信傳輸網(wǎng)絡(luò)對承載業(yè)務(wù)本身也具有良好的保護功能，比單獨建網(wǎng)減少投資及維護費用。

2.2 顯示屏的設(shè)計布置

目前用于PIS的車站顯示器主要是等離子顯示屏（PDP）和液晶顯示屏（LCD）。根據(jù)兩種顯示屏各自的特點，在站廳使用PDP顯示屏，站臺使用LCD顯示屏。

2.3 列車－控制中心信息傳輸

車載信息顯示設(shè)備顯示的信息可以是實時的也可以是非實時的，所以對于車載信息的傳送方案主要有兩種方式：①定點信息傳送方式。在運營過程中，利用列車在車站停靠的時間，可以通過車站無線傳輸網(wǎng)，將車站服務(wù)器中的信息傳到車載服務(wù)器上。當列車在車輛段?？繒r，可以通過車輛段無線傳輸網(wǎng)，將車輛段服務(wù)器中的信息傳到車載服務(wù)器上，或直接采用移動存儲設(shè)備，將信息拷貝到車載服務(wù)器上。②移動信息傳送方式。主要用于傳送實時信息。實時信息分為簡單的文本信息（如新聞字幕、緊急通告）和視頻信息。根據(jù)傳輸信息內(nèi)容的不同，移動信息傳送方式又可采用專用無線通信系統(tǒng)和專用的無線寬帶移動網(wǎng)絡(luò)傳輸。

如果只需上傳文本信息，可以利用專用無線通信系統(tǒng)中的信道實現(xiàn)；如果需要同時上傳文本信息和視頻信息，需在車站、車輛段設(shè)置無線寬帶移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)全線信號覆蓋，使運行中的列車能實時接收和發(fā)射文本信息和視頻信息。

兩方案相比較，專用無線寬帶移動網(wǎng)絡(luò)可以確保車載子系統(tǒng)隨時從控制中心和車站接收文本信息和視頻信息，如急事件通告、時事新聞、電視節(jié)目等，充分滿足運營及乘客的需要；同時也可以將車內(nèi)的視頻監(jiān)控信息傳到控制中心，滿足安防反恐需要。故在烏魯木齊城市軌道工程建設(shè)中，推薦采用專用無線寬帶移動網(wǎng)絡(luò)方案。

2.4 無線寬帶移動網(wǎng)制式的選擇

無線信息傳輸通信目前可以考慮的技術(shù)有：無線數(shù)字集群通信（TETRA）、全球移動通信系統(tǒng)（GSM）、碼分多址 （CDMA）、3G 、無線局域網(wǎng)（WLAN）、地面無線數(shù)字視頻廣播（DVB－T）等技術(shù)。

TETRA技術(shù)、GSM技術(shù)、CDMA技術(shù)均為非常成熟的技術(shù)，使用面較廣，有著良好的應(yīng)用實例。但是這三種技術(shù)對于PIS信息傳輸均存在帶寬不足的缺陷，不能滿足PIS所需要的帶寬要求。

3G技術(shù)在中國有幾種標準，較TETRA技術(shù)、GSM技術(shù)、CDMA技術(shù)的傳輸帶寬有了很大的提高，下行速率在靜止狀態(tài)下可以達到1Mbit／s多，運動狀態(tài)下可以達到幾百kbit／s，上行速率可以達到幾十kbit／s，但是還是不能滿足車載PIS所需要的帶寬要求。

區(qū)域多點傳輸服務(wù)（LMDS）多點分配接入技術(shù)，采用較高的頻率（10～43GHz，常用為26GHz）為傳輸介質(zhì)，是一個快速、有彈性且具效益性的寬頻網(wǎng)路，能提供幾十Mbit／s甚至上百Mbit／s的下行傳輸速率，也能滿足軌道交通上行帶寬的要求。但LMDS存在的缺陷是：LMDS主要用于大功率的發(fā)送基站（一般功率為1 000W以上），對于低功率、大密度的場強覆蓋方式不太適合；另外LMDS的無線信號對于障礙物、雨衰等衰減很大。就實用性而言，LMDS不太適合軌道交通通信。

多信道多點分配（MMDS）技術(shù)，運行在3.5G頻段，可用帶寬為2×30.5M，為準視距傳播。MMDS的缺陷是對于上行業(yè)務(wù)的傳輸速率不能滿足車載PIS的需求；另外MMDS和LMDS一樣，對于場強的覆蓋方式也不適合軌道交通通信。

DVB－T技術(shù)，是為數(shù)字電視的廣播方式傳輸而開發(fā)的，具有容量大、接入靈活等特點。傳統(tǒng)的DVB－T技術(shù)只提供單向（即下行）傳輸，而新的DVB－T技術(shù)則支持雙向傳輸。DVB－T技術(shù)適用于高速數(shù)據(jù)傳輸，可以工作在多個頻點，減少無線頻段干擾的可能，場強的覆蓋可以采用小功率大密度的方式，比較適用于軌道交通通信。但是作為數(shù)字廣播電視的標準，中國現(xiàn)在還沒有正式出臺，而且在雙向傳輸?shù)姆矫孢€沒有很多的經(jīng)驗借鑒，所以DVB－T技術(shù)目前在城市軌道建設(shè)中只作為跟蹤技術(shù)。

WLAN技術(shù)作為一種用戶端的寬帶接入技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)化、寬帶化、移動化等特點具有相當?shù)膬?yōu)勢。WLAN 技術(shù)有很多標準：802.11a、802.11b、802.11g、802.16等。802.11a工作在5.8G頻段，干擾較少，傳輸速率可以達到54Mbit／s，完全可以滿足軌道交通的帶寬需求，但是有專用頻段需與無委會協(xié)商頻率申請、付費等事宜；802.11b工作在2.4G頻段，帶寬最高達11Mbit／s，基本能滿足目前烏魯木齊軌道交通的業(yè)務(wù)需求，但不能滿足不斷提高服務(wù)質(zhì)量的城市軌道交通發(fā)展的需求。802.11g工作在2.4G頻段，由于采用OFDM調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到54Mbps，完全可以滿足軌道交通的帶寬需求，場強覆蓋也相對容易控制；802.16標準，也稱 WI－MAX，傳輸速率可達上百 Mb／s，是一種正在發(fā)展中的新技術(shù)，由于目前相關(guān)標準尚未統(tǒng)一，因此，現(xiàn)階段在城市軌道建設(shè)中作為跟蹤技術(shù)。

由以上分析可見，可以滿足車載PIS業(yè)務(wù)實時傳輸?shù)闹剖接?DVB－T、WLAN802.11g制式以及WI－MAX等。結(jié)合近年來城市軌道交通建設(shè)中的情況，把DVB－T、WLAN802.16作為新技術(shù)繼續(xù)關(guān)注，推薦采用 WLAN技術(shù)，建議采用802.11a或802.11g標準。

2.5 場強覆蓋方式

由于軌道交通呈線性分布，不適合蜂窩狀的覆蓋方式，而需要采用定向型、小功率大密度場強覆蓋方式?？梢圆捎玫母采w方式有無線AP（Access Point）方式和漏泄同軸電纜方式。采用漏泄電纜對于場強覆蓋有著良好的方向性和控制性。但是軌道交通區(qū)間中限界以內(nèi)的空間位置已經(jīng)非常擁擠，若單獨設(shè)置漏纜，由于漏纜的間距要求導(dǎo)致安裝位置很難找到，而且造價很高。如果和其它的漏纜合設(shè)，由于WLAN頻段較高，所以需要中繼的點基本上200m左右要設(shè)一處，造價較高，而且對于別的系統(tǒng)的耦合損耗有很大的影響。如果采用無線AP的方式，也可以控制場強的方向及強弱，大約150m左右設(shè)一處AP，用光纜連接。目前光纜比較便宜，而且光纜和AP的安裝條件相對于漏纜容易實現(xiàn)。因此，烏魯木齊城市軌道1號線建設(shè)中推薦采用設(shè)置無線AP方式來解決區(qū)間場強覆蓋。

在車站、車輛段、地下區(qū)間、高架區(qū)間等固定的地方，設(shè)WLAN的無線網(wǎng)關(guān)AP進行覆蓋，無論列車在車站、車輛段還是區(qū)間內(nèi)，均可通過無線AP設(shè)備實現(xiàn)控制中心、各站及車輛段與列車之間的車地雙向?qū)崟r信息傳遞。

2.6 PIS與信號系統(tǒng)的WLAN共存問題

信號系統(tǒng)亦采用WLAN進行車－地通信。如何使信號系統(tǒng)與PIS兩個WLAN共存，可以采用以下的幾種舉措。

（1）PIS與信號系統(tǒng)共網(wǎng)運行。對PIS而言，10 Mbit／s傳輸帶寬就可以做到傳輸優(yōu)質(zhì)的音頻或視頻信號的要求。與PIS相比較，信號系統(tǒng)的控制信號傳輸速率要求不高，但對傳輸?shù)目煽啃耘c安全性要求很高?；诋斍暗腤LAN技術(shù)，采用802.11b直接序列擴頻（DSSS）技術(shù)，最大可以提供11Mbit／s的傳輸速率；采用802.11g的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，最大可以提供54Mbit／s的傳輸速率，完全可以滿足PIS與信號系統(tǒng)的共網(wǎng)工作的要求。現(xiàn)在相關(guān)的系統(tǒng)供貨商也在致力于PIS于信號系統(tǒng)的共網(wǎng)工作。采用這種方式既可以節(jié)省無線電頻率資源、節(jié)約工程投資，又可以避免PIS與信號系統(tǒng)的相互干擾。

（2）PIS與信號系統(tǒng)隔開頻段運行。如選擇兩個不同的WLAN供貨商，分別建立PIS與信號系統(tǒng)的 WLAN，則要求兩個系統(tǒng)所使用頻段不能重疊、相互隔開。例如：信號系統(tǒng)使用2.4GHz頻段，PIS使用5.8GHz。除2.4GHz頻段為免費頻段外，使用其他頻段均需付費，且要得到當?shù)責(zé)o線電管理委員會的批準。

（3）PIS與信號系統(tǒng)同頻段運行。若選擇兩個不同的WLAN供貨商，分別建立PIS與信號系統(tǒng)的WLAN，但要求兩個系統(tǒng)所使用相同的頻段，例如ISM免費頻段。可以采取選擇不同的天線極化方向，以及盡量將兩個系統(tǒng)的信道頻段分開的措施，減少兩個WLAN之間的干擾。

目前國內(nèi)新建的城市軌道交通已開始應(yīng)用WLAN解決車－地之間的寬帶傳輸問題。隨著WLAN技術(shù)的成熟及普及，WLAN將在城市軌道交通中得到普遍的應(yīng)用。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

PIS由控制中心子系統(tǒng)、車站設(shè)備子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)及車載子系統(tǒng)四部分組成。

1）控制中心子系統(tǒng)：是整個系統(tǒng)的中樞，主要負責(zé)全線PIS的管理、信息內(nèi)容集中控制、節(jié)目的編輯和發(fā)布，為軌道交通的PIS提供信源。

2）車站設(shè)備子系統(tǒng)：主要負責(zé)從控制中心接收信息，控制本站的顯示器內(nèi)容播放。車站設(shè)備子系統(tǒng)也能結(jié)合本站的特點進行信息編輯，為本站的PIS提供信源。

3）信息傳輸子系統(tǒng)：是為PIS提供OCC（運營控制中心）和各車站、車輛段及區(qū)間數(shù)據(jù)信號和控制信號傳輸?shù)耐ǖ馈Ｐ畔鬏斪酉到y(tǒng)包括有線信息傳輸和無線信息傳輸兩個部分。

［1］李偉章，徐幼銘，林瑜筠，等.城市軌道交通通信［M］.北京：中國鐵道出版社，2008.