車載PIS系統(tǒng)在武漢地鐵2號線的應(yīng)用

李曉云

摘 要：基于數(shù)字IP技術(shù)、流媒體技術(shù)，構(gòu)建了一體化的綜合智能引導(dǎo)PIS車載子系統(tǒng)方案，在保障2號線行車安全與公共安全、提高運(yùn)輸效率和管理服務(wù)水平等方面發(fā)揮了重要作用，針對運(yùn)行中存在的部分問題，提出了下一步的改進(jìn)方向，為其它城市線路PIS車載子系統(tǒng)設(shè)計建造提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：PIS車載子系統(tǒng)；PA系統(tǒng)；PIDS系統(tǒng)；CCTV系統(tǒng)

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

地鐵列車PIS車載子系統(tǒng)是城市軌道交通PIS的重要組成部分，在正常情況下，可以提供乘車須知、列車到站時間等實(shí)時的動態(tài)服務(wù)引導(dǎo)信息；在火災(zāi)、阻塞及恐怖襲擊等緊急情況下，可以提供動態(tài)緊急疏散提示；另外還具有監(jiān)控功能，為上級決策提供依據(jù)，對于乘客安全、便捷地乘坐軌道交通具有十分重要的意義。

武漢地鐵2號線是全國首條過江地鐵，運(yùn)行線路長、環(huán)境復(fù)雜，對地鐵列車車載子系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性、以及智能化提出了更高的要求。地鐵建設(shè)也是一項(xiàng)長期任務(wù)，傳統(tǒng)的地鐵車載PIS子系統(tǒng)在成本、可靠性、開放性方面已經(jīng)不能滿足要求，因此，武漢地鐵運(yùn)營公司與合作方廣州國聯(lián)通信有限公司基于數(shù)字IP技術(shù)、流媒體技術(shù)，利用車內(nèi)有限的基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)資源，共同構(gòu)建了集引導(dǎo)、廣告、資訊、設(shè)備監(jiān)控和客流監(jiān)控為一體的綜合智能引導(dǎo)PIS車載子系統(tǒng)方案，在保障2號線行車安全與公共安全、提高運(yùn)輸效率和管理服務(wù)水平等方面發(fā)揮了不可或缺的作用，針對運(yùn)行中存在的部分問題，筆者提出了進(jìn)一步的改進(jìn)方向，給其它城市車載PIS系統(tǒng)解決方案的設(shè)計提供了重要借鑒。

1 系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)

武漢地鐵2號線PIS系統(tǒng)規(guī)劃為中心系統(tǒng)、現(xiàn)場系統(tǒng)兩級，其中中心系統(tǒng)主要包含運(yùn)營中心子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，而現(xiàn)場系統(tǒng)主要包含車站子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)，如圖1所示。根據(jù)功能定位，車載子系統(tǒng)主要包含車載廣播（PA）、車載乘客信顯示（PIDS）和視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）三個系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。三個子網(wǎng)絡(luò)在橫向上相互獨(dú)立，在縱向上相互關(guān)聯(lián)。

1.1 列車廣播系統(tǒng)（PA）

設(shè)計有司機(jī)室廣播主機(jī)、司機(jī)室廣播控制盒、客室廣播分機(jī)、乘客緊急報警裝置、揚(yáng)聲器、LED顯示屏等設(shè)備模塊。系統(tǒng)設(shè)備分機(jī)多、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、為了使系統(tǒng)支持單點(diǎn)設(shè)備故障，在設(shè)計上采用了總線的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，基于模擬音頻技術(shù)，通過貫穿所有司機(jī)室和各個客室的廣播音頻線（RS485）、對講音頻線、CAN通信線來完成廣播音頻信號、對講音頻信號以及控制信號的傳輸。由于系統(tǒng)廣播和通信采用各自獨(dú)立的傳輸通道，因而系統(tǒng)支持自動廣播與對講同時進(jìn)行。兩端司機(jī)室廣播主機(jī)互為冗余備份設(shè)計，雙電源，雙功放模塊冗余設(shè)計，大大提高系統(tǒng)可靠性。司機(jī)室廣播主機(jī)預(yù)留有與乘客信息顯示系統(tǒng)的媒體服務(wù)器RS232接口，以及與列車控制系統(tǒng)的TMS接口，可控制媒體播放系統(tǒng)的某些信息播放。廣播分機(jī)與分屏器通過CAN總線互聯(lián)。

1.2 車載乘客信息顯示系統(tǒng)（PIDS）

系統(tǒng)主要由媒體服務(wù)器（播放控制器、媒體編碼器、解碼器）、分屏器（客室交換機(jī)、編碼器、解碼器、分屏器）、客室LCD顯示屏（帶揚(yáng)聲器）、客車LCD動態(tài)地圖顯示（長條形）等設(shè)備組成。為了減少系統(tǒng)布線，提高系統(tǒng)抗干擾能力，車內(nèi)構(gòu)建了百兆以以太網(wǎng)絡(luò)，在車廂與車廂之間采用網(wǎng)線傳輸數(shù)字TS流信號進(jìn)行傳輸。支持播放實(shí)時TS流或媒體服務(wù)器存儲的本地節(jié)目信息。司機(jī)室內(nèi)的媒體服務(wù)器從地面控制中心OCC通過無線網(wǎng)絡(luò)接收實(shí)時多媒體信息視頻數(shù)據(jù)流或者非實(shí)時媒體，并對數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼、疊加字符、多窗口等處理后，編碼輸出。頭車/尾車分屏器接收到LCD控制器輸出的VGA視頻及同步音頻信號后，進(jìn)行數(shù)字編碼處理，并打包成TS流上傳到車載百兆以太網(wǎng)絡(luò)。每節(jié)車上的分屏器（包含有解碼器、視頻播放器、交換機(jī)、音/視頻分配板、動態(tài)地圖分配板、電源）從以太網(wǎng)絡(luò)上接收到TS流后，進(jìn)行解碼并分配輸出VGA視頻信號及音頻信號至本車廂的客室LCD屏、LCD動態(tài)地圖，實(shí)現(xiàn)車上多媒體信息及動態(tài)地圖的播放顯示。

媒體服務(wù)器預(yù)留廣播系統(tǒng)控制接口，可接收來自廣播系統(tǒng)的TMS信息、運(yùn)營信息，疊加在視頻窗口上進(jìn)行播放。為了減小列車空間的占用，方便安裝和維護(hù)，結(jié)構(gòu)上采用了模塊化設(shè)計，設(shè)備高度集成。媒體服務(wù)器集成了播放控制模塊和媒體編碼、解碼模塊，同時也作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)主機(jī)，分屏器則集成了客室交換機(jī)以及解碼分配功能。

1.3 車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）

系統(tǒng)采用了全數(shù)字TCP/IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方案，冗余喚醒以太網(wǎng)、對等的、分布式系統(tǒng)架構(gòu)，按照模塊化設(shè)計，由車載司機(jī)室交換機(jī)、媒體服務(wù)器、LCD觸摸屏顯示器、媒體網(wǎng)關(guān)、攝像機(jī)等設(shè)備模塊組成。

在該系統(tǒng)中，攝像機(jī)負(fù)責(zé)采集視頻圖像數(shù)據(jù)，PECU負(fù)責(zé)采集音頻數(shù)據(jù)。攝像機(jī)以8幀/秒的幀率采幀率采集圖像數(shù)據(jù)，有緊急報警狀態(tài)自動轉(zhuǎn)為25幀/秒實(shí)時記錄。采集的音視頻數(shù)據(jù)由音頻線和同軸電纜傳輸至媒體網(wǎng)關(guān)。媒體網(wǎng)關(guān)接收的是模擬視頻信號，不能通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此媒體網(wǎng)關(guān)首先將模擬音視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。同時將車體號、日期時間、攝像機(jī)編號、圖像水印等相關(guān)信息寫入視頻圖像數(shù)據(jù)，然后通過D1（720×576）格式以標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4壓縮算法壓縮后，通過系統(tǒng)內(nèi)部以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分別傳送給兩個司機(jī)室的車載媒體服務(wù)器。媒體服務(wù)器將網(wǎng)絡(luò)傳來的14路視頻信號采用兩級備份模式進(jìn)行存儲。通過司機(jī)室的LCD監(jiān)控觸摸屏循環(huán)監(jiān)視14路攝像機(jī)的視頻圖像（包括12路客室攝像機(jī)圖像和2路司機(jī)室的圖像），可進(jìn)行視頻文件的查詢與下載及回放。

客室的媒體網(wǎng)關(guān)預(yù)留有與廣播系統(tǒng)客室廣播分機(jī)的控制接口，當(dāng)發(fā)生緊急情況（緊急對講、緊急開門、火災(zāi)報警等）時，廣播系統(tǒng)自動觸發(fā)發(fā)生緊急事件所在車廂的圖像。

2 系統(tǒng)配套軟件

武漢地鐵二號線車載子系統(tǒng)配套軟件需要有PIDS系統(tǒng)的配套軟件和CCTV系統(tǒng)配套軟件。根據(jù)硬件網(wǎng)絡(luò)情況，系統(tǒng)設(shè)計的PIDS系統(tǒng)的配套軟件包含（19"LCD）上顯示的列車媒體播放軟件、LCD動態(tài)地圖播放軟件以及內(nèi)容編輯器軟件。CCTV系統(tǒng)配套軟件含有車載CCTV監(jiān)控軟件以及用于車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置的PTU軟件。

2.1 PIDS配套軟件

列車媒體播放軟件界面設(shè)計有日期時間、視頻播放、圖片播放、公告欄及列車運(yùn)營信息等幾種類型子窗口，其界面如下圖2所示。LCD動態(tài)地圖播放軟件設(shè)計了列車正在運(yùn)行的線路、方向；終點(diǎn)站、當(dāng)前站、下一站、換乘站及相應(yīng)的換乘線路、開門側(cè)信息等信息窗口，到站顯示能與數(shù)字報站同步。

為滿足動態(tài)旅行信息顯示能夠適應(yīng)不同運(yùn)營交路的要求。界面的布局靈活性較高，均可通過內(nèi)容編輯器軟件進(jìn)行本地配置，然后通過網(wǎng)絡(luò)上傳至媒體服務(wù)器。本地配置時可以修改、添加、刪除視頻播放列表、圖片播放列表，使之與線路站點(diǎn)對應(yīng)，智能化水平較高。

2.2 CCTV系統(tǒng)配套軟件

CCTV系統(tǒng)的配套軟件設(shè)計有車載CCTV監(jiān)控軟件以及PTU軟件。CCTV監(jiān)控軟件運(yùn)行司機(jī)室內(nèi)的12.1寸LCD觸摸屏，具有視頻顯示模塊、功能按鈕模塊、攝像機(jī)圖標(biāo)三大功能部分。功能按鈕模塊支持需14路視頻畫面的循環(huán)切換以及視頻回放。攝像機(jī)圖標(biāo)模塊支持直接選擇想要顯示的攝像機(jī)圖像，具有正常顯示狀態(tài)和報警顯示狀態(tài)兩種。正常顯示狀態(tài)：視頻畫面對應(yīng)的狀態(tài)欄與攝像機(jī)圖標(biāo)均為綠色。報警顯示狀態(tài)：當(dāng)發(fā)生廣播緊急報警等緊急情況后，視頻顯示區(qū)域不斷顯示報警的攝像機(jī)圖像，此時視頻畫面對應(yīng)的狀態(tài)欄和攝像機(jī)圖標(biāo)均變?yōu)榧t色。攝像機(jī)顯示畫面支持四畫面和單畫面顯示，如圖4所示。

PTU軟件是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的配置軟件，主要用于車載主機(jī)（媒體服務(wù)器內(nèi)）與媒體網(wǎng)關(guān)的參數(shù)配置。由車載主機(jī)、媒體網(wǎng)關(guān)、用戶管理和操作記錄四個功能模塊組成，軟件底部顯示連接主機(jī)的狀態(tài)與文件下載情況。

車載主機(jī)模塊：主要用來實(shí)現(xiàn)添加或刪除CCTV主機(jī)（媒體服務(wù)器內(nèi)），設(shè)置參數(shù)、查看磁盤信息和進(jìn)行文件下載等功能。新安裝的PTU軟件，初始狀態(tài)車載主機(jī)數(shù)為零，需要將PTU設(shè)備與主機(jī)或網(wǎng)關(guān)相連，然后才能添加、刪除或刷新相應(yīng)的車載主機(jī)IP地址并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置支持設(shè)置攝像機(jī)的IP及視頻通道和主機(jī)運(yùn)行參數(shù)。

另外，PTU提供車載主機(jī)視頻錄像文件下載與錄像文件回放功能，除PTU軟件可以下載車載CCTV主機(jī)內(nèi)的視頻錄像文件到PTU設(shè)備本地存儲外，車載CCTV主機(jī)不提供任何方式的文件下載，禁止使用移動硬盤、U盤、共享目錄等方式直接從車載CCTV主機(jī)上拷貝視頻錄像文件。下載后的視頻文件可以通過PTU的錄像回放軟件來播放。視頻文件下載支持查詢功能，可以選擇或輸入媒體網(wǎng)關(guān)、攝像機(jī)類型、車體號等查詢參數(shù)進(jìn)行搜索，查詢視頻錄像文件，查詢結(jié)果將輸出到列表供下載或者播放。

媒體網(wǎng)關(guān)模塊：主要用來進(jìn)行運(yùn)行媒體網(wǎng)關(guān)的參數(shù)設(shè)置、報警設(shè)置、文字疊加和遠(yuǎn)程升級，同時也提供添加或刪除媒體網(wǎng)關(guān)的功能。進(jìn)入媒體網(wǎng)關(guān)模塊，按“F5”刷新，已連接的媒體網(wǎng)關(guān)IP地址將直接顯示。其設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置主要指設(shè)備網(wǎng)絡(luò)信息修改、設(shè)備版本顯示及重啟、設(shè)備硬盤信息顯示及格式化、設(shè)備編碼參數(shù)設(shè)置等；報警設(shè)置可設(shè)置EHP1到EHP5處于常閉或常開狀態(tài)；文字疊加是指在視頻畫面上疊加文字和日期信息，利用其可以對文字和日期的格式內(nèi)容、視頻的亮度及對比度進(jìn)行設(shè)置；通過遠(yuǎn)程升級，可對軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程升級。

操作記錄模塊：主要是用來詳細(xì)記錄用戶某些操作過程，包括：用戶登錄、退出，用戶修改參數(shù)的信息等。

用戶管理模塊：主要用來實(shí)現(xiàn)添加、刪除用戶，修改用戶密碼，設(shè)置用戶權(quán)限等功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用及改進(jìn)方向

武漢地鐵2號PIS車載系統(tǒng)綜合采用模擬信號處理技術(shù)、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以高度集成的模塊化結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了車內(nèi)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了分布式控制和網(wǎng)絡(luò)化管理。以“模擬”的方式形成了具有多音源、多語種、多信息、多優(yōu)先級功能，能ATS信息互通，與車載監(jiān)控系統(tǒng)信息共享的廣播系統(tǒng)，以“數(shù)字+模擬”結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了較高的抗干擾能力，設(shè)備成本較低，布線簡單的車載信息顯示系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

自運(yùn)營以來，經(jīng)過驗(yàn)證PIS車載子系統(tǒng)工作可靠、性能穩(wěn)定，基本滿足了正常和非常狀態(tài)下的服務(wù)和綜合智能引導(dǎo)功能，提高了線路運(yùn)行的管理水平，保障了旅客的信息化出行。但是隨著技術(shù)水平的升級，新線路的不斷建設(shè)，2號線的PIS車載子系統(tǒng)也暴露了一些問題，經(jīng)過探討，建議做如下改進(jìn)。

1、采用開放協(xié)議。

武漢地鐵2號線采用的是“模擬攝像頭+編碼器”的標(biāo)清D1監(jiān)控方案，而4號線采用的是全數(shù)字高清監(jiān)控方案，從圖像的采集、傳送、存儲、顯示均達(dá)到1080P。兩個異構(gòu)平臺無法實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)共享、互聯(lián)互通，隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴(kuò)大，問題會逐漸突出。建議在2號線、4號線以及后續(xù)線之間采用開放協(xié)議，滿足新舊兼容，聯(lián)網(wǎng)共享的開放式要求。

2、完善故障診斷定位。

2號線列車PA系統(tǒng)診斷模式為單元級，每個激活司機(jī)室內(nèi)的列車廣播主機(jī)具有實(shí)時檢測PA系統(tǒng)內(nèi)各個單元故障的功能，如對各級功放性能的檢測、對揚(yáng)聲器功能性能的檢測、對緊急對講裝置功能的檢測等。而PIDS系統(tǒng)和CCTV診斷為設(shè)備級，PIDS系統(tǒng)和CCTV系統(tǒng)只負(fù)責(zé)定期收集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中各個設(shè)備的告警信息，故障診斷的級別較低，實(shí)時性不高，一旦故障發(fā)生，不能準(zhǔn)確定位到單元。有必要利用設(shè)備單體內(nèi)微處理器模塊，添加單元自診斷功能，進(jìn)一步完善故障診斷定位，提高線路維修保障水平。

3、加入智能識別功能。

監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控畫面在司機(jī)室觸摸屏上循環(huán)顯示，司機(jī)不可能時刻關(guān)注監(jiān)控畫面，必然會遺漏一些內(nèi)容，造成發(fā)生緊急情況不能立即處置。這就要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)，加入智能識別功能，實(shí)現(xiàn)對諸如車門等危險位置、危險行為、危險物體的識別，發(fā)揮行為智能識別技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的作用，提升安全運(yùn)營能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳耀武，伍鵬，汪樂宇.基于流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].工程設(shè)計學(xué)報，2004，11（2）：57-61.

[2] 陸海亭，田錦，夏從東.城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)資源共享方案研究[J].城市軌道交通研究，2015（4）：38-41.

[3] 舒俊.城市軌道交通公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方案探討[J].城市軌道交通研究，2012（9）：101-104.

[4] 張立東.基于開放協(xié)議的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].城市軌道交通研究，2015（3）：68-72.