基于手機的地鐵列車乘客信息系統(tǒng)顯示方案研究與應用

傅思良 王文輝

摘要：基于地鐵列車無線WIFI和智能手機發(fā)展，為進一步提升地鐵列車客服質量，深圳地鐵提出了一種基于手機的乘客信息系統(tǒng)顯示方案，對地鐵9號線911車乘客信息系統(tǒng)技術升級改造，研究實現(xiàn)乘客手機APP報站等提醒服務功能，順利通過了信號干擾測試并投入試用，正線運營測試至今系統(tǒng)表現(xiàn)良好且取得了良好的用戶試用體驗。

關鍵詞：WIFI；手機；乘客信息系統(tǒng)；廣播報站；信號干擾測試

1.背景

目前地鐵列車上的用于乘客信息傳遞的設備種類較多，一般采用列車廣播、不同位置的LED或者LCD動態(tài)地圖和媒體電視屏，從聽覺到視覺等多方面提醒乘客當前站點、下一站、終點站等列車運行信息。

為讓乘客既能享受豐富多彩的休閑方式，又確保乘車到站有效提醒，深圳地鐵首次提出和研究基于手機的地鐵乘客信息系統(tǒng)顯示方案，通過在地鐵列車乘客信息系統(tǒng)技術改造升級，開發(fā)地鐵運營APP，通過WIFI和藍牙無線方式信息傳輸并實現(xiàn)乘客通過自己的手機提示獲取列車運營信息以及提醒信息。

2.技術方案介紹

2.1 系統(tǒng)功能原理

系統(tǒng)主要由地鐵列車PIS系統(tǒng)、車載信標設備、云平臺及手機APP等三部分組成。地鐵列車PIS將列車運營信息、到站提醒信息等發(fā)送給無線發(fā)送設備，無線發(fā)送設備將這些信息通過加密算法在地鐵車廂內廣播，手機APP端通過密鑰解析廣播信號和快速獲知當前地鐵運行的站臺信息，實現(xiàn)查看當前列車運行狀態(tài)、到站提醒等功能。具體的信息傳輸和通信路徑如圖1。

① LED：Light Emitting Diode，發(fā)光二極管

② LCD：Liquid Crystal Display，液晶顯示器

③ PIS：Passenger Information System，乘客信息系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)硬件組成介紹

在原有乘客信息系統(tǒng)基礎上，在每車廂4、7門上的LCD動態(tài)地圖位置各安裝一個接線盒、車載信標設備和發(fā)射天線，改造后的系統(tǒng)網絡拓撲見圖2。

其中，接線盒、車載信標設備和天線等均安裝在原PIS系統(tǒng)動態(tài)地圖屏旁邊，固定在側頂板滑道上，使用安裝支架固定。信標系統(tǒng)從客室LCD動態(tài)地圖屏電源線上取電，LCD動態(tài)地圖、接線盒和信標設備通信電纜采用RS485連接，車載信標設備與天線通信電纜采用同軸以太網連接，具體線路整改圖見圖3。

各設備特點如下：

（1）采用無線不連接技術，與通信移動終端不建立無線連接，不受連接移動終端數量限制。

（2）PIS系統(tǒng)與無線發(fā)送設備，無線發(fā)送設備與移動終端都是單向通信，無線發(fā)送設備與移動終端通信數據采用加密機制，保證通信數據安全性以及抗干擾性。

（3）針對不同APP的需求，無線發(fā)送設備可以根據實際需求調節(jié)數據發(fā)射頻率。

2.2系統(tǒng)功能介紹

（1）通過手機端APP實現(xiàn)列車實時位置和站點等信息顯示功能

可在離線狀況下，通過無線發(fā)送設備查看各車輛當前位置。在觸發(fā)到站提醒的時候，在乘客對信息提示進行確認后，進行站點周邊信息的顯示，并可進行各類活動的查詢。

（2）通過手機端APP實現(xiàn)到站、反向、換乘和緊急情況等提醒功能

在列車即將到站時，由APP進行彈窗提示，通知乘客即將到站，準備下車，同時進行站點周邊信息的顯示。若在乘客乘車方向反向的時候，由APP進行彈窗提示，通知乘客下車，換乘正確方向的列車。另外，在乘客選擇的終點站與上車的站點不屬于同一條線路時，在即將到達換乘站時進行提示，提醒剩下下車進行換乘。尤其是在地鐵車輛發(fā)生緊急情況時，手機APP可同時進行報警提醒，對乘客進行安撫，降低緊張情緒。

2.3手機APP無線通信方式

手機APP同時支持WIFI和藍牙兩種信息獲取方式，手機APP根據手機機型、配置、網絡的情況，自動采取以上兩種方式，獲取列車運行信息，根據乘客設置的下車站點，在列車運營到目的地或者換乘站之前，自動對用戶進行彈窗、鈴聲、震動等方式提醒，保證乘客可以放心進行各項活動。兩種無線通信方式如下：

（1）WIFI（5.8GHz頻段）方式

手機APP利用內置WIFI（5.8GHz頻段）設備，間歇掃描車廂空間內的WIFI（5.8GHz頻段）信號，從而獲取列車的實時運行信息。同時，不需要接入特定的WIFI網絡，保持手機的正常使用。

（2）藍牙方式

手機APP利用內置的藍牙設備，間歇掃描車廂空間內的藍牙信號，從而獲取列車的實時運行信息。同時，不需要與無線發(fā)送設備建立持續(xù)的連接，保持手機的正常使用。

2.4手機APP實際應用效果

（1）當前站顯示

如圖4，手機APP可以顯示當前站，以及要到目的站的相應路線圖。

（2）換乘站和到站提醒

如圖5，乘客可以使用手機APP手動設置自己的目的地站點后，APP會自動計算換乘路線，在到達換乘站和目的站之前向用戶進行提醒。

3.信號干擾測試

系統(tǒng)所使用藍牙的工作頻段為2.4GHz范圍，發(fā)射功率為4dBm，與地鐵中的車載CBTC射頻通道為同一工作頻段，為保證不對現(xiàn)有地鐵系統(tǒng)CBTC信號系統(tǒng)產生影響，通過現(xiàn)場實驗進行充分驗證。

3.1測試方案介紹

主要采用對設備的波形特征的測試，評估分析在站臺、隧道范圍內，在列車車廂靜止和運動下2.4 GHz頻段內電磁環(huán)境測試及對CBTC傳輸性能的影響。

3.2測試方案過程數據

（1）實驗室預測試

無線發(fā)送設備2.4G 波形特征的測試結果如下：

（2）車載信標設備與CBTC系統(tǒng)測試-車廂

未開啟藍牙時，在工作頻段2402-2483.5MHz 頻譜掃頻情況F≤-37dBm、其他信號4個載波占用F≤-55dBm，背景噪聲noise≤-98dBm。

開啟車載信標設備后，CH1：2402 MHz、CH4：2426 MHz、CH13：2480MHz 電平分別為≤-44/-45/-60dBm，CBTC 系統(tǒng)F=≤-37dBm，C/I=7 至23，e4 個寬帶調制載波≤-55dBm行成底噪C/I=18dB，所在頻段底噪≤-98dBm。車載PIS-APP 開啟數據無惡化。

3.3 測試結論

車載信標設備所發(fā)射的藍牙廣播信號，不會對CBTC系統(tǒng)產生影響。開啟車載信標設備后，車輛以CBTC 模式的運行，未產生因移動授權延時過大產生的車輛緊急制動，端到端平均時延無明顯變化，車上PIS視頻廣播系統(tǒng)可以正常播放視頻PIS視頻廣播系統(tǒng)吞吐量略低，但仍高于系統(tǒng)設計吞吐量。

4.結束語

深圳地鐵首創(chuàng)把地鐵列車廣播報站等信息無線推送到手機APP，是智能軌道交通領域一次大膽嘗試。目前9號線地鐵列車911車完成了基于手機的地鐵列車乘客信息系統(tǒng)顯示功能驗證并取得了較好的測試效果，深圳地鐵將在既有線和新線列車上逐步實現(xiàn)全網推廣應用。

【參考文獻】

[1]王梁錢.剖析短距離無線網絡通信技術及其應用[J].通訊世界，2017（01）：127.

[2]闞庭明.城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)關鍵技術研究[D].中國鐵道科學研究院，2013.