軌道交通PIS系統(tǒng)車地一體化解決方案的應用

武智博，張春杰

(東軟集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110003)

0 引言

隨著“新基建”的到來，軌道交通迎來了新一輪的發(fā)展機遇，東軟PIS一體化系統(tǒng)依托在過硬的軟件研發(fā)與硬件集成實力，在未來，可在乘客感知最強的乘客信息系統(tǒng)(Passenger Information System，PIS)為軌道交通提供更好的服務。PIS系統(tǒng)中一體化方案主要包含：PIS車地一體化、CCTV車地一體化、廣播系統(tǒng)車地一體化[1]。文章主要描述PIS系統(tǒng)車地一體化的建設思路及關鍵點。

1 PIS車地一體化方案介紹

由于歷史發(fā)展及傳輸技術原因，車輛與地面的物理分割，導致車輛和地面的系統(tǒng)基本是分離的。后來隨著WLAN及LTE等技術發(fā)展，車地之間開始互通，但是業(yè)務融合上還存在一定的問題：例如廠家不同、技術方向不同、側重點不同等。許多地鐵公司在科研上開始尋求突破，實現(xiàn)車地一體化整合思路。

PIS系統(tǒng)對于實時性以及視頻圖像的播放質量要求高，需要一張可靠的車地通信網(wǎng)絡。為減少干擾，利用LTE網(wǎng)絡選擇專用頻段，同時利用專有抗干擾技術降低其他無線信號的對車地通信網(wǎng)絡的影響，進而降低對地鐵業(yè)務的影響。

工信部408號文規(guī)定1 785～1 805 MHz頻段主要用于本地公眾網(wǎng)無線接入，對確有需要的本地專用網(wǎng)也可用于無線接入。408號文規(guī)定頻率指配法定主體是省級的無線電管理單位，“具體頻率指配和無線電臺站管理工作，由各省、自治區(qū)、直轄市無線電管理機構負責”[2]。

工信部〔2008〕332號文件中指出拓展了1.8 G頻段的業(yè)務應用范圍，從原來僅可開展語音低速數(shù)據(jù)等窄帶應用，擴展為可同時開展無線視頻傳輸?shù)葘拵Ф嗝襟w業(yè)務。工信部〔2015〕65號文明確提出1.8 G頻段可用于城市軌道交通專用通信網(wǎng)。

因此用于承載PIS車地一體化系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡采用1.8 GHz的1 785～1 805 MHz共計20 MHz頻段用于PIS車地無線網(wǎng)絡使用[3]。

受限于上行鏈路，射頻拉遠單元(Remote Radio Unit，RRU)單邊最大覆蓋可到716 m，為了確保1.8 G 10 MHz頻帶也可以滿足各業(yè)務的綜合承載帶寬需求，考慮切換帶的重疊覆蓋區(qū)域為50 m，建議RRU單邊覆蓋不超過666 m。因此，當兩站之間站間距大于1 332 m時，站間隧道需要增加RRU。

從目前技術發(fā)展角度看，車地PIS系統(tǒng)的融合技術上已無明顯障礙，主要是在項目推動方面需進一步加強。但是，業(yè)務層面扔有一些問題需要理清。

1.1 PIS車地一體化組播方案

車地音視頻組播傳輸方案主要由控制中心視頻流服務器端與車載接收端構成；中心視頻流服務器由互備的兩臺服務器組成，提高系統(tǒng)可靠性，向所有線上車輛提供音視頻組播流。車載接收端由車頭跟車尾的液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)播放控制器組成，LCD播放控制器接收由中心視頻流服務器的組播流，同時轉發(fā)給車載播放設備。

視頻流服務器用于組播的視頻源由外部輸入獲取，分為數(shù)字分量串行接口(Serial Digital Interface，SDI)或者高清多媒體接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)視頻源，經(jīng)過壓縮編碼后形成標準格式的媒體流，通過核心交換機進入主干網(wǎng)絡，再由各車站交換機經(jīng)無線單元組播到各區(qū)間段中，對整個車輛行進區(qū)域進行覆蓋，這樣，車載無線終端(Transmission Control Unit，TAU)經(jīng)過車載交換機就能將組播流轉發(fā)給車載LCD播放控制器[4]。

車載LCD播放控制器位于車頭跟車尾的司機室，車頭、車尾的LCD播放控制器同時接收中心視頻流服務器下發(fā)的組播音視頻流，同時下傳流媒體到客室的車載視頻播放模塊(PIDS)，下傳車頭、車尾各一路UDP組播視頻流，并且將各自的視頻流狀態(tài)信息下發(fā)給車載視頻播放模塊(PIDS)。車載PIS組播方案的網(wǎng)絡結構如圖1所示。

圖1 車載PIS組播方案機構

1.2 PIS車地一體化的幾個重要特點

(1)外觀及風格的一致性：即車地顯示界面的風格和布局，須具備良好的兼容性以及相互匹配的主題風格。

(2)管理和監(jiān)控的一致性：即地面能夠統(tǒng)一管控車載設備及控制其內容播放、應急信息插播等業(yè)務。

(3)播放同一內容的一致性：即地面與車載都播放同一個直播源視頻時，以乘客角度所看到的應該是連貫的內容，且無較大時差的播放內容。

基于以上3點，本文將從技術層面分析東軟PIS系統(tǒng)一體化融合方案的實現(xiàn)方式。

1.2.1 PIS播放器的靈活性及可擴展性

東軟具備自主知識產(chǎn)權的編播軟件及播放軟件，可以靈活地獨立實現(xiàn)或與開放二次開發(fā)(即根據(jù)客戶的需要，對軟件進行第二次有針對性地開發(fā))權限的車載供應商合作實現(xiàn)界面整合。

1.2.2 管理和監(jiān)控的一致性

東軟PIS系統(tǒng)具備網(wǎng)絡化管理及控制功能，車載設備只需匹配相應的控制管理協(xié)議，即可與地面系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)管。此方式同樣可通過獨立實現(xiàn)或與現(xiàn)有車載供應商合作實現(xiàn)。

1.2.3 播放內容的一致性

地鐵車在區(qū)間行駛過程中通常受車速及信號干擾導致播放過程中出現(xiàn)黑屏、馬賽克以及大延時等問題。

(1)播放過程中出現(xiàn)黑屏或馬賽克。

對于直播過程中通常出現(xiàn)的黑屏或馬賽克等問題。東軟PIS系統(tǒng)通過補包技術對視頻流進行處理，最終實現(xiàn)視頻的流暢播放，此技術已在無錫地鐵及長春地鐵成功投入使用。

(2)播放過程中延時過大。

對于直播過程中通常出現(xiàn)的延時過大問題，東軟PIS系統(tǒng)可以通過對播放器進行設置來有效地解決播放過程中產(chǎn)生的大延時，保證播出的內容及進度實現(xiàn)同步。

在解決了以上3個核心問題后，車地PIS一體化系統(tǒng)還可實現(xiàn)其他方面的交互，例如：地面顯示車載密集度，車載設備顯示地面端候車人員情況等[5]。

2 重點模塊功能描述

下面將對車地PIS一體化系統(tǒng)各重要模塊設備在整體系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能。

2.1 管理工作站

管理工作站負責節(jié)目表制作、節(jié)目制作以及播放管理等功能的實現(xiàn)。節(jié)目表須支持絕對時間和相對時間的編排。通過節(jié)目表編輯功能，系統(tǒng)可以將輸出的視頻流內容按照絕對時間和相對時間進行編排、絕對時間的播放周期支持周、天及自定義設置。

(1)節(jié)目制作。

可將文字、圖片、視頻、flash、直播流等多種媒體元素進行任意組合，區(qū)域的個數(shù)及劃分方式無限制。

(2)播放管理。

播放管理需支持遠程關機；遠程重啟；遠程喚醒；遠程發(fā)布模板；全屏插播字幕，區(qū)域插播字幕；取消插播字幕；遠程切換模板；播放控制—播放，停止，墊播以及實時監(jiān)視、延時輸出等。

2.2 視頻流服務器

視頻服務器實現(xiàn)補包服務、N+1互備、支持多種視頻編碼(mpeg1/2/4，H.264等)、多種傳輸協(xié)議(rtp，udp，rtsp等)、單播及組播、碼流大小可調、 支持一路高清一路標清同時輸出或多路標清同時輸出等功能。

3 結語

2020年作為5 G發(fā)展的元年，可以預見萬物互聯(lián)時代已經(jīng)到來，基于高帶寬的數(shù)字化技術、多媒體技術，大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，使得城市軌道交通整體朝著智能化、信息化的方向發(fā)展。由于5 G網(wǎng)絡尚未大面積投入使用，在此時間節(jié)點通過既有成熟的4GLTE技術組建車地無線網(wǎng)絡不失為一種穩(wěn)健的解決方案。未來，結合5 G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術的PIS系統(tǒng)將成為軌道交通行業(yè)朝著智能化和智慧化發(fā)展的重要方向。