基于城市軌道交通線網(wǎng)級(jí)的乘客信息系統(tǒng)建設(shè)研究

李海培

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

乘客信息系統(tǒng)(Passenger Information System，以下簡稱PIS) 是一個(gè)綜合計(jì)算機(jī)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)，在正常情況下提供乘車須知、服務(wù)時(shí)間、列車到發(fā)時(shí)間、列車時(shí)刻表、管理者公告、政府公告、出行參考、股票信息、媒體新聞、賽事直播、廣告等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的多媒體信息；在火災(zāi)、阻塞及恐怖襲擊等非正常情況下，提供動(dòng)態(tài)緊急疏散提示。

在各城市軌道交通建設(shè)初期，線路數(shù)量較少，存在換乘關(guān)系的線路不多，各線路建設(shè)時(shí)間相隔較遠(yuǎn)，系統(tǒng)方案也不統(tǒng)一，線路建設(shè)運(yùn)營基本上是各自為政的。在這樣的建設(shè)運(yùn)營模式下，每條線路的PIS系統(tǒng)都是一個(gè)完整而獨(dú)立的整體，只需要獲取外部信息源，線路PIS系統(tǒng)就能夠獨(dú)立完成從媒體資源的采集到最后節(jié)目播出的全部工作。

1 線網(wǎng)級(jí)乘客信息發(fā)布中心應(yīng)用背景

隨著我國軌道交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，軌道交通線路不斷增多，在一些較早開展軌道交通建設(shè)事業(yè)的城市，如北京、上海和廣州，軌道交通線網(wǎng)都已經(jīng)初步成形，軌道交通的線網(wǎng)化發(fā)展使得PIS系統(tǒng)原有的架構(gòu)變得不再合時(shí)宜。原因主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

(1)資源浪費(fèi)

如果按照PIS系統(tǒng)原有的架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，線網(wǎng)內(nèi)的每條線路都單獨(dú)配置一套獨(dú)立的媒體編輯設(shè)備。由于媒體編輯操作具有一定的專業(yè)性，因此還需要配備一批具有專業(yè)技能的媒體編輯技術(shù)人員。

從軌道交通運(yùn)營的角度來看，同一線網(wǎng)內(nèi)的所有線路上播出的媒體節(jié)目應(yīng)該具有一致性和統(tǒng)一性，而實(shí)際上各線路的節(jié)目源也是統(tǒng)一的，那么由每條線路單獨(dú)完成對媒體的編輯實(shí)際上是完全沒有必要的。這樣的做法帶來的直接后果，是硬件資源的冗余配置和技術(shù)人員的重復(fù)配備。

(2)管理困難

從線網(wǎng)角度來看，軌道交通的運(yùn)營方希望能夠方便地對所有線路進(jìn)行統(tǒng)一的管理。如果按照PIS系統(tǒng)原有的架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，獨(dú)立管理的做法必然會(huì)增大運(yùn)營管理統(tǒng)一的難度，增多管理中出現(xiàn)的問題。

(3)接口復(fù)雜繁多

隨著線路的不斷增加，具有換乘關(guān)系的線路也逐漸增多，線路之間的換乘關(guān)系日趨復(fù)雜，甚至出現(xiàn)了3條線路同站換乘的情況。運(yùn)營要求換乘線路之間應(yīng)該存在信息接口，以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的列車到發(fā)信息的互通。對于換乘站不同線路間PIS系統(tǒng)不管采用車站接口模式還是中心接口模式，系統(tǒng)接口均較為繁雜，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。

此外，每條線都必須獨(dú)自要與外部信息源(如有線電視、天氣預(yù)報(bào))進(jìn)行接口，這種無謂的重復(fù)操作會(huì)增加工程的投資以及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

由此可見，PIS系統(tǒng)原有的架構(gòu)以及建設(shè)模式已經(jīng)不能適應(yīng)軌道交通建設(shè)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。為提高軌道交通信息發(fā)布管理水平，應(yīng)立足于整個(gè)軌道交通線網(wǎng)，以全局的眼光來重新架構(gòu)PIS系統(tǒng)，建立1個(gè)線網(wǎng)級(jí)的乘客信息發(fā)布中心(PIS Control Center，以下簡稱PCC)，實(shí)現(xiàn)對線網(wǎng)內(nèi)PIS系統(tǒng)播出信息的控制。

2 線網(wǎng)級(jí)乘客信息系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)

在既有建設(shè)模式架構(gòu)下，各線獨(dú)立運(yùn)營，各線顯示獨(dú)立的外部信息，各自為政，無法形成規(guī)模效應(yīng)。各線獨(dú)立運(yùn)營時(shí)線網(wǎng)乘客信息系統(tǒng)架構(gòu)參見圖1(a)。

而通過在各線PIS系統(tǒng)之上建立一個(gè)線網(wǎng)級(jí)的乘客信息發(fā)布中心PCC，就可以將各條線的PIS系統(tǒng)發(fā)布信息的統(tǒng)一發(fā)布、統(tǒng)一運(yùn)行、統(tǒng)一管理，為乘客提供各類信息，為管理部門運(yùn)營安全決策提供支持信息，確保系統(tǒng)高效安全運(yùn)營。PCC管理下的PIS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)參見圖1(b)。

圖1 線網(wǎng)級(jí)乘客信息系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)

在引入PCC統(tǒng)一管理后，城市軌道交通線網(wǎng)級(jí)乘客信息系統(tǒng)分為3層架構(gòu):

第1層：線網(wǎng)級(jí)乘客信息發(fā)布中心(PCC)；

第2層：線路控制中心；

第3層：車站顯示及車載顯示。

(1)線網(wǎng)級(jí)乘客信息發(fā)布中心(PCC)

①負(fù)責(zé)軌道交通各條線路PIS系統(tǒng)的乘客導(dǎo)乘(面向各線的一般和緊急狀態(tài)下的運(yùn)營服務(wù)、安全、票務(wù)等多方面的自編輯信息)，公共信息(面向各線的一般廣告、實(shí)時(shí)新聞、天氣預(yù)報(bào)、交通、股市行情等外部信息)的制作、接收和發(fā)布；

②能夠集中定義和管理全系統(tǒng)各類型和級(jí)別的用戶所擁有的操作權(quán)限(如系統(tǒng)管理權(quán)限、廣告管理權(quán)限、發(fā)布管理權(quán)限等)；

③可通過地理位置圖的方式全面監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)營，包括控制器的各種狀態(tài)，如硬盤空間、播出內(nèi)容、顯示終端的開關(guān)狀態(tài)、音量及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)，包括在軌道交通線路上使用到的交換機(jī)、服務(wù)器、磁盤柜、工作站、播放控制器、車載PIS設(shè)備和車載監(jiān)控設(shè)備等。

④信息流程

信息流程1∶PIS線網(wǎng)中心(PCC)←→各線路OCC←→各線車站。

信息流程2∶PIS線網(wǎng)中心(PCC)←→各線路OCC←→各線列車。

(2)線路控制中心

①從線網(wǎng)中心(PCC)接收本線乘客導(dǎo)乘及公共信息的播放列表及媒體文件素材信息，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)下發(fā)傳送到本線路各車站、車地寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)或車輛段設(shè)備；

②本線操作員可編輯、儲(chǔ)存及發(fā)送本線的乘客導(dǎo)乘信息(一般和緊急狀態(tài)下的運(yùn)營服務(wù)、安全、票務(wù)等多方面的自編輯信息)，按照地鐵運(yùn)營以及有關(guān)商業(yè)要求，定義本線模板文件，并上傳PIS線網(wǎng)中心(PCC)；

③可監(jiān)視本線系統(tǒng)運(yùn)營，包括控制器的各種狀態(tài)，如硬盤空間、播出內(nèi)容、顯示終端的開關(guān)狀態(tài)、音量及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)，包括在本線地鐵線路上使用到的交換機(jī)、服務(wù)器、磁盤柜、工作站、播放控制器、車載PIS設(shè)備等。

④信息流程

信息流程1：線路OCC←→本線車站。

信息流程2：線路OCC←→本線列車。

信息流程3：線路OCC ←→PIS線網(wǎng)中心(PCC)。

(3)車站顯示及車載顯示

①車站顯示

主要負(fù)責(zé)從本線控制中心接收發(fā)布的內(nèi)容信息，通過播放控制器對本車站所有顯示終端播放信息，并進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理?？杀O(jiān)視本站系統(tǒng)運(yùn)營，包括控制器的各種狀態(tài)，如硬盤空間、播出內(nèi)容、顯示終端的開關(guān)狀態(tài)、音量及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)。

其信息流程：本線車站←→線路OCC。

②車載顯示

主要負(fù)責(zé)通過車地寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收發(fā)布信息內(nèi)容，通過車載LCD播放控制器進(jìn)行解碼后，在本列車的所有LCD顯示屏上實(shí)時(shí)播放。同時(shí)，車載設(shè)備利用移動(dòng)寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)通道將車上監(jiān)視圖像傳遞到PCC、線路OCC。

其信息流程：本線列車←→線路OCC←→PIS線網(wǎng)中心(PCC)。

在單線路模式下乘客信息系統(tǒng)OCC的功能如圖2(a)所示，引入PCC后，PCC應(yīng)具備的功能如圖2(b)所示，在線網(wǎng)3層架構(gòu)下PCC與OCC具備的功能如圖2(c)所示。

圖2 線網(wǎng)級(jí)乘客信息系統(tǒng)PCC、OCC功能對比

通過功能對比可以看出PCC的功能與單線建OCC的功能具有80%以上的同質(zhì)性，因此按照線網(wǎng)3層架構(gòu)下，在PCC建設(shè)時(shí)可建設(shè)性能強(qiáng)大、功能完善的媒體編輯制作、廣告資源管理、播表編制管理、播表分發(fā)管理功能模塊，統(tǒng)一外部信息接收接口；而對于線路級(jí)OCC，則可以剝離或弱化廣告管理工作，保留原有的線路接口功能(如ATS信號(hào))。由于PCC的建設(shè)，大大減少了OCC部分的功能需求，軌道交通每條線建設(shè)時(shí)可以節(jié)省硬件資源的冗余配置和技術(shù)人員的重復(fù)配備，從遠(yuǎn)期考慮大大減少項(xiàng)目投資。

同時(shí)，在此線網(wǎng)3層架構(gòu)下，保留了OCC部分的基礎(chǔ)功能，如果PCC發(fā)生故障，或PCC與OCC間通信中斷時(shí)，OCC可以完成本線乘客信息系統(tǒng)的基本功能，不會(huì)因PCC的單點(diǎn)故障造成線網(wǎng)PIS系統(tǒng)癱瘓。

3 線網(wǎng)級(jí)乘客信息發(fā)布中心(PCC)構(gòu)成

下面以重慶軌道交通線網(wǎng)級(jí)乘客信息發(fā)布中心(PCC)建設(shè)為例，對PCC系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行簡述。PCC系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為：PCC管理部分、節(jié)目制作及內(nèi)容管理部分、播出管理部分、播出預(yù)覽部分、網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)安全部分等。PCC系統(tǒng)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與重慶軌道交通各線路控制中心的PIS系統(tǒng)連接。由于系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)架方式，因此各個(gè)子系統(tǒng)可分別設(shè)立于不同的辦公位置，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。PCC系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

(1)PCC管理部分

PCC管理部分主要負(fù)責(zé)各線路PIS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化運(yùn)行數(shù)據(jù)的分配和管理，如播出版式的創(chuàng)建和審核、播表的創(chuàng)建和審核以及對整個(gè)系統(tǒng)信息發(fā)布工作記錄的檢查和管理。

PCC管理部分主要設(shè)備包括：中心數(shù)據(jù)服務(wù)器(2臺(tái)，以集群方式工作)、接口服務(wù)器、播表管理工作站、系統(tǒng)維護(hù)管理工作站和集成化PCC系統(tǒng)管理軟件平臺(tái)等，構(gòu)建了一個(gè)完整的運(yùn)營管理和集中控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)配置冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器用于完成對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，運(yùn)行系統(tǒng)的核心管理軟件，同時(shí)具備系統(tǒng)的磁盤管理功能。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器應(yīng)配置關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用來管理歷史數(shù)據(jù)。在故障情況下，冗余的服務(wù)器能自動(dòng)地進(jìn)行切換，切換時(shí)間不大于15 s。 每臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器應(yīng)配置雙1 000 Mbps光纖以太網(wǎng)接口，用于連接PCC的冗余光纖以太網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

[28] Edward Wong, “Chinese Military Seeks to Extend Its Naval Power”, New York Times, April 23, 2010；山水、杜文龍：《俄越軍火交易背后的暗流》，《兵器知識(shí)》2010年第2A期，第20-23頁。

圖3 線網(wǎng)級(jí)乘客信息發(fā)布中心(PCC)構(gòu)成示意

系統(tǒng)配置接口服務(wù)器，主要完成與IISS系統(tǒng)及各線路PIS中心系統(tǒng)進(jìn)行信息交換和處理，同時(shí)也是系統(tǒng)軟件對外節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)交互的關(guān)口，主要進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理和協(xié)議轉(zhuǎn)換，以減輕系統(tǒng)服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)采用冗余接口通信處理器，用于與該線路進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理。 每臺(tái)接口通信處理器應(yīng)配置雙1000Mbps光纖以太網(wǎng)接口，用于連接PCC的骨干網(wǎng)絡(luò)和對IISS的冗余光纖以太網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口。

(2)節(jié)目制作及內(nèi)容管理部分

節(jié)目制作及內(nèi)容管理部分負(fù)責(zé)重慶軌道交通內(nèi)部宣傳片及廣告節(jié)目的制作，及系統(tǒng)播出數(shù)據(jù)的檢索、管理、審核以及音視頻文件格式的轉(zhuǎn)換。節(jié)目制作及內(nèi)容管理部分主要由非線性編輯系統(tǒng)及素材管理工作站組成。

(3)播出管理部分

播出管理部分主要用于各線路PIS系統(tǒng)視音頻信息的分發(fā)以及播出。系統(tǒng)主要由視頻流服務(wù)器、播出控制工作站、直播工作站、直播數(shù)字電視編碼器、數(shù)字有線電視解調(diào)器、上下變換器、視音頻切換矩陣等組成。

設(shè)置突發(fā)事件信息發(fā)布工作站，可分級(jí)、分布式設(shè)置，根據(jù)運(yùn)營管理的需要，在不同部門、不同位置設(shè)置，具備權(quán)限的分級(jí)管理、用戶管理和日志管理功能。可選擇全線網(wǎng)、線路、車站以及列車的每臺(tái)媒體控制器，支持單選和組合選擇模式，發(fā)布多級(jí)別的信息，支持信息的預(yù)定義和自定義功能，具備針對特定信息的關(guān)鍵字段修改功能，同時(shí)可在此工作站顯示發(fā)布信息的顯示效果。

(4)播出預(yù)覽部分

PCC總編播控制中心具備車站顯示終端的顯示效果的查看及預(yù)覽功能。

節(jié)目預(yù)覽工作站可任意選擇線網(wǎng)內(nèi)的每一臺(tái)媒體控制器，進(jìn)行已提交文件的審查工作，可以對已提交的節(jié)目內(nèi)容，進(jìn)行預(yù)覽、通過、退回，并可標(biāo)注預(yù)覽審核不通過的原因。具備用戶管理、權(quán)限管理和日志管理功能。

后續(xù)線路PIS系統(tǒng)將可能采用不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的顯示控制器，因此PCC系統(tǒng)應(yīng)能具有接納各線路PIS系統(tǒng)的播放控制器、顯示屏等設(shè)備的能力。

①高清、標(biāo)清LCD播放控制器

PCC系統(tǒng)配置線路級(jí)LCD控制器各1套。后續(xù)線路PIS系統(tǒng)將可能采用不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的LCD控制器，因此PCC系統(tǒng)應(yīng)能具有接納各線路PIS系統(tǒng)的LCD控制器的能力。

②大屏顯示設(shè)備

大屏顯示設(shè)備用來顯示PCC系統(tǒng)監(jiān)播、系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、突發(fā)事件發(fā)布界面、節(jié)目預(yù)覽內(nèi)容和畫面。 大屏顯示系統(tǒng)采用2×2塊42英寸等離子無縫拼接顯示系統(tǒng)，支持多個(gè)窗口顯示，圖像縮放，并可實(shí)現(xiàn)整屏漫游。

(5)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)安全部分

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)能夠高速的處理大量信息以及多種應(yīng)用需求，支持各種不同的應(yīng)用服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交換機(jī)、路由器、防火墻等組成部分要有較高的信息處理能力和較高的帶寬連接，以及要有較強(qiáng)的擴(kuò)充和升級(jí)能力。 PCC網(wǎng)絡(luò)為冗余千兆光纖以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)具備VLAN功能，具有廣播風(fēng)暴抑制功能，采用統(tǒng)一安全管理系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離，保證網(wǎng)絡(luò)安全。

PCC采用2臺(tái)核心交換機(jī)。PCC系統(tǒng)的中心服務(wù)器、視頻流服務(wù)器等均使用千兆接口連接到2臺(tái)核心交換機(jī)上。

PCC配置1臺(tái)路由器，用于實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與外部信息源及接入平臺(tái)的其他系統(tǒng)的接入功能。為了保證PCC的安全性，在網(wǎng)絡(luò)出口部署1臺(tái)統(tǒng)一安全網(wǎng)關(guān)。除了提供傳統(tǒng)防火墻/VPN功能外，還將提供IPS入侵防護(hù)/病毒防護(hù)/URL過濾/垃圾郵件防護(hù)等功能。

4 結(jié)語

實(shí)際上，PCC的建設(shè)不只是表面上看起來的那么簡單，不僅需要硬件、軟件的搭建，還需要一系列完備的規(guī)則的支撐。相比進(jìn)行信息資源的編播，PCC更重要的任務(wù)是制定規(guī)則來約束后續(xù)線路PIS系統(tǒng)建設(shè)的方案，并且制定接口規(guī)范，以保證即使采取不同的系統(tǒng)方案，所有線路的PIS系統(tǒng)都能夠順利地接入到PCC，并且接收和使用PCC下發(fā)的信息資源。這一系列規(guī)則的制定并不是一蹴而就的，需要城市軌道交通建設(shè)過程中根據(jù)各地的具體情況專題研究。

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