高速鐵路旅客信息系統(tǒng)構(gòu)建研究

魏元玲，趙宏濤

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 通信信號研究所，北京 100081）

1 高速鐵路旅客信息系統(tǒng)總體架構(gòu)構(gòu)建

1.1 現(xiàn)狀分析

高速鐵路旅客信息系統(tǒng)(Passenger Information System，PIS)是以為高速鐵路旅客提供優(yōu)質(zhì)運(yùn)輸服務(wù)為目的，以多種類顯示設(shè)備為呈現(xiàn)工具，綜合運(yùn)用多媒體技術(shù)、電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，向旅客提供列車到站時(shí)間、人文景觀和新聞時(shí)事等資訊的旅客服務(wù)綜合信息系統(tǒng)[1]。

20世紀(jì)90年代，我國相繼建成調(diào)度指揮管理系統(tǒng)(Train Operation Dispatching Command System，TDCS)，鐵路分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)(Centralized Traf fi c Control，CTC)等大型鐵路信息系統(tǒng)，為我國高速鐵路旅客信息系統(tǒng)的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)[2-4]。此后，以高速鐵路車站客運(yùn)管理單位為主體，高速鐵路旅客信息系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化并不斷整合廣播、導(dǎo)向、監(jiān)控和檢票等資源，實(shí)現(xiàn)了列車到發(fā)、中轉(zhuǎn)、停靠站臺及售票等信息發(fā)布和查詢功能，建設(shè)了一批人性化、由計(jì)算機(jī)控制的自動服務(wù)信息系統(tǒng)。信息覆蓋范圍也由單一的旅客乘車信息擴(kuò)展到了出行方案制定、購票、換乘、目的地交通、天氣等全行程。但是，高速鐵路旅客信息系統(tǒng)仍然存在一些亟待解決的問題，主要體現(xiàn)在以下方面[5]：①系統(tǒng)主要依靠調(diào)度階段計(jì)劃制定日?？瓦\(yùn)組織，集成化程度有待提高。②旅客服務(wù)信息發(fā)布時(shí)效性和準(zhǔn)確性有待改善，尤其是列車時(shí)刻、晚點(diǎn)等動態(tài)信息不能及時(shí)準(zhǔn)確地反映。③旅客信息發(fā)布形式的統(tǒng)一性和整體性不強(qiáng)。不同車站、不同處所顯示屏上的信息在色彩、字體、圖像等方面無統(tǒng)一規(guī)范，不便于快速識別。④延伸服務(wù)不夠。列車上僅向旅客提供列車運(yùn)行速度、?？空镜扔邢薜姆?wù)信息，沒有對旅客在列車上需要的信息服務(wù)進(jìn)行有效延伸，或者服務(wù)的延伸程度還不夠。

出現(xiàn)上述問題的根本原因是列車、高速鐵路客運(yùn)站、站內(nèi)信息各成體系，形成信息孤島，導(dǎo)致資源無法共享。隨著高速鐵路上無線閉塞中心(Radio Block Center，RBC)、列控中心(Train Control Center，TCC)及調(diào)度集中設(shè)備的廣泛使用，使得列車與車站、車站與調(diào)度中心之間實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)信息交互、信息共享及設(shè)備互聯(lián)，為實(shí)時(shí)掌握動態(tài)信息提供了條件。

1.2 總體架構(gòu)

高速鐵路旅客信息系統(tǒng)堅(jiān)持以人為本，服務(wù)旅客的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)一步完善高速鐵路基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施建設(shè)，營造良好的服務(wù)環(huán)境，充分發(fā)揮高速鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)勢。高速鐵路旅客信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是以現(xiàn)代鐵路管理、服務(wù)理念，以及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等最新信息技術(shù)為支撐，以功能集中、設(shè)備分散、信息實(shí)時(shí)、結(jié)構(gòu)動態(tài)可擴(kuò)展為目標(biāo)，充分利用現(xiàn)有的信息資源，建成統(tǒng)一的高速鐵路旅客信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲和管理，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)共享，使管理部門能夠直觀、及時(shí)地對信息進(jìn)行分析和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)人性化、智能化的旅客引導(dǎo)服務(wù)；在一定安全措施保障下，擴(kuò)大旅客共享信息范圍，使得信息的發(fā)布對于旅客更為透明，從而打造高效、自助、安全的高速鐵路旅客信息系統(tǒng)，進(jìn)一步改善高速鐵路旅客運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量，為提高車站安全管理水平提供助力。

根據(jù)高速鐵路旅客信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，高速鐵路旅客信息系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 高速鐵路旅客信息系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of passenger information system for high-speed railway

由圖1可見，高速鐵路旅客信息系統(tǒng)由信息收集層、信息處理層和信息展示層組成。①信息收集層實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息收集。通過接口服務(wù)器與高速鐵路信號系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)連接，接收列車運(yùn)行的基礎(chǔ)信息以及列車運(yùn)行計(jì)劃信息；對電視信號進(jìn)行采集，為宣傳信息提供素材；與時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行連接，為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)鐘服務(wù)。②信息處理層是系統(tǒng)的核心。通過對信息收集層傳來的信息進(jìn)行分析、處理，結(jié)合高速鐵路列車實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，生成列車運(yùn)行的實(shí)時(shí)預(yù)告信息。③信息展示層負(fù)責(zé)系統(tǒng)與旅客的信息交互，將各類信息通過各種終端實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地展示出來。

2 高速鐵路旅客信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析

高速鐵路旅客信息系統(tǒng)主要由調(diào)度中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)和宣傳信息子系統(tǒng)組成。調(diào)度中心子系統(tǒng)[6-7]是整個(gè)PIS系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)高速鐵路列車實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、分析、過濾和整理功能；經(jīng)過處理的實(shí)時(shí)信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車站子系統(tǒng)；車站子系統(tǒng)結(jié)合本站日班計(jì)劃表將本站相關(guān)的高速鐵路列車實(shí)時(shí)信息發(fā)布到廣播系統(tǒng)，以及進(jìn)站口、站臺、檢票口等顯示終端上。同時(shí)，車站子系統(tǒng)還接收宣傳信息子系統(tǒng)發(fā)送的播控列表信息，按其要求并結(jié)合本站個(gè)性化信息(車站當(dāng)?shù)氐奶鞖忸A(yù)報(bào)、新聞、服務(wù)信息等)在各個(gè)宣傳信息顯示終端上進(jìn)行展示。

2.1 調(diào)度中心子系統(tǒng)

從高速鐵路旅客信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程來講，調(diào)度中心子系統(tǒng)完成信息收集層和處理層的功能，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心，對外負(fù)責(zé)與高速鐵路信號系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)以及時(shí)鐘系統(tǒng)互聯(lián)互通，接收關(guān)于列車實(shí)時(shí)運(yùn)行信息和列車運(yùn)行計(jì)劃信息，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)時(shí)鐘信息的統(tǒng)一；對內(nèi)是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，是車站子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)高速鐵路列車實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、分析、過濾和整理功能，并將經(jīng)過處理的實(shí)時(shí)信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車站子系統(tǒng)。調(diào)度中心子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是整個(gè)高速鐵路旅客信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)計(jì)劃作業(yè)的基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)信息優(yōu)先級分類、實(shí)時(shí)信息收集、網(wǎng)絡(luò)管理功能和權(quán)限管理功能。

2.1.1 信息優(yōu)先級分類功能

為了確保旅客可以第一時(shí)間獲得有效信息，就需要按優(yōu)先級對信息進(jìn)行分類。系統(tǒng)發(fā)布的每一條信息賦值一個(gè)優(yōu)先級屬性，這個(gè)屬性在信息生成時(shí)按照預(yù)先設(shè)置的信息類型自動設(shè)置，并可由人工根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。系統(tǒng)信息分為一般信息、列車服務(wù)信息、重要信息和緊急模式信息4類，分別對應(yīng)不同優(yōu)先級。

（1）一般信息。主要是宣傳信息、廣告信息、時(shí)鐘信息等與旅客行程無關(guān)的信息。它的優(yōu)先級最低。

（2）列車服務(wù)信息。主要是與旅客行程相關(guān)的信息，如余票信息、檢票時(shí)間、列車到達(dá)、換乘信息等。它的優(yōu)先級僅高于一般信息。

（3）重要信息。主要是影響旅客出行、旅客運(yùn)輸服務(wù)出現(xiàn)重大變故的信息，如列車晚點(diǎn)、列車故障、旅客運(yùn)輸計(jì)劃取消等。它的優(yōu)先級較高。

（4）緊急模式信息。是指發(fā)生自然災(zāi)害或重大突發(fā)事件時(shí)，系統(tǒng)自動或人工觸發(fā)進(jìn)入緊急模式下發(fā)出的疏散信息、指引信息等。此類信息優(yōu)先級最高。

不同優(yōu)先級的信息按照以下規(guī)則進(jìn)行顯示：①低優(yōu)先級的信息不能打斷高優(yōu)先級的信息播放；高優(yōu)先級的信息可以打斷低優(yōu)先級的信息。例如，在發(fā)生災(zāi)難需要發(fā)布緊急信息時(shí)，其他信息應(yīng)自動停止播出。②同等優(yōu)先級的信息按照預(yù)先設(shè)置的時(shí)間列表順序播放。③緊急模式信息的優(yōu)先級最高，可以中斷其他所有優(yōu)先級的信息，需要改變緊急信息內(nèi)容或解除緊急信息模式需要有具有相應(yīng)權(quán)限的人員進(jìn)行人工干預(yù)。

2.1.2 實(shí)時(shí)信息收集功能

實(shí)時(shí)信息功能，尤其是高速鐵路的列車動態(tài)實(shí)時(shí)信息，是調(diào)度中心子系統(tǒng)最核心的功能，也是高速鐵路旅客信息系統(tǒng)最關(guān)注的內(nèi)容。目前高速鐵路旅客信息系統(tǒng)關(guān)于列車實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的來源，主要是調(diào)度中心TDMS提供的日班計(jì)劃表。日班計(jì)劃與實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃的差異，導(dǎo)致了列車運(yùn)行狀態(tài)、晚點(diǎn)等動態(tài)信息不能及時(shí)準(zhǔn)確呈現(xiàn)，旅客服務(wù)信息時(shí)效性降低。隨著高速鐵路的建設(shè)，車－地之間的信息傳輸方式有了跨越式發(fā)展，使得高速鐵路旅客信息系統(tǒng)獲得實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的列車動態(tài)信息成為可能。高速鐵路旅客信息系統(tǒng)與調(diào)度集中、高速鐵路旅客信息系統(tǒng)與自動售票檢票系統(tǒng)(Automatic Fare Collection System，AFC)連接，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)收集。

我國高速鐵路采用的CTCS-3級列控系統(tǒng)[8]基于GSM-R無線通信，實(shí)現(xiàn)了列車和地面的雙向通信功能。其中，核心設(shè)備無線閉塞中心既可以獲得列車實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，也可以通過安裝在地面上的應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)列車的準(zhǔn)確定位。RBC系統(tǒng)通過接口服務(wù)器與CTC系統(tǒng)連接，將車次號、列車長度、列車速度、運(yùn)行模式、CTCS等級、位置狀態(tài)等列車信息實(shí)時(shí)發(fā)送給CTC系統(tǒng)[9]。而CTC系統(tǒng)作為調(diào)度系統(tǒng)的核心設(shè)備，有關(guān)列車運(yùn)行計(jì)劃的實(shí)時(shí)內(nèi)容在系統(tǒng)內(nèi)部即可獲得。因此，高速鐵路旅客信息系統(tǒng)所需要的實(shí)時(shí)動態(tài)信息都可以從CTC 系統(tǒng)獲得。

CTC系統(tǒng)將收到的列車動態(tài)實(shí)時(shí)信息與列車運(yùn)行計(jì)劃內(nèi)容進(jìn)行整合后發(fā)布給高速鐵路旅客信息系統(tǒng)。另外可能引起列車運(yùn)行狀態(tài)變化的線路所限速信息、施工天窗信息等由調(diào)度系統(tǒng)發(fā)布給各線路的高速鐵路旅客信息系統(tǒng)服務(wù)器。這些信息通過與線路數(shù)據(jù)地圖整合后，通過演算實(shí)時(shí)計(jì)算出調(diào)度中心管轄范圍內(nèi)所有高速鐵路列車的實(shí)時(shí)速度、具體位置。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，高速鐵路旅客信息系統(tǒng)的列車到達(dá)預(yù)告可以實(shí)時(shí)顯示，甚至可以開發(fā)出實(shí)時(shí)顯示列車位置的界面，實(shí)現(xiàn)分鐘級的信息刷新。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)管理功能和權(quán)限管理功能

為了保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性、不間斷性，借鑒高速鐵路中安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的管理模式，在調(diào)度中心子系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了完整的網(wǎng)絡(luò)管理功能和權(quán)限管理功能。通過調(diào)度中心服務(wù)器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)；通過網(wǎng)管工作站可以動態(tài)顯示系統(tǒng)各設(shè)備的工作狀態(tài)，同時(shí)伴有聲光報(bào)警，并生成自動故障統(tǒng)計(jì)報(bào)表，智能分析故障，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制，從而減少系統(tǒng)故障延時(shí)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，為了避免由于手工操作所造成的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不及時(shí)、不統(tǒng)一，需要有權(quán)限管理功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一發(fā)布。

2.2 車站子系統(tǒng)

車站子系統(tǒng)是高速鐵路旅客信息系統(tǒng)的最底層模塊，直接面向服務(wù)對象——旅客，完成所有信息的最終展示，屬于信息展示層。主要完成緊急疏散信息發(fā)布、實(shí)時(shí)信息發(fā)布、顯示終端控制功能。

2.2.1 緊急疏散信息發(fā)布

高速鐵路新建車站尤其是樞紐車站站房空間巨大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員密度大。當(dāng)遇火警、洪水、地震等災(zāi)難時(shí)，為快速組織旅客有序疏散，避免造成更大損失，車站子系統(tǒng)預(yù)設(shè)緊急疏散信息發(fā)布功能。當(dāng)發(fā)生火警、洪水、地震等災(zāi)難時(shí)可以自動或人工觸發(fā)進(jìn)入緊急疏散模式。當(dāng)滿足調(diào)度中心操作員預(yù)先設(shè)置的緊急模式預(yù)警閾值時(shí)，系統(tǒng)自動進(jìn)入緊急模式，各顯示終端和廣播設(shè)備立即發(fā)出警告信息和疏散指示，組織旅客有序疏散[10]；當(dāng)發(fā)生非預(yù)期性的災(zāi)難或者突發(fā)事件時(shí)，可由車站操作員或者調(diào)度中心操作員人工觸發(fā)，使系統(tǒng)進(jìn)入緊急疏散模式，及時(shí)編輯、發(fā)布非預(yù)期的災(zāi)難信息或突發(fā)事件信息，避免旅客恐慌，引導(dǎo)車站旅客躲避災(zāi)難，組織旅客有序、快速疏散。

2.2.2 實(shí)時(shí)信息發(fā)布

車站子系統(tǒng)從調(diào)度中心子系統(tǒng)收集高速鐵路列車實(shí)時(shí)動態(tài)信息，結(jié)合本站列車運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過大屏幕顯示、廣播，以及進(jìn)站口、站臺、檢票口等的顯示終端顯示列車到發(fā)信息、客票信息、列車正晚點(diǎn)信息、車站引導(dǎo)信息等。

高速鐵路車站旅客較多，列車運(yùn)行繁忙，客運(yùn)作業(yè)復(fù)雜，為有效降低工作人員工作量，減小客運(yùn)組織工作難度，車站子系統(tǒng)與AFC連接，基于高速鐵路列車實(shí)時(shí)動態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)售票機(jī)自動停止售票、自動啟停檢票閘機(jī)。尤其是在列車出現(xiàn)晚點(diǎn)、故障等突發(fā)情況時(shí)，售票機(jī)、檢票閘機(jī)等可以自動調(diào)整時(shí)間，并通過廣播設(shè)備、顯示終端將信息在第一時(shí)間顯示出來，避免旅客運(yùn)輸秩序混亂。

2.2.3 顯示終端控制功能

車站子系統(tǒng)接收宣傳子系統(tǒng)發(fā)送的播控列表信息，并結(jié)合本站個(gè)性化信息(車站當(dāng)?shù)氐奶鞖忸A(yù)報(bào)、旅游、交通信息等)按照播控列表中顯示區(qū)域、播放時(shí)長、播放方式等屬性對各顯示終端、廣播設(shè)備進(jìn)行有效的控制，使各種服務(wù)信息的發(fā)布形式統(tǒng)一。不同車站、不同場所顯示終端上的信息在色彩、字體、圖像等方面統(tǒng)一規(guī)范，便于旅客快速識別。

2.3 宣傳信息子系統(tǒng)

宣傳信息子系統(tǒng)屬于信息處理層，該系統(tǒng)為旅客提供本地的旅游、住宿、交通、氣象、新聞、娛樂、醫(yī)療、金融等播放信息，對播放的信息集中編輯，并實(shí)時(shí)將顯示信息提供給車站子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享。宣傳信息子系統(tǒng)提供人性化的用戶界面，供工作人員制作宣傳信息(如廣告信息、宣傳信息等)，編輯播控列表信息，控制指定的顯示終端播放指定的宣傳信息，并將制作好的素材經(jīng)審核通過后，發(fā)布到車站進(jìn)行播出。

宣傳信息子系統(tǒng)主要通過播控列表來實(shí)現(xiàn)對播放內(nèi)容的集中控制管理。播控列表由系統(tǒng)統(tǒng)一下發(fā)，包括播放內(nèi)容、播出站點(diǎn)、控制方式等方面內(nèi)容的復(fù)雜數(shù)據(jù)格式。從播放內(nèi)容來說，包括視頻、圖片、文字等信息；從播出區(qū)域來說，播控列表涉及播出站點(diǎn)的位置信息，切換方式以及播出時(shí)序等；從控制方式來說，涉及到動態(tài)視頻、圖片、文字、滾動信息、日期、數(shù)字等不同類型信息的播出方式。各車站通過對播控列表的解析，按照列表要求對各站顯示終端進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)信息的統(tǒng)一發(fā)布。

3 結(jié)束語

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，高速鐵路旅客信息系統(tǒng)將通過無線連接，為高速鐵路列車實(shí)時(shí)提供到發(fā)站臺、換乘信息、天氣預(yù)報(bào)、人文景觀、新聞時(shí)事等資訊，從而為旅客提供一個(gè)更加舒適、更加人性化的乘車環(huán)境；高速鐵路旅客信息系統(tǒng)同時(shí)將高速鐵路列車上的視頻監(jiān)控內(nèi)容及時(shí)上傳調(diào)度中心，在發(fā)生事故、災(zāi)害時(shí)可以實(shí)時(shí)了解列車內(nèi)情況，并做出合理、高效的應(yīng)急救援方案。高速鐵路旅客信息系統(tǒng)作為一個(gè)直接面向旅客的系統(tǒng)，是高速鐵路客運(yùn)服務(wù)的窗口。高速鐵路旅客信息系統(tǒng)能引導(dǎo)旅客在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)做出決策，為旅客提供準(zhǔn)確、高效的導(dǎo)向服務(wù)。因此，在當(dāng)前高速鐵路運(yùn)輸市場條件下，建立互聯(lián)互通、信息實(shí)時(shí)共享、數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確的高速鐵路旅客信息系統(tǒng)，不斷提升我國高速鐵路旅客服務(wù)質(zhì)量。