都市快轨交通・第20卷第4期2007年8月快轨论坛URBAN RAP I D RA I L TRANS I T 南京地铁1号线车站乘客信息系统的设计高继传(南京市地下铁道有限责任公司 南京 210008)摘 要 结合南京地铁1号线建设,介绍地铁车站乘客信息系统的一种设计方案。
该方案采用基于I P 的数字电视广播(DVB )技术,有效地实现系统的既定功能,在已有的旅客向导牌系统设计中,充分挖掘系统潜力,在原LE D 显示系统上,适度增加全线千兆骨干以太网络和P DP 显示播控设备,并对信号系统接口进行自主二次开发,通过P DP 显示屏资源置换等融资方式,使得在全系统总造价提高不多的基础上,建成全国首个基于星型千兆以太网的地铁全数字实时乘客信息系统。
关键词 南京地铁 乘客信息 DVB /I P 现场总线目前,国内的地铁和轻轨已日益成为城市交通的大动脉,大量的人员通过轨道交通系统流动,因此疏导客流,提高运营服务水平,确保地铁安全运营,成为地铁乘客信息系统(P I S )要实现的根本功能;同时,该系统也是体现城市风貌的窗口和地铁经济收益来源的重要组成部分。
南京地铁1号线在建设当中,充分考虑了上述需求,在设计中根据实际情况采用基于I P 的数字电视广播(digital video broadcast,DVB )技术,有效地实现了该系统的既定功能。
1 地铁乘客信息系统的需求及特点[1]设立地铁乘客信息系统既是为了面向乘客提供导乘、运营信息,也是出于经济(利用播出商业广告取得一定经济效益,补贴政府地铁建设运营成本)的角度考虑。
该系统具有以下几个特点。
(1)可视性:地铁乘客信息系统要提供导乘信息和重要提示信息,所以要求具备良好的可视性,使旅客能在第一时间获得清晰的所需信息;此外,作为商业广告播出的目的,也要求本系统具备良好的视频播出效收稿日期:2007203227 修回日期:2007206208作者简介:高继传,男,工学硕士,工程师,主要从事地铁通信、信号等系统项目建设工作。
果;要对运营情况或突发事件进行调整,不同区段或车站之间所播出的信息不尽一致,所以本系统需具备控制中心和车站两级控制功能。
(2)实时性:地铁导乘、视频信息需要具备实时变更、播出能力。
(3)经济性:地铁是投资巨大的社会公益事业,运营票价低廉,因此在乘客信息系统建设上要量入为出,日常维护经济方便。
(4)可扩展性:地铁往往分期、分阶段建设,最终形成由多条线路构成的地下轨道交通网络,因此要求乘客信息系统具备较强的可扩展性。
2 乘客信息系统方案设计针对地铁乘客信息系统要求的具备数据、视频实时传输功能,在比较了不同种视频数据传输技术后,决定采用数字电视广播(DVB )技术,并通过千兆以太网进行数据传输,显示终端则根据站台的情况(地下、高架的光照度),选择等离子显示屏(PDP )或发光二极管全彩显示屏(LED )。
2.1 DVB /I P 技术数字电视采用MPEG 22标准作为音频及视频的编码压缩方式,对信源编码进行了统一,随后对MPEG 22码流进行封装形成传输流(TS ),进行多个传输流复用,最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。
随着电视技术的发展,DVB 将取代现有的模拟电视广播方式,目前在我国的许多城市正在向数字电视方式过渡。
在本系统的设计中将采用DVB /I P 的封装机制,即将MPEG 22TS 流封装到IP 包当中,然后通过千兆以太网络传输至各车站的视频服务器;在视频服务器端则是一个逆向的过程,将I P 数据包解包并还原为视音频信号,再通过显示终端(等离子电视、全彩LED 屏幕)显示。
19都市快轨交通・第20卷第4期2007年8月 URBAN RAP ID RA I L TRANS I T2.2 控制中心系统设计南京地铁1号线乘客信息系统在地铁大厦控制中图1 控制中心系统结构图心设立节目播控中心,负责对整个P I S 系统设备工作状态进行监控以及网络系统的集中管理,还包括外部信息流的采集、播出版式的编辑、视频流的转换、播出控制、系统监控、系统信息的存储等功能,是P I S 系统集中管理和控制的中心。
控制中心子系统主要由数字视频服务器MAV70XGI 、编码器MV30、素材服务器以及视音频分配器等设备组成。
这里数字视频服务器MAV70XGI 为整个系统的核心设备,负责对存储在本机硬盘内的视音频节目处理,转换成MPEG 22TS 流传输标准的流媒体格式,并按预置节目播表顺序播出。
编码器MV30也是本系统另一个主要核心设备,它负责将由MAV70XGI 传来的DVB 2ASI 接口的MPEG 22TS 流转换成标准的I P 数据包,以组播的方式通过地铁千兆骨干以太网传递给各个车站的播出控制计算机。
而来自外部设备(录像机、DVD 等)的模拟视音频信号可通过模/数转换器转为符合DVB 标准的数字信号,并由MAV70XGI 或素材服务器接收存储。
控制中心还设立操作员工作站,用来对节目播出作控制,可以完成视频节目的切换、插播,播出版式、滚动字幕更改以及系统全体设备的监控等多种功能。
南京地铁1号线PI S 系统的节目源分别来自南京广电集团和D MG 公司,广电集团将制作好的电视节目通过光纤传至地铁播控中心,D MG 公司则通过本地DVCPRO 数字磁带播放机播出广告节目,两路信号(MPEG 22传输标准,S D I (serial datainterface )接口)均由MAV70XGI 接收并存储(也可实时播出)。
控制中心系统结构如图1所示。
2.3 车站系统设计 在车站系统设计中,以实用为主,考虑由车站单独进行节目播出控制的几率较小,在保证系统功能的前提下,将原设计中的视频服务器、素材服务器和操作员工作站整合成一台播出控制计算机DVB 2B roadcaster 来完成。
该计算机主要承担将控制中心传来的I P 组播视频流还原成MPEG 22TS 流的工作,并传给上/下行播出工作站I nfoT V5800,在这里与地铁列车到站信息(来自车站信号ATS 系统)和运营提示信息(来自控制中心或本机预存)一起完成视频复合工作,并通过S D I 接口将节目送至站台显示屏。
在站台节目显示方式上,结合不同车站站台环境选择不同的显示屏,地下站台和部分地面站台选用PDP 等离子显示屏,光照度较强的地面站台选用LED 全彩显示屏。
同时,为保证最重要的列车到站信息和紧急信息的播出,弥补P DP 屏可视距离较近的缺陷,每个站台还增设了两组背靠背LED 双基色条形显示屏,分别由2台计算机(上/下行)控制,接收来自信号系统的列车到站信息和控制中心/本机预存的运营信息,高亮突出显示给旅客。
车站系统结构如图2所示。
3 与信号系统的接口设计乘客最关注的地铁资讯就是列车到站时刻和行驶方向,这些重要的信息都来自信号系统,南京地铁1号线采用的是德国西门子公司的信号系统,该系统在车站设有接口柜,通过Pr ofibus 2DP (decentralized periphery )现场总线技术,将列车运行信息传给乘客信息系统的播出工作站I nfoT V5800,如图2所示。
3.1 P r o fibu s 2D P 技术随着计算机数字通信技术及信息技术的发展,也推动了自动化控制技术的进步,特别是近10年来兴起的现29南京地铁1号线车站乘客信息系统的设计URBAN RAP I D RA I L TRANS I T 图2 车站系统结构图场总线技术(filed 2bus )。
现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。
它的一个显著特点是其开放性,允许并鼓励不同厂家按照现场总线技术标准,自主开发具有特点及专有技术的产品。
Profubus 技术是现场总线应用最广泛中的一种,由西门子公司等13家企业和5家科研机构在1987年联合提出,目前Pr ofibus 现场总线标准已成为国际现场总线标准I EC61158的一个组成部分。
Profubus 由3个兼容部分组成,即Pr ofibus 2DP 、Pr ofubus 2PA 、Profibus 2F MS 。
其中Pr ofibus 2DP 物理层采用RS 2485传输技术,传输速率在9.6Kbp s ～12Mbp s,每分段32个站(主站或从站,不带中继),可多到127个站(带中继)。
南京地铁1号线信号系统车站RT U (remoteter m inal unit,远程终端单元)与末端受控设备之间的通信采用Pr ofibus 2DP 技术,全线共分成5个联锁区段,每个联锁区段有1个设备集中站,设有RT U (配备了Profibus 2DP 主控板),联锁区段的其他站通过OLM (op tical link module,光纤连接模块)与之相连。
在该联锁区段内的所有车站的PB 2B 2RS232协议转换器为Profibus 2DP 受控设备,通过设备上的拨码开关设定受控设备地址和报文发送周期。
以小行联锁区段为例,小行站为设备集中站,配备Pr ofibus 2DP 主控板,编址为1,并将受控设备的GS D 驱动文件(包含受控板的各种数据参数)和位置信息输入,保证两者之间的正常通信;该联锁区段有4个站,包括PI S 系统的接口协议转换器在内共有28个受控设备,编址从4～31。
3.2 接口协议协议转换器选用的是北京鼎时公司产品P B 2B 2RS232,Profibus 2DP 端传输速率设定为500Kbp s,输入输出设定为6个字节,其中前2个字节为控制信息,后4个字节为显示数据信息。
显示数据信息为4个数位,采用标准的ASC Ⅱ编码,用30H ～39H 表示0～9,表示下一列车的到站时间和目的地站名,时间以分计算(见表1)计算。
RS232端传输速率设定为9.6Kbp s,数据位8位,停止位1位,无奇偶校验,单向发送,报文间隔100ms 。
RS232报文共8个字节,其中前6字节为数据信息,内容与Pr ofibus 输出报文相同,见表1所示;第7个字节表示Pr ofibus 连接状态,01H 表示连接正常,00H 表示Profibus 通信中断;第8个字节为校验和,即前7个字节之和(单字节,进位丢弃)。
表1 数据定义表字节编码定 义D0、D4位有效 原D0(亮度控制)、D4(开关控制);现显示屏一直工作,仅采用D4位用来对列车时刻信息和预置提示信息进行切换101H /00H 01H 表示列车停在该站;00H 表示列车未停在该站230H ～39H,20H 表示列车到站时间的十位数0～9,若为20H 则显示预置提示信息330H ～39H,20H 表示列车到站时间的个位数0～9,若为20H 则显示预置提示信息430H ～31H,39H,20H 表示列车目的地站名的十位数0/1(南京地铁1号线共16站),若为39H (个位数也同时为39H )则表示列车越站;20H 显示预置提示信息530H ～39H,20H 表示列车目的地站名的个位数0～9,若为39H (十位数也同时为39H )则表示列车越站;20H 显示预置提示信息39都市快轨交通・第20卷第4期2007年8月 URBAN RAP ID RA I L TRANS I T Profibus 端的通信为双向通信,双方除了握手和数据信息外,还反馈Pr ofibus 受控设备的工作和故障状态信息。