轨道交通PIS系统车地一体化解决方案的应用

武智博，张春杰

(东软集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110003)

0 引言

随着“新基建”的到来，轨道交通迎来了新一轮的发展机遇，东软PIS一体化系统依托在过硬的软件研发与硬件集成实力，在未来，可在乘客感知最强的乘客信息系统(Passenger Information System，PIS)为轨道交通提供更好的服务。PIS系统中一体化方案主要包含：PIS车地一体化、CCTV车地一体化、广播系统车地一体化[1]。文章主要描述PIS系统车地一体化的建设思路及关键点。

1 PIS车地一体化方案介绍

由于历史发展及传输技术原因，车辆与地面的物理分割，导致车辆和地面的系统基本是分离的。后来随着WLAN及LTE等技术发展，车地之间开始互通，但是业务融合上还存在一定的问题：例如厂家不同、技术方向不同、侧重点不同等。许多地铁公司在科研上开始寻求突破，实现车地一体化整合思路。

PIS系统对于实时性以及视频图像的播放质量要求高，需要一张可靠的车地通信网络。为减少干扰，利用LTE网络选择专用频段，同时利用专有抗干扰技术降低其他无线信号的对车地通信网络的影响，进而降低对地铁业务的影响。

工信部408号文规定1 785～1 805 MHz频段主要用于本地公众网无线接入，对确有需要的本地专用网也可用于无线接入。408号文规定频率指配法定主体是省级的无线电管理单位，“具体频率指配和无线电台站管理工作，由各省、自治区、直辖市无线电管理机构负责”[2]。

工信部〔2008〕332号文件中指出拓展了1.8 G频段的业务应用范围，从原来仅可开展语音低速数据等窄带应用，扩展为可同时开展无线视频传输等宽带多媒体业务。工信部〔2015〕65号文明确提出1.8 G频段可用于城市轨道交通专用通信网。

因此用于承载PIS车地一体化系统的无线网络采用1.8 GHz的1 785～1 805 MHz共计20 MHz频段用于PIS车地无线网络使用[3]。

受限于上行链路，射频拉远单元(Remote Radio Unit，RRU)单边最大覆盖可到716 m，为了确保1.8 G 10 MHz频带也可以满足各业务的综合承载带宽需求，考虑切换带的重叠覆盖区域为50 m，建议RRU单边覆盖不超过666 m。因此，当两站之间站间距大于1 332 m时，站间隧道需要增加RRU。

从目前技术发展角度看，车地PIS系统的融合技术上已无明显障碍，主要是在项目推动方面需进一步加强。但是，业务层面扔有一些问题需要理清。

1.1 PIS车地一体化组播方案

车地音视频组播传输方案主要由控制中心视频流服务器端与车载接收端构成；中心视频流服务器由互备的两台服务器组成，提高系统可靠性，向所有线上车辆提供音视频组播流。车载接收端由车头跟车尾的液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)播放控制器组成，LCD播放控制器接收由中心视频流服务器的组播流，同时转发给车载播放设备。

视频流服务器用于组播的视频源由外部输入获取，分为数字分量串行接口(Serial Digital Interface，SDI)或者高清多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)视频源，经过压缩编码后形成标准格式的媒体流，通过核心交换机进入主干网络，再由各车站交换机经无线单元组播到各区间段中，对整个车辆行进区域进行覆盖，这样，车载无线终端(Transmission Control Unit，TAU)经过车载交换机就能将组播流转发给车载LCD播放控制器[4]。

车载LCD播放控制器位于车头跟车尾的司机室，车头、车尾的LCD播放控制器同时接收中心视频流服务器下发的组播音视频流，同时下传流媒体到客室的车载视频播放模块(PIDS)，下传车头、车尾各一路UDP组播视频流，并且将各自的视频流状态信息下发给车载视频播放模块(PIDS)。车载PIS组播方案的网络结构如图1所示。

图1 车载PIS组播方案机构

1.2 PIS车地一体化的几个重要特点

(1)外观及风格的一致性：即车地显示界面的风格和布局，须具备良好的兼容性以及相互匹配的主题风格。

(2)管理和监控的一致性：即地面能够统一管控车载设备及控制其内容播放、应急信息插播等业务。

(3)播放同一内容的一致性：即地面与车载都播放同一个直播源视频时，以乘客角度所看到的应该是连贯的内容，且无较大时差的播放内容。

基于以上3点，本文将从技术层面分析东软PIS系统一体化融合方案的实现方式。

1.2.1 PIS播放器的灵活性及可扩展性

东软具备自主知识产权的编播软件及播放软件，可以灵活地独立实现或与开放二次开发(即根据客户的需要，对软件进行第二次有针对性地开发)权限的车载供应商合作实现界面整合。

1.2.2 管理和监控的一致性

东软PIS系统具备网络化管理及控制功能，车载设备只需匹配相应的控制管理协议，即可与地面系统实现统一监管。此方式同样可通过独立实现或与现有车载供应商合作实现。

1.2.3 播放内容的一致性

地铁车在区间行驶过程中通常受车速及信号干扰导致播放过程中出现黑屏、马赛克以及大延时等问题。

(1)播放过程中出现黑屏或马赛克。

对于直播过程中通常出现的黑屏或马赛克等问题。东软PIS系统通过补包技术对视频流进行处理，最终实现视频的流畅播放，此技术已在无锡地铁及长春地铁成功投入使用。

(2)播放过程中延时过大。

对于直播过程中通常出现的延时过大问题，东软PIS系统可以通过对播放器进行设置来有效地解决播放过程中产生的大延时，保证播出的内容及进度实现同步。

在解决了以上3个核心问题后，车地PIS一体化系统还可实现其他方面的交互，例如：地面显示车载密集度，车载设备显示地面端候车人员情况等[5]。

2 重点模块功能描述

下面将对车地PIS一体化系统各重要模块设备在整体系统中实现的功能。

2.1 管理工作站

管理工作站负责节目表制作、节目制作以及播放管理等功能的实现。节目表须支持绝对时间和相对时间的编排。通过节目表编辑功能，系统可以将输出的视频流内容按照绝对时间和相对时间进行编排、绝对时间的播放周期支持周、天及自定义设置。

(1)节目制作。

可将文字、图片、视频、flash、直播流等多种媒体元素进行任意组合，区域的个数及划分方式无限制。

(2)播放管理。

播放管理需支持远程关机；远程重启；远程唤醒；远程发布模板；全屏插播字幕，区域插播字幕；取消插播字幕；远程切换模板；播放控制—播放，停止，垫播以及实时监视、延时输出等。

2.2 视频流服务器

视频服务器实现补包服务、N+1互备、支持多种视频编码(mpeg1/2/4，H.264等)、多种传输协议(rtp，udp，rtsp等)、单播及组播、码流大小可调、 支持一路高清一路标清同时输出或多路标清同时输出等功能。

3 结语

2020年作为5 G发展的元年，可以预见万物互联时代已经到来，基于高带宽的数字化技术、多媒体技术，大数据技术的发展，使得城市轨道交通整体朝着智能化、信息化的方向发展。由于5 G网络尚未大面积投入使用，在此时间节点通过既有成熟的4GLTE技术组建车地无线网络不失为一种稳健的解决方案。未来，结合5 G、大数据、物联网等技术的PIS系统将成为轨道交通行业朝着智能化和智慧化发展的重要方向。