南京地铁车载旅客资讯系统创新设计与实践

作为城市轨道交通建设重要组成部分的旅客资讯系统，是一套面向乘客的导乘信息、运营信息、公益商业广告、地铁服务宣传的数字媒体信息综合发布和管理的平台。南京地铁1号线在规划设计中并没有考虑该系统的建设，在l号线建设过程中，南京地铁公司从提高地铁运营和乘客服务水平，以及增加运营收人的角度出发，增加了该系统的建设。该系统主要分为车站和车载两个主要部分，本文主要介绍南京地铁1号线车载旅客资讯系统的设计与实现。 1 地铁车载旅客资讯系统的需求及特点 了车站旅客资讯系统的建设，并随着地铁工程进展实施完成。在地铁建设过程中，我们了解到车载旅客资讯系统的建设对提高地铁运营服务水平和运营收人也有着重要意义，决定增加该系统的建设。在该系统设计中，我们充分利用了已建系统的技术功能潜力，包括隧道泄漏电缆、各车站发射设备、数据传输通道(光纤、千兆以太网、SDH信道等)。根据南京地铁的实际情况，系统具备以下几个特点。 (1)可视性，车载旅客资讯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，具备良好的实时视频播出效果，使旅客能在第一时间获得清晰的动态的音像信息，同时实现商业广告的播出。 (2)可控性，地铁导乘信息会经常根据地铁不同运营情况或突发事件进行调整，不同列车所播出信息不尽一致，所以本系统需具备控制中心和列车两级控制功能，对播出节目和信息进行切换。 (3)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，因此要求旅客资讯系统具备较强的可扩展性。 2 车载旅客资讯系统实现技术比较 针对南京地铁车载旅客资讯系统的要求，在系统设计时主要存在两种技术实现方式，一种是基于网络流媒体技术;一种是基于数字视频广播(Digital Video Broadcast,简称DVB)技术。随着科学技术的发展，这两种技术也相互吸收对方的长处，不断打展各自的应用领域。 2.1 网络流媒体技术 网络流媒体技术是伴随着现代计算机技术、网络技术发展起来的，随着网络速度和计算机运算能力地不断提高，使得远程实时播放视频文件成为可能。在车载旅客资讯系统中，车载计算机通过无线以太网从远程服务器实时下载视频文件、播表、导乘信息、，经过软件对上述信息进行合成，再通过计算机的图形显示卡以VGA方式输出到终端显示屏上。采用这一技术方式好处在于:一是系统可控性强，可以根据不同列车来播放不同的节目、信息;二是可以充分利用已建好的车站旅客资讯系统的中央服务器、终端计算机和以太网传输平台，造价低廉。但是在系统设计时无线以太网传输技术水平还比较低，数据信息量少，更新效率较低，接收到的视频图像数据还达不到实时播放的效果。 2.2 数字电视广播技术 数字视频地面广播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial,DVB-T)是DVB一系列标准中较新的一个标准，用于地面开路数字电视系统，采用国际标准的MPEG-2编码，COFDM(编码正交频分复用)调制方式。在采用该技术的系统中，地铁列车在运行过程中连续不间断地接收到由泄漏电缆或地面发射基站发射的实时信号，通过数字机顶盒进行解码，并转换为模拟复合视频和音频信号，再经过视音频分配器输出到终端显示屏上。采用这一技术方式好处在于:一是系统实时视频节目播放质量高，新闻时效性高，娱乐性强;二是可利用己建好的地铁光纤网络和隧道信号泄漏系统。但是由于DVB-T是广播方式发送信号的，虽可以通过加扰器和CA(身份认证)卡做到针对某列车发送定制信息，但信息量小，且需要通过电视台发送，所以无法做到地铁信息实时远程播控。 3 车载旅客资讯系统的设计 我们根据以上两种实现技术方式的优缺点，为保证南京地铁在2005年9月正式通车时，车载视讯系统也能同步开通，确定了DVS-T的方案。而针对其方案的缺陷，我们通过在列车上增建一套播放控制设备来解决列车个性化信息播出问题。 3.1 隧道和地面信号发射系统设计 地铁列车在隧道区间内接受来自泄漏电缆的DVB信号，在地面和高架区间接受来自电视台已建好的地面发射系统传来的DVB信号。 在电视台，模拟或数字视频节目信号经由数字视频矩阵、数字视频服务器，输出SDI(串行数字接C7)数字标清信号格式(嵌入音频)，SDI信号通过MPEG-2编码器转换为标准的DVB-ASI码流，并加人由GPS接收得到的时钟同步信号，由单频网(SFN)适配器周期性地插人MIP包(兆帧标识包，使数字基带信号传输到不同发射点的时延相同，以保证单频网中所有发射机能够在同一频率、在同一时间使用同样的比特率)，最后得到6.64 Mbit/s的数字电视信号(TS流)，再由TS流光端机传输至地铁播出控制中心和地面发射系统(图1)。 在珠江路地铁大厦地铁播出控制中心，由电视台传来的数字电视信号分为两个部分(车站和车载视讯系统)。MPEG-2 TS码流信号通过地铁光纤传输网以星型方式传至各个地下车站，这里根据车站间距离和环境的不同，共设立了9个发射站点，与地面发射基站共同组成数字移动电视单频网，以电视UHF35频道(中心频率692 MHz)发送信号。地面发射系统由4个发射基站组成(广电大厦、江宁、鼓楼消防中心和江浦发射基站)。 车站光端机接收到MPEG-2TS码流信号后，经过信道编码和调制单元(由内置的单频网适配模块和GPS时钟模块实现MIP同步信号的检出，完成系统的同步)输出为标准的模拟中频信号，然后上变频至所需频道的模拟RF射频信号，再由射频功率放大器放大至所需功率电平，通过地铁POI (POINT OF INTERFACE)设备，即宽带合路平台，将数字电视信号(中心频率692 MHz)与其他运营商(移动、联通手机信号)合成后，发送至覆盖站台、隧道区间的天馈分布系统(泄漏电缆)。 3.2 个性化信息的播出与控制设计 根据南京地铁运营需求，对车载旅客资讯系统导乘信息的播出提出了以下目标要求，具体为: (1)要求能够实现每列车播出个性化信息，即紧急停车、跳站、到站提示等; (2)这些信息格式要求为MPEG 1 /2, FLASH、GIF, PPT,TXT等格式，即为视频、静让图片、滚动字幕、一般切换效果； (3)能够实现个性化信息与视频广告节目之间的切换(自动和人工)、叠加功能。 为实现这些功能要求，我们根据DVB-T方案的特点，结合地铁现有的资源，制订了1套合适的解决方案，即在列车上增加1套资讯播出与控制系统。南京地铁列车每节A车的司机室都有1部无线数传电台(采用的是诺基亚800 MHz无线数字集群系统，该系统遵循欧洲的TETRA标准)，用于控制中心、车站和司机之间进行无线语音通话，它具备数据传输接口，可以传递短信息，本系统利用此项功能来完成个性化信息的发送和车载播出系统的节目切换控制。 在TETRA标准中定义了4种短数据信息类型，我们将采用不影响语音通信的SDS-1短信息形式(2个字节)，因其所携带的信息量小，所以仅代表控制信号。列车的紧急停车、跳站、到站提示等文字、图片信息是预存到资讯播出与控制计算机上，该计算机根据收到SDS-1短信息内容，由软件自动或司机人工进行控制播放。文字信息通过计算机内字幕卡进行播放，以“ALPHA键混”的方式叠加到移动电视图像上;图片、图像信息通过MPEG播放卡播放，经“二选一”视音频切换开关选择后将图像、图片信号传输给键混放大器后，再经过视音频分配器传至各车厢液晶显示屏播放，伴音信号通过液晶显示屏音箱播放(图2)。 本系统在司机室设置了l个控制键盘用来实现人工控制个性化信息播出，当本系统为人工切换方式时，司机可以通过无线电台以语音方式得到控制中心指令代码，再将代码通过键盘输人控制计算机，来达到切换节目或叠加字幕的结果。或控制计算机通过与无线电台的数字接口得到控制中心的指令代码，将代码所代表的指令通过控制键盘液晶显示屏显示出来，提示司机进行人工确认。司机也可白行输人控制指令代码，完成个性化信息的播出。 3.3 车载信号接收系统设计 车载信号接收系统主要由接收天线、DBV-T接收机顶盒、资讯播出与控制计算机、控制键盘、视音频分配器和液晶显示屏等设备组成(图3)。 由于本系统是后来增加的，在车辆设计时并没有考虑其设备的安装位置，因此A车司机室只考虑安装控制键盘和配套的电源适配器，体积较大的资讯播出控制计算机则安装在C车一端的座椅下，机顶盒安装在该座椅上方车顶空隙处。为确保接收信号的强度并尽量减少大线和机顶盒之间的馈线长度，以及为保证列车在上行、下行隧道行驶时都能接收到良好的信号，所以每节C车配置2个天线，分别安装在2节C车连接处外顶部左右两侧。考虑地铁列车调度需要，可能出现一列车2个单元车组编组调换使用的情况，如果只有1套播控系统，则可能出现重新编组后某列车有2套播控系统，而另一列车1套也没有的现象。因此，为保证系统正常工作，在C1, C2车均设置接收天线和机顶盒，同时在该座椅下采用通用接口设计，一旦出现列车编组变化，可以方便地将资讯播出控制计算机拆下来安装到需要的车辆上。 每节车厢的视音频分配器以菊花链的形式串接在一起，分配器有9路输出(8路用于输出至显示屏，1路用于分配器级联)。每节车厢共安装8块液晶显示屏，每侧4块，均匀分布，显示屏采用挂式安装。进人显示屏的信号和电源电缆隐藏于显示屏背后，直接穿人车顶和车厢侧壁的走线槽内，以保证车厢的整齐、美观。另外，为便于司机对播出图像的监察，在A车的司机室加设一块7寸液晶显示屏(利用分配器级联输出)。 3.4 系统安装和调试 本系统的建设是在南京地铁1号线投入试运行(2005年5月15日)之后才开始的，面临着技术上和工期上的双重压力，但在我们的精心组织和协调下，完成了车载旅客资讯系统的初步设计工作，在不影响地铁外部通信系统施工、