现代有轨电车乘客信息系统的设计与实现

赵伟慧，付 思，汪晓臣，郭长青

（中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京，100081）

现代有轨电车在我国处于发展起步期，预计到2020 年现代有轨电车线路新增 1 500 km，即将迎来发展爆发期。传统有轨电车乘客信息系统（PIS）主要关注点是车载子系统[1]，在车站主要采用LED发布运营信息，发布位置点固定，信息内容单一，乘客感知度不高。信息化和智能化是现代有轨电车技术发展的必然要求，现代有轨电车乘客信息系统能够为乘客提供信息交互功能，使乘客在旅行途中及时准确掌握行车相关信息，承担向乘客发布和提供旅行相关信息服务，引导乘客安全顺利到达目的地，是现代有轨电车信息化智能化发展的必要组成部分。已有公司将有轨电车乘客信息系统行车信息扩展到了站台，并解决了多客户端远程管理问题[2]。本文借鉴城市轨道交通乘客信息系统的传输方案[3]，从乘客和运营管理角度，丰富有轨电车乘客信息系统的信息服务方式和信息范围，实现了信息的灵活定制发布，动态展现在线列车位置和到站时间，提供交互式信息查询功能，并通过移动应用满足乘客随时随地查看出行信息的需求。

1 系统概述及需求分析

1.1 系统概述

现代有轨电车乘客信息系统主要功能是将列车行驶过程中的信息展示给站台候车乘客；提示信息以声音、视频、文字等方式提供给乘客，提高乘车体验。对市区及多线换乘等客流集中的车站，自动根据不同候车区域的人流分布状况，提示旅客主动分流，并在紧急状况时，及时发布应急信息，引导乘客合理疏散，在保障乘客安全、提高旅行效率、提升服务感受等方面起到重要作用。

现代有轨电车乘客信息系统的应用还不成熟，缺乏动态的实时信息显示、交互式查询、媒体娱乐等乘客服务。有轨电车车站设施精简，没有站厅，如何将行车信息发送到客户端，多台客户端如何远程管理，各站台行车信息如何处理，以及客户端上应该显示哪些内容是有轨电车乘客信息系统建设需要解决的重要问题。

1.2 系统需求分析

现代有轨电车乘客信息系统主要服务对象是乘客和运营人员。

对于乘客来讲，主要需求是获取服务信息。（1）乘客能够获取多媒体信息，包括视频娱乐信息和运营发布的提示信息，以及在紧急情况下获得救援、逃生、换乘等应急指挥信息。（2）能够实时直观地了解在线列车的动态位置，以及当前列车和下一班次的预计到站时间，提高出行效率。（3）能够进行便捷的交互式信息查询，包括线路换乘、站点信息、周边环境、首末班车时间、公交换乘、乘客须知、新闻公告、失物招领等；或者通过扫描二维码，下载移动应用软件等通过移动终端设备查询所需信息[4]。

对于运营人员来讲，主要需求是通过现代有轨电车乘客信息系统进行正常的运营维护。（1）能够定制发布上述乘客需求的各类信息，主要包括上传媒体，编辑播放计划，并将设置好的信息发布到播放终端，供各终端按照设置进行播放。（2）能够管理系统的配置参数、设备定义、用户权限等进行管理；监视全线设备状态，远程控制设备，及时发现、查看、处理设备故障；查看、打印系统运行的日志数据、统计报表等信息。

2 系统设计

2.1 系统架构

现代有轨电车乘客信息主要是对乘客信息进行编辑、发布、播放、管理，将乘客出行的各种信息通过车站电子站牌、查询机、LED显示屏、车载LCD屏等方式展示给乘客，为乘客出行提供引导、咨询信息服务，系统的设计架构如图1所示。

图1 系统架构图

2.1.1 PIS服务

PIS服务主要通过媒体编辑与发布平台和综合信息管理平台实现信息发布和设备监控，为播放控制器提供信息播放计划，最终展示在LCD显示屏、LED显示屏、查询机等显示终端。

2.1.2 位置服务

位置服务通过接收北斗车载机获取线路上列车的定位信息，并将列车定位信息实时发送给PIS服务，用于展示线路车辆实时运行位置，并估算到站时间提供给候车乘客。

2.1.3 移动应用服务

移动应用服务用于支持运营方在移动端信息管理平台发布移动应用软件信息，将移动端信息管理平台订制的服务信息通过移动应用软件提供给乘客。

2.2 系统组网结构

综合考虑有轨电车的车站设置、网络架构、运营特点等，现代有轨电车乘客信息系统分为中心子系统、车站子系统和车载子系统[5]，系统的组网结构如图2所示。

2.2.1 中心子系统

中心子系统主要包括PIS服务器、位置服务器、移动应用服务器、数据库、中心交换机及工作站等设备，实现全线设备监控管理、信息发布管理、列车位置和到站时间处理等功能。

2.2.2 车站子系统

车站子系统主要包括车站服务器、交换机、播放控制器、电子站牌、LED显示屏、查询机等设备，实现接收中心子系统下发的节目列表和播放内容，保持所属车站数据与中心子系统同步，同时，在车站和路网中心网络故障情况下，实现对所辖车站媒体播放器的状态监视和管理控制。

2.2.3 车载子系统

车载子系统主要包括司机室主机、客室主机、显示终端和列车局域网等设备，实现中心子系统发布信息的下载与现实，按照编播计划进行文件播放，包括直播、录播、直播切换为垫播、缓冲播放、车载视频补包等，显示中心乘客信息系统向列车发送的运营信息。

图2 系统组网结构图

3 系统功能与实现

3.1 信息定制发布

现代有轨电车乘客信息发布主要包括媒体资源播放和运营信息发布，通过中心子系统媒体编辑与发布平台和综合信息管理平台实现，均采用B/S架构实现，用户通过浏览器可以进行媒体编播和运营信息发布。中心发布的播放计划由播放控制器进行合成播放，播放控制器按照计划文本从中心下载相应的媒体资源，将媒体资源按照预定义的版式和时间进行画面合成，输出播放数据流到LCD终端进行显示[6]。

播放控制器软件架构如图3所示，采用Java Frame框架进行搭建，将整个程序作为一个容器，按照媒体编播平台设定的播放计划描述文件plan.xml中的定义，在画面中对各个Frame分区进行绘制。播放器分为视频播放器、SWG播放器、图片播放器3种类型，根据播放列表的类型选择相应播放器播放。对于文本滚动信息，系统可以根据播放信息内容的轻重缓急设定优先级，高优先级覆盖低优先级。其中，普通信息为指定位置滚动显示，紧急信息为全屏显示，例如，疏散指示，安全警示、紧急故障等。

3.2 列车位置与到站时刻动态提示

为了给乘客提供丰富多样化的信息资源，为乘客提供更好的出行体验，在现代有轨电车乘客信息系统利用北斗卫星导航系统获取列车位置信息，提供了车辆到发信息、列车位置信息和到站时间提示，定位模块架构如图4所示。

通过安装在有轨电车上的北斗通信车载机接收北斗卫星定位信息并发送给北斗指挥机，现代有轨电车乘客信息系统定制开发位置服务器，实现对终端位置和速度等信息的获取及解析，通过位置数据库，结合GIS地图技术，实时跟踪列车位置信息，并估算列车到站时间，在车站电子站牌以线路地图形式展示当前在线车辆的动态位置信息，并在电子站牌LCD屏指定区域显示未来两趟列车的预计到站时间。

3.3 交互式信息查询

图3 播放控制器软件架构图

图4 北斗定位模块架构图

现代有轨电车乘客信息系统信息查询模块分为数据存储层、业务服务层、终端功能层，从业务上分为广告管理、内容管理、用户管理、权限管理、监控管理、接口管理、统计分析、配置管理共8个业务模块，如图5所示，可满足使用平台的各类用户角色的开发和运维需求、管理和运营需求以及面向乘客的服务需求，及时追踪乘客关注热点，移动终端界面支持个性化定制，信息展示灵活，满足针对运营和乘客需求的便捷更改。

图5 交互式查询模块架构图

现代有轨电车乘客信息系统通过车站查询机和移动终端向乘客提供交互式信息查询。查询机查询功能区域包含地铁换乘、乘客须知、新闻公告、周边环境、首末车时间、站内导航等功能，主要实现主动获取类信息的交互式查询。移动终端软件是利用HTML5与jQuery Mobile框架快速开发基于浏览器的Web App，具备发布周期短、跨平台跨设备的优点[7-8]。乘客通过移动App在任意位置查询运营时刻、列车信息、车厢拥挤度等相关信息，还可以定制信息主动推送，如紧急公告、沿途商圈信息等。

3.4 设备管理与实时监控

控制中心可进行设备认证、设备编码、IP地址的分配等配置管理，获取设备故障和设备保养的统计和分析信息，可以向全线、某个车站、某类设备、某台设备下达控制命令，包括开机、关机、重启、音量调节等控制操作。能够准确、实时监视终端控制设备运行状态，并进行故障报警。设备告警状态中显示的为当前设备最新工作状态，设备故障恢复后自动转存到日志管理，监控的数据类型包括网络通断、设备基本信息检测和应用程序运行状态。

（1）网络通断：由系统中心服务器周期并行向所检测设备进行网络Ping检测，连续3次网络不可达，即记录为网络中断故障；当检测到网络可达，网络中断故障自动恢复。

（2）设备基本信息检测：采集设备基本信息状态，包括CPU、内存、磁盘占用率等，可按照实际运营需求设置阈值，当采集的参数超过阈值时判定设备状态为故障，并在告警状态页面进行提示。

（3）应用程序运行状态检测：设备运行的适配器程序定期向中心服务器上报心跳，如果中心服务器连续3次未收到心跳数据则认为该设备适配器故障，当再次收到心跳数据，适配器告警自动恢复。

4 关键技术

4.1 网络技术

现代有轨电车乘客信息系统网络是信息数据传输的承载平台，为媒体视频等数据由中心下发到各个车站提供可靠、稳定及高效的双向传输服务[9]。现代有轨电车乘客信息系统的无线网络作为所有信息数据传输的承载平台，为乘客提供了大量的信息服务，使乘客能够在列车上，观看电视节目，还能够将每一节车厢中的实际情况反映到控制中心，满足了乘客和运营需求。

地铁线路大多铺设于地下，均为密闭空间，不利于数据信号的传递，而有轨电车线路大多铺设于地面，空间比较开阔，有利于信号的传递，目前，大多数有轨电车均借用无线通信系统提供的数据通道进行数据传输，一般的节目源均在列车到段后，在车辆段内部完成数据传输。

4.2 定位技术

在通信方面，现代有轨电车项目一般不包含信号系统，列车定位信息传输方式需依靠移动运营商或无线集群通信网承载。一般列车定位信息采集来自于无线车载电台GPS模块，但存在传输延时大、精度低及信号不稳定等问题。

北斗卫星导航系统采用RNSS（卫星无线电导航业务）和RDSS（卫星无线电测定业务）双模结构，具有GPS导航、定位和授时功能，同时提供双向短报文服务，授权用户可传输120个汉字[10]。北斗指挥机具有全方向高灵敏度信号捕捉能力、稳定高效率的信号发射能力；能够实现对3颗北斗卫星6波束信号的实时跟踪处理；具有监视指挥调度等功能；可实现对下属500个用户机的指挥调度和多级分组功能。利用北斗卫星导航系统可获得列车的定位信息，经过信源压缩、数据加密后通过卫星通信方式传输至后方控制中心，即可实现高效、准确、实时的列车定位信息。

5 结束语

本文针对现代有轨电车的建设和运营特点，提出了现代有轨电车乘客信息系统的网络架构，通过媒体发布和综合监控平台、电子站牌、查询机、移动应用等方式，实现了信息发布定制化，信息显示多样化、信息获取便捷化，极大地改善了有轨电车传统乘客信息系统信息显示点固定、内容单一的缺点，提升了乘客的旅行效率和有轨电车乘坐体验。