地鐵車輛設備信息系統的應用和探究

摘 要：地鐵車輛信息系統對于地鐵的正常運營和災害應急處理具有重要的作用，因而對該系統設備無線通信技術的研究顯得尤為重要。本文就地鐵車輛設備信息系統的應用，做了重要的探討和分析。

關鍵詞：地鐵車輛；信息系統；車載設備

地鐵車輛設備信息子系統是依托多媒體網絡技術，以計算機系統為核心，以車站和車載顯示終端為媒介向乘客提供信息服務的系統。它主要服務于信息發布、車載流媒體、視頻廣告、突發事件和災害應急發布。車載設備通過接收無線傳輸的信息經處理后實時在列車車廂液晶顯示屏播放，使乘客通過正確的服務信息引導，安全、便捷地乘坐地鐵。

1.地鐵車輛信息系統構成

地鐵車輛信息系統依托計算機網絡技術和多媒體技術，由控制中心、廣告編輯中心、車站控制子系統、車載子系統及網絡系統等構成。該系統可以對多種多媒體資訊信息進行編輯和制作，并借助車站或車載液晶顯示器實時動態地傳輸給地鐵乘客，從而提高乘客的出行效率，提升地鐵軌道交通的服務水平及競爭力。同時，在發生火災、地震、恐怖襲擊等緊急情況時，該系統還可以迅速廣播各種動態的有關緊急疏散和防災的文本及圖像信息，協助和引導乘客進行緊急避難，從而有效保障乘客及工作人員的生命安全。其中，車載子系統是地鐵乘客信息系統的重要組成部分之一，可以接收和廣播控制中心下發的各類多媒體信息，并在地鐵進站時，及時插播地鐵的到站信息和換乘信息。此外，車載子系統中設置有攝像機，用于采集車廂內的圖像，便于司機和控制中心人員的實時監控。然而，車載子系統在車—地信息傳輸過程中，其通信信號很容易受到無線通信、有線廣播、內部通信聯絡、基于通信的列車自動控制系統（CBTC）、移動GSM、CDMD及4G通信等的干擾，影響傳輸質量。同時，在高速移動的地鐵上，傳輸觸發時機和數據流量的高速切換也存在很大的問題，如果處理不當，就會造成信息重傳、信號衰減、傳輸速率下降等問題，導致車—地之間數據和圖像不能實時、無縫地進行傳輸。因此，保證車—地信息傳輸的穩定性和實時性，對提高地鐵運營服務水平來說，就顯得非常重要。

2.地鐵車輛信息傳輸網絡分析

常用的地鐵車輛信息傳輸網絡可以分為有線網絡和無線網絡兩種。對于前者，隨著城市地鐵軌道交通的線網化發展和線路的復雜化，為滿足換乘線路間的信息互通需求，需要不斷增加線路的外部信息源接口和線路間PIS接口，此時無論采用車站接口模式還是中心接口模式，都會增大有線光纜的敷設難度，導致地鐵管理難度加大。而采用無線網絡傳輸，只需在地鐵沿線設置無線傳輸設備和天線，并在地鐵線路的車站設置網絡管理服務器，就可以實現車輛與地面間信息的實時傳輸。目前，可應用于地鐵數據傳輸的無線網絡技術有數字視頻廣播技術和網絡流媒體技術。采用數字視頻廣播技術可以提高車載新聞及娛樂視頻節目的播放質量和時效性，基本可以滿足10Mb/s以上的多媒體信息下傳，但是當采用該技術向移動地鐵發送視頻信號時，低頻率信號容易發生快速衰減，尤其是在隧道中，因此一般需要在隧道中敷設漏纜。而采用網絡流媒體技術，不僅造價較低，而且車載計算機還可以通過無線局域網（WLAN）平臺從遠程服務器實時下載視頻文件、導乘信息等，并進行信息合成，然后以VGA的方式輸出到車載顯示屏上，從而完成信息的遠程實時播放。因此，當前，地鐵乘客信息系統一般選用無線局域網來實現。

3.地鐵車輛信息傳輸的質量控制

為了保證車—地信息傳輸的可靠性和穩定性，可以通過有損通道、誤差控制等方法在原始視頻流中增加冗余信息，從而糾正視頻壓縮過程中的位元錯誤，或者是添加適應性源—通道編，如離散余弦轉變視頻編碼、噴泉碼等，以最大程度地減小視頻傳輸失真。不過，這些編碼模型多是針對因信道衰落而造成的數據包丟失，而對地鐵高速移動過程中因網絡高速切換造成的數據丟包問題卻不能很好地解決。

3.1傳輸質量的控制

IEEE802.11p是軌道交通傳輸網絡中一種新興的技術，適用于高速變換車輛網絡，其介質訪問控制（MAC）協議采用增強型分布式信道訪問，而其物理層則由基于正交頻分多路復用的IEEE802.11p標準變化而來，其信道寬為10MHz。近幾年，噴泉碼在視頻數據流的傳輸中得到廣泛使用，將其引入地鐵乘客信息系統中，有望用于修復因網絡高速切換而造成的數據包丟失。因此，將上述二者結合起來，并進行綜合設計，可以優化視頻傳輸服務質量。該結構采用噴泉碼作為應用層，經過編碼的應用層數據包被密封在實時傳輸協議（RTP）中，并被傳送到車—地傳輸網絡中。而網絡協議（IP）則被IEEE802.11p的MAC和物理層密封，在地鐵高速運行過程中，一旦發生切換，則相應的應用層參數自動適應，無線信道也自動改變，從而提高車—地視頻傳輸的質量。

3.2通信信號干擾

在對乘客信息系統造成干擾的眾多信號源中，CBTC干擾的影響最大，可采取以下措施來減小二者之間的相互干擾：二者選擇同一家WLAN供貨商。目前，CBTC系統和PIS系統無線帶寬要求分別為2MHz和10MHz，可以通過采用IEEE802.11p的直接序列擴頻（DSSS）技術，將視頻傳輸速率提高到11Mb/s，進而使CBTC系統和PIS系統進行集成工作，這樣既能節省無線頻率資源，又能避免二者之間的干擾。當二者的WLAN供貨商不同時，可將其頻段分開使用。例如，CBTC使用2.4GHz頻段，而PIS使用5.8GHz頻段。當二者的WLAN供貨商不同時，若要使用同一頻段，則可通過改變天線極化方向和規劃無線頻段的方法來減少二者之間的干擾。

4.結束語

隨著地鐵乘客信息系統的不斷改進，車—地信息傳輸技術也不斷完善，這對實現地鐵與車站之間圖像和數據的實時、無縫傳輸起到了重要作用。地鐵出行信息、新聞娛樂信息等多媒體信息的實時、可靠傳遞，很大程度上提高了城市軌道交通出行的便捷性、安全性和舒適性，也提高了乘客的滿意度，對提升城市地鐵軌道交通的運營服務水平具有重大意義。

參考文獻：

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