上海城市軌道交通廣播系統和乘客信息系統規劃研究

杜琦駿

(上海地鐵維護保障有限公司通號分公司， 200235， 上海∥工程師)

當前,城市軌道交通除了作為公共交通工具之外，還逐步成為承載著信息、廣告、通信、娛樂等多種服務內容的新型城市活動空間。作為運營方與乘客之間及時溝通的主要橋梁與樞紐，廣播系統和乘客信息系統秉持著以乘客為導向、以人為中心的服務模式和核心思想。

本文結合以往廣播和乘客信息系統的維護經驗和目前遇到的難點，提出具體的對策與可實施方案，提出建立音視頻統一的信息服務系統。

1 研究背景

1.1 廣播系統的現狀

廣播系統是專用通信的重要子系統，為城市軌道交通乘客提供語音信息服務。廣播系統可通過自動廣播的形式向站臺乘客提供與列車進站相關的語音信息，也可以人工廣播的形式在所選擇的廣播區域內播放相關的語音信息。在火災等緊急情況下，廣播系統在接收到FAS(火災報警系統)的聯動觸發信號后，向車站全區域播放消防撤離的緊急語音信息。

目前，由上海地鐵維護保障有限公司通號分公司負責運維的廣播系統設備共計408套，包括中央控制器399臺、廣播控制盒430臺、功率放大器3 501臺。這些設備主要來自3個品牌，分別為上海地鐵電子科技有限公司、上海神劍鐵路通信信號有限公司和天津市北海通信技術有限公司,其中，采用上海神劍的廣播系統比重最大。在上海城市軌道交通線網中，除了1號線和5號線采用上海地鐵電子科技有限公司的廣播系統、11號線和17號線采用天津市北海通信技術有限公司的廣播系統外，其余線路均采用了上海神劍鐵路通信信號有限公司的廣播系統。上海城市軌道交通廣播系統的既有框架如圖1所示。

注：ATS——列車自動監控；OCC——運營控制中心。

目前上海城市軌道交通線網中，除了1號線、5號線、15號線、18號線外，其余線路的廣播系統都已經到了大修年限和即將達到大修年限。

1.2 PIS(乘客信息系統)的現狀

PIS是依托多媒體網絡技術，以計算機系統為核心，以車站站臺、站廳及出入口顯示終端為媒介，向乘客提供信息服務的系統。PIS向乘客提供的信息主要包括當前北京時間、列車到發時間、列車時刻表、列車目的地、廣告、應急信息等。

目前由上海地鐵維護保障有限公司通號分公司負責運維的乘客信息系統設備包括播放控制器939臺、接收發器4 566臺、終端顯示屏4 702臺。全網絡的乘客信息系統設備共采用了6家供應商的設備，其中：1號線及2號線的淞虹路站—龍陽路站區段采用的是上海地鐵電子科技有限公司的設備；3號線、4號線采用的是上海電科智能系統股份有限公司的設備；5號線、12號線、17號線及2號線的唐鎮站—浦東國際機場站區段采用的是上海鳴嘯信息科技股份有限公司的設備；6號線、8號線、9號線、13號線、16號線采用的是中國華信郵電科技有限公司的設備；7號線、11號線采用的是北京冠華天視數碼科技有限公司的設備；2號線的徐涇東站—虹橋2號航站樓站區段和張江高科站—廣蘭路站區段采用的是上海聚群軟件開發有限公司的設備。上海城市軌道交通乘客信息系統的既有框架如圖2所示。

注：LCD——液晶顯示器;LED——發光二極管顯示屏。

目前全網絡除了1號線、5號線、15號線、18號線及2號線的淞虹路站—龍陽路站區段外，其余線路的PIS都處于已經到了大修年限和即將達到大修年限的情況。

2 當前所存在的問題與困境

2.1 廣播系統和PIS間的關聯度低

上海城市軌道交通線網中，除了1號線、15號線、18號線外，其他線路的廣播系統與乘客信息系統均未實現真正意義上的融合。這些線路的乘客信息系統與廣播系統除了都接收ATS(列車自動監控)的列車到站和預到站信息外，幾乎是兩套互不相關的系統。乘客信息系統與廣播系統缺少統一管理，信息存在安全隱患，僅僅通過目前采用的人員管理、密碼設置、硬件升級等方法進行整改與完善，已不能滿足日益提高標準的信息安全等級保護測評要求。

2.2 廣播系統和PIS難以滿足日常運維的要求

隨著城市軌道交通線網運營要求的不斷提高和列車運行方式的不斷調整，對廣播和乘客信息系統的顯示和同步等要求也越來越高，對設備維護程度的考驗也相應提高。而原本軟件和程序所具有的局限性在一定程度上限制了設備運維的方式，運維人員難以通過簡單修改部分變量的方式來滿足新的要求和新的模式。

2.3 廣播系統與PIS的兼容度低

由于上海城市軌道交通很多線路都是分階段招標建設，造成全線網內廣播系統與PIS的供應商繁雜，相互之間的制式和設備各不相同。隨著技術的不斷發展，廣播和乘客信息的設備不斷更新換代，產生了如乘客信息屏幕終端、接收發器、廣播控制盒、語音播放器、音頻處理器、車站控制器等大量硬件設備接口不統一，多條線路間的設備無法通用等問題，更有甚者同線路同廠家在不同時間段、不同型號間的設備也無法兼容使用。如表1所示，本文以乘客信息系統的接收發器為例，對設備間無法通用的情況進行說明。

表1 上海城市軌道交通線網PIS的接收發器制式列表

如圖3所示，從2020年PIS設備返修的統計數據看，接收發器的送修占比為35.12%，在乘客信息系統返修件中占比最高。其主要原因是接收發器屬于有源設備，長期處于室外環境下日夜不間斷運行，在超期服役后其設備性能嚴重下降，而接收發器的制式種類多、更新換代快，且相互間不通用，從而導致返修率偏高。此外，PIS顯示終端的返修占比約為34.03%，也是設備維修的重要組成部分。由于LCD終端整體體積較大，且若將LCD作為備件,長時間不開機,反而會導致設備無法使用，所以LCD的備件相對較少。一旦遇上寒暑惡劣天氣，容易造成LCD返修件供不應求的困境。

注：KVM——鍵盤、顯示器和鼠標。

2.4 部分換乘站廣播系統的音效不佳

近年來公眾和現場運營人員對城市軌道交通車站內廣播的依賴性越來越大。車站通過語音對站內的客流進行指揮與引導，特別是在火災、地震等緊急情況及球賽、展會等大型活動時，更需要通過現場廣播設備來配合現場應急預案，加強對人員的疏導。但是，由于現場設施設備環境的局限性，部分換乘站點換乘大廳的音質差、音量不均勻，加上外界周邊的干擾源太多，導致了現場的廣播音效達不到預期的效果。

3 新建城市軌道交通音視頻統一信息服務系統

目前上海城市軌道交通線網中，除了1號線、15號線、18號線外，其余線路的廣播系統、PIS設備均處于獨立設置的狀態，不能適應上海城市軌道交通超大規模網絡化運營管理的要求。按照上海申通地鐵集團有限公司發布的滬地鐵[2018]379號《PA/PIS音視頻統一信息服務系統建設指導意見》的文件要求，自2019年起,在上海城市軌道交通的通信系統大修改造中，都要把廣播系統、PIS融合成一個新的系統，并同時改制或定制與新系統相匹配的設備硬件。在實現并優化廣播系統、PIS固有功能的前提下，凸顯融合后新系統的特有功能，以真正形成信息播報內容統一、信息播報操作統一、聯動功能統一的信息服務一體化系統。融合后新系統的框架圖如圖4所示。

注：TOS——三色運營狀態；ISCS——綜合監控系統；CIOS——中央一體化操作系統。

4 具體的對策與方案分析

音視頻統一信息系統可實現獲取列車到站的音視頻信息，統一、協調地同時提供語音、文字、圖片等引導信息，并保障廣播系統與PIS發布信息的一致性，以提高運營管控效率，滿足乘客從多方位獲得統一信息的需求。此外，音視頻統一信息系統可以保證直接獲取并處理來自FAS系統的聯動觸發信號，減少時延，并以音頻、視頻統一的效果向車站相關區域播報緊急信息。本文對推進音視頻統一信息系統建設所采取的相關對策和措施進行重點闡述。

4.1 提高設備集成度

對廣播系統與PIS進行融合和優化，設備需要定制或改制。因融合后的新系統集成度大為提高，設備數量將有較大幅度減少，這也有利于改善目前機房空間狹小、散熱不暢的現狀。同時，2個系統深度集成后，設備維護的效率可有較大提升，更便于運營管理及設備維護的管控，進而提升運營服務的效率和質量。廣播系統與PIS可共用的設備主要包括：

1) OCC機房內設置統一的中央級媒體服務器。該服務器可管理全線所有的信息管理單元，并負責指令下發及信息采集。

2) OCC機房內設置統一的前端處理器。該處理器可管理所有外部接口，如 TOS、ATS、時鐘、ISCS 和CIOS等，并將信息轉換后發送至中央級媒體服務器。

3) OCC應向音視頻統一信息系統提供信號 ATS 信息，以實現無人干預的列車進站和到站全自動廣播，以及發布列車進站和到站的時刻信息、當前班次和未來班次的信息等。乘客信息系統的終端顯示屏所顯示的內容與廣播內容一致。

4) OCC與各車站設置統一的交換機。該交換機可同時承擔原有廣播系統與乘客信息系統的傳輸需求，不再單獨設置交換機。

4.2 統一線網級的音視頻統一信息系統對外接口

目前乘客信息、廣播系統都是線路級設備，缺少線網級的音視頻統一系統對外接口。在后續的維護管理中,應制定統一的音視頻統一信息系統對外接口標準。該標準可基于以下需求和設想進行制定。

1) 可以統一部署防病毒軟件，終端防病毒系統應由線網管理中心(一級中心)、線路管理中心(二級中心)和客戶端3部分組成，并形成完整、健全的信息安全體系。

2) 統一全網絡級音視頻統一信息系統對外接口。主要要求包括：與N-PIS(網絡化PIS)側對接，保障N-PIS與音視頻統一信息系統的界面清晰；與東方有線或愛奇藝自媒體對接，以節省各線路機頂盒或多媒體控制器成本，廣告等信息通過音視頻統一信息系統對外接口統一下發；與上海城市軌道交通智能運維系統平臺統一對接，以避免重復的鏈路資源浪費；與ATS前置機統一接口，以實現多條線路客流擁擠度可以在部分重點車站統一顯示。

3) 在既有城市軌道交通線路通信大修項目招標時，定性要求各線路的音視頻統一信息系統的接口統型，并與線網音視頻統一信息系統外部接口的對接方式保持一致。通過線網級的統一接口對各線路中央側設備的軟件制式、操作界面、接口協議及驅動等進行限制，逐步實現全網車站整體系統設備的模塊化，使不同車站的車站級設備可以整體互換。

4.3 提高乘客信息數據的時效性

上海城市軌道交通線網中單線開行的交路日趨復雜，每年會有多條運營線路需要調整列車運行圖，而每次運營調整都會涉及對乘客信息軟件的修改。為了保障更快速、更準確地為乘客提供信息，在未來的乘客信息和廣播系統改造過程中可以按照以下2種方案，優化PIS倒計時準確性和軟件顯示靈活性。

1) 將乘客信息和廣播系統的改造時間與信號系統大修節點重合，進一步完善ATS與音視頻統一信息系統的接口規定，使音視頻統一信息系統能自動適應臨時改變的運營模式和生產需求(如首末班車在方向和時間上的調整)，并自動匹配當前運營模式,播放相應的音視頻信息。同時，應協調信號ATS在信號大修改造中在線路區間內多增加1次列車到站時刻的信息更新。例如在列車進站前的區段新增1根觸發軌，當列車占用此軌道區段時，ATS將以ATO(列車自動運行)模式計算列車運行至下一站的時間，以此計算結果更新預計到站的時刻信息，并將到站信息輸出給通信PIS，進一步提高PIS倒計時的精確度。

2) 提高軟件操作的便捷性。在ATS側接口協議問題無法自動調整的情況下，PIS側軟件應具備簡便、快捷的修改方式，所有的修改值皆為變量，調整時只需修改變量，并不涉及對軟件、程序、板式等的修改。

4.4 統一通用設備的型號

4.4.1 乘客信息顯示終端統型方案

乘客信息系統采用光纖直接接入終端屏幕是未來的技術趨勢，模擬信號輸出接口解決方案已經停產、淘汰。為了保障屏幕在不同線路之間的通用性，應統一乘客信息系統屏幕終端的接口標準，做到系統備件通用化,實現全線網兼容。在未來的信號大修改造中，需統一招標標準，要求屏幕支持光纖進屏形式，同時支持其他多種接口輸入，部分要求可參照如下所示：

1) 視頻擴展單元(適用于LCD)至少需要具有8路單模單芯光信號輸出。

2) 視頻擴展單元(適用于LED)至少需要具有2路單模單芯光信號輸出。

3) LCD顯示屏輸入端口應同時支持電源、VGA、HDMI、音頻輸入、RS 232等接口。

4.4.2 廣播操作終端統型方案

基于目前換乘站的換乘通道存在廣播互控的需求，需要對廣播操作終端設備進行統型，提出如下2種設想：

1) 應滿足數字語音控制盒在換乘站內實現對多條線路同時控制的要求。對于已有接口通信協議的廠家，在將這些協議收集完畢后，應整理形成一套標準的、規范的、擁有知識產權的廣播協議。該協議不僅能夠與現有廠家產品互聯互通，達到廣播互控的目的，而且在將來與第三方系統集成時，僅需要第三方遵循該協議即可。

2) 在后期的新線建設和既有線廣播系統改造過程中，應在與該線路有換乘的交匯車站通信機房內配備1臺音頻接口單元，音頻接口單元的數量由該換乘站交匯線路的數量決定，并采用網絡接口形式。對于無法提供網絡通信協議而僅能提供干接點和模擬音頻接口的廠商，可以開發1款城市軌道交通專用的網絡通信接口機，要求各供應商的廣播系統接入該網絡通信接口機，以達到互控的目的。

4.5 針對特殊場景的定制化設計

隨著上海城市軌道交通線網的持續擴充，線間換乘的情況越來越復雜，所承載的廣播業務需求也越加多樣性、多元化。部分站點的環境、結構復雜，外部干擾源多，應針對這些特殊場景需要進行音頻定制化設計，以滿足相應的聲場測試要求。以背景噪聲干擾為例，噪聲控制的相關規定為：換乘站換乘通道、大廳內非高峰時段的噪聲控制值為50～60 dB(A)，高峰時段的噪聲控制值為70～80 dB(A)。這就要求換乘站區域的廣播系統應具備的最大聲壓級達到95 dB及以上，以滿足信噪比達到15 dB的要求，確保語音擴聲清晰。

5 結語

音視頻統一信息系統可確保實時信息接收、應急指揮、應急疏散、大客流乘客疏導等功能，既可提高服務質量和服務效率，又可降低大修改造項目的建設成本。本文對音視頻統一信息系統建設作長遠的通盤考慮，統一了其對外接口和通用件接口的型號，有效規避了既有乘客信息系統和廣播系統在以往維護過程中遇到的問題和痛點。此外，通過探索自主化軟件的開發可實施性，爭取打造具有上海城市軌道交通特色和專利的軟件驅動池，做到任何一家供應商的設備如需上線，必須適配并選用池中的音視頻統一信息系統軟件與驅動，達到全網統籌化、站點模塊化的目的。