地鐵列車(chē)廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

夏德春，吳 卉，張洪宇

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081）

地鐵列車(chē)廣播系統(tǒng)需要為乘客提供高質(zhì)量廣播和信息顯示，為此，該系統(tǒng)采用模擬和數(shù)字相結(jié)合的方式構(gòu)成。地鐵列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中存在較大的噪音和各種干擾，為了保證廣播系統(tǒng)高可靠性運(yùn)營(yíng)，廣播音頻和報(bào)警音頻信號(hào)的傳輸采用模擬方式，全車(chē)廣播系統(tǒng)的控制信息通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)CAN總線(xiàn)傳輸。

1 列車(chē)廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

地鐵列車(chē)廣播系統(tǒng)在地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需具有高可靠性和高抗干擾性，因此，系統(tǒng)采用了模擬和數(shù)字相結(jié)合的方式，音頻傳輸采用模擬定壓方式傳輸，所有司機(jī)室之間，司機(jī)室與客室之間控制信息的傳輸采用現(xiàn)場(chǎng)CAN 總線(xiàn)。該系統(tǒng)主要包括廣播子系統(tǒng)、乘客緊急報(bào)警子系統(tǒng)和電子地圖信息播放子系統(tǒng)。

列車(chē)廣播系統(tǒng)共使用3對(duì)雙絞屏蔽線(xiàn)貫穿全列車(chē)：

1對(duì)雙絞屏蔽線(xiàn)用于CAN 總線(xiàn)，負(fù)責(zé)全車(chē)所有設(shè)備控制信息傳輸；

1對(duì)雙絞屏蔽線(xiàn)用于廣播音頻傳輸；

1對(duì)雙絞屏蔽線(xiàn)用于報(bào)警音頻傳輸。

列車(chē)廣播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

CAN 總線(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，所有設(shè)備之間的控制信息傳輸都須經(jīng)過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸。為提高系統(tǒng)可靠性，本系統(tǒng)采用多級(jí)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。其中，貫穿全列車(chē)的CAN 總線(xiàn)為主CAN網(wǎng)絡(luò)，而在司機(jī)室和客室各個(gè)設(shè)備內(nèi)部的模塊之間分別組成獨(dú)立的子CAN 網(wǎng)絡(luò)，司機(jī)室的控制信息包括廣播信息和報(bào)站信息等通過(guò)主CAN發(fā)送到每個(gè)客室和另一司機(jī)室，當(dāng)每個(gè)客室和另一司機(jī)室從主CAN收到這些信息后，通過(guò)內(nèi)部的子CAN對(duì)其內(nèi)部的分設(shè)備進(jìn)行控制。這樣就減少了主CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和信息量，能保證主CAN網(wǎng)絡(luò)的暢通，提高系統(tǒng)安全性和可靠性。

2 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

圖1 列車(chē)廣播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

列車(chē)廣播設(shè)備主要由司機(jī)室設(shè)備、客室設(shè)備及輔助設(shè)備構(gòu)成。兩司機(jī)室各有1套設(shè)備，2套設(shè)備互為熱備份。司機(jī)室主要設(shè)備包括：司機(jī)室廣播系統(tǒng)主控設(shè)備、司機(jī)控制單元、司機(jī)室對(duì)講裝置?？褪抑饕O(shè)備包括：客室主控設(shè)備、電子地圖顯示器、乘客緊急報(bào)警器、客室噪聲檢測(cè)器、音箱。列車(chē)廣播系統(tǒng)具體設(shè)備組成根據(jù)列車(chē)節(jié)數(shù)，客室設(shè)備有所不同。

3 系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)

根據(jù)地鐵列車(chē)運(yùn)行的實(shí)際需要，列車(chē)在進(jìn)行數(shù)字式語(yǔ)音自動(dòng)廣播和乘客信息顯示的同時(shí)，應(yīng)保證司機(jī)室之間的對(duì)講通話(huà)，司機(jī)室與客室乘客之間的緊急通話(huà)。廣播設(shè)備的功能包括廣播設(shè)備可全自動(dòng)或人工播放站名和注意事項(xiàng)、兩端司機(jī)室對(duì)講、功能優(yōu)先級(jí)設(shè)置、客室緊急報(bào)警、預(yù)錄緊急廣播信息、從控制中心對(duì)列車(chē)進(jìn)行廣播。

3.1 自動(dòng)語(yǔ)音廣播

系統(tǒng)提供自動(dòng)語(yǔ)音廣播功能，廣播系統(tǒng)控制器接收到列車(chē)的速度信號(hào)、關(guān)門(mén)信號(hào)，并把它作為語(yǔ)音自動(dòng)播放的啟動(dòng)信號(hào)，控制列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的全自動(dòng)語(yǔ)音廣播。自動(dòng)語(yǔ)音廣播內(nèi)容包括預(yù)報(bào)列車(chē)前方到站和列車(chē)到站信息以及服務(wù)用語(yǔ)等插播信息?？刂破鹘邮盏疥P(guān)門(mén)信號(hào)到啟動(dòng)語(yǔ)音播放之間，系統(tǒng)設(shè)置有一定的滯后時(shí)間。當(dāng)列車(chē)完全離站后，控制器接收到的列車(chē)速度信號(hào)將優(yōu)先作為報(bào)站控制，如果在系統(tǒng)針對(duì)關(guān)門(mén)信號(hào)而設(shè)定的滯后時(shí)間內(nèi)控制器還未收到此信號(hào)，則廣播系統(tǒng)將采用關(guān)門(mén)信號(hào)來(lái)啟動(dòng)自動(dòng)播放報(bào)站消息。

廣播信息以數(shù)字音頻方式存儲(chǔ)在通用的CF存儲(chǔ)卡內(nèi)，存儲(chǔ)格式為MP3格式音頻文件。廣播信息用2種語(yǔ)言（普通話(huà)和英語(yǔ)）錄制。用戶(hù)可以方便地更改廣播內(nèi)容。廣播內(nèi)容修改通過(guò)CF卡讀寫(xiě)器將預(yù)先編輯好的MP3格式音頻文件直接復(fù)制到CF卡上，其存儲(chǔ)容量CF卡目前最大容量可達(dá)4 GB左右，播放時(shí)間可達(dá)幾十小時(shí)甚至幾百小時(shí)，完全可以滿(mǎn)足列車(chē)全線(xiàn)往返廣播2次的要求。MP3播放模塊在收到播放啟動(dòng)信號(hào)后，從閃存卡讀取相應(yīng)語(yǔ)音數(shù)據(jù)，經(jīng)音頻處理模塊功率放大，通過(guò)廣播音頻傳輸線(xiàn)傳輸?shù)娇褪抑骺卦O(shè)備，由客室主控設(shè)備的音頻處理單元進(jìn)行處理，再經(jīng)過(guò)功率放大器傳送到本客室的各個(gè)揚(yáng)聲器，實(shí)現(xiàn)對(duì)乘客的廣播。

3.2 功能優(yōu)先級(jí)

功能優(yōu)先級(jí)可以設(shè)置。高級(jí)別的廣播可以打斷低級(jí)別的廣播，而低級(jí)別的廣播要等候高級(jí)別廣播結(jié)束后才能開(kāi)始播放。被高級(jí)別打斷的低級(jí)別廣播在高級(jí)別結(jié)束后自動(dòng)恢復(fù)。以下優(yōu)先級(jí)別為通用建議序列，用戶(hù)可以方便地對(duì)優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行修改。

系統(tǒng)缺省的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為運(yùn)營(yíng)控制中心對(duì)列車(chē)廣播、司機(jī)與乘客的對(duì)話(huà)、司機(jī)室對(duì)講、人工語(yǔ)音廣播、自動(dòng)語(yǔ)音廣播和實(shí)時(shí)新聞播放。

3.3 乘客緊急報(bào)警

乘客緊急報(bào)警裝置用于車(chē)廂內(nèi)出現(xiàn)緊急情況時(shí)乘客向司機(jī)室報(bào)警，可實(shí)現(xiàn)乘客與司機(jī)的雙向通話(huà)。在每個(gè)客室中設(shè)有2個(gè)緊急報(bào)警器，用于突發(fā)事件時(shí)乘客向司機(jī)報(bào)警。乘客報(bào)警后，在司機(jī)室發(fā)出語(yǔ)音提示，在司機(jī)監(jiān)視顯示器上顯示報(bào)警乘客的位置和列車(chē)編號(hào)、車(chē)廂編號(hào)等位置信息。司機(jī)可以與乘客進(jìn)行通話(huà)，并處理緊急事件；處理結(jié)束后，由司機(jī)遠(yuǎn)程按下取消報(bào)警鍵，客室端報(bào)警按鍵恢復(fù)等待狀態(tài)，也可以到乘客報(bào)警位置手動(dòng)復(fù)位，完成報(bào)警通話(huà)；報(bào)警的同時(shí)將給列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號(hào)，指揮中心可對(duì)客車(chē)進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警事件處理；處理結(jié)束后，由其遠(yuǎn)程取消報(bào)警狀態(tài)。乘客報(bào)警的時(shí)間和通話(huà)的內(nèi)容將被記錄在硬盤(pán)上，用于后續(xù)事件情況查詢(xún)。

3.4 電子線(xiàn)路圖顯示

列車(chē)車(chē)門(mén)上方提供電子線(xiàn)路圖顯示信息，需要顯示的所有數(shù)字信息存儲(chǔ)在多媒體控制板中。多媒體控制板根據(jù)起點(diǎn)站、終點(diǎn)站、當(dāng)前站、下一個(gè)到達(dá)站、運(yùn)行速度、已運(yùn)行距離等信息，在列車(chē)運(yùn)行路線(xiàn)圖上實(shí)時(shí)顯示列車(chē)當(dāng)前位置和已行駛的站段。用一種顏色箭頭閃爍代表正在行駛的方向和發(fā)車(chē)站，另一種一種顏色箭頭閃爍代表到站信息。顯示的內(nèi)容及方式由程序控制，當(dāng)需要擴(kuò)展路線(xiàn)時(shí)只要控制軟件升級(jí)，不需要重新更換硬件。

4 結(jié)束語(yǔ)

列車(chē)廣播系統(tǒng)樣機(jī)的功能試驗(yàn)表明，采用模擬和數(shù)字相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)的地鐵列車(chē)廣播系統(tǒng)方案合理。滿(mǎn)足了地鐵列車(chē)廣播工程建設(shè)的“實(shí)用性、可靠性、先進(jìn)性”要求。通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)CAN總線(xiàn)，解決了運(yùn)行過(guò)程中存在的噪音大和干擾多的問(wèn)題，保證了廣播系統(tǒng)滿(mǎn)足高可靠性、高抗干擾性運(yùn)營(yíng)的要求。