智能車載廣播技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用

智能車載廣播技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用

梁明亮1， 李勇1，孫晶晶2

(1.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院，河南鄭州450052；2. 河南中原鐵道機務(wù)實業(yè)有限公司，河南鄭州450052)

摘要：智能車載廣播技術(shù)在地鐵中應(yīng)用廣泛，車載廣播系統(tǒng)是地鐵乘客信息系統(tǒng)(PIS)的重要組成部分，主要由車載廣播主機、客室廣播分機和廣播控制器等組成。車載廣播系統(tǒng)能接收由車站轉(zhuǎn)發(fā)的運營控制指令，實現(xiàn)實時資訊的廣播、自動報站、乘客與司機的對講等功能。以深圳地鐵3號線為例，闡述車載廣播系統(tǒng)的設(shè)計方案、工作原理和設(shè)備維護方法。

關(guān)鍵詞：智能車載廣播；PIS；地鐵；設(shè)備維護

文章編號：1672-6758(2015)06-0067-4

中圖分類號：U231+.7

作者簡介：孫依婷，碩士，講師，黎明職業(yè)大學經(jīng)濟與管理學院。研究方向：國際物流，國際貿(mào)易。

基金項目：第六屆訂單班學生培養(yǎng)及中國人壽鯉城支公司員工培訓方案(LM-RSLC20120906)。

在地鐵專用通信系統(tǒng)中，乘客信息系統(tǒng)(Passenger Information System，簡稱PIS)依托現(xiàn)代通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以計算機系統(tǒng)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(wù)，使乘客通過正確的服務(wù)信息引導，安全、便捷地乘坐軌道交通。智能車載廣播是PIS系統(tǒng)中的重要組成部分，用于無線電臺語音廣播、人工口播和數(shù)字語音條目廣播，實現(xiàn)司機、乘客間的對講、行車時到站信息的自動播報、通過車載顯示屏上智能資訊信息的播放等功能。以深圳地鐵3號線為例，介紹PIS系統(tǒng)中車載廣播的系統(tǒng)組成、技術(shù)原理和設(shè)備維護方法。

1系統(tǒng)功能要求

地鐵車載廣播系統(tǒng)通過貫穿所有司機室和各個客室的廣播線路、專用通信線路來完成廣播音頻信號及對講音頻信息的傳輸，并在現(xiàn)場設(shè)備進行同步顯示或廣播。因此，地鐵車載廣播系統(tǒng)應(yīng)采用智能化的先進技術(shù)手段，系統(tǒng)功能要求如下。

(1) 數(shù)字化報站, 在列車管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理下實現(xiàn)列車到站的自動播報。

(2)兩端司機室對講，在廣播設(shè)計時應(yīng)采用對講與廣播獨立的傳出總線。

(3)司機對客室人工口播。

(4)無線電廣播。

(5)司機與乘客緊急報警對講。

(6)廣播音量能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。

(7)在火災(zāi)及阻塞、恐怖襲擊等情況下，提供緊急廣播及疏散指示。

(8)控制車載顯示屏播放重要新聞、天氣、娛樂、廣告等資訊信息。

2系統(tǒng)總體設(shè)計方案

智能化車載廣播系統(tǒng)由司機室車載廣播主機、廣播控制盒、客室廣播分機、通信網(wǎng)絡(luò)、司機室揚聲器、客室揚聲器等組成。圖1為智能車載廣播系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖。

圖1　系統(tǒng)總體框圖

司機室車載廣播主機、廣播控制盒各設(shè)計2臺，兩端司機室各1臺；客室廣播分機共6臺，分別分布于6節(jié)客車車廂里；司機室內(nèi)車載廣播主機與客室分機通過RS485通信網(wǎng)絡(luò)相連，進行通信與語音信號的傳輸，同時還與本節(jié)司機室中的無線電臺主機、列車控制診斷系統(tǒng)TCDS等廣播以外設(shè)備相連；每臺客室廣播分機與本節(jié)客室的揚聲器、噪聲檢測器、緊急報警器相連；司機通過司機室廣播控制盒進行廣播、對講等功能的設(shè)置和操作。

3系統(tǒng)工作原理

3.1 司機室車載廣播主機。

司機室車載廣播主機是車載廣播系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，它可完成車載廣播系統(tǒng)對客室廣播音頻信號的輸入、對講音頻信號的輸入輸出以及控制信號的傳輸；主機中央控制器(PISC)中集成有多路通信功能，能夠與列車管理系統(tǒng)、車載控制器、無線數(shù)據(jù)臺、媒體播放器等設(shè)備的通信，另外系統(tǒng)還設(shè)計集成了列車重連功能，在重連的時候能夠?qū)崿F(xiàn)司機對所有乘客的廣播、司機室與其他3個司機室之間的對講功能。

兩臺車載廣播主機中，激活端司機室的車載廣播主機為主用設(shè)備，未激活端司機室的為備用設(shè)備。在正常使用中各種廣播、對講等控制命令均由主用設(shè)備執(zhí)行，當主用設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以自動切換至備用設(shè)備工作，也可以由人工通過按“主/備”鍵實現(xiàn)主用設(shè)備與備用設(shè)備之間的切換。

司機室車載廣播主機設(shè)計為機柜的形式，機柜中集成了若干電路板模塊，主要包括：(1)電源模塊，輸入直流110V，輸出直流24V和5V；(2)I/O接口板，即輸入輸出接口板，用于聯(lián)接廣播系統(tǒng)總線、對外無線電臺接口、TMS通信接口、列車頭尾激活信號、開關(guān)門信號和媒體伴音音頻信號等；(3)PISC模塊，即中央控制器，實現(xiàn)廣播和媒體播放控制，采用嵌入式處理器作為主控CPU，帶USB接口，方便程序下載和修改；(4)CCTV接口板，即車載廣播主機與車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻的接口；(5)CAPU板，即音頻前級選擇，功能為管理無線、MIC對講、數(shù)字報站器和LCD伴音音頻，實現(xiàn)音量調(diào)節(jié)；(6)DVAR模塊，即數(shù)字播放器，實現(xiàn)數(shù)字化的音頻播放，帶USB接口，含存儲音頻文件的CF卡。

3.2 廣播控制盒。

兩臺廣播控制盒分別在列車兩端的司機室內(nèi)，位于已激活司機室的作為主控制盒，位于未激活司機室的控制盒作為副控制盒，車載廣播系統(tǒng)保證只有一個控制盒起控制作用。廣播控制盒由外盒、主電路板、鍵盤、工作指示燈和LCD顯示屏等組成，主電路板采用STC89C58RD單片機作為主控微處理器，STC89C58RD單片機內(nèi)含32K字節(jié)flash程序存儲器，采用QFP44封裝，是一款具有IAP/ISP在應(yīng)用可編程功能、加密性好、時鐘頻率高、運行穩(wěn)定的高檔單片機。

廣播控制盒實現(xiàn)以下功能：利用手持話筒向乘客廣播；司機之間對講(雙向半雙工)；與報警乘客對講(雙向半雙工)等。其中，廣播對講默認優(yōu)先級順序由高到低依次為：OCC(地鐵運營控制中心)廣播、乘客緊急報警、人工廣播、司機對講、列車自動廣播、媒體伴音廣播。

廣播操作分為無線電臺語音廣播、人工口播和數(shù)字語音條目廣播三種操作模式。廣播系統(tǒng)與無線語音電臺的控制是通過無線電臺提供的一對閉合信號來控制的，當無線語音電臺有信號輸出時，無線語音電臺會將觸點閉合，廣播系統(tǒng)收到閉合信號后自動將廣播通道切換到無線語音電臺通道上，并從客室揚聲器輸出；按下廣播控制盒面板“口播”按鍵，如果此時沒有廣播或有比人工廣播優(yōu)先級低的廣播正在進行，按下此鍵后鍵燈亮，表明可以開始人工廣播(低優(yōu)先級的廣播執(zhí)行掛起)；進行數(shù)字語音條目廣播需先錄制好數(shù)字語音信息(如報站信息)，并存于主機數(shù)字播放器中的CF卡中。對講操作分為司機與司機之間的對講、乘客與司機之間的對講，多路乘客報警與司機對講操作三種模式。

3.3 客室廣播分機。

客室廣播分機的作用為將司機室傳輸過來的語音信號放大輸出到揚聲器，并且采集客室噪聲值，根據(jù)噪聲值大小自動控制廣播音量輸出的大?。粋鬏斔緳C與乘客之間的對講語音信號。客室廣播分機電路模塊有：(1)電源模塊；(2)I/O接口板，用于聯(lián)接PIS有客室接口、聯(lián)接噪聲檢測器；(3)客室控制器，是客室分機的核心控制板，用于本客室車廂的通信管理、與司機室主機中央控制器通信、上報記錄和故障等；(4)功放器，用于客室音頻放大，能自動彌補噪音的損失，設(shè)計有過壓、過溫、過流保護，揚聲器分兩路控制，提高了可靠性；(5)緊急報警器接口板，用于聯(lián)接客室緊急報警器。

3.4 噪聲檢測器。

噪聲檢測器在每個客室安裝有2個，它是由噪聲采集器，放大器，電壓電流變換器組成。當進行OCC廣播、人工廣播、數(shù)字語音條目廣播時，噪聲監(jiān)測器實時采集客室內(nèi)噪聲并且回傳到客室控制器中，控制器通過讀取檢測值來控制調(diào)節(jié)車廂廣播音量，使廣播音量小于90dB但不低于70dB，比室內(nèi)噪聲高10dB。

3.5 緊急報警器。

緊急報警器用于車廂內(nèi)出現(xiàn)緊急情況時乘客向司機室報告。緊急報警器由機盒、主電路板、報警及復位按鍵、指示燈、麥克風和揚聲器組成，主電路板采用STC89C58RD單片機作為主控微處理器，軟件程序燒寫方便、系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

在客室出現(xiàn)緊急情況或突發(fā)事件時，乘客可以通過客室內(nèi)緊急報警裝置上的緊急按鍵向司機室報警。報警器上的報警指示燈開始閃爍，閃爍頻率為1Hz，同時，客室廣播分機內(nèi)的緊急報警器接口電路單元將代表報警的緊急報警裝置編號信息，通過車載廣播控制總線(RS485)發(fā)送到激活端司機室廣播主機控設(shè)備的CDAU控制板。主CDAU收到報警信息后，鍵盤“報警” 指示燈閃爍，CDAU中的蜂鳴器發(fā)出聲音提示，提醒司機有乘客報警。

司機乘客報警信息后通過相關(guān)操作，車載廣播控制總線(RS485)發(fā)出應(yīng)答指令，報警車廂的緊急報警器接口電路將控制客室內(nèi)緊急報警裝置接通報警音頻總線，建立起報警乘客和司機之間的雙向?qū)χv。

3.6 顯示器。

司機室前端設(shè)LED終點站顯示器用以顯示列車運行方向。顯示器采用LED顯示點陣，中英文顯示所需信息。正常視力者如站在月臺上距離列車前端30米且呈45度角可清晰看到顯示屏信息。當信息指令從車載廣播系統(tǒng)或手動控制輸出后，正確信息于1秒內(nèi)顯示。終點站顯示器可進行地址設(shè)置以區(qū)分主、從設(shè)備。終點站顯示器上端有黃色LED燈，當列車到站時以1Hz頻率進行閃爍。

3.7 揚聲器。

司機室及客室廣播/對講監(jiān)聽揚聲器型式設(shè)計為錐形直線放射式，適合于車載；額定功率3W-5W；輸入方式為定阻、平衡；從70Hz到20kHz的頻率響應(yīng)：≤-7dB，1KHz；從100Hz到10KHz的頻率響應(yīng)為± 1dB。

客室揚聲器每列車共44個客室揚聲器，分為2路，保證客室內(nèi)的每個角落都能聽到廣播的內(nèi)容。當一路揚聲器出現(xiàn)故障時，另一路揚聲器仍然可以繼續(xù)工作，從而保障了客室廣播的正常進行。

4車載廣播設(shè)備的維護和故障處理

智能車載廣播系統(tǒng)作為乘客信息系統(tǒng)的重要部分，對可靠性要求高，在設(shè)計時著重考慮了可靠性設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化管理，系統(tǒng)集成度高。主機、分機、功放模塊等進行了主備冗余設(shè)計，即主設(shè)備損壞時，備用設(shè)備能啟用，如當一端司機室主機損壞，另一端司機室主機將自動投入管理整個列車廣播，實現(xiàn)系統(tǒng)的熱備份。當然，設(shè)備在實際運行過程中，不可能依靠設(shè)備自動備份功能能實現(xiàn)所有故障的自動處理，需定期對車載廣播設(shè)備進行維保和檢修，系統(tǒng)主要電路可能出現(xiàn)的故障及處理方法總結(jié)如表1、表2、表3所示。

表1　司機室廣播主機設(shè)備故障處理方法

表2　客室廣播分機設(shè)備故障處理方法

表3　乘客緊急報警器故障處理方法

5結(jié)語

智能車載廣播系統(tǒng)集電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體，是PIS乘客信息系統(tǒng)的重要部分，地鐵車載廣播系統(tǒng)的先進性和可靠性對及時傳遞服務(wù)信息、創(chuàng)造良好的地鐵乘車環(huán)境、引導人員在緊急狀況下安全疏散起著重要的作用。

參考文獻

[1]GB50157-2003地鐵設(shè)計規(guī)范[S].2003.

[2]TB10006-2005鐵路通信設(shè)計規(guī)范[S].2005.

[3] 陳春嬌. 完善上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)導乘系統(tǒng)管理的探討[J].城市軌道交通研究，2010(4)：42.

[4]朱成偉. 地鐵廣播系統(tǒng)整體設(shè)計方案淺析[J].鐵道通信信號，2012，46(9)：65.

[5] 阮芳芳. 列車廣播系統(tǒng)控制器的設(shè)計及實現(xiàn)[D]. 大連理工大學，2013:14.

Application of Intelligent Train Broadcasting Technology to Metro

Liang Mingliang1, Li Yong1, Sun Jingjing2

(1.Zhengzhou Railway Vocational & Technical College, Zhengzhou, He’nan 450052, China； 2.Henan Zhongyuan Railway Locomotive Industrial Co., Ltd, Zhengzhou, He’nan 450052, China)

Abstract：Broadcasting technology has been widely used in the metro which is an important part of Passenger Information System (PIS) in the metro. It mainly consists of the train broadcasting host, broadcasting extension of passenger compartment, broadcasting controller and other components. The Train Broadcasting System can receive commands from the station to operate control instructions of real-time information, automatic reporting stations, communicating between passengers and drivers. Taking Shenzhen Metro Line 3 as an example, the paper describes working principle and methods of equipment maintenance for the Train Broadcasting System.

Key words：intelligent train broadcasting；PIS；Metro；equipment maintenance

Class No.:U231+.7Document Mark：A

(責任編輯：鄭英玲)