廈門地鐵1號線電客車廣播故障分析及改進建議

施奇堅

（廈門軌道交通集團有限公司，福建 廈門 361000）

電客車廣播系統(tǒng)由司機室廣播控制主機、客室綜合主機、廣播控制臺、乘客緊急報警器、噪聲檢測器和揚聲器等組成。廣播系統(tǒng)是車載旅客信息系統(tǒng)的重要組成部分，實現(xiàn)電客車正常運營狀態(tài)下的各種信息廣播，并在發(fā)生災(zāi)害或其它緊急情況下啟動緊急廣播或緊急對講和報警，以指揮旅客疏散、調(diào)度工作人員搶險救災(zāi)，減少意外造成的損失。廣播系統(tǒng)的好壞直接影響到乘客的服務(wù)質(zhì)量，針對正線電客車廣播無法播報故障，本文詳細(xì)分析了故障原因，提出了改進建議，供借鑒參考。

1 故障及原因分析

1．1 優(yōu)先級被篡改導(dǎo)致無電客車廣播

（1）故障現(xiàn)象。電客車起始站上行出站后全車自動廣播、半自動廣播、人工廣播均無法播報，司機復(fù)位廣播主機仍無效后退出服務(wù)。

（2）廣播優(yōu)先級介紹。乘客信息系統(tǒng)廣播功能包含OCC廣播、人工廣播、緊急廣播、報站廣播、多媒體伴音，其中報站又分為：自動報站、半自動報站、手動報站。電客車廣播系統(tǒng)設(shè)置了優(yōu)先級控制功能，在高級別的通信要求到來時，正在播送的低一級的通信立即中斷，而在高級別通信結(jié)束后自動恢復(fù)。

低級別的廣播通信不能打斷高級別廣播通信，需要等候高級別廣播通信結(jié)束后才能開始。電客車廣播優(yōu)先級從高往低依次為：OCC廣播、人工廣播、緊急廣播、報站廣播、多媒體伴音（網(wǎng)絡(luò)設(shè)置優(yōu)先級數(shù)值，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高）。廣播優(yōu)先級配置分別儲存在主端PA主控和從端PA主控，電客車運行過程中以主端優(yōu)先級配置為準(zhǔn)，主端會周期性通過網(wǎng)絡(luò)和RS485總線更新優(yōu)先級配置至從端，確保從端優(yōu)先級與主端狀態(tài)一致。從端接收網(wǎng)絡(luò)和RS485的數(shù)據(jù)后，比對兩次數(shù)據(jù)一致性，若當(dāng)發(fā)現(xiàn)RS485數(shù)據(jù)出錯，則會以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來修正RS485數(shù)據(jù)。

（3）故障分析。分析電客車廣播日志發(fā)現(xiàn)電客車廣播優(yōu)先級被多次自動篡改，如下所示。

“18:59:30”，”07628”，”[主控]設(shè)定優(yōu)先級：1,0,3,4,1?！?優(yōu)先級被篡改

“18:59:32”，“07629”，“[主控]設(shè)定優(yōu)先級：1,0,3,4,5?！?網(wǎng)絡(luò)校正（數(shù)字越小，優(yōu)先級越高）。

“19:07:16”，“07657”，“[主控]設(shè)定優(yōu)先級：0,0,3,4,5。”#優(yōu)先級被篡改

“19:07:17”，“07658”，“[主控]設(shè)定優(yōu)先級：1,0,3,4,5。”#網(wǎng)絡(luò)校正（數(shù)字越小，優(yōu)先級越高）。

設(shè)定優(yōu)先級順序依次為OCC廣播、人工廣播、緊急廣播、報站廣播、多媒體伴音。從日志分析可知，網(wǎng)絡(luò)校正使用的優(yōu)先級為1,0,3,4,5，即人工廣播的優(yōu)先級高于OCC廣播，同樣存在優(yōu)先級設(shè)置錯誤，但日常使用過程中不涉及OCC廣播，因此日常未報出使用故障。

電客車故障時刻廣播優(yōu)先級被自動篡改為：16,160,32,65,65，由于系統(tǒng)主從切換導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)正確優(yōu)先級未能及時修正，導(dǎo)致電客車無法進行報站及人工廣播，日志內(nèi)容如下所示。

“19:41:32”，“07792”，“[TCMS][占用激活]司機室由非激活轉(zhuǎn)激活。”

“19:42:34”，“07797”，“[主控]設(shè)定優(yōu)先級：16,160,32,65,65?！?/p>

“19:42:35”，“07798”，“[系 統(tǒng)]0x93,＜0xc3全,對端為從，本端由從轉(zhuǎn)為[主].”

根據(jù)日志記錄情況，廣播優(yōu)先級被錯誤設(shè)定的可能原因為通訊干擾的可能性較大。模擬RS485總線干擾情況，通訊數(shù)據(jù)被隨機篡改，日志解析說明如下：

”00012”，“[主控]設(shè)定優(yōu)先級：1,2,3,4,4.RS485[0x00000000]?！?正確數(shù)據(jù)為1,2,3,4,5,被篡改為1,2,3,4,4

”00013”,“[PRI]FA 00 00 FF 03 07 05 00 68 01 02 03 04 04 FC”#FA為幀頭，F(xiàn)C為幀尾。

（4）故障排查。使用示波器測量RS485的通訊波形，發(fā)現(xiàn)RS485的通訊波形存在異常干擾，如圖1、圖2所示。

圖2 RS485采集正常波形（峰值一致）

如圖1所示，故障電客車RS485波形的峰值被削減。經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)M2車廂客室RS485總線的X3B母線端子1腳和3腳線序接反，TC1車廂客室主控X3B端子1腳公針缺失。將線序恢復(fù)正確、更換連接端子后，再次測量RS485總線的波形，波形恢復(fù)正常。模擬正常車相同故障點，故障復(fù)現(xiàn)。

圖1 RS485采集異常波形（峰值削減）

綜上分析，由于RS485總線上個別節(jié)點接線錯誤，使RS485總線數(shù)據(jù)抗干擾性能降低，偶發(fā)主從端同步數(shù)據(jù)通訊異常，導(dǎo)致從端RS485接收到的廣播優(yōu)先級同步數(shù)據(jù)被隨機篡改。由于從端還會同時從網(wǎng)絡(luò)端接收到正確的廣播優(yōu)先級同步數(shù)據(jù)，從端PA主控優(yōu)先級設(shè)置以1秒間隔重復(fù)出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)端及時修正了RS485的數(shù)據(jù)錯誤，當(dāng)從端沒有切換到主端時，電客車都以主端正確的優(yōu)先級配置正常運行。電客車的有效優(yōu)先級配置沒有被真正篡改。

當(dāng)電客車進行主從端切換，概率性發(fā)生從端錯誤的優(yōu)先級配置未及時被網(wǎng)絡(luò)端修正，則從端將會按照錯誤的優(yōu)先級配置切換為主端。此時，錯誤的優(yōu)先級配置將通過網(wǎng)絡(luò)和RS485總線同步給從端。電客車的有效優(yōu)先級配置就真正發(fā)生了一次篡改。

有效優(yōu)先級配置被篡改的數(shù)據(jù)存在一定的隨機性，僅當(dāng)自動廣播和人工廣播優(yōu)先級被設(shè)置為最低時，才有可能發(fā)生自動廣播及人工廣播均失效的故障。

1．2 網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴導(dǎo)致無電客車廣播

（1）故障現(xiàn)象。電客車起始站上行出站后全車自動廣播、半自動廣播、人工廣播、司機對講均無法播報，司機復(fù)位廣播主機仍無效后退出服務(wù)。

（2）廣播主控主從原理分析。廣播主控的主從關(guān)系位置根據(jù)占用信號、MVB通訊狀況、SD卡狀況來確定。在兩端MVB通訊狀況、SD卡狀況均正常的情況下，占用信號與廣播主控的主從關(guān)系如表1所示。

表1 主從關(guān)系表

（3）故障分析。為提醒乘客終點站下車，軟件設(shè)置了終點站循環(huán)廣播功能，循環(huán)廣播的打斷邏輯為：占用換端后停止循環(huán)報站廣播。

故障正向邏輯分析：如圖3所示，在整個循環(huán)播放過程中，當(dāng)“打開語音文件”和“讀取語音數(shù)據(jù)”環(huán)節(jié)失敗時，播放狀態(tài)不會退出，但是無法從客室廣播聽到相關(guān)的語音。在“打開語音文件”和“讀取語音數(shù)據(jù)”環(huán)節(jié)，需要足夠的內(nèi)存保證其正常執(zhí)行，內(nèi)存不足時會概率性發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。

圖3 循環(huán)廣播播放原理

故障反向分析：故障發(fā)生前TC1車廣播主控為主，切換為TC2車占用后，廣播系統(tǒng)應(yīng)切換為TC2車為主，而實際故障時刻仍為TC1車為主，且廣播系統(tǒng)仍處于TC1車工作狀態(tài)。實際在故障發(fā)生時，客室無循環(huán)廣播聲音，客室廣播聲音播放異常且未退出廣播播放狀態(tài)，而此時終點站廣播沒有被終止，內(nèi)存持續(xù)處于高占用狀態(tài)，在占用換端時，PA主控軟件對內(nèi)存分配使用不當(dāng)，概率性發(fā)生內(nèi)存不足導(dǎo)致廣播一直處于循環(huán)廣播狀態(tài)，此時車輛折返主控不能通過占用信號切換到從端。

故障現(xiàn)象驗證：通過調(diào)整內(nèi)存調(diào)用參數(shù)及接收數(shù)據(jù)的復(fù)制份數(shù)，使得內(nèi)存占用增大，偶發(fā)性的會復(fù)現(xiàn)故障現(xiàn)象，即司機按下廣播控制盒請求人工廣播及司機對講，由于廣播主控沒有足夠的內(nèi)存空間接收此請求指令，固人工廣播和司機對講請求無法得到廣播主控的正確響應(yīng)，造成人工廣播及司機對講無法正常發(fā)起。此故障與實際正線故障表現(xiàn)一致，從而確認(rèn)由于內(nèi)存占用過多導(dǎo)致正線故障的發(fā)生。

2 改進建議

2．1 優(yōu)先級被篡改導(dǎo)致無電客車廣播改進措施

（1）修改軟件，關(guān)閉廣播優(yōu)先級配置功能，固化廣播優(yōu)先級順序，確保不會被異常數(shù)據(jù)篡改。

（2）乘客信息系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)商增加上報通訊協(xié)議，完善軟件日志功能，加強異常記錄及關(guān)鍵信息上報功能，確保故障發(fā)生時能及時被發(fā)現(xiàn)。

（3）增加人工獨立廣播，保證特殊情況下人工廣播可以繼續(xù)使用。

2．2 網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴導(dǎo)致無電客車廣播改進措施

（1）取消循環(huán)廣播，防止設(shè)備內(nèi)存使用過高，對終點站報站音頻改為播放兩次終點站廣播。

（2）增加人工獨立廣播，保證特殊情況下人工廣播可以繼續(xù)使用。

3 人工獨立廣播方案

司機室增加應(yīng)急廣播開關(guān)和應(yīng)急廣播繼電器，應(yīng)急廣播繼電器的常閉觸點接入廣播主機的供電電路，如圖4、圖5所示，其中圖5上方實線框部分為新增。

圖4 增加應(yīng)急廣播開關(guān)和應(yīng)急繼電器

圖5 人工廣播示意圖

3．1 正常情況

應(yīng)急控制開關(guān)處于斷開位，繼電器常閉觸點未動作，此時司機室廣播主機正常工作。由主端的司機室廣播控制主機進行對廣播系統(tǒng)的各個終端實時輪巡監(jiān)測。當(dāng)進行人工廣播時，廣播控制盒發(fā)起請求，司機室廣播控制主機的PA主控進行優(yōu)先級判斷，當(dāng)無高優(yōu)先級時，人工廣播請求通過，此時廣播控制盒收到請求通過后，可以進行人工廣播。

3．2 應(yīng)急情況

當(dāng)司機室廣播控制主機出現(xiàn)異常時，通過應(yīng)急廣播開關(guān)將繼電器的常閉觸點斷開，使兩端司機室廣播主機斷電，如圖6所示。

圖6 司機室廣播主機斷電示意圖

電源切除后，廣播控制盒和客室廣播主機檢測到與司機室廣播主機通訊中斷5s以上進入故障模式，此時人工廣播功能相關(guān)的邏輯不受司機室廣播控制主機的控制。廣播控制盒不分主從，任一端廣播控制盒都能發(fā)起人工廣播。

3．3 其他功能

在PIS系統(tǒng)故障時，也可以通過控制開關(guān)對兩端的司機室控制主機進行同時復(fù)位操作。

4 結(jié)語

本文針對廈門地鐵1號線電客車正線無廣播故障，分析了控制線路的連接質(zhì)量問題及控制軟件的優(yōu)化功能考慮不全均有可能導(dǎo)致廣播故障。為減少正線清客等運營影響，本文提出增加人工獨立廣播優(yōu)化方案，保證在應(yīng)急情況下司機能通過廣播控制盒對乘客進行人工播報。