列車廣播與信息顯示系統(tǒng)研究

王 強(qiáng)，海 波，劉 陽(yáng)

（北京奧特維科技有限公司，北京 100015）

0 引 言

基于列車廣播與信息顯示系統(tǒng)的實(shí)際情況和功能需求，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，需要運(yùn)用到廣播技術(shù)、顯示設(shè)備、視頻設(shè)備以及其他輔助性工具等多種工具和技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在一定復(fù)雜性。當(dāng)前，針對(duì)列車廣播系統(tǒng)方面的研究，多從控制邏輯、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及技術(shù)應(yīng)用等方面著手，對(duì)于系統(tǒng)架構(gòu)以及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方面的探討相對(duì)較少。因此，加強(qiáng)對(duì)于列車廣播與信息顯示系統(tǒng)的研究分析很有必要。本文的研究有效填補(bǔ)了此方面的空缺，有助于提升列車廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。

1 列車廣播與信息顯示系統(tǒng)需求分析

列車廣播與信息顯示系統(tǒng)主要是為司機(jī)間、司機(jī)與乘客之間的對(duì)話交流以及列車報(bào)站等方面提供服務(wù)。為保障該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性以及實(shí)用性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，從播報(bào)功能以及信息顯示功能兩個(gè)方面，針對(duì)系統(tǒng)需求展開分析。

1.1 系統(tǒng)播報(bào)功能

系統(tǒng)播報(bào)功能主要指的是語(yǔ)音、通信以及報(bào)站等方面的功能，主要包括司機(jī)室對(duì)講、司機(jī)對(duì)乘客廣播、自動(dòng)報(bào)站、中央控制以及音量調(diào)節(jié)等方面。

（1）司機(jī)室對(duì)講功能。司機(jī)室對(duì)講功能要求一輛列車兩端的司機(jī)室能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)通話。若兩輛列車重連，則四個(gè)司機(jī)室的司機(jī)應(yīng)能夠互相進(jìn)行通話，且通話內(nèi)容并不會(huì)傳達(dá)給乘客。此外，參與通話的司機(jī)還要能通過監(jiān)聽揚(yáng)聲器聽取通話內(nèi)容，以LED 指示燈識(shí)別對(duì)方呼叫信息。

（2）司機(jī)對(duì)客室廣播功能。司機(jī)在有需求時(shí)，需要能通過選擇人工廣播，對(duì)客室進(jìn)行廣播或者通話。當(dāng)兩輛列車互聯(lián)時(shí)，司機(jī)室還要能對(duì)所有乘客進(jìn)行廣播。

（3）司機(jī)與乘客對(duì)話功能。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事故或者緊急事件時(shí)，乘客需借助緊急按鈕進(jìn)行報(bào)警，司機(jī)聽到報(bào)警聲音，顯示面板同時(shí)將顯示報(bào)警乘客所在的車廂號(hào)碼。司機(jī)與乘客進(jìn)行通話，通話結(jié)束后，雙方位置上的通話指示燈會(huì)熄滅。

（4）自動(dòng)報(bào)站功能。列車廣播系統(tǒng)需要能夠進(jìn)行全自動(dòng)、半自動(dòng)以及人工播放站名和注意事項(xiàng)，用戶能夠?qū)V播內(nèi)容進(jìn)行更改，司機(jī)可根據(jù)實(shí)際需求激活或者終止播報(bào)。列車廣播語(yǔ)言應(yīng)包括漢語(yǔ)普通話和英語(yǔ)兩種。

（5）優(yōu)先級(jí)劃分功能。廣播系統(tǒng)中，各功能的優(yōu)先級(jí)排列如下：客室報(bào)警為最高級(jí)別，其次是兩端司機(jī)對(duì)講，再次為司機(jī)語(yǔ)音播報(bào)，語(yǔ)音報(bào)站功能級(jí)別高于其他語(yǔ)音信息播報(bào)，最后是背景音樂的播放[1]。

（6）音量調(diào)節(jié)功能。由于客室音量不固定，為保障乘客能夠始終聽清廣播內(nèi)容，廣播系統(tǒng)應(yīng)具備音量自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。廣播音量應(yīng)始終比客室噪聲高10 dB，但不得高于95 dB，以確保乘客能夠聽清楚廣播內(nèi)容。

（7）系統(tǒng)高冗余性。為保障列車得以正常運(yùn)行，首尾司機(jī)室的系統(tǒng)要能夠互為熱備份，在司機(jī)室廣播控制器出現(xiàn)問題時(shí)，可及時(shí)進(jìn)行切換，另一端司機(jī)能夠需能對(duì)列車廣播進(jìn)行有效控制。

1.2 系統(tǒng)顯示功能

根據(jù)列車實(shí)際運(yùn)行需求，其系統(tǒng)顯示應(yīng)具備站點(diǎn)信息顯示和實(shí)時(shí)視頻播放兩個(gè)方面的功能。其中，站點(diǎn)播報(bào)顯示功能主要包括以下內(nèi)容。

（1）到站顯示。主要是通過屏幕顯示到站信息，并預(yù)報(bào)下一站站名以及列車線路、方向等其他相關(guān)運(yùn)營(yíng)信息。

（2）語(yǔ)言類別顯示。應(yīng)同時(shí)顯示簡(jiǎn)體中文以及英文。

（3）到站顯示與列車廣播同步。需要在每個(gè)列車的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)信息顯示裝置，位于列車門上方，顯示列車區(qū)間、方向、種類等，確保字跡清晰、醒目。

實(shí)時(shí)視頻播放功能主要包括以下內(nèi)容。

（1）實(shí)時(shí)視頻播放。通過無(wú)線通信接口的音頻視頻播放裝置，實(shí)現(xiàn)中英文文字和圖像的顯示，還能夠應(yīng)用中央圖像服務(wù)器，采用數(shù)字存儲(chǔ)播放或者光驅(qū)形式進(jìn)行顯示播放。司機(jī)室能夠通過手動(dòng)控制數(shù)字信號(hào)，選擇適當(dāng)播放形式，或者按照系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)設(shè)置進(jìn)行自動(dòng)選擇。

（2）實(shí)時(shí)視頻播放與客室監(jiān)視。實(shí)時(shí)視頻播放主要用于播放視頻節(jié)目，客室監(jiān)視是指司機(jī)對(duì)客室內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，通過監(jiān)視器和攝像機(jī)，進(jìn)行監(jiān)視信息的傳輸和播放。

2 列車廣播系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

根據(jù)對(duì)列車廣播系統(tǒng)功能需求的分析，每輛列車需要配備兩套廣播系統(tǒng)，每套廣播系統(tǒng)需要包括司機(jī)室系統(tǒng)、客室系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)三個(gè)部分，采用模塊化形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括電源、接口、客室及中央處理等多個(gè)模塊。系統(tǒng)主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）兼具硬件以及軟件平臺(tái)，通過總線進(jìn)行控制，并能夠根據(jù)實(shí)際需求以及所用技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)展。

（2）具備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，能與監(jiān)控系統(tǒng)總線相連，通過司機(jī)室中控系統(tǒng)和顯示器，對(duì)廣播系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)視。

（3）具有標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平接口，能夠與車門狀態(tài)、速度等繼電器相接，還能夠與傳感器相連，精準(zhǔn)定位，準(zhǔn)確報(bào)站。

（4）系統(tǒng)架構(gòu)為后續(xù)系統(tǒng)的升級(jí)優(yōu)化和使用維護(hù)提供極大便利，而且能夠進(jìn)行多供貨商零部件之間的互換。

3 列車廣播與信息顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 廣播播報(bào)實(shí)現(xiàn)

3.1.1 列車導(dǎo)線設(shè)置

結(jié)合上述對(duì)列車廣播系統(tǒng)功能的分析以及系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，廣播系統(tǒng)包括6 根3 對(duì)列車導(dǎo)線，其中一對(duì)導(dǎo)線主要用于廣播音頻信號(hào)的傳播，一對(duì)用于傳輸對(duì)講/報(bào)警音頻信號(hào)，一對(duì)作為系統(tǒng)控制線，主要控制系統(tǒng)狀態(tài)，同時(shí)負(fù)責(zé)模塊間的命令傳輸。為減少列車導(dǎo)線數(shù)量，同時(shí)確保列車重連狀態(tài)下司機(jī)室仍然具備通話等功能，同時(shí)在對(duì)講/報(bào)警音頻傳輸方面進(jìn)行兩線雙工設(shè)計(jì)，相應(yīng)呼叫、應(yīng)答功能則通過總線實(shí)現(xiàn)，以有效減少線路使用數(shù)量，同時(shí)避免模塊間的通信與總線沖突。

3.1.2 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用CAN 總線控制方式保障各節(jié)點(diǎn)之間的通信，在保障系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)，提升各模塊通信以及系統(tǒng)控制的便利性。而且，還能夠有效減少?zèng)_突問題。當(dāng)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息，系統(tǒng)會(huì)按照優(yōu)先級(jí)要求進(jìn)行信息傳輸，以優(yōu)先級(jí)較高的節(jié)點(diǎn)為主，待其傳輸完畢后，再安排優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)傳輸，避免網(wǎng)絡(luò)癱瘓。此外，CAN 總線傳輸方式速率較快、時(shí)間較短，受到的干擾影響較少，還可根據(jù)實(shí)際需求自動(dòng)選擇傳輸介質(zhì)，并在節(jié)點(diǎn)存在嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)自動(dòng)進(jìn)行關(guān)閉，而總線上的其他節(jié)點(diǎn)操作并不會(huì)受到影響。

3.1.3 音頻傳輸及音量調(diào)整設(shè)計(jì)

列車行駛過程會(huì)受到周圍環(huán)境以及各種電氣設(shè)備的干擾影響，使得乘客難以聽清楚廣播信息內(nèi)容。為確保廣播音頻信號(hào)的穩(wěn)定性、廣播內(nèi)容清晰，需要對(duì)音頻信號(hào)傳輸進(jìn)行設(shè)計(jì)。在傳輸模式方面，采用定壓傳輸方式，提高功放輸出信號(hào)，以此避免電氣設(shè)備帶來的影響，確保接收端能夠接收到穩(wěn)定的音頻信號(hào)。此外，系統(tǒng)還需要具備廣播音量自動(dòng)調(diào)整功能。列車的運(yùn)行過程中存在各種噪聲，會(huì)影響乘客獲取廣播信息。對(duì)此，應(yīng)使用終端揚(yáng)聲器對(duì)客室內(nèi)的噪聲進(jìn)行檢測(cè)，提取各客室的噪聲平均值，以此合理地進(jìn)行廣播音量的調(diào)整。對(duì)此，可采用實(shí)時(shí)控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于噪聲的自動(dòng)采集以及音量的實(shí)時(shí)調(diào)整，將噪聲傳感器安裝在遠(yuǎn)離揚(yáng)聲器的位置，在廣播開始前或者廣播間隙，對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行采集放大處理，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字模式，以此為依據(jù)進(jìn)行音量的自動(dòng)調(diào)整。為避免出現(xiàn)突發(fā)性噪聲，需要在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次噪聲采集，然后計(jì)算平均值，作為音量調(diào)整的參考[2]。

3.1.4 其他性能設(shè)計(jì)

為保障系統(tǒng)功能，在進(jìn)行廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員還需要考慮系統(tǒng)的通用性、可靠性以及電磁兼容性等多個(gè)方面。在系統(tǒng)通用性方面，應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)模式，確保每個(gè)功能模塊都相對(duì)獨(dú)立，并針對(duì)無(wú)法確定的外部接口，設(shè)計(jì)獨(dú)立的控制模塊，避免模塊間出現(xiàn)互相干擾的情況。對(duì)于控制系統(tǒng)通信協(xié)議不確定性等相關(guān)問題，可通過調(diào)整中央控制器擴(kuò)展模塊解決，以此確保系統(tǒng)的可靠性、靈活性。此外，每個(gè)模塊都采用單獨(dú)供電、光電耦合等方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)電源與地線之間以及模塊數(shù)據(jù)和控制命令間的有效隔離，確保了系統(tǒng)的電磁兼容性。

3.2 信息顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.2.1 乘車信息顯示設(shè)計(jì)

乘車信息顯示主要是通過液晶顯示器向乘客展示列車、站點(diǎn)等相關(guān)信息，主要內(nèi)容包括到站站名、下一站站名、運(yùn)行路線靜態(tài)展示、運(yùn)行區(qū)間動(dòng)態(tài)顯示、列車運(yùn)行服務(wù)信息以及車門開啟方向、狀態(tài)顯示。在實(shí)際顯示列車運(yùn)營(yíng)服務(wù)信息的過程中，顯示屏上需要同時(shí)具備簡(jiǎn)體中文以及英文文字和圖像信息。由于乘車信息顯示內(nèi)容包括文字、圖片信息，而且顯示內(nèi)容中部分內(nèi)容是固定的，而另一部分是變動(dòng)的，因此，需要對(duì)相應(yīng)信息進(jìn)行數(shù)字化處理，并將其存儲(chǔ)在圖像中央服務(wù)器當(dāng)中，對(duì)固定信息進(jìn)行保護(hù)，確保其不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)漏情況，對(duì)于變動(dòng)信息則需要根據(jù)實(shí)際列車行進(jìn)方向、到站站點(diǎn)等及時(shí)進(jìn)行變動(dòng)更新。此外，還需要確保乘車信息顯示內(nèi)容與列車廣播同步，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，從中央服務(wù)器讀取的信息命令，需要通過列車廣播命令進(jìn)行觸發(fā)，以此保障二者內(nèi)容的同步[3]。

3.2.2 視頻信息顯示設(shè)計(jì)

視頻信息主要是針對(duì)客室而言，為乘客服務(wù)，顯示內(nèi)容為列車運(yùn)行信息以及視頻新聞。實(shí)時(shí)新聞播放設(shè)計(jì)，需要根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求選擇能夠與無(wú)線通信接口連接的光驅(qū)播放裝置，并將其與顯示裝置連接在一起，以此達(dá)到圖像、影像的顯示目的。實(shí)時(shí)新聞播放裝置主要包括圖像中央服務(wù)器、調(diào)制器以及客室顯示器等多種裝置。此外，要求新聞播放通信接口能與相應(yīng)顯示裝置兼容，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)于實(shí)時(shí)新聞以及數(shù)字電視節(jié)目的播出。此外，還可以將相應(yīng)視頻播放內(nèi)容通過DVD 光盤存儲(chǔ)在圖像中央服務(wù)器當(dāng)中，直接進(jìn)行播出。在實(shí)際進(jìn)行視頻信息播放時(shí)，可通過手動(dòng)或者自動(dòng)控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)于無(wú)線通信接口、圖像中央服務(wù)器或者DVD 信號(hào)的有效控制。手動(dòng)方式就是人工進(jìn)行選擇，而自動(dòng)控制則是事先預(yù)設(shè)好程序優(yōu)先級(jí)，系統(tǒng)根據(jù)不同信號(hào)的優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行自動(dòng)播放，以此保障視頻信息顯示播放的連續(xù)性和順暢性[4]。

3.2.3 客室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

客室監(jiān)控系統(tǒng)主要用于以下兩種情況：其一，在正常狀態(tài)下，司機(jī)室對(duì)客室情況的監(jiān)控查看；其二，在緊急狀態(tài)下，司機(jī)對(duì)客室乘客活動(dòng)情況的監(jiān)控，例如，在乘客觸動(dòng)緊急按鈕之后，司機(jī)需要通過相應(yīng)位置的監(jiān)控設(shè)備，了解客室內(nèi)實(shí)際情況，并采取相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施，以此減少損失。此外，還需要對(duì)客室內(nèi)監(jiān)控視頻信息進(jìn)行存儲(chǔ)，以供后續(xù)監(jiān)控視頻的調(diào)取、回放。

根據(jù)上述客室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，首先，需要在客室設(shè)置彩色攝像機(jī)，并合理布設(shè)攝像機(jī)的位置，保持最佳監(jiān)控效果，確保客室情況能夠無(wú)盲區(qū)、無(wú)死角地傳輸?shù)剿緳C(jī)室，保障司機(jī)室能夠清楚地觀察乘客狀態(tài)、緊急報(bào)警器及按鈕的情況；其次，應(yīng)在司機(jī)室設(shè)置圖像中央服務(wù)器以及監(jiān)控畫面顯示器，供司機(jī)查看客室情況，而且相應(yīng)顯示器能夠?qū)⒄麄€(gè)列車的監(jiān)控圖像顯示在同一畫面當(dāng)中，也可手動(dòng)選擇某一畫面，或者進(jìn)行圖像自動(dòng)巡視，即每隔一段時(shí)間，顯示器能夠自動(dòng)更換顯示畫面；最后，若出現(xiàn)乘客觸動(dòng)緊急按鈕等情況，需要監(jiān)視器能夠自動(dòng)對(duì)該圖像進(jìn)行記錄和保存，以供后續(xù)查看。此外，要求圖像前端能夠?qū)α熊噧蓚?cè)的司機(jī)室信號(hào)進(jìn)行接收，以此保障監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性以及可靠性[5]。

4 結(jié) 語(yǔ)

在實(shí)際進(jìn)行列車廣播與信息顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于廣播系統(tǒng)實(shí)際功能的分析和研究，明確系統(tǒng)應(yīng)用需求，并以此為基礎(chǔ)，采取模塊化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方式，保障各模塊之間的獨(dú)立性，同時(shí)還能夠進(jìn)行通信信號(hào)的有機(jī)傳輸，確保司機(jī)室廣播、客室廣播、通信網(wǎng)絡(luò)以及信息顯示系統(tǒng)之間能夠良好配合，實(shí)現(xiàn)廣播內(nèi)容與視頻信息顯示內(nèi)容的同步性和一致性，在保障信號(hào)傳輸穩(wěn)定性以及可靠性的同時(shí)，提高系統(tǒng)的抗干擾性能，確保廣播信息能夠準(zhǔn)確地被乘客獲取，為乘客、司機(jī)以及相關(guān)工作人員提供良好服務(wù)。