地鐵車輛全自動(dòng)廣播故障分析及優(yōu)化

韋忠潮　李福斌　鄭吳富

摘 要：文本在介紹列車全自動(dòng)廣播工作原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)正線全自動(dòng)廣播異常問題，深入分析列車廣播系統(tǒng)軟件控制邏輯，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施，最后對(duì)列車廣播系統(tǒng)軟件實(shí)施整改，保證了列車廣播系統(tǒng)的可靠性以及列車運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛 全自動(dòng)廣播 中央控制器 動(dòng)態(tài)地圖

Automatic Broadcast Fault Analysis and Optimization of Metro Vehicles

Wei Zhongchao，Li Fubin，Zheng Wufu

Abstract：On the basis of introducing the working principle of automatic train broadcasting， this paper analyzes the software control logic of the train broadcasting system deeply in view of the abnormal problem of automatic train broadcasting on the main line， and puts forward the corresponding optimization measures. Finally， the software of the train broadcasting system is rectified to ensure the reliability of the train broadcasting system and the quality of train operation service.

Key words：subway vehicles， fully automatic broadcast， central controller， dynamic map

1 引言

乘客信息系統(tǒng)（PIS）作為與乘客直接接觸的列車系統(tǒng)之一，其主要功能是為乘客提供高質(zhì)量的音視頻和文本信息等服務(wù)[1-2]。而列車廣播系統(tǒng)作為乘客信息系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于列車的正線運(yùn)營(yíng)有著重要的影響，在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下可為乘客提供各種信息廣播；在發(fā)生自然災(zāi)害或是其他緊急情況下，可通過啟動(dòng)緊急廣播、緊急對(duì)講等功能，指揮乘客疏散，減少意外造成的損失[3]。

南寧軌道交通3號(hào)線開通運(yùn)營(yíng)后共計(jì)出現(xiàn)2起全自動(dòng)廣播報(bào)站故障，該故障導(dǎo)致列車廣播無法正常播報(bào)，嚴(yán)重影響正線運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量，為此本文全面分析了全自動(dòng)報(bào)站廣播的實(shí)現(xiàn)機(jī)制并找出故障原因，最后采取措施優(yōu)化中央控制器軟件。

2 系統(tǒng)概述

列車廣播系統(tǒng)設(shè)備包括司機(jī)室廣播主機(jī)、客室廣播主機(jī)、廣播控制盒等，可實(shí)現(xiàn)報(bào)站廣播、乘客緊急對(duì)講、司機(jī)對(duì)講等功能，系統(tǒng)框圖如圖1所示。列車廣播報(bào)站模式分為三種：全自動(dòng)模式、半自動(dòng)模式、手動(dòng)模式，一般正線運(yùn)營(yíng)載客主要使用全自動(dòng)模式，全自動(dòng)報(bào)站模式是通過TCMS將信號(hào)系統(tǒng)給出的信息控制代碼轉(zhuǎn)發(fā)到列車廣播系統(tǒng)后，自動(dòng)觸發(fā)列車報(bào)站廣播。

3 全自動(dòng)報(bào)站實(shí)現(xiàn)機(jī)制

3.1 工作原理

列車廣播系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收TCMS發(fā)來的指令（指令來源于信號(hào)系統(tǒng)），自動(dòng)觸發(fā)以及播放預(yù)存儲(chǔ)的報(bào)站廣播音頻，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)廣播報(bào)站功能，具體實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。全自動(dòng)廣播報(bào)站模式的站點(diǎn)信息以信號(hào)系統(tǒng)的指令為準(zhǔn)，廣播系統(tǒng)只作被動(dòng)播放和顯示。

3.2 報(bào)站邏輯

南寧3號(hào)線以下一站ID、預(yù)到站信息、列車與站臺(tái)距離的變化作為觸發(fā)列車預(yù)到站、到站廣播的邏輯條件，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)報(bào)站廣播，報(bào)站時(shí)序圖如圖3所示，其中預(yù)到站信息1=預(yù)到站，2=到站，4=預(yù)出站，8=出站。

（1）列車距到站約20秒時(shí)，TCMS系統(tǒng)收到ATC實(shí)時(shí)發(fā)送的當(dāng)前站ID=0，下一站ID為N（前方站臺(tái)的站ID），預(yù)到站信息由0→1信息時(shí)，滿足以上條件，觸發(fā)到站廣播。

（2）列車車頭開始進(jìn)入站臺(tái)區(qū)域后，預(yù)到站信息由1→2，當(dāng)前站ID更新為N，表明列車已到達(dá)N站。

（3）列車在離站10S前，預(yù)到站信息由0→4，下一站ID在當(dāng)前站N的基礎(chǔ)上+1（N+1）。

（4）列車開始離站時(shí)，預(yù)到站信息由4→8，觸發(fā)N+1站的預(yù)到站廣播，直至列車車尾離開當(dāng)前站，站ID由變?yōu)?，表明列車已離開N站，依次循環(huán)，完成列車全線站點(diǎn)的預(yù)到站、到站廣播的功能。

4 問題分析

4.1 故障現(xiàn)象

南寧3號(hào)線列車（Tc1車為駕駛端）從總部基地下行站臺(tái)出發(fā)后，動(dòng)態(tài)地圖、LED顯示屏卡死總部基地站，且無報(bào)站廣播，列車到達(dá)終點(diǎn)站換端后，整車動(dòng)態(tài)地圖進(jìn)入開機(jī)歡迎界面，LED顯示屏來回切換滾動(dòng)實(shí)時(shí)站與總部基地，重啟故障端司機(jī)室廣播主機(jī)電源空開后恢復(fù)正常。

4.2 原因分析

根據(jù)TCMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，信號(hào)系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)可正常發(fā)送列車終點(diǎn)站ID、預(yù)到站信息等至列車廣播系統(tǒng)，故可排除全自動(dòng)廣播報(bào)站模式下，信號(hào)系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)對(duì)列車廣播系統(tǒng)的影響，初步判斷為列車廣播系統(tǒng)故障導(dǎo)致。

4.2.1 中央控制器數(shù)據(jù)分析

（1）查看列車廣播系統(tǒng)中央控制器數(shù)據(jù)，故障開始時(shí)刻，Tc1車鑰匙占有，起始站、終點(diǎn)站、當(dāng)前站、下一站ID分別為01、17、12、13，滿足列車條件，列車觸發(fā)預(yù)到站廣播，隨后中央控制器數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，無法正常接收新的站點(diǎn)信息，數(shù)據(jù)一直停留在總部基地站。

（2）換端后，Tc2車鑰匙占有，起始站、終點(diǎn)站、當(dāng)前站、下一站ID分別為17、01、17、17，但同時(shí)間，中央控制器記錄到Tc1車備用占有，起始站、終點(diǎn)站、當(dāng)前站、下一站ID分別為01、17、12、13分，即列車換端前總部基地的數(shù)據(jù)。

根據(jù)中央控制器數(shù)據(jù)以及結(jié)合全自動(dòng)報(bào)站邏輯可知，總部基地預(yù)到站廣播觸發(fā)后，Tc1中央控制器程序發(fā)生鎖死，導(dǎo)致后續(xù)站點(diǎn)信息無法更新，表現(xiàn)為無報(bào)站廣播，動(dòng)態(tài)地圖畫面顯示總部基地站；當(dāng)列車換端（Tc2有鑰匙激活）后，Tc1車中央控制器未正常降為備端，兩端中央控制器同時(shí)向動(dòng)態(tài)地圖發(fā)送數(shù)據(jù)，Tc1中央控制器發(fā)送終點(diǎn)站ID為17，Tc2中央控制器發(fā)送終點(diǎn)站ID為01，動(dòng)態(tài)地圖不斷進(jìn)行上行及下行路線切換，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)地圖進(jìn)入開機(jī)歡迎（屏保）界面。

4.2.2 兩端中央控制器升主分析

目前為避免車上所有終端設(shè)備同時(shí)向中央控制器發(fā)送心跳包，程序設(shè)計(jì)為以500毫秒為1個(gè)周期，周期內(nèi)終端設(shè)備隨機(jī)向中央控制器反饋心跳包，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過設(shè)定值時(shí)，中央控制器線程會(huì)進(jìn)行CPU資源釋放。查看故障時(shí)刻的中央控制器代碼，發(fā)現(xiàn)在語音結(jié)束時(shí)有一段用于推送殘留在音頻緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的處理代碼，判斷在執(zhí)行該段代碼的同時(shí)，緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包出現(xiàn)上溢，故閉鎖了另一個(gè)時(shí)序接收的線程，造成寫入數(shù)據(jù)的等待（微秒級(jí)），同時(shí)執(zhí)行了停止操作（微秒級(jí)），因停止操作與音頻時(shí)序在同一線程，無法寫入新時(shí)序推送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致另一線程仍然死等在準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)狀態(tài)，形成了互鎖。

4.2.3 驗(yàn)證

結(jié)合不同列車2次Tc1車中央控制器鎖死均出現(xiàn)在觸發(fā)總部基地預(yù)到站廣播的情況以及數(shù)據(jù)，懷疑總部基地預(yù)到站廣播在未播放完全時(shí)被到站廣播打斷，即中央控制器的線程在進(jìn)行播放總部基地預(yù)到站廣播的同時(shí)，釋放總部基地站到站廣播，極端情況下（網(wǎng)絡(luò)突發(fā)數(shù)據(jù)量大），造成Tc1車中央控制器線程偶發(fā)鎖死。

根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送的預(yù)到站信息，兩次故障發(fā)生時(shí)，總部基地預(yù)到站廣播分別觸發(fā)27S、29S后，收到了觸發(fā)報(bào)站廣播的指令，而總部基地預(yù)到站廣播時(shí)長(zhǎng)為30秒，證明兩次故障發(fā)生時(shí)，均出現(xiàn)總部基地預(yù)到站廣播被打斷情況。

為進(jìn)一步驗(yàn)證中央控制器線程在釋放資源同時(shí)進(jìn)行播放控制會(huì)導(dǎo)致中央控制器發(fā)生概率鎖死，根據(jù)兩次故障現(xiàn)象，改寫程序（向中央控制器發(fā)送數(shù)據(jù)量提高十幾倍），對(duì)比正常播放廣播與打斷廣播兩種情況下，列車廣播系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

（1）在HMI屏上操作報(bào)站廣播，隨機(jī)選擇站點(diǎn)進(jìn)行預(yù)到站廣播，預(yù)到站結(jié)束后進(jìn)行到站廣播，重復(fù)5次，系統(tǒng)各設(shè)備無異常；

（2）在HMI屏上操作報(bào)站廣播，隨機(jī)選擇站點(diǎn)進(jìn)行預(yù)到站廣播，預(yù)到站廣播播放過程中，操作到站廣播進(jìn)行打斷，重復(fù)3次，故障復(fù)現(xiàn)2次。表現(xiàn)為：程序鎖死，操作報(bào)站廣播無法正常觸發(fā)，動(dòng)態(tài)地圖站點(diǎn)不更新，換端后占有，整車動(dòng)態(tài)地圖進(jìn)入開機(jī)歡迎界面，如圖4所示，LED顯示屏來回切換顯示兩端中央控制器發(fā)送的站點(diǎn)信息。復(fù)位故障端司機(jī)室廣播主機(jī)的空開后，列車廣播正常觸發(fā)，動(dòng)態(tài)地圖、LED顯示屏顯示正常。

4.2.4 故障原因

綜上可知，由于中央控制器軟件的播放控制與數(shù)據(jù)處理線程結(jié)合起來，當(dāng)中央控制器線程在進(jìn)行播放控制的同時(shí)釋放CPU資源，則存在打斷播放控制的概率，且播放線程與接收線程存在死等邏輯，打斷播放控制將導(dǎo)致接收線程無法停止，造成故障端中央控制器只發(fā)不收。故障端中央控制器發(fā)生鎖死后，無法更新列車預(yù)到站、報(bào)站廣播等數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)地圖、LED顯示屏一直保持顯示總部基地預(yù)到站信息。列車到達(dá)終點(diǎn)站換端后，兩端中央控制器同時(shí)為主，同時(shí)向終端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，因兩端發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致，故動(dòng)態(tài)地圖、LED顯示屏不斷切換上下行站點(diǎn)信息，最終啟動(dòng)終端設(shè)備的保護(hù)機(jī)制，動(dòng)態(tài)地圖進(jìn)入屏保畫面。

5 改進(jìn)措施

針對(duì)軟件在判斷處理機(jī)制上存在bug，極端情況下會(huì)造成播放控制與數(shù)據(jù)處理線程鎖死，導(dǎo)致兩端中央控制器同時(shí)升主問題，對(duì)軟件的實(shí)現(xiàn)邏輯方面進(jìn)行改進(jìn)，后續(xù)如出現(xiàn)類似故障端中央控制器無法接收外部數(shù)據(jù)的情況時(shí)，強(qiáng)制將故障端（主端）中央控制器降為備端，冗余端監(jiān)測(cè)到主端不存在進(jìn)行自動(dòng)升主操作，進(jìn)而保障列車廣播系統(tǒng)能夠正常對(duì)乘客提供服務(wù)。另一方面，原有中央控制器方案在字庫與音頻處理時(shí)采用了同步的操作，為提高運(yùn)維數(shù)據(jù)的處理能力，將耗時(shí)較長(zhǎng)的處理剝離，通過新的線程進(jìn)行處理。

6 結(jié)語

本文針對(duì)地鐵列車正線全自動(dòng)廣播故障，通過了解列車全自動(dòng)廣播實(shí)現(xiàn)的流程以及觸發(fā)的邏輯，分析列車廣播系統(tǒng)中央控制器程序存在的問題，為解決軟件偶發(fā)鎖死故障影響正線客服質(zhì)量問題以及為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，對(duì)中央控制器軟件進(jìn)行了優(yōu)化，整改至今，系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

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