智能車載廣播技術在地鐵中的應用

智能車載廣播技術在地鐵中的應用

梁明亮1， 李勇1，孫晶晶2

(1.鄭州鐵路職業技術學院，河南鄭州450052；2. 河南中原鐵道機務實業有限公司，河南鄭州450052)

摘要：智能車載廣播技術在地鐵中應用廣泛，車載廣播系統是地鐵乘客信息系統(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。車載廣播系統能接收由車站轉發的運營控制指令，實現實時資訊的廣播、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，闡述車載廣播系統的設計方案、工作原理和設備維護方法。

關鍵詞：智能車載廣播；PIS；地鐵；設備維護

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，黎明職業大學經濟與管理學院。研究方向：國際物流，國際貿易。

基金項目：第六屆訂單班學生培養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中，乘客信息系統(Passenger Information System，簡稱PIS)依托現代通信技術和網絡技術，以計算機系統為核心，以車站和車載顯示終端為媒介向乘客提供信息服務，使乘客通過正確的服務信息引導，安全、便捷地乘坐軌道交通。智能車載廣播是PIS系統中的重要組成部分，用于無線電臺語音廣播、人工口播和數字語音條目廣播，實現司機、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系統中車載廣播的系統組成、技術原理和設備維護方法。

1系統功能要求

地鐵車載廣播系統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，并在現場設備進行同步顯示或廣播。因此，地鐵車載廣播系統應采用智能化的先進技術手段，系統功能要求如下。

(1) 數字化報站, 在列車管理系統的協調管理下實現列車到站的自動播報。

(2)兩端司機室對講，在廣播設計時應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)廣播音量能實現自動調節。

(7)在火災及阻塞、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系統總體設計方案

智能化車載廣播系統由司機室車載廣播主機、廣播控制盒、客室廣播分機、通信網絡、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的總體設計框圖。

圖1　系統總體框圖

司機室車載廣播主機、廣播控制盒各設計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節客車車廂里；司機室內車載廣播主機與客室分機通過RS485通信網絡相連，進行通信與語音信號的傳輸，同時還與本節司機室中的無線電臺主機、列車控制診斷系統TCDS等廣播以外設備相連；每臺客室廣播分機與本節客室的揚聲器、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、對講等功能的設置和操作。

3系統工作原理

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的核心控制設備，它可完成車載廣播系統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、車載控制器、無線數據臺、媒體播放器等設備的通信，另外系統還設計集成了列車重連功能，在重連的時候能夠實現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備，未激活端司機室的為備用設備。在正常使用中各種廣播、對講等控制命令均由主用設備執行，當主用設備發生故障時，系統可以自動切換至備用設備工作，也可以由人工通過按“主/備”鍵實現主用設備與備用設備之間的切換。

司機室車載廣播主機設計為機柜的形式，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，用于聯接廣播系統總線、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控系統視頻的接口；(5)CAPU板，即音頻前級選擇，功能為管理無線、MIC對講、數字報站器和LCD伴音音頻，實現音量調節；(6)DVAR模塊，即數字播放器，實現數字化的音頻播放，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，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單片機內含32K字節flash程序存儲器，采用QFP44封裝，是一款具有IAP/ISP在應用可編程功能、加密性好、時鐘頻率高、運行穩定的高檔單片機。

廣播控制盒實現以下功能：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、人工口播和數字語音條目廣播三種操作模式。廣播系統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(低優先級的廣播執行掛起)；進行數字語音條目廣播需先錄制好數字語音信息(如報站信息)，并存于主機數字播放器中的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，根據噪聲值大小自動控制廣播音量輸出的大小；傳輸司機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，用于聯接PIS有客室接口、聯接噪聲檢測器；(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、數字語音條目廣播時，噪聲監測器實時采集客室內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節車廂廣播音量，使廣播音量小于90dB但不低于70dB，比室內噪聲高10dB。

3.5 緊急報警器。

緊急報警器用于車廂內出現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、系統工作穩定。

在客室出現緊急情況或突發事件時，乘客可以通過客室內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)發送到激活端司機室廣播主機控設備的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操作，車載廣播控制總線(RS485)發出應答指令，報警車廂的緊急報警器接口電路將控制客室內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對講。

3.6 顯示器。

司機室前端設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或手動控制輸出后，正確信息于1秒內顯示。終點站顯示器可進行地址設置以區分主、從設備。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/對講監聽揚聲器型式設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：≤-7dB，1KHz；從100Hz到10KHz的頻率響應為± 1dB。

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

4車載廣播設備的維護和故障處理

智能車載廣播系統作為乘客信息系統的重要部分，對可靠性要求高，在設計時著重考慮了可靠性設計，實現了數字化、智能化管理，系統集成度高。主機、分機、功放模塊等進行了主備冗余設計，即主設備損壞時，備用設備能啟用，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，實現系統的熱備份。當然，設備在實際運行過程中，不可能依靠設備自動備份功能能實現所有故障的自動處理，需定期對車載廣播設備進行維保和檢修，系統主要電路可能出現的故障及處理方法總結如表1、表2、表3所示。

表1　司機室廣播主機設備故障處理方法

表2　客室廣播分機設備故障處理方法

表3　乘客緊急報警器故障處理方法

5結語

智能車載廣播系統集電子技術、自動控制技術、網絡通信技術于一體，是PIS乘客信息系統的重要部分，地鐵車載廣播系統的先進性和可靠性對及時傳遞服務信息、創造良好的地鐵乘車環境、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

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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)