地鐵緊急對講和列車廣播功能設(shè)計

趙東霞 蔣國華

摘要：在目前城市軌道交通全自動駕駛快速發(fā)展的情況下，為了適應(yīng)全自動駕駛場景的特殊需求，提出了乘客緊急對講和列車廣播2種業(yè)務(wù)，描述了乘客緊急對講和列車廣播的業(yè)務(wù)需求來源、業(yè)務(wù)實現(xiàn)的體系架構(gòu)、具體的業(yè)務(wù)流程及技術(shù)難點。通過這2種業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，提高了城市軌道交通在全自動駕駛場景下的應(yīng)急處理能力、運營的安全性和可靠性，為城市軌道交通的全自動駕駛提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：全自動駕駛；緊急對講；列車廣播

中圖分類號：TP391.4文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2018）13-68-4

Design on Metro Emergency Call and Train Broadcast Function

ZHAO Dongxia1，JIANG Guohua2

（1. Zhengzhou Metro Group Co.， Ltd， Zhengzhou Henan 450000， China； 2. Hebei Far-east Communication System Engineering Co.， Ltd， Shijiazhuang Hebei 050200， China）

0引言

近年來，國內(nèi)較多城市軌道交通線路開始嘗試全自動駕駛技術(shù)，今年開通的北京燕房線、上海8號線3期等計劃在通車后實現(xiàn)“全自動運行”，南京7號線也按照全自動駕駛設(shè)計。

全自動駕駛是指將列車駕駛員執(zhí)行的工作完全交由自動化的、高度集中的列車運行系統(tǒng)完成。在有人駕駛的情況下，司機不僅承擔(dān)控制列車運行的職責(zé)，而且需要對列車內(nèi)發(fā)生的緊急情況進行處理，同時向列車中的乘客廣播通知信息。但是，在無人駕駛的情況下，由于沒有列車司機的存在，如何第一時間獲得列車車廂內(nèi)的實時狀況，并同時對乘客進行通知和疏導(dǎo)，成為在無人駕駛情況下需要迫切解決的一個應(yīng)用場景。為了應(yīng)對這2種可能的實際場景，設(shè)計了乘客緊急對講和列車廣播2種業(yè)務(wù)。

1總體設(shè)計

乘客緊急對講是在密閉的車廂中，當發(fā)生意外情況時，例如火災(zāi)、投毒及暴力侵害等安全事件時，乘客可通過列車緊急對講按鈕與行車調(diào)度員通話聯(lián)系，方便運營工作人員對緊急情況進行處理及收集。

列車廣播功能是指用戶能夠通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)（TIAS）調(diào)度臺對指定單個或者多個列車發(fā)起廣播呼叫，在無線系統(tǒng)、車載PA系統(tǒng)配合下實現(xiàn)乘客廣播，廣播的對象是列車車廂內(nèi)的乘客等人員。通常用于事件通知、危險預(yù)警及緊急疏散等情況。

乘客緊急對講和列車廣播功能涉及到的系統(tǒng)包括TIAS、LTE專用無線系統(tǒng)和車載廣播系統(tǒng)（車載PA），如圖1所示。LTE專用無線系統(tǒng)負責(zé)在TIAS和車載PA之間提供語音和信令通道，支持TIAS調(diào)度臺對車載PA進行列車廣播和乘客緊急對講功能。LTE系統(tǒng)主要由核心網(wǎng)、基站及車載接入單元（TAU）等設(shè)備構(gòu)成，核心網(wǎng)設(shè)備部署在控制中心機房，基站部署在軌行區(qū)沿線及車站機房，TAU部署在列車車頭和車尾。LTE系統(tǒng)中，在中心側(cè)由核心網(wǎng)負責(zé)對TIAS系統(tǒng)提供接口，在列車上由TAU負責(zé)對車載PA提供接口。TIAS和車載PA各自負責(zé)業(yè)務(wù)信令收發(fā)、解析及通話語音的編解碼處理。維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)，進行有限元靜力學(xué)分析。

1.1 TIAS調(diào)度臺

TIAS調(diào)度臺是一套配置有MIC、揚聲器等音頻附件的通用計算機設(shè)備，設(shè)備上安裝部署TIAS調(diào)度臺應(yīng)用軟件，具體模塊如圖2所示。TIAS調(diào)度臺軟件主要有界面模塊（GUI）、呼叫處理模塊、PA接口模塊及音頻處理模塊4個功能模塊，①界面模塊為調(diào)度員提供人機操作界面；②呼叫處理模塊為GUI提供接口函數(shù)，維護呼叫信息，控制音頻處理模塊音頻處理開關(guān)，并負責(zé)完成本地錄音；③PA接口模塊負責(zé)與車載PA進行網(wǎng)絡(luò)通信，傳輸信令及媒體流（數(shù)字編碼）；④音頻處理模塊負責(zé)模擬音頻的采集、音頻編解碼、數(shù)字音頻輸入輸出（與呼叫處理模塊間）及音頻播放等。

1.2車載PA

車載PA軟件中主要由TIAS通信模塊和音頻處理模塊2個模塊負責(zé)處理乘客緊急對講和列車廣播業(yè)務(wù)，其中，TIAS通信模塊負責(zé)與TIAS調(diào)度臺進行網(wǎng)絡(luò)通信，傳輸信令及媒體流（數(shù)字編碼）；音頻處理模塊負責(zé)模擬音頻的采集、音頻編解碼、數(shù)字音頻輸入輸出（與TIAS通信模塊間）及音頻播放，具體模塊劃分如圖3所示。

2基本業(yè)務(wù)流程

2.1乘客緊急對講

通過TIAS調(diào)度臺進行列車乘客緊急對講功能時，需要遵循1個調(diào)度臺、1套車載PA僅支持1個列車乘客緊急對講任務(wù)，即當某個調(diào)度臺參與到乘客緊急對講時，必須保證其他調(diào)度臺沒有對該列車執(zhí)行上述操作。由TIAS調(diào)度臺負責(zé)實現(xiàn)上述任務(wù)的閉鎖，防止出現(xiàn)任務(wù)沖突。TIAS可以拒絕后發(fā)起的呼叫，也可以先結(jié)束正在進行的呼叫然后繼續(xù)處理后續(xù)的呼叫。乘客發(fā)起的緊急呼叫請求可能同時呈現(xiàn)到多個TIAS操作臺，當1個TIAS操作用戶處理該請求時應(yīng)該通知其他TIAS操作臺，以保持該呼叫任務(wù)狀態(tài)同步，防止其他TIAS調(diào)度臺重復(fù)操作。

當多個乘客操作車載PA發(fā)起緊急呼叫時，這些呼叫請求都將被LTE系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)給TIAS系統(tǒng)，由TIAS調(diào)度席位選擇先應(yīng)答處理哪一個呼叫，其他呼叫繼續(xù)排隊等待。特殊情況下，TIAS調(diào)度用戶也可以主動發(fā)起乘客緊急呼叫。乘客緊急對講信息帶有車組號、車廂號和話筒號等標識信息，需要注意的是，同一列車車廂的同一個話筒只能有一個正在處理的呼叫，乘客緊急呼叫流程如圖4所示。

2.2列車廣播

列車廣播呼叫對象可以是一個列車，也可以是多個列車，其通話語音總是TIAS調(diào)度臺至車載PA單向傳輸?shù)摹８鶕?jù)該業(yè)務(wù)特點，列車廣播呼叫的語音采用組呼方式發(fā)送至車載PA，列車廣播流程如圖5所示。

3關(guān)鍵技術(shù)與實現(xiàn)

3.1信令控制

3.1.1呼叫沖突

為了確保方案可靠性，需要考慮各種沖突情況下的處理辦法，各種典型沖突情況及建議的處理方式如下：

①當車載PA接收到TIAS發(fā)起的呼叫時，如果車載PA設(shè)備當前正在進行高優(yōu)先級呼叫，則向TIAS發(fā)送出錯消息。

②當車載PA接收到TIAS發(fā)起的呼叫時，如果車載PA設(shè)備當前正在進行低優(yōu)先級呼叫，則掛斷低優(yōu)先級呼叫，并接通此呼叫，之后向TIAS發(fā)送確認消息。

③當車載PA接收到同一個TIAS調(diào)度臺發(fā)起的呼叫，且車載PA當前正在進行同等優(yōu)先級的呼叫時，則向TIAS發(fā)送呼叫確認，防止呼叫確認丟失。

④當車載PA接收到不同的TIAS調(diào)度臺發(fā)起的呼叫，且車載PA當前正在進行同等優(yōu)先級的呼叫時，則向TIAS發(fā)送出錯消息。

⑤當車載PA接收到TIAS發(fā)送的結(jié)束請求時，如果車載PA設(shè)備當前處于空閑狀態(tài)（進行其他業(yè)務(wù)，并無相應(yīng)呼叫），則回復(fù)確認消息。

⑥當乘客操作車載PA發(fā)起緊急對講業(yè)務(wù)時，如果車載PA檢測到中心側(cè)TIAS調(diào)度臺均未在線，則直接通過車載PA操作設(shè)備提示操作失敗（出錯提示音或指示燈）。

⑦在列車廣播或乘客緊急對講期間，如果未按流程接收到對端發(fā)送的語音數(shù)據(jù)包，應(yīng)自行播放靜音數(shù)據(jù)包。

⑧TIAS檢測到車載PA設(shè)備激活端切換時，應(yīng)自動復(fù)位該列車的所有呼叫任務(wù)。

3.1.2超時保護

業(yè)務(wù)發(fā)起方應(yīng)做定時保護，在發(fā)送業(yè)務(wù)請求后，如果在定時保護超時后仍沒有接收到對端確認，應(yīng)進行復(fù)位，并支持重新發(fā)起操作。超時處理流程如表1所示。

3.2音頻編解碼

在乘客緊急對講和列車廣播呼叫業(yè)務(wù)中，其語音編解碼方式如表2所示。

PCM編碼方式還原度高，音質(zhì)好，但是由于沒有經(jīng)過編解碼壓縮，所以占用帶寬較大，實際使用中容易和承載在LTE上的其他業(yè)務(wù)搶占帶寬。ACELP是TETRA標準定義的語音編解碼，占用帶寬較小，編碼速率規(guī)定，無法靈活選擇編解碼方式，其應(yīng)用范圍較少，可能需要對編碼數(shù)據(jù)進行二次轉(zhuǎn)換。AMR編碼方式是無線通信中廣泛使用的語音編碼方式，占用帶寬較小，有多種可選的編解碼速率，比較適合無線信道中的通話語音編解碼。綜上所述，在綜合考慮帶寬、技術(shù)難度、應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，建議優(yōu)先采用AMR語音編碼方式。

4結(jié)束語

在城市軌道交通全自動駕駛的實現(xiàn)過程中，會涉及到各種各樣不同的應(yīng)用場景，需要解決各種各樣不同的應(yīng)用問題。以LTE專用無線系統(tǒng)為傳輸通道，實現(xiàn)了TIAS系統(tǒng)和車載PA系統(tǒng)之間的車地語音業(yè)務(wù)，很好地解決了在沒有列車司機的情況下調(diào)度臺和乘客的溝通問題。在城市軌道交通全自動駕駛系統(tǒng)中，利用現(xiàn)代語音通信和自動控制等技術(shù)，全面提升了軌道交通的安全性、可靠性和可維護性，提高了軌道交通的整體自動化水平和運行效率，是未來城市軌道交通技術(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻

[1] European Telecommunications Standards Institute.Radio Equipment and Systems；Trans-European Trunked Radio（TETRA）；Voice plus Data （V+D）；Part 1：General Network Design：ETS 300 392-1[S].European Telecommunications Standards Institute，2009.

[2] European Telecommunications Standards Institute. Radio Equipment and Systems （RES）；Trans-European Trunked Radio （TETRA）；Voice plus Data（V+D）；Part 2：Air Interface（AI）：ETS 300 392-2[S].European Telecommunications Standards Institute，2010.

[3]徐小濤.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[4]鄭祖輝.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2008.

[5]郭梯云，楊家瑋，李建.數(shù)字移動通信（修訂本）[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[6]吳小旺，馮普恩.數(shù)字集群在城市軌道交通調(diào)度通信中的應(yīng)用[J].移動通信，2002（2）：48-49.

[7]劉立元，周承昊.軌道交通TETRA系統(tǒng)的二次開發(fā)應(yīng)用[J].鐵道通信信號，2009，45（4）：55-56.