地鐵車輛全自動廣播故障分析及優化

韋忠潮　李福斌　鄭吳富

摘 要：文本在介紹列車全自動廣播工作原理的基礎上，針對正線全自動廣播異常問題，深入分析列車廣播系統軟件控制邏輯，并提出相應的優化措施，最后對列車廣播系統軟件實施整改，保證了列車廣播系統的可靠性以及列車運營服務質量。

關鍵詞：地鐵車輛 全自動廣播 中央控制器 動態地圖

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

南寧軌道交通3號線開通運營后共計出現2起全自動廣播報站故障，該故障導致列車廣播無法正常播報，嚴重影響正線運營服務質量，為此本文全面分析了全自動報站廣播的實現機制并找出故障原因，最后采取措施優化中央控制器軟件。

2 系統概述

列車廣播系統設備包括司機室廣播主機、客室廣播主機、廣播控制盒等，可實現報站廣播、乘客緊急對講、司機對講等功能，系統框圖如圖1所示。列車廣播報站模式分為三種：全自動模式、半自動模式、手動模式，一般正線運營載客主要使用全自動模式，全自動報站模式是通過TCMS將信號系統給出的信息控制代碼轉發到列車廣播系統后，自動觸發列車報站廣播。

3 全自動報站實現機制

3.1 工作原理

列車廣播系統實時接收TCMS發來的指令（指令來源于信號系統），自動觸發以及播放預存儲的報站廣播音頻，實現自動廣播報站功能，具體實現流程如圖2所示。全自動廣播報站模式的站點信息以信號系統的指令為準，廣播系統只作被動播放和顯示。

3.2 報站邏輯

南寧3號線以下一站ID、預到站信息、列車與站臺距離的變化作為觸發列車預到站、到站廣播的邏輯條件，從而實現全自動報站廣播，報站時序圖如圖3所示，其中預到站信息1=預到站，2=到站，4=預出站，8=出站。

（1）列車距到站約20秒時，TCMS系統收到ATC實時發送的當前站ID=0，下一站ID為N（前方站臺的站ID），預到站信息由0→1信息時，滿足以上條件，觸發到站廣播。

（2）列車車頭開始進入站臺區域后，預到站信息由1→2，當前站ID更新為N，表明列車已到達N站。

（3）列車在離站10S前，預到站信息由0→4，下一站ID在當前站N的基礎上+1（N+1）。

（4）列車開始離站時，預到站信息由4→8，觸發N+1站的預到站廣播，直至列車車尾離開當前站，站ID由變為0，表明列車已離開N站，依次循環，完成列車全線站點的預到站、到站廣播的功能。

4 問題分析

4.1 故障現象

南寧3號線列車（Tc1車為駕駛端）從總部基地下行站臺出發后，動態地圖、LED顯示屏卡死總部基地站，且無報站廣播，列車到達終點站換端后，整車動態地圖進入開機歡迎界面，LED顯示屏來回切換滾動實時站與總部基地，重啟故障端司機室廣播主機電源空開后恢復正常。

4.2 原因分析

根據TCMS系統數據分析，信號系統、TCMS系統可正常發送列車終點站ID、預到站信息等至列車廣播系統，故可排除全自動廣播報站模式下，信號系統、TCMS系統對列車廣播系統的影響，初步判斷為列車廣播系統故障導致。

4.2.1 中央控制器數據分析

（1）查看列車廣播系統中央控制器數據，故障開始時刻，Tc1車鑰匙占有，起始站、終點站、當前站、下一站ID分別為01、17、12、13，滿足列車條件，列車觸發預到站廣播，隨后中央控制器數據出現異常，無法正常接收新的站點信息，數據一直停留在總部基地站。

（2）換端后，Tc2車鑰匙占有，起始站、終點站、當前站、下一站ID分別為17、01、17、17，但同時間，中央控制器記錄到Tc1車備用占有，起始站、終點站、當前站、下一站ID分別為01、17、12、13分，即列車換端前總部基地的數據。

根據中央控制器數據以及結合全自動報站邏輯可知，總部基地預到站廣播觸發后，Tc1中央控制器程序發生鎖死，導致后續站點信息無法更新，表現為無報站廣播，動態地圖畫面顯示總部基地站；當列車換端（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向動態地圖發送數據，Tc1中央控制器發送終點站ID為17，Tc2中央控制器發送終點站ID為01，動態地圖不斷進行上行及下行路線切換，導致動態地圖進入開機歡迎（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備同時向中央控制器發送心跳包，程序設計為以500毫秒為1個周期，周期內終端設備隨機向中央控制器反饋心跳包，當數據量超過設定值時，中央控制器線程會進行CPU資源釋放。查看故障時刻的中央控制器代碼，發現在語音結束時有一段用于推送殘留在音頻緩沖區中數據的處理代碼，判斷在執行該段代碼的同時，緩沖區的數據包出現上溢，故閉鎖了另一個時序接收的線程，造成寫入數據的等待（微秒級），同時執行了停止操作（微秒級），因停止操作與音頻時序在同一線程，無法寫入新時序推送緩沖區數據，從而導致另一線程仍然死等在準備寫入數據狀態，形成了互鎖。

4.2.3 驗證

結合不同列車2次Tc1車中央控制器鎖死均出現在觸發總部基地預到站廣播的情況以及數據，懷疑總部基地預到站廣播在未播放完全時被到站廣播打斷，即中央控制器的線程在進行播放總部基地預到站廣播的同時，釋放總部基地站到站廣播，極端情況下（網絡突發數據量大），造成Tc1車中央控制器線程偶發鎖死。

根據信號系統發送的預到站信息，兩次故障發生時，總部基地預到站廣播分別觸發27S、29S后，收到了觸發報站廣播的指令，而總部基地預到站廣播時長為30秒，證明兩次故障發生時，均出現總部基地預到站廣播被打斷情況。

為進一步驗證中央控制器線程在釋放資源同時進行播放控制會導致中央控制器發生概率鎖死，根據兩次故障現象，改寫程序（向中央控制器發送數據量提高十幾倍），對比正常播放廣播與打斷廣播兩種情況下，列車廣播系統的工作狀態。

（1）在HMI屏上操作報站廣播，隨機選擇站點進行預到站廣播，預到站結束后進行到站廣播，重復5次，系統各設備無異常；

（2）在HMI屏上操作報站廣播，隨機選擇站點進行預到站廣播，預到站廣播播放過程中，操作到站廣播進行打斷，重復3次，故障復現2次。表現為：程序鎖死，操作報站廣播無法正常觸發，動態地圖站點不更新，換端后占有，整車動態地圖進入開機歡迎界面，如圖4所示，LED顯示屏來回切換顯示兩端中央控制器發送的站點信息。復位故障端司機室廣播主機的空開后，列車廣播正常觸發，動態地圖、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據處理線程結合起來，當中央控制器線程在進行播放控制的同時釋放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，打斷播放控制將導致接收線程無法停止，造成故障端中央控制器只發不收。故障端中央控制器發生鎖死后，無法更新列車預到站、報站廣播等數據，動態地圖、LED顯示屏一直保持顯示總部基地預到站信息。列車到達終點站換端后，兩端中央控制器同時為主，同時向終端設備發送數據，因兩端發送的數據不一致，故動態地圖、LED顯示屏不斷切換上下行站點信息，最終啟動終端設備的保護機制，動態地圖進入屏保畫面。

5 改進措施

針對軟件在判斷處理機制上存在bug，極端情況下會造成播放控制與數據處理線程鎖死，導致兩端中央控制器同時升主問題，對軟件的實現邏輯方面進行改進，后續如出現類似故障端中央控制器無法接收外部數據的情況時，強制將故障端（主端）中央控制器降為備端，冗余端監測到主端不存在進行自動升主操作，進而保障列車廣播系統能夠正常對乘客提供服務。另一方面，原有中央控制器方案在字庫與音頻處理時采用了同步的操作，為提高運維數據的處理能力，將耗時較長的處理剝離，通過新的線程進行處理。

6 結語

本文針對地鐵列車正線全自動廣播故障，通過了解列車全自動廣播實現的流程以及觸發的邏輯，分析列車廣播系統中央控制器程序存在的問題，為解決軟件偶發鎖死故障影響正線客服質量問題以及為提高系統穩定性，對中央控制器軟件進行了優化，整改至今，系統長時間穩定運行。

參考文獻：

[1]林鋒，劉旭宏.福州地鐵1號線列車全自動廣播報站邏輯的改進[J].鐵道通信信號，2020，56（06）：92-94.

[2]薛紅艷，李偉巖.地鐵列車自動報站控制邏輯對比及優化分析[J].現代城市軌道交通，2018（10）：63-65.

[3]施奇堅.廈門地鐵1號線電客車廣播故障分析及改進建議[J].中國設備工程，2022（14）：197-199.