智能车载广播技术在地铁中的应用

智能车载广播技术在地铁中的应用

梁明亮1， 李勇1，孙晶晶2

(1.郑州铁路职业技术学院，河南郑州450052；2. 河南中原铁道机务实业有限公司，河南郑州450052)

摘要：智能车载广播技术在地铁中应用广泛，车载广播系统是地铁乘客信息系统(PIS)的重要组成部分，主要由车载广播主机、客室广播分机和广播控制器等组成。车载广播系统能接收由车站转发的运营控制指令，实现实时资讯的广播、自动报站、乘客与司机的对讲等功能。以深圳地铁3号线为例，阐述车载广播系统的设计方案、工作原理和设备维护方法。

关键词：智能车载广播；PIS；地铁；设备维护

文章编号：1672-6758(2015)06-0067-4

中图分类号：U231+.7

作者简介：孙依婷，硕士，讲师，黎明职业大学经济与管理学院。研究方向：国际物流，国际贸易。

基金项目：第六届订单班学生培养及中国人寿鲤城支公司员工培训方案(LM-RSLC20120906)。

在地铁专用通信系统中，乘客信息系统(Passenger Information System，简称PIS)依托现代通信技术和网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务，使乘客通过正确的服务信息引导，安全、便捷地乘坐轨道交通。智能车载广播是PIS系统中的重要组成部分，用于无线电台语音广播、人工口播和数字语音条目广播，实现司机、乘客间的对讲、行车时到站信息的自动播报、通过车载显示屏上智能资讯信息的播放等功能。以深圳地铁3号线为例，介绍PIS系统中车载广播的系统组成、技术原理和设备维护方法。

1系统功能要求

地铁车载广播系统通过贯穿所有司机室和各个客室的广播线路、专用通信线路来完成广播音频信号及对讲音频信息的传输，并在现场设备进行同步显示或广播。因此，地铁车载广播系统应采用智能化的先进技术手段，系统功能要求如下。

(1) 数字化报站, 在列车管理系统的协调管理下实现列车到站的自动播报。

(2)两端司机室对讲，在广播设计时应采用对讲与广播独立的传出总线。

(3)司机对客室人工口播。

(4)无线电广播。

(5)司机与乘客紧急报警对讲。

(6)广播音量能实现自动调节。

(7)在火灾及阻塞、恐怖袭击等情况下，提供紧急广播及疏散指示。

(8)控制车载显示屏播放重要新闻、天气、娱乐、广告等资讯信息。

2系统总体设计方案

智能化车载广播系统由司机室车载广播主机、广播控制盒、客室广播分机、通信网络、司机室扬声器、客室扬声器等组成。图1为智能车载广播系统的总体设计框图。

图1　系统总体框图

司机室车载广播主机、广播控制盒各设计2台，两端司机室各1台；客室广播分机共6台，分别分布于6节客车车厢里；司机室内车载广播主机与客室分机通过RS485通信网络相连，进行通信与语音信号的传输，同时还与本节司机室中的无线电台主机、列车控制诊断系统TCDS等广播以外设备相连；每台客室广播分机与本节客室的扬声器、噪声检测器、紧急报警器相连；司机通过司机室广播控制盒进行广播、对讲等功能的设置和操作。

3系统工作原理

3.1 司机室车载广播主机。

司机室车载广播主机是车载广播系统的核心控制设备，它可完成车载广播系统对客室广播音频信号的输入、对讲音频信号的输入输出以及控制信号的传输；主机中央控制器(PISC)中集成有多路通信功能，能够与列车管理系统、车载控制器、无线数据台、媒体播放器等设备的通信，另外系统还设计集成了列车重连功能，在重连的时候能够实现司机对所有乘客的广播、司机室与其他3个司机室之间的对讲功能。

两台车载广播主机中，激活端司机室的车载广播主机为主用设备，未激活端司机室的为备用设备。在正常使用中各种广播、对讲等控制命令均由主用设备执行，当主用设备发生故障时，系统可以自动切换至备用设备工作，也可以由人工通过按“主/备”键实现主用设备与备用设备之间的切换。

司机室车载广播主机设计为机柜的形式，机柜中集成了若干电路板模块，主要包括：(1)电源模块，输入直流110V，输出直流24V和5V；(2)I/O接口板，即输入输出接口板，用于联接广播系统总线、对外无线电台接口、TMS通信接口、列车头尾激活信号、开关门信号和媒体伴音音频信号等；(3)PISC模块，即中央控制器，实现广播和媒体播放控制，采用嵌入式处理器作为主控CPU，带USB接口，方便程序下载和修改；(4)CCTV接口板，即车载广播主机与车载视频监控系统视频的接口；(5)CAPU板，即音频前级选择，功能为管理无线、MIC对讲、数字报站器和LCD伴音音频，实现音量调节；(6)DVAR模块，即数字播放器，实现数字化的音频播放，带USB接口，含存储音频文件的CF卡。

3.2 广播控制盒。

两台广播控制盒分别在列车两端的司机室内，位于已激活司机室的作为主控制盒，位于未激活司机室的控制盒作为副控制盒，车载广播系统保证只有一个控制盒起控制作用。广播控制盒由外盒、主电路板、键盘、工作指示灯和LCD显示屏等组成，主电路板采用STC89C58RD单片机作为主控微处理器，STC89C58RD单片机内含32K字节flash程序存储器，采用QFP44封装，是一款具有IAP/ISP在应用可编程功能、加密性好、时钟频率高、运行稳定的高档单片机。

广播控制盒实现以下功能：利用手持话筒向乘客广播；司机之间对讲(双向半双工)；与报警乘客对讲(双向半双工)等。其中，广播对讲默认优先级顺序由高到低依次为：OCC(地铁运营控制中心)广播、乘客紧急报警、人工广播、司机对讲、列车自动广播、媒体伴音广播。

广播操作分为无线电台语音广播、人工口播和数字语音条目广播三种操作模式。广播系统与无线语音电台的控制是通过无线电台提供的一对闭合信号来控制的，当无线语音电台有信号输出时，无线语音电台会将触点闭合，广播系统收到闭合信号后自动将广播通道切换到无线语音电台通道上，并从客室扬声器输出；按下广播控制盒面板“口播”按键，如果此时没有广播或有比人工广播优先级低的广播正在进行，按下此键后键灯亮，表明可以开始人工广播(低优先级的广播执行挂起)；进行数字语音条目广播需先录制好数字语音信息(如报站信息)，并存于主机数字播放器中的CF卡中。对讲操作分为司机与司机之间的对讲、乘客与司机之间的对讲，多路乘客报警与司机对讲操作三种模式。

3.3 客室广播分机。

客室广播分机的作用为将司机室传输过来的语音信号放大输出到扬声器，并且采集客室噪声值，根据噪声值大小自动控制广播音量输出的大小；传输司机与乘客之间的对讲语音信号。客室广播分机电路模块有：(1)电源模块；(2)I/O接口板，用于联接PIS有客室接口、联接噪声检测器；(3)客室控制器，是客室分机的核心控制板，用于本客室车厢的通信管理、与司机室主机中央控制器通信、上报记录和故障等；(4)功放器，用于客室音频放大，能自动弥补噪音的损失，设计有过压、过温、过流保护，扬声器分两路控制，提高了可靠性；(5)紧急报警器接口板，用于联接客室紧急报警器。

3.4 噪声检测器。

噪声检测器在每个客室安装有2个，它是由噪声采集器，放大器，电压电流变换器组成。当进行OCC广播、人工广播、数字语音条目广播时，噪声监测器实时采集客室内噪声并且回传到客室控制器中，控制器通过读取检测值来控制调节车厢广播音量，使广播音量小于90dB但不低于70dB，比室内噪声高10dB。

3.5 紧急报警器。

紧急报警器用于车厢内出现紧急情况时乘客向司机室报告。紧急报警器由机盒、主电路板、报警及复位按键、指示灯、麦克风和扬声器组成，主电路板采用STC89C58RD单片机作为主控微处理器，软件程序烧写方便、系统工作稳定。

在客室出现紧急情况或突发事件时，乘客可以通过客室内紧急报警装置上的紧急按键向司机室报警。报警器上的报警指示灯开始闪烁，闪烁频率为1Hz，同时，客室广播分机内的紧急报警器接口电路单元将代表报警的紧急报警装置编号信息，通过车载广播控制总线(RS485)发送到激活端司机室广播主机控设备的CDAU控制板。主CDAU收到报警信息后，键盘“报警” 指示灯闪烁，CDAU中的蜂鸣器发出声音提示，提醒司机有乘客报警。

司机乘客报警信息后通过相关操作，车载广播控制总线(RS485)发出应答指令，报警车厢的紧急报警器接口电路将控制客室内紧急报警装置接通报警音频总线，建立起报警乘客和司机之间的双向对讲。

3.6 显示器。

司机室前端设LED终点站显示器用以显示列车运行方向。显示器采用LED显示点阵，中英文显示所需信息。正常视力者如站在月台上距离列车前端30米且呈45度角可清晰看到显示屏信息。当信息指令从车载广播系统或手动控制输出后，正确信息于1秒内显示。终点站显示器可进行地址设置以区分主、从设备。终点站显示器上端有黄色LED灯，当列车到站时以1Hz频率进行闪烁。

3.7 扬声器。

司机室及客室广播/对讲监听扬声器型式设计为锥形直线放射式，适合于车载；额定功率3W-5W；输入方式为定阻、平衡；从70Hz到20kHz的频率响应：≤-7dB，1KHz；从100Hz到10KHz的频率响应为± 1dB。

客室扬声器每列车共44个客室扬声器，分为2路，保证客室内的每个角落都能听到广播的内容。当一路扬声器出现故障时，另一路扬声器仍然可以继续工作，从而保障了客室广播的正常进行。

4车载广播设备的维护和故障处理

智能车载广播系统作为乘客信息系统的重要部分，对可靠性要求高，在设计时着重考虑了可靠性设计，实现了数字化、智能化管理，系统集成度高。主机、分机、功放模块等进行了主备冗余设计，即主设备损坏时，备用设备能启用，如当一端司机室主机损坏，另一端司机室主机将自动投入管理整个列车广播，实现系统的热备份。当然，设备在实际运行过程中，不可能依靠设备自动备份功能能实现所有故障的自动处理，需定期对车载广播设备进行维保和检修，系统主要电路可能出现的故障及处理方法总结如表1、表2、表3所示。

表1　司机室广播主机设备故障处理方法

表2　客室广播分机设备故障处理方法

表3　乘客紧急报警器故障处理方法

5结语

智能车载广播系统集电子技术、自动控制技术、网络通信技术于一体，是PIS乘客信息系统的重要部分，地铁车载广播系统的先进性和可靠性对及时传递服务信息、创造良好的地铁乘车环境、引导人员在紧急状况下安全疏散起着重要的作用。

参考文献

[1]GB50157-2003地铁设计规范[S].2003.

[2]TB10006-2005铁路通信设计规范[S].2005.

[3] 陈春娇. 完善上海轨道交通网络导乘系统管理的探讨[J].城市轨道交通研究，2010(4)：42.

[4]朱成伟. 地铁广播系统整体设计方案浅析[J].铁道通信信号，2012，46(9)：65.

[5] 阮芳芳. 列车广播系统控制器的设计及实现[D]. 大连理工大学，2013:14.

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

(责任编辑：郑英玲)