如何設計軌道交通廣播系統——廣州聲訊電子

　　引言

　　廣播系統主要向旅客播放車(chē)站的車(chē)次動(dòng)態(tài)信息、業(yè)務(wù)信息、特別通告緊急事件等。軌道交通廣播系統大多采用人工廣播和自動(dòng)廣播兩種方式，用中文普通話(huà)、英語(yǔ)等多種語(yǔ)言實(shí)現業(yè)務(wù)、宣傳、臨時(shí)、緊急、背景音樂(lè )等資訊廣播。系統由業(yè)務(wù)廣播和消防廣播兩部分組成 ^[1] ，業(yè)務(wù)廣播主要是進(jìn)行列車(chē)到發(fā)信息廣播、專(zhuān)題廣播、編組廣播或其他文字信息語(yǔ)音合成廣播。消防廣播主要發(fā)報火災或緊急廣播，消防廣播優(yōu)先級最高?？梢源驍嗨械膹V播內容。廣播系統與車(chē)站集成管理平臺接口，可根據列車(chē)到發(fā)計劃和臨時(shí)列車(chē)到發(fā)信息實(shí)時(shí)更新廣播計劃，按照平臺的要求實(shí)現自動(dòng)廣播，當通信非正常情況下，可以根據預制信息按數據庫車(chē)次到發(fā)時(shí)間實(shí)現全人工廣播;也可以由廣播員人工干預進(jìn)行半自動(dòng)廣播。

　　1、系統結成

　　數字廣播系統采用數字化控制和傳輸方式，綜合監控室放置系統管理服務(wù)器、自動(dòng)廣播服務(wù)器、信源設備、監聽(tīng)設備、操作員終端等。旅服主機房和配線(xiàn)間內，放置數字功率放大器、相關(guān)的控制/檢測及切換設備等，綜合監控室和配線(xiàn)間之間通過(guò)以太網(wǎng)連接，廣播系統也可單獨組網(wǎng)。廣播系統通過(guò)系統管理服務(wù)器接口與集成管理平臺連接，根據集成管理平臺提供的列車(chē)到發(fā)計劃和調度動(dòng)態(tài)信息，實(shí)現列車(chē)到發(fā)信息的數字語(yǔ)音自動(dòng)廣播;消防廣播通過(guò)消防廣播接口與消防系統連接，實(shí)現消防報警緊急廣播;在廣播計算機發(fā)生故障時(shí),將啟用應急廣播系統，此時(shí)由應急前置控制器和功率放大器構成最簡(jiǎn)單的系統,保證在任何情況下都不會(huì )中斷廣播。拓撲圖如：(圖一)綜合監控室系統拓撲圖、(圖二)機械室機房系統拓撲圖。

　　圖一

　　圖二

　　2、系統構建及工作原理

　　2.1綜合監控室廣播原理

　　廣播系統設置系統管理服務(wù)器裝置兩臺(互為主備，實(shí)時(shí)監測，熱備份+強制切換)，負責綜合信息處理、發(fā)布、事件響應、設備狀態(tài)監控、操作日志記錄，程控電話(huà)接入。設置語(yǔ)音合成服務(wù)器，負責語(yǔ)音編輯、合成、播放及響應服務(wù)器的事件觸發(fā)。

　　在系統管理服務(wù)器中設置4塊工業(yè)級音頻處理卡，每塊工業(yè)級音頻處理卡能同時(shí)完成對外接音頻信號的采樣、A/D、IP打包，打包形式為傳送到達地址(即目的地址)+語(yǔ)音分組包，同時(shí)把該打包信號通過(guò)RJ45口直接發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )交換機傳輸;網(wǎng)絡(luò )交換機根據目的自動(dòng)選擇最佳路由，通過(guò)光纖(或五類(lèi)線(xiàn))把該信息包送達目的地址，由數字音頻終端控制器實(shí)現數據包分解轉換，轉換后的模擬信號送至功率放大器，由功率放大器放大后對外進(jìn)行播音。

　　系統管理服務(wù)器可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對語(yǔ)音合成服務(wù)器進(jìn)行管理，使多路語(yǔ)音信號在同一時(shí)刻進(jìn)行A/D采樣打包成適應TCP/IP傳輸的文件格式，系統管理服務(wù)器同時(shí)在該分組信息上附加目的地址信息，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )交換機進(jìn)行數據傳輸。通過(guò)目的地址+語(yǔ)音分組形式，廣播系統能完成多信源對多廣播區的平行廣播功能。

　　系統電話(huà)接口采用標準電話(huà)音頻接口，對語(yǔ)音交換機無(wú)特殊型號需要。系統設計同一時(shí)刻至少能2個(gè)內通電話(huà)同時(shí)播音，通過(guò)語(yǔ)音交換機對本系統提供同一電話(huà)號碼，2個(gè)中繼電話(huà)接口。每一個(gè)分區在廣播系統中都有唯一的電話(huà)號碼(TD)，任意一部電話(huà)，如果需要對某個(gè)區進(jìn)行廣播，在權限開(kāi)放情況下，通過(guò)程控電話(huà)的雙音頻播碼，在語(yǔ)音提示下以“中心電話(huà)+廣播區+’*’”把廣播區隔開(kāi)，以“#”結束，程控接入音頻卡會(huì )自動(dòng)分析該雙音頻編碼的地址位置以及需要開(kāi)放的廣播區，把分析后的廣播區地理位置通過(guò)IP分組傳遞到網(wǎng)絡(luò )交換機及數字音頻終端，同時(shí)某一路工業(yè)級音頻處理卡負責對電話(huà)卡雙音頻碼進(jìn)行抽樣量化，進(jìn)行打包發(fā)送處理，達到對某個(gè)小區廣播的目的。

　　當廣播員需要對某個(gè)廣播信源進(jìn)行監聽(tīng)時(shí)，只要在人機界面上單擊某個(gè)信源下的監聽(tīng)按紐即可。系統管理服務(wù)器發(fā)送相應的監聽(tīng)命令到網(wǎng)絡(luò )交換機(監聽(tīng)地址+監聽(tīng)命令)，網(wǎng)絡(luò )交換機根據監聽(tīng)的目的地址與網(wǎng)絡(luò )綜合管理器進(jìn)行通信，網(wǎng)絡(luò )綜合管理器在理解并分析執行命令后把相應信源的采樣信號打包成IP分組，附加配線(xiàn)間相關(guān)地址進(jìn)行數據傳輸，配線(xiàn)間廣播設備在收到相關(guān)數據后進(jìn)行分解、轉換、對外放音。

　　廣播系統能根據綜合信息平臺的包格式自動(dòng)更新列車(chē)數據庫、事件觸發(fā)，實(shí)現列車(chē)接發(fā)車(chē)的全自動(dòng)廣播;同時(shí)在通信非正常情況下，可以根據預制信息按數據庫車(chē)次到發(fā)時(shí)間實(shí)現全自動(dòng)播音;也可以由廣播員人工干預進(jìn)行半自動(dòng)播音?？瓦\專(zhuān)線(xiàn)軟件在授權及權限允許情況下可以對局域網(wǎng)內的任意節點(diǎn)的客運廣播進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)及控制。該通信過(guò)程必須嫁接在TCP/IP協(xié)議之上，通信必須滿(mǎn)足雙方通信協(xié)議標準，特別是數據庫的變更及處理上，必須嚴格按照固定格式進(jìn)行讀寫(xiě)。

　　綜合監控室和配線(xiàn)間設備采用統一供電及分路供電方式，每個(gè)設備都采用電源保護措施，包括過(guò)流過(guò)壓保護、UPS保護，特別是開(kāi)機延時(shí)，保證所有系統的開(kāi)啟狀態(tài)都安全可靠，防止瞬間開(kāi)機電流過(guò)大對系統組成設備造成損壞。

　　2.2配線(xiàn)間廣播原理

　　綜合監控室傳來(lái)的音頻數據流經(jīng)交換機到達相應廣播區的數字音頻終端進(jìn)行解碼，輸出信號進(jìn)行放大和小區語(yǔ)音信號合成后，推動(dòng)功率放大器進(jìn)行功率放大輸出定壓120V的高壓廣播信號，同時(shí)數字音頻終端設置了音量調節，可由綜合監控室通過(guò)交換機實(shí)現對廣播區輸出音量的調節。設置了智能網(wǎng)絡(luò )管理終端，負責對系統設備進(jìn)行監控，并且把設備狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換機送回綜合監控室;設置了消防語(yǔ)音及消防報警;設置了功放故障采集、廣播區故障采集、自動(dòng)倒機功能、功放上電延時(shí)管理功能、防雷擊功能、噪聲采集均衡功能、揚聲器故障報警功能。由綜合監控室傳來(lái)的音頻數字流被打成符合TCP/IP協(xié)議的數據包，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )交換機送出由傳輸通道送入配線(xiàn)間的網(wǎng)絡(luò )交換機，到達相應的數字音頻終端進(jìn)行解碼，D/A轉換后輸出到前置尋呼放大器。

　　在每個(gè)配線(xiàn)間設置了消防控制器，利用干節點(diǎn)信號觸發(fā)廣播區開(kāi)關(guān)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )管理終端預制了消防自動(dòng)語(yǔ)音，消防語(yǔ)音分為多種形式，可預先設置，如果發(fā)生火災，可通過(guò)預設的語(yǔ)音對外進(jìn)行廣播。小區廣播可實(shí)現某廣播區的工作人員在該區域內不經(jīng)過(guò)控制室而對本區域進(jìn)行廣播的功能。該方式采用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )形式或無(wú)線(xiàn)轉有線(xiàn)形式。廣播員可以通過(guò)有線(xiàn)話(huà)筒及播放面板上的按鈕完成對本區域的廣播，也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)領(lǐng)夾話(huà)筒實(shí)現對本小區的播音。該系統由揚聲器故障定位主機，揚聲器檢測模塊組成。每個(gè)揚聲器上安裝揚聲器檢測模塊，隨時(shí)監控該揚聲器的工作狀態(tài)，出現故障時(shí)把故障代碼送回揚聲器故障定位主機。揚聲器故障定位主機放在配線(xiàn)間，可與各個(gè)揚聲器檢測模塊進(jìn)行通信，并把結果由網(wǎng)絡(luò )交換機送回綜合監控室。

　　終端揚聲器檢測裝置由噪聲傳感器和噪聲均衡主機構成，噪聲傳感器安裝在需要采集噪聲的候車(chē)室，實(shí)時(shí)采集該聲場(chǎng)內噪聲的幅值，傳送到噪聲均衡主機，計算出噪聲的量化值后打包送往綜合監控室的計算機，該計算機可根據噪聲值控制音頻網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器解碼后的音頻信號的大小，完成廣播區音量自動(dòng)增益的功能。

　　功放檢測自動(dòng)倒機可實(shí)時(shí)的對功放的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，當功放發(fā)生過(guò)流，過(guò)壓，無(wú)輸出等狀況時(shí)，自動(dòng)的把備用功放代替以損壞的功放，同時(shí)把故障信號由網(wǎng)絡(luò )交換機送入綜合監控室，顯示報警，提醒工作人員及時(shí)維護。該設備同時(shí)對廣播區進(jìn)行開(kāi)路和短路監控，發(fā)生故障時(shí)把故障信號送入綜合監控室。由于功率放大器容量大，啟動(dòng)時(shí)會(huì )有很大的啟動(dòng)電流，多臺功率放大器同時(shí)啟動(dòng)是的電流不可忽視，加大供電容量會(huì )造成設備成本增加，資源浪費，由電源緩啟設備可每一時(shí)刻同時(shí)只能啟動(dòng)一臺功率放大器，多臺順序動(dòng)作，這樣可有效的避免大啟動(dòng)電流，也不用擴大供電容量，節省資源。當有雷擊中設備時(shí)，可靠的把雷電中的巨大能量轉移到大地，同時(shí)把功率放大器斷電，防止引起火災。

　　3、消防廣播原理

　　火災或緊急情況時(shí)，廣播系統接收到消防廣播的控制信號或音頻時(shí)，會(huì )自動(dòng)中斷某些廣播區正在廣播的內容，把消防廣播音頻切入，進(jìn)行消防廣播。在所有的廣播項目中，消防廣播優(yōu)先級最高?？梢源驍嗨械膹V播內容。系統方框圖如(圖三)

　　消防控制信號為從消防控制室過(guò)來(lái)的干接點(diǎn)信號。消防設備與客運廣播通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接，可聯(lián)入控制中心或者某個(gè)機械室，只要保證與客運廣播之間能夠通過(guò)TCP/IP訪(fǎng)問(wèn)即可。在實(shí)際應用中建議在消防廣播室與客運廣播室的接入口采用環(huán)行網(wǎng)形式，保證網(wǎng)絡(luò )的安全性。消防廣播與消防設備接口為干接點(diǎn)接口，每一路消防回路對應1路干接點(diǎn)，通過(guò)雙芯屏蔽線(xiàn)或則雙絞線(xiàn)與消防控制器聯(lián)結。

　　消防廣播與客運廣播接口為RJ45網(wǎng)絡(luò )接口，可以聯(lián)結到綜合監控室或者設備間。

　　4、應急機制和冗余備份

　　4.1應急機制

　　在綜合監控室配置IP應急廣播控制器，當出現管理系統服務(wù)器全部故障、網(wǎng)絡(luò )通信不正常、數字音頻終端大部分或者全部癱瘓，但是功率放大器還能正常工作的情況時(shí)，該系統開(kāi)始工作，起到應急作用，通過(guò)話(huà)筒、話(huà)筒開(kāi)關(guān)、話(huà)筒放大電路，把話(huà)筒音量放大到標準0dB，通過(guò)音頻線(xiàn)實(shí)現對功率放大器輸入口的直接控制，使功率放大器對各個(gè)廣播回路進(jìn)行話(huà)筒應急播音。

　　4.2冗余備份

　　系統服務(wù)器采用雙機備份方式，確保廣播系統的正常運行問(wèn)題。當主用系統服務(wù)器出現故障，啟用備用系統服務(wù)器進(jìn)行工作。主用系統服務(wù)器可以進(jìn)行檢修或維修，保證系統的正常運行。雙系統服務(wù)器冗余備份的采用，有利于增強系統的穩定性，安全性;有利于系統服務(wù)器故障情況下，縮短故障時(shí)間。功率放大器的冗余通過(guò)自動(dòng)檢測倒機完成，同規格的功率放大器按照不大于5+1的方式進(jìn)行冗余。

　　5、線(xiàn)路的計算

　　5.1網(wǎng)絡(luò )要求及帶寬計算

　　綜合監控室和各個(gè)配線(xiàn)間之間通過(guò)以太網(wǎng)連接，傳輸的數據為數字音頻信號和數字控制信號。網(wǎng)絡(luò )帶寬的計算方法為 ^[2] ：

　　B=C*M說(shuō)明：

　　B：所需要的帶寬

　　C：進(jìn)行某個(gè)信源播音時(shí)的帶寬，采用UDP方式，因此C基本為常數128K

　　M：極限播音信源數，即同一時(shí)刻用來(lái)平行播音的最多信源，一般按照最多設置的廣播信源考慮

　　5.2功放配置及供電要求

　　配線(xiàn)間廣播系統用電量計算方法

　　W：配線(xiàn)間供電總功率;

　　W1：功放主用功率;

　　W2：備用功放總功率;

　　W3：備用功放靜態(tài)功率;W3：=W2*10%;

　　B1：數字功率放大器有效值：常數90%;

　　B2：開(kāi)關(guān)電源有效值：常數90%;

　　W4：配線(xiàn)間其他設備功率;

　　公式1：W：=[W1*1.414+W3]/B1/B2+W4;

　　5.3廣播系統總用電量計算方法

　　W：配線(xiàn)間供電總功率;

　　P：綜合監控室用電功率;

　　公式2：WP=ΣW+P;

　　6、結語(yǔ)：

　　通過(guò)以上的論實(shí),可知軌道交通廣播系統是一個(gè)復雜的交叉疊加系統,它關(guān)系到整個(gè)客運的調度與管制，所以它的設計要穩定可靠，按以上的設計方法基本能滿(mǎn)足目前國內的軌道交通廣播系統要求。

　　參考文獻

　　[1]、孫國民《鐵道通信信號》[J] ,2012年,第48期，P61-P63

　　[2]、康增建 ，王靜 ，呂曉軍《信息通信》[J] ,2011年，第1期:P52-P54

　　[3]《公共廣播系統工程技術(shù)規范》GB50526–2010主編:中華人民共和國工業(yè)和信息化部

　　作者簡(jiǎn)介

　　姓名：王文星出生于年1979年5月17日，性別：男，專(zhuān)業(yè)：模具與電腦輔助設計，畢業(yè)學(xué)校：華南理工學(xué)校，

　　工作單位：廣州市聲訊電子科技有限公司，職稱(chēng)：研發(fā)總監，主要研究方向：電子工業(yè)產(chǎn)品設計。

　　單位：廣州市聲訊電子科技有限公司

　　通信地址：廣州市白云區江高鎮南崗村三元西1號

　　郵政編碼：510450

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