如何设计轨道交通广播系统——广州声讯电子

　　引言

　　广播系统主要向旅客播放车站的车次动态信息、业务信息、特别通告紧急事件等。轨道交通广播系统大多采用人工广播和自动广播两种方式，用中文普通话、英语等多种语言实现业务、宣传、临时、紧急、背景音乐等资讯广播。系统由业务广播和消防广播两部分组成 ^[1] ，业务广播主要是进行列车到发信息广播、专题广播、编组广播或其他文字信息语音合成广播。消防广播主要发报火灾或紧急广播，消防广播优先级最高。可以打断所有的广播内容。广播系统与车站集成管理平台接口，可根据列车到发计划和临时列车到发信息实时更新广播计划，按照平台的要求实现自动广播，当通信非正常情况下，可以根据预制信息按数据库车次到发时间实现全人工广播;也可以由广播员人工干预进行半自动广播。

　　1、系统结成

　　数字广播系统采用数字化控制和传输方式，综合监控室放置系统管理服务器、自动广播服务器、信源设备、监听设备、操作员终端等。旅服主机房和配线间内，放置数字功率放大器、相关的控制/检测及切换设备等，综合监控室和配线间之间通过以太网连接，广播系统也可单独组网。广播系统通过系统管理服务器接口与集成管理平台连接，根据集成管理平台提供的列车到发计划和调度动态信息，实现列车到发信息的数字语音自动广播;消防广播通过消防广播接口与消防系统连接，实现消防报警紧急广播;在广播计算机发生故障时,将启用应急广播系统，此时由应急前置控制器和功率放大器构成最简单的系统,保证在任何情况下都不会中断广播。拓扑图如：(图一)综合监控室系统拓扑图、(图二)机械室机房系统拓扑图。

　　图一

　　图二

　　2、系统构建及工作原理

　　2.1综合监控室广播原理

　　广播系统设置系统管理服务器装置两台(互为主备，实时监测，热备份+强制切换)，负责综合信息处理、发布、事件响应、设备状态监控、操作日志记录，程控电话接入。设置语音合成服务器，负责语音编辑、合成、播放及响应服务器的事件触发。

　　在系统管理服务器中设置4块工业级音频处理卡，每块工业级音频处理卡能同时完成对外接音频信号的采样、A/D、IP打包，打包形式为传送到达地址(即目的地址)+语音分组包，同时把该打包信号通过RJ45口直接发送到网络交换机传输;网络交换机根据目的自动选择最佳路由，通过光纤(或五类线)把该信息包送达目的地址，由数字音频终端控制器实现数据包分解转换，转换后的模拟信号送至功率放大器，由功率放大器放大后对外进行播音。

　　系统管理服务器可以通过网络对语音合成服务器进行管理，使多路语音信号在同一时刻进行A/D采样打包成适应TCP/IP传输的文件格式，系统管理服务器同时在该分组信息上附加目的地址信息，进入网络交换机进行数据传输。通过目的地址+语音分组形式，广播系统能完成多信源对多广播区的平行广播功能。

　　系统电话接口采用标准电话音频接口，对语音交换机无特殊型号需要。系统设计同一时刻至少能2个内通电话同时播音，通过语音交换机对本系统提供同一电话号码，2个中继电话接口。每一个分区在广播系统中都有唯一的电话号码(TD)，任意一部电话，如果需要对某个区进行广播，在权限开放情况下，通过程控电话的双音频播码，在语音提示下以“中心电话+广播区+’*’”把广播区隔开，以“#”结束，程控接入音频卡会自动分析该双音频编码的地址位置以及需要开放的广播区，把分析后的广播区地理位置通过IP分组传递到网络交换机及数字音频终端，同时某一路工业级音频处理卡负责对电话卡双音频码进行抽样量化，进行打包发送处理，达到对某个小区广播的目的。

　　当广播员需要对某个广播信源进行监听时，只要在人机界面上单击某个信源下的监听按纽即可。系统管理服务器发送相应的监听命令到网络交换机(监听地址+监听命令)，网络交换机根据监听的目的地址与网络综合管理器进行通信，网络综合管理器在理解并分析执行命令后把相应信源的采样信号打包成IP分组，附加配线间相关地址进行数据传输，配线间广播设备在收到相关数据后进行分解、转换、对外放音。

　　广播系统能根据综合信息平台的包格式自动更新列车数据库、事件触发，实现列车接发车的全自动广播;同时在通信非正常情况下，可以根据预制信息按数据库车次到发时间实现全自动播音;也可以由广播员人工干预进行半自动播音。客运专线软件在授权及权限允许情况下可以对局域网内的任意节点的客运广播进行访问及控制。该通信过程必须嫁接在TCP/IP协议之上，通信必须满足双方通信协议标准，特别是数据库的变更及处理上，必须严格按照固定格式进行读写。

　　综合监控室和配线间设备采用统一供电及分路供电方式，每个设备都采用电源保护措施，包括过流过压保护、UPS保护，特别是开机延时，保证所有系统的开启状态都安全可靠，防止瞬间开机电流过大对系统组成设备造成损坏。

　　2.2配线间广播原理

　　综合监控室传来的音频数据流经交换机到达相应广播区的数字音频终端进行解码，输出信号进行放大和小区语音信号合成后，推动功率放大器进行功率放大输出定压120V的高压广播信号，同时数字音频终端设置了音量调节，可由综合监控室通过交换机实现对广播区输出音量的调节。设置了智能网络管理终端，负责对系统设备进行监控，并且把设备状态通过网络交换机送回综合监控室;设置了消防语音及消防报警;设置了功放故障采集、广播区故障采集、自动倒机功能、功放上电延时管理功能、防雷击功能、噪声采集均衡功能、扬声器故障报警功能。由综合监控室传来的音频数字流被打成符合TCP/IP协议的数据包，经由网络交换机送出由传输通道送入配线间的网络交换机，到达相应的数字音频终端进行解码，D/A转换后输出到前置寻呼放大器。

　　在每个配线间设置了消防控制器，利用干节点信号触发广播区开关，同时，网络管理终端预制了消防自动语音，消防语音分为多种形式，可预先设置，如果发生火灾，可通过预设的语音对外进行广播。小区广播可实现某广播区的工作人员在该区域内不经过控制室而对本区域进行广播的功能。该方式采用有线网络形式或无线转有线形式。广播员可以通过有线话筒及播放面板上的按钮完成对本区域的广播，也可以通过无线领夹话筒实现对本小区的播音。该系统由扬声器故障定位主机，扬声器检测模块组成。每个扬声器上安装扬声器检测模块，随时监控该扬声器的工作状态，出现故障时把故障代码送回扬声器故障定位主机。扬声器故障定位主机放在配线间，可与各个扬声器检测模块进行通信，并把结果由网络交换机送回综合监控室。

　　终端扬声器检测装置由噪声传感器和噪声均衡主机构成，噪声传感器安装在需要采集噪声的候车室，实时采集该声场内噪声的幅值，传送到噪声均衡主机，计算出噪声的量化值后打包送往综合监控室的计算机，该计算机可根据噪声值控制音频网络服务器解码后的音频信号的大小，完成广播区音量自动增益的功能。

　　功放检测自动倒机可实时的对功放的工作状态进行检测，当功放发生过流，过压，无输出等状况时，自动的把备用功放代替以损坏的功放，同时把故障信号由网络交换机送入综合监控室，显示报警，提醒工作人员及时维护。该设备同时对广播区进行开路和短路监控，发生故障时把故障信号送入综合监控室。由于功率放大器容量大，启动时会有很大的启动电流，多台功率放大器同时启动是的电流不可忽视，加大供电容量会造成设备成本增加，资源浪费，由电源缓启设备可每一时刻同时只能启动一台功率放大器，多台顺序动作，这样可有效的避免大启动电流，也不用扩大供电容量，节省资源。当有雷击中设备时，可靠的把雷电中的巨大能量转移到大地，同时把功率放大器断电，防止引起火灾。

　　3、消防广播原理

　　火灾或紧急情况时，广播系统接收到消防广播的控制信号或音频时，会自动中断某些广播区正在广播的内容，把消防广播音频切入，进行消防广播。在所有的广播项目中，消防广播优先级最高。可以打断所有的广播内容。系统方框图如(图三)

　　消防控制信号为从消防控制室过来的干接点信号。消防设备与客运广播通过网线连接，可联入控制中心或者某个机械室，只要保证与客运广播之间能够通过TCP/IP访问即可。在实际应用中建议在消防广播室与客运广播室的接入口采用环行网形式，保证网络的安全性。消防广播与消防设备接口为干接点接口，每一路消防回路对应1路干接点，通过双芯屏蔽线或则双绞线与消防控制器联结。

　　消防广播与客运广播接口为RJ45网络接口，可以联结到综合监控室或者设备间。

　　4、应急机制和冗余备份

　　4.1应急机制

　　在综合监控室配置IP应急广播控制器，当出现管理系统服务器全部故障、网络通信不正常、数字音频终端大部分或者全部瘫痪，但是功率放大器还能正常工作的情况时，该系统开始工作，起到应急作用，通过话筒、话筒开关、话筒放大电路，把话筒音量放大到标准0dB，通过音频线实现对功率放大器输入口的直接控制，使功率放大器对各个广播回路进行话筒应急播音。

　　4.2冗余备份

　　系统服务器采用双机备份方式，确保广播系统的正常运行问题。当主用系统服务器出现故障，启用备用系统服务器进行工作。主用系统服务器可以进行检修或维修，保证系统的正常运行。双系统服务器冗余备份的采用，有利于增强系统的稳定性，安全性;有利于系统服务器故障情况下，缩短故障时间。功率放大器的冗余通过自动检测倒机完成，同规格的功率放大器按照不大于5+1的方式进行冗余。

　　5、线路的计算

　　5.1网络要求及带宽计算

　　综合监控室和各个配线间之间通过以太网连接，传输的数据为数字音频信号和数字控制信号。网络带宽的计算方法为 ^[2] ：

　　B=C*M说明：

　　B：所需要的带宽

　　C：进行某个信源播音时的带宽，采用UDP方式，因此C基本为常数128K

　　M：极限播音信源数，即同一时刻用来平行播音的最多信源，一般按照最多设置的广播信源考虑

　　5.2功放配置及供电要求

　　配线间广播系统用电量计算方法

　　W：配线间供电总功率;

　　W1：功放主用功率;

　　W2：备用功放总功率;

　　W3：备用功放静态功率;W3：=W2*10%;

　　B1：数字功率放大器有效值：常数90%;

　　B2：开关电源有效值：常数90%;

　　W4：配线间其他设备功率;

　　公式1：W：=[W1*1.414+W3]/B1/B2+W4;

　　5.3广播系统总用电量计算方法

　　W：配线间供电总功率;

　　P：综合监控室用电功率;

　　公式2：WP=ΣW+P;

　　6、结语：

　　通过以上的论实,可知轨道交通广播系统是一个复杂的交叉叠加系统,它关系到整个客运的调度与管制，所以它的设计要稳定可靠，按以上的设计方法基本能满足目前国内的轨道交通广播系统要求。

　　参考文献

　　[1]、孙国民《铁道通信信号》[J] ,2012年,第48期，P61-P63

　　[2]、康增建 ，王静 ，吕晓军《信息通信》[J] ,2011年，第1期:P52-P54

　　[3]《公共广播系统工程技术规范》GB50526–2010主编:中华人民共和国工业和信息化部

　　作者简介

　　姓名：王文星出生于年1979年5月17日，性别：男，专业：模具与电脑辅助设计，毕业学校：华南理工学校，

　　工作单位：广州市声讯电子科技有限公司，职称：研发总监，主要研究方向：电子工业产品设计。

　　单位：广州市声讯电子科技有限公司

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