數字隧道廣播應用探析

張德明　陳信成

摘 要：隧道尤其是高速公路隧道是一個封閉的環境，聲音在隧道中傳播時會多次反射后疊加，容易導致聲音失真，最直觀的感覺是聲音變大但不清晰，普通隧道廣播采用多點放大輸出模式，容易造成混音，現場感觀不理想；采用純IP數字廣播系統和分布式控制模式，消除了傳輸遠程中的音頻干擾，保證了輸出的統一和同步，能夠實現高保真的廣播效果，同時可以搭建任意拓撲結構的廣播系統。

關鍵詞：IP數字廣播；分布式控制；方案特點

中圖分類號：TN934 文獻標識碼：A

一、應用背景

現有高速公路隧道系統中，隧道有線廣播系統和隧道緊急電話系統是集成為一套系統的，有線廣播系統緊急電話的光纖通道和功放進行音頻傳播與輸出。隧道廣播信號和緊急電話信號在控制中心合并編碼，轉換于光纖信號后傳輸到隧道內緊急電話分機處，分機解碼后還原為模擬音頻信號，經功放放大輸出，一般情況下每臺功放驅動3～4只喇叭，在此模式下，以2.4公里的江北嶺隧道為例，隧道單洞有線廣播系統包含功放12只，喇叭48只（間距50m），設備數量多且分散，維護維修工作量巨大。

經實測筆者單位管轄范圍內隧道廣播，全洞廣播開啟后，現場有較大的電流聲，且聲音穿透力不夠，不能清晰分辯監控室廣播內容。通過分析高速公路隧道有線廣播系統的諸多現狀，結合網絡應用技術，我們設計了高速公路隧道數字廣播系統，該隧道廣播信息系統具有如下功能：背景音樂播放、實時通知廣播、交通誘導廣播定制、制度及規范廣播、素質培養編排、實時會議廣播。每套系統可同時傳輸多套不同節目。

（a）實時通知廣播

通過音頻轉換器，可以實時強制使單個隧道或多個隧道接收實時通知廣播，滿足通知的及時傳達性。

（b）隧道交通誘導廣播

該系統擁有任務制作模塊，通過將常用隧道交通誘導用語轉換成音頻文件，如“進入隧道、請開關減速”，“事故多發，請減速慢行”等；管理員還可以在編排時一邊聽音一邊加上智能化菜單標簽，便于播放時快速定位以及分段學習。

（c）背景音樂播放

每個網絡語音終端因具有獨立的IP地址，可以單獨接收服務器的背景音樂播放節目。背景節目播放的操作，管理員可以通過廣播服務器軟件進行定制設計。

二、數字隧道廣播系統設計

1.系統結構圖（圖1）

系統由控制中心、通信網絡、終端子系統組成。

控制中心負責將各類廣播節目組織為音頻數據流，通過TCP/IP的數據通道，采用VLAN通信技術將音頻數據進行網絡廣播。

通信網絡負責實時傳送各類音頻數據流，在提供高可靠數據通信的基礎上，防止異常情況下的數據干擾。

終端子系統，將網絡中的音頻數據流解碼，還原為各類音頻節目，并通過收費亭內的壁掛音箱進行播放。

2.控制中心設計（圖2）

控制中心設置于隧道中控室，由廣播服務器、中心控制軟件、話筒組成；是廣播系統的核心組件，負責控制全系統的正常運行。

音頻服務器：由專業工作站承擔，安裝于監控中心，運行廣播控制軟件。負責各類音樂的組織、播放；系統內設備（音頻解碼器、音頻轉換器）的同步、控制、狀態檢測。

監控終端：即音頻終端（簡稱終端），用于監控各頻道節目內容。

話筒：用于發布實時通知、實時講話等。

3.傳輸網絡設計（圖3）

廣播網絡利用現有隧道中控網絡進行數據傳輸；考慮到中控網絡是一個多功能的網絡，其上運行了各種隧道監控業務，如區域控制器聯網、電力監控聯網等；而廣播系統本身需要大量發送各類音頻節目流，會產生較大的數據流量，各類數據流如果不加以控制，會極大地影響網絡通信。為減少廣播系統和現行業務數據的交互影響，需要為廣播系統單獨劃分獨立的虛擬通道（VLAN），以實現高可靠的運行質量。

4.終端子系統設計（圖4）

終端子系統，由音頻解碼終端、前置放大器、后級功放、號筒揚聲器組成，負責接收控制中心下發的各類音樂節目；由于隧道內回聲強、噪聲大，存在大量的電磁干擾信號，為保證廣播系統正常運行，系統采用專業背景音樂系統使用的前置放大、定壓后級功放和號筒揚聲器，在提高設備抗干擾能力證播放音質的同時，減少了設備數量和安裝難度（無須為每個音箱敷設供電電纜和定做各類音頻線線接接頭）。

音頻終端和前置放大、后級功放左右洞各一套，負責接收網絡中的音頻節目，解碼輸入后由定壓功放進行放大輸出；設備安裝于洞口配電房內。

號筒揚聲器，負責最終音頻信號的輸出，每200m安裝一組（兩只并排安裝）。

三、方案特點

1.數字網絡廣播系統，拓樸結構靈活，在網絡可達的任意地方，可以隨時搭建廣播主控中心，在高速公路營運管理過程中，為應急指揮、分級監控提供技術支撐。

2.純IP的數字網絡廣播系統，信號編碼后傳用以太網絡傳輸，不會因傳輸距離的增加產生干擾和信號失真，只需要保證音源音質，即可實現高保真的隧道廣播系統。

3.設備數量小并較為集中，便于維護維修

隧道內號筒喇叭為無源設備，無須敷設電源線，安裝簡單并故障率極低。有源設備（終端、功放）都集中于配電房，便于日常維護維修。

4.工程量較小且任務明確，無不可預計因素

廣播終端、功放安裝于洞口配電房；音箱安裝于隧道墻壁，相關走線用量降到最低。

四、試點運行效果

方案設計并經行業內專家評審后，在筆者所轄江北嶺隧道進行了試點，監控中心安裝廣播服務1臺和專業話筒1只，隧道配電房安裝終端解碼器兩臺、前置放大兩臺、1500W純后級功放兩臺（左右洞各1套），隧道內每200m安裝號筒喇叭1只，使用YJV2*2.5線纜連接到功放。改造完成后，分別測試了實時講話、固定語音、應急廣播等功能，聲音清晰無失真、沒有電流噪聲、音量適中，即使在正常行駛的車輛中，也能正常收聽廣播內容，較原有廣播系統有明顯提高。

結語

數字隧道廣播，將現有廣播系統由模擬系統升級為數字系統，順應了現在機電系統智能化、網絡化、數字化的發展趨勢，是技術創新滿足管理需求的生動體現，通比對比新舊廣播系統，數字廣播除技術先進、功能全面外，還具有設備數量少、位置集中、總體造價低等優點，通過在實踐中完善設計、施工、運營等細節，數字隧道廣播一定會成為新的隧道廣播標準。

參考文獻

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