地鐵緊急對講和列車廣播功能設計

趙東霞 蔣國華

摘要：在目前城市軌道交通全自動駕駛快速發展的情況下，為了適應全自動駕駛場景的特殊需求，提出了乘客緊急對講和列車廣播2種業務，描述了乘客緊急對講和列車廣播的業務需求來源、業務實現的體系架構、具體的業務流程及技術難點。通過這2種業務的實現，提高了城市軌道交通在全自動駕駛場景下的應急處理能力、運營的安全性和可靠性，為城市軌道交通的全自動駕駛提供了有力保障。

關鍵詞：全自動駕駛；緊急對講；列車廣播

中圖分類號：TP391.4文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2018）13-68-4

Design on Metro Emergency Call and Train Broadcast Function

ZHAO Dongxia1，JIANG Guohua2

（1. Zhengzhou Metro Group Co.， Ltd， Zhengzhou Henan 450000， China； 2. Hebei Far-east Communication System Engineering Co.， Ltd， Shijiazhuang Hebei 050200， China）

0引言

近年來，國內較多城市軌道交通線路開始嘗試全自動駕駛技術，今年開通的北京燕房線、上海8號線3期等計劃在通車后實現“全自動運行”，南京7號線也按照全自動駕駛設計。

全自動駕駛是指將列車駕駛員執行的工作完全交由自動化的、高度集中的列車運行系統完成。在有人駕駛的情況下，司機不僅承擔控制列車運行的職責，而且需要對列車內發生的緊急情況進行處理，同時向列車中的乘客廣播通知信息。但是，在無人駕駛的情況下，由于沒有列車司機的存在，如何第一時間獲得列車車廂內的實時狀況，并同時對乘客進行通知和疏導，成為在無人駕駛情況下需要迫切解決的一個應用場景。為了應對這2種可能的實際場景，設計了乘客緊急對講和列車廣播2種業務。

1總體設計

乘客緊急對講是在密閉的車廂中，當發生意外情況時，例如火災、投毒及暴力侵害等安全事件時，乘客可通過列車緊急對講按鈕與行車調度員通話聯系，方便運營工作人員對緊急情況進行處理及收集。

列車廣播功能是指用戶能夠通過綜合監控系統（TIAS）調度臺對指定單個或者多個列車發起廣播呼叫，在無線系統、車載PA系統配合下實現乘客廣播，廣播的對象是列車車廂內的乘客等人員。通常用于事件通知、危險預警及緊急疏散等情況。

乘客緊急對講和列車廣播功能涉及到的系統包括TIAS、LTE專用無線系統和車載廣播系統（車載PA），如圖1所示。LTE專用無線系統負責在TIAS和車載PA之間提供語音和信令通道，支持TIAS調度臺對車載PA進行列車廣播和乘客緊急對講功能。LTE系統主要由核心網、基站及車載接入單元（TAU）等設備構成，核心網設備部署在控制中心機房，基站部署在軌行區沿線及車站機房，TAU部署在列車車頭和車尾。LTE系統中，在中心側由核心網負責對TIAS系統提供接口，在列車上由TAU負責對車載PA提供接口。TIAS和車載PA各自負責業務信令收發、解析及通話語音的編解碼處理。維模型數據導入ANSYS系統，進行有限元靜力學分析。

1.1 TIAS調度臺

TIAS調度臺是一套配置有MIC、揚聲器等音頻附件的通用計算機設備，設備上安裝部署TIAS調度臺應用軟件，具體模塊如圖2所示。TIAS調度臺軟件主要有界面模塊（GUI）、呼叫處理模塊、PA接口模塊及音頻處理模塊4個功能模塊，①界面模塊為調度員提供人機操作界面；②呼叫處理模塊為GUI提供接口函數，維護呼叫信息，控制音頻處理模塊音頻處理開關，并負責完成本地錄音；③PA接口模塊負責與車載PA進行網絡通信，傳輸信令及媒體流（數字編碼）；④音頻處理模塊負責模擬音頻的采集、音頻編解碼、數字音頻輸入輸出（與呼叫處理模塊間）及音頻播放等。

1.2車載PA

車載PA軟件中主要由TIAS通信模塊和音頻處理模塊2個模塊負責處理乘客緊急對講和列車廣播業務，其中，TIAS通信模塊負責與TIAS調度臺進行網絡通信，傳輸信令及媒體流（數字編碼）；音頻處理模塊負責模擬音頻的采集、音頻編解碼、數字音頻輸入輸出（與TIAS通信模塊間）及音頻播放，具體模塊劃分如圖3所示。

2基本業務流程

2.1乘客緊急對講

通過TIAS調度臺進行列車乘客緊急對講功能時，需要遵循1個調度臺、1套車載PA僅支持1個列車乘客緊急對講任務，即當某個調度臺參與到乘客緊急對講時，必須保證其他調度臺沒有對該列車執行上述操作。由TIAS調度臺負責實現上述任務的閉鎖，防止出現任務沖突。TIAS可以拒絕后發起的呼叫，也可以先結束正在進行的呼叫然后繼續處理后續的呼叫。乘客發起的緊急呼叫請求可能同時呈現到多個TIAS操作臺，當1個TIAS操作用戶處理該請求時應該通知其他TIAS操作臺，以保持該呼叫任務狀態同步，防止其他TIAS調度臺重復操作。

當多個乘客操作車載PA發起緊急呼叫時，這些呼叫請求都將被LTE系統轉發給TIAS系統，由TIAS調度席位選擇先應答處理哪一個呼叫，其他呼叫繼續排隊等待。特殊情況下，TIAS調度用戶也可以主動發起乘客緊急呼叫。乘客緊急對講信息帶有車組號、車廂號和話筒號等標識信息，需要注意的是，同一列車車廂的同一個話筒只能有一個正在處理的呼叫，乘客緊急呼叫流程如圖4所示。

2.2列車廣播

列車廣播呼叫對象可以是一個列車，也可以是多個列車，其通話語音總是TIAS調度臺至車載PA單向傳輸的。根據該業務特點，列車廣播呼叫的語音采用組呼方式發送至車載PA，列車廣播流程如圖5所示。

3關鍵技術與實現

3.1信令控制

3.1.1呼叫沖突

為了確保方案可靠性，需要考慮各種沖突情況下的處理辦法，各種典型沖突情況及建議的處理方式如下：

①當車載PA接收到TIAS發起的呼叫時，如果車載PA設備當前正在進行高優先級呼叫，則向TIAS發送出錯消息。

②當車載PA接收到TIAS發起的呼叫時，如果車載PA設備當前正在進行低優先級呼叫，則掛斷低優先級呼叫，并接通此呼叫，之后向TIAS發送確認消息。

③當車載PA接收到同一個TIAS調度臺發起的呼叫，且車載PA當前正在進行同等優先級的呼叫時，則向TIAS發送呼叫確認，防止呼叫確認丟失。

④當車載PA接收到不同的TIAS調度臺發起的呼叫，且車載PA當前正在進行同等優先級的呼叫時，則向TIAS發送出錯消息。

⑤當車載PA接收到TIAS發送的結束請求時，如果車載PA設備當前處于空閑狀態（進行其他業務，并無相應呼叫），則回復確認消息。

⑥當乘客操作車載PA發起緊急對講業務時，如果車載PA檢測到中心側TIAS調度臺均未在線，則直接通過車載PA操作設備提示操作失敗（出錯提示音或指示燈）。

⑦在列車廣播或乘客緊急對講期間，如果未按流程接收到對端發送的語音數據包，應自行播放靜音數據包。

⑧TIAS檢測到車載PA設備激活端切換時，應自動復位該列車的所有呼叫任務。

3.1.2超時保護

業務發起方應做定時保護，在發送業務請求后，如果在定時保護超時后仍沒有接收到對端確認，應進行復位，并支持重新發起操作。超時處理流程如表1所示。

3.2音頻編解碼

在乘客緊急對講和列車廣播呼叫業務中，其語音編解碼方式如表2所示。

PCM編碼方式還原度高，音質好，但是由于沒有經過編解碼壓縮，所以占用帶寬較大，實際使用中容易和承載在LTE上的其他業務搶占帶寬。ACELP是TETRA標準定義的語音編解碼，占用帶寬較小，編碼速率規定，無法靈活選擇編解碼方式，其應用范圍較少，可能需要對編碼數據進行二次轉換。AMR編碼方式是無線通信中廣泛使用的語音編碼方式，占用帶寬較小，有多種可選的編解碼速率，比較適合無線信道中的通話語音編解碼。綜上所述，在綜合考慮帶寬、技術難度、應用情況的基礎上，建議優先采用AMR語音編碼方式。

4結束語

在城市軌道交通全自動駕駛的實現過程中，會涉及到各種各樣不同的應用場景，需要解決各種各樣不同的應用問題。以LTE專用無線系統為傳輸通道，實現了TIAS系統和車載PA系統之間的車地語音業務，很好地解決了在沒有列車司機的情況下調度臺和乘客的溝通問題。在城市軌道交通全自動駕駛系統中，利用現代語音通信和自動控制等技術，全面提升了軌道交通的安全性、可靠性和可維護性，提高了軌道交通的整體自動化水平和運行效率，是未來城市軌道交通技術的發展方向。

參考文獻

[1] European Telecommunications Standards Institute.Radio Equipment and Systems；Trans-European Trunked Radio（TETRA）；Voice plus Data （V+D）；Part 1：General Network Design：ETS 300 392-1[S].European Telecommunications Standards Institute，2009.

[2] European Telecommunications Standards Institute. Radio Equipment and Systems （RES）；Trans-European Trunked Radio （TETRA）；Voice plus Data（V+D）；Part 2：Air Interface（AI）：ETS 300 392-2[S].European Telecommunications Standards Institute，2010.

[3]徐小濤.數字集群移動通信系統原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[4]鄭祖輝.數字集群移動通信系統[M].北京：電子工業出版社， 2008.

[5]郭梯云，楊家瑋，李建.數字移動通信（修訂本）[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[6]吳小旺，馮普恩.數字集群在城市軌道交通調度通信中的應用[J].移動通信，2002（2）：48-49.

[7]劉立元，周承昊.軌道交通TETRA系統的二次開發應用[J].鐵道通信信號，2009，45（4）：55-56.