地铁紧急对讲和列车广播功能设计

赵东霞 蒋国华

摘要：在目前城市轨道交通全自动驾驶快速发展的情况下，为了适应全自动驾驶场景的特殊需求，提出了乘客紧急对讲和列车广播2种业务，描述了乘客紧急对讲和列车广播的业务需求来源、业务实现的体系架构、具体的业务流程及技术难点。通过这2种业务的实现，提高了城市轨道交通在全自动驾驶场景下的应急处理能力、运营的安全性和可靠性，为城市轨道交通的全自动驾驶提供了有力保障。

关键词：全自动驾驶；紧急对讲；列车广播

中图分类号：TP391.4文献标志码：A文章编号：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

近年来，国内较多城市轨道交通线路开始尝试全自动驾驶技术，今年开通的北京燕房线、上海8号线3期等计划在通车后实现“全自动运行”，南京7号线也按照全自动驾驶设计。

全自动驾驶是指将列车驾驶员执行的工作完全交由自动化的、高度集中的列车运行系统完成。在有人驾驶的情况下，司机不仅承担控制列车运行的职责，而且需要对列车内发生的紧急情况进行处理，同时向列车中的乘客广播通知信息。但是，在无人驾驶的情况下，由于没有列车司机的存在，如何第一时间获得列车车厢内的实时状况，并同时对乘客进行通知和疏导，成为在无人驾驶情况下需要迫切解决的一个应用场景。为了应对这2种可能的实际场景，设计了乘客紧急对讲和列车广播2种业务。

1总体设计

乘客紧急对讲是在密闭的车厢中，当发生意外情况时，例如火灾、投毒及暴力侵害等安全事件时，乘客可通过列车紧急对讲按钮与行车调度员通话联系，方便运营工作人员对紧急情况进行处理及收集。

列车广播功能是指用户能够通过综合监控系统（TIAS）调度台对指定单个或者多个列车发起广播呼叫，在无线系统、车载PA系统配合下实现乘客广播，广播的对象是列车车厢内的乘客等人员。通常用于事件通知、危险预警及紧急疏散等情况。

乘客紧急对讲和列车广播功能涉及到的系统包括TIAS、LTE專用无线系统和车载广播系统（车载PA），如图1所示。LTE专用无线系统负责在TIAS和车载PA之间提供语音和信令通道，支持TIAS调度台对车载PA进行列车广播和乘客紧急对讲功能。LTE系统主要由核心网、基站及车载接入单元（TAU）等设备构成，核心网设备部署在控制中心机房，基站部署在轨行区沿线及车站机房，TAU部署在列车车头和车尾。LTE系统中，在中心侧由核心网负责对TIAS系统提供接口，在列车上由TAU负责对车载PA提供接口。TIAS和车载PA各自负责业务信令收发、解析及通话语音的编解码处理。维模型数据导入ANSYS系统，进行有限元静力学分析。

1.1 TIAS调度台

TIAS调度台是一套配置有MIC、扬声器等音频附件的通用计算机设备，设备上安装部署TIAS调度台应用软件，具体模块如图2所示。TIAS调度台软件主要有界面模块（GUI）、呼叫处理模块、PA接口模块及音频处理模块4个功能模块，①界面模块为调度员提供人机操作界面；②呼叫处理模块为GUI提供接口函数，维护呼叫信息，控制音频处理模块音频处理开关，并负责完成本地录音；③PA接口模块负责与车载PA进行网络通信，传输信令及媒体流（数字编码）；④音频处理模块负责模拟音频的采集、音频编解码、数字音频输入输出（与呼叫处理模块间）及音频播放等。

1.2车载PA

车载PA软件中主要由TIAS通信模块和音频处理模块2个模块负责处理乘客紧急对讲和列车广播业务，其中，TIAS通信模块负责与TIAS调度台进行网络通信，传输信令及媒体流（数字编码）；音频处理模块负责模拟音频的采集、音频编解码、数字音频输入输出（与TIAS通信模块间）及音频播放，具体模块划分如图3所示。

2基本业务流程

2.1乘客紧急对讲

通过TIAS调度台进行列车乘客紧急对讲功能时，需要遵循1个调度台、1套车载PA仅支持1个列车乘客紧急对讲任务，即当某个调度台参与到乘客紧急对讲时，必须保证其他调度台没有对该列车执行上述操作。由TIAS调度台负责实现上述任务的闭锁，防止出现任务冲突。TIAS可以拒绝后发起的呼叫，也可以先结束正在进行的呼叫然后继续处理后续的呼叫。乘客发起的紧急呼叫请求可能同时呈现到多个TIAS操作台，当1个TIAS操作用户处理该请求时应该通知其他TIAS操作台，以保持该呼叫任务状态同步，防止其他TIAS调度台重复操作。

当多个乘客操作车载PA发起紧急呼叫时，这些呼叫请求都将被LTE系统转发给TIAS系统，由TIAS调度席位选择先应答处理哪一个呼叫，其他呼叫继续排队等待。特殊情况下，TIAS调度用户也可以主动发起乘客紧急呼叫。乘客紧急对讲信息带有车组号、车厢号和话筒号等标识信息，需要注意的是，同一列车车厢的同一个话筒只能有一个正在处理的呼叫，乘客紧急呼叫流程如图4所示。

2.2列车广播

列车广播呼叫对象可以是一个列车，也可以是多个列车，其通话语音总是TIAS调度台至车载PA单向传输的。根据该业务特点，列车广播呼叫的语音采用组呼方式发送至车载PA，列车广播流程如图5所示。

3关键技术与实现

3.1信令控制

3.1.1呼叫冲突

为了确保方案可靠性，需要考虑各种冲突情况下的处理办法，各种典型冲突情况及建议的处理方式如下：

①当车载PA接收到TIAS发起的呼叫时，如果车载PA设备当前正在进行高优先级呼叫，则向TIAS发送出错消息。

②当车载PA接收到TIAS发起的呼叫时，如果车载PA设备当前正在进行低优先级呼叫，则挂断低优先级呼叫，并接通此呼叫，之后向TIAS发送确认消息。

③当车载PA接收到同一个TIAS调度台发起的呼叫，且车载PA当前正在进行同等优先级的呼叫时，则向TIAS发送呼叫确认，防止呼叫确认丢失。

④当车载PA接收到不同的TIAS调度台发起的呼叫，且车载PA当前正在进行同等优先级的呼叫时，则向TIAS发送出错消息。

⑤当车载PA接收到TIAS发送的结束请求时，如果车载PA设备当前处于空闲状态（进行其他业务，并无相应呼叫），则回复确认消息。

⑥当乘客操作车载PA发起紧急对讲业务时，如果车载PA检测到中心侧TIAS调度台均未在线，则直接通过车载PA操作设备提示操作失败（出错提示音或指示灯）。

⑦在列车广播或乘客紧急对讲期间，如果未按流程接收到对端发送的语音数据包，应自行播放静音数据包。

⑧TIAS检测到车载PA设备激活端切换时，应自动复位该列车的所有呼叫任务。

3.1.2超时保护

业务发起方应做定时保护，在发送业务请求后，如果在定时保护超时后仍没有接收到对端确认，应进行复位，并支持重新发起操作。超时处理流程如表1所示。

3.2音频编解码

在乘客紧急对讲和列车广播呼叫业务中，其语音编解码方式如表2所示。

PCM编码方式还原度高，音质好，但是由于没有经过编解码压缩，所以占用带宽较大，实际使用中容易和承载在LTE上的其他业务抢占带宽。ACELP是TETRA标准定义的语音编解码，占用带宽较小，编码速率规定，无法灵活选择编解码方式，其应用范围较少，可能需要对编码数据进行二次转换。AMR编码方式是无线通信中广泛使用的语音编码方式，占用带宽较小，有多种可选的编解码速率，比较适合无线信道中的通话语音编解码。综上所述，在综合考虑带宽、技术难度、应用情况的基础上，建议优先采用AMR语音编码方式。

4结束语

在城市轨道交通全自动驾驶的实现过程中，会涉及到各种各样不同的应用场景，需要解决各种各样不同的应用问题。以LTE专用无线系统为传输通道，实现了TIAS系统和车载PA系统之间的车地语音业务，很好地解决了在没有列车司机的情况下调度台和乘客的沟通问题。在城市轨道交通全自动驾驶系统中，利用现代语音通信和自动控制等技术，全面提升了轨道交通的安全性、可靠性和可维护性，提高了轨道交通的整体自动化水平和运行效率，是未来城市轨道交通技术的发展方向。

参考文献

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