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地铁紧急对讲和列车广播功能设计

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)

Abstrart:With the rapid development of the city´s rail traffic, in order to meet the special needs of the fully automated drivingscenario, such two services as passenger emergency call and train broadcast are proposed. This paper describes the source of servicerequirements, architecture of service implementation, specific service processes, and technical difficulties of passenger emergency calland train broadcast. Based on the implementation of these two services, the emergency handling capacity of city´s rail traffic in the fullyautomatic driving scene is improved, and the safety and reliability of operation are promoted. A strong guarantee is provided for theautomatic driving of city´s rail traffic.

Key words:fully automatic driving; emergency call; train broadcast

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 专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;③ PA 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.⑧ TIAS 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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