厦门地铁1号线电客车广播故障分析及改进建议

施奇坚

（厦门轨道交通集团有限公司，福建 厦门 361000）

电客车广播系统由司机室广播控制主机、客室综合主机、广播控制台、乘客紧急报警器、噪声检测器和扬声器等组成。广播系统是车载旅客信息系统的重要组成部分，实现电客车正常运营状态下的各种信息广播，并在发生灾害或其它紧急情况下启动紧急广播或紧急对讲和报警，以指挥旅客疏散、调度工作人员抢险救灾，减少意外造成的损失。广播系统的好坏直接影响到乘客的服务质量，针对正线电客车广播无法播报故障，本文详细分析了故障原因，提出了改进建议，供借鉴参考。

1 故障及原因分析

1．1 优先级被篡改导致无电客车广播

（1）故障现象。电客车起始站上行出站后全车自动广播、半自动广播、人工广播均无法播报，司机复位广播主机仍无效后退出服务。

（2）广播优先级介绍。乘客信息系统广播功能包含OCC广播、人工广播、紧急广播、报站广播、多媒体伴音，其中报站又分为：自动报站、半自动报站、手动报站。电客车广播系统设置了优先级控制功能，在高级别的通信要求到来时，正在播送的低一级的通信立即中断，而在高级别通信结束后自动恢复。

低级别的广播通信不能打断高级别广播通信，需要等候高级别广播通信结束后才能开始。电客车广播优先级从高往低依次为：OCC广播、人工广播、紧急广播、报站广播、多媒体伴音（网络设置优先级数值，数值越小，优先级越高）。广播优先级配置分别储存在主端PA主控和从端PA主控，电客车运行过程中以主端优先级配置为准，主端会周期性通过网络和RS485总线更新优先级配置至从端，确保从端优先级与主端状态一致。从端接收网络和RS485的数据后，比对两次数据一致性，若当发现RS485数据出错，则会以网络数据来修正RS485数据。

（3）故障分析。分析电客车广播日志发现电客车广播优先级被多次自动篡改，如下所示。

“18:59:30”，”07628”，”[主控]设定优先级：1,0,3,4,1。”#优先级被篡改

“18:59:32”，“07629”，“[主控]设定优先级：1,0,3,4,5。”#网络校正（数字越小，优先级越高）。

“19:07:16”，“07657”，“[主控]设定优先级：0,0,3,4,5。”#优先级被篡改

“19:07:17”，“07658”，“[主控]设定优先级：1,0,3,4,5。”#网络校正（数字越小，优先级越高）。

设定优先级顺序依次为OCC广播、人工广播、紧急广播、报站广播、多媒体伴音。从日志分析可知，网络校正使用的优先级为1,0,3,4,5，即人工广播的优先级高于OCC广播，同样存在优先级设置错误，但日常使用过程中不涉及OCC广播，因此日常未报出使用故障。

电客车故障时刻广播优先级被自动篡改为：16,160,32,65,65，由于系统主从切换导致网络正确优先级未能及时修正，导致电客车无法进行报站及人工广播，日志内容如下所示。

“19:41:32”，“07792”，“[TCMS][占用激活]司机室由非激活转激活。”

“19:42:34”，“07797”，“[主控]设定优先级：16,160,32,65,65。”

“19:42:35”，“07798”，“[系 统]0x93,＜0xc3全,对端为从，本端由从转为[主].”

根据日志记录情况，广播优先级被错误设定的可能原因为通讯干扰的可能性较大。模拟RS485总线干扰情况，通讯数据被随机篡改，日志解析说明如下：

”00012”，“[主控]设定优先级：1,2,3,4,4.RS485[0x00000000]。”#正确数据为1,2,3,4,5,被篡改为1,2,3,4,4

”00013”,“[PRI]FA 00 00 FF 03 07 05 00 68 01 02 03 04 04 FC”#FA为帧头，FC为帧尾。

（4）故障排查。使用示波器测量RS485的通讯波形，发现RS485的通讯波形存在异常干扰，如图1、图2所示。

图2 RS485采集正常波形（峰值一致）

如图1所示，故障电客车RS485波形的峰值被削减。经排查后发现M2车厢客室RS485总线的X3B母线端子1脚和3脚线序接反，TC1车厢客室主控X3B端子1脚公针缺失。将线序恢复正确、更换连接端子后，再次测量RS485总线的波形，波形恢复正常。模拟正常车相同故障点，故障复现。

图1 RS485采集异常波形（峰值削减）

综上分析，由于RS485总线上个别节点接线错误，使RS485总线数据抗干扰性能降低，偶发主从端同步数据通讯异常，导致从端RS485接收到的广播优先级同步数据被随机篡改。由于从端还会同时从网络端接收到正确的广播优先级同步数据，从端PA主控优先级设置以1秒间隔重复出现，网络端及时修正了RS485的数据错误，当从端没有切换到主端时，电客车都以主端正确的优先级配置正常运行。电客车的有效优先级配置没有被真正篡改。

当电客车进行主从端切换，概率性发生从端错误的优先级配置未及时被网络端修正，则从端将会按照错误的优先级配置切换为主端。此时，错误的优先级配置将通过网络和RS485总线同步给从端。电客车的有效优先级配置就真正发生了一次篡改。

有效优先级配置被篡改的数据存在一定的随机性，仅当自动广播和人工广播优先级被设置为最低时，才有可能发生自动广播及人工广播均失效的故障。

1．2 网络风暴导致无电客车广播

（1）故障现象。电客车起始站上行出站后全车自动广播、半自动广播、人工广播、司机对讲均无法播报，司机复位广播主机仍无效后退出服务。

（2）广播主控主从原理分析。广播主控的主从关系位置根据占用信号、MVB通讯状况、SD卡状况来确定。在两端MVB通讯状况、SD卡状况均正常的情况下，占用信号与广播主控的主从关系如表1所示。

表1 主从关系表

（3）故障分析。为提醒乘客终点站下车，软件设置了终点站循环广播功能，循环广播的打断逻辑为：占用换端后停止循环报站广播。

故障正向逻辑分析：如图3所示，在整个循环播放过程中，当“打开语音文件”和“读取语音数据”环节失败时，播放状态不会退出，但是无法从客室广播听到相关的语音。在“打开语音文件”和“读取语音数据”环节，需要足够的内存保证其正常执行，内存不足时会概率性发生网络风暴。

图3 循环广播播放原理

故障反向分析：故障发生前TC1车广播主控为主，切换为TC2车占用后，广播系统应切换为TC2车为主，而实际故障时刻仍为TC1车为主，且广播系统仍处于TC1车工作状态。实际在故障发生时，客室无循环广播声音，客室广播声音播放异常且未退出广播播放状态，而此时终点站广播没有被终止，内存持续处于高占用状态，在占用换端时，PA主控软件对内存分配使用不当，概率性发生内存不足导致广播一直处于循环广播状态，此时车辆折返主控不能通过占用信号切换到从端。

故障现象验证：通过调整内存调用参数及接收数据的复制份数，使得内存占用增大，偶发性的会复现故障现象，即司机按下广播控制盒请求人工广播及司机对讲，由于广播主控没有足够的内存空间接收此请求指令，固人工广播和司机对讲请求无法得到广播主控的正确响应，造成人工广播及司机对讲无法正常发起。此故障与实际正线故障表现一致，从而确认由于内存占用过多导致正线故障的发生。

2 改进建议

2．1 优先级被篡改导致无电客车广播改进措施

（1）修改软件，关闭广播优先级配置功能，固化广播优先级顺序，确保不会被异常数据篡改。

（2）乘客信息系统与网络协商增加上报通讯协议，完善软件日志功能，加强异常记录及关键信息上报功能，确保故障发生时能及时被发现。

（3）增加人工独立广播，保证特殊情况下人工广播可以继续使用。

2．2 网络风暴导致无电客车广播改进措施

（1）取消循环广播，防止设备内存使用过高，对终点站报站音频改为播放两次终点站广播。

（2）增加人工独立广播，保证特殊情况下人工广播可以继续使用。

3 人工独立广播方案

司机室增加应急广播开关和应急广播继电器，应急广播继电器的常闭触点接入广播主机的供电电路，如图4、图5所示，其中图5上方实线框部分为新增。

图4 增加应急广播开关和应急继电器

图5 人工广播示意图

3．1 正常情况

应急控制开关处于断开位，继电器常闭触点未动作，此时司机室广播主机正常工作。由主端的司机室广播控制主机进行对广播系统的各个终端实时轮巡监测。当进行人工广播时，广播控制盒发起请求，司机室广播控制主机的PA主控进行优先级判断，当无高优先级时，人工广播请求通过，此时广播控制盒收到请求通过后，可以进行人工广播。

3．2 应急情况

当司机室广播控制主机出现异常时，通过应急广播开关将继电器的常闭触点断开，使两端司机室广播主机断电，如图6所示。

图6 司机室广播主机断电示意图

电源切除后，广播控制盒和客室广播主机检测到与司机室广播主机通讯中断5s以上进入故障模式，此时人工广播功能相关的逻辑不受司机室广播控制主机的控制。广播控制盒不分主从，任一端广播控制盒都能发起人工广播。

3．3 其他功能

在PIS系统故障时，也可以通过控制开关对两端的司机室控制主机进行同时复位操作。

4 结语

本文针对厦门地铁1号线电客车正线无广播故障，分析了控制线路的连接质量问题及控制软件的优化功能考虑不全均有可能导致广播故障。为减少正线清客等运营影响，本文提出增加人工独立广播优化方案，保证在应急情况下司机能通过广播控制盒对乘客进行人工播报。