列车广播与信息显示系统研究

王 强，海 波，刘 阳

（北京奥特维科技有限公司，北京 100015）

0 引 言

基于列车广播与信息显示系统的实际情况和功能需求，在进行系统设计的过程中，需要运用到广播技术、显示设备、视频设备以及其他辅助性工具等多种工具和技术，系统设计存在一定复杂性。当前，针对列车广播系统方面的研究，多从控制逻辑、监测系统以及技术应用等方面着手，对于系统架构以及设计实现方面的探讨相对较少。因此，加强对于列车广播与信息显示系统的研究分析很有必要。本文的研究有效填补了此方面的空缺，有助于提升列车广播系统的设计水平。

1 列车广播与信息显示系统需求分析

列车广播与信息显示系统主要是为司机间、司机与乘客之间的对话交流以及列车报站等方面提供服务。为保障该系统设计的有效性以及实用性，设计人员应结合实际情况，从播报功能以及信息显示功能两个方面，针对系统需求展开分析。

1.1 系统播报功能

系统播报功能主要指的是语音、通信以及报站等方面的功能，主要包括司机室对讲、司机对乘客广播、自动报站、中央控制以及音量调节等方面。

（1）司机室对讲功能。司机室对讲功能要求一辆列车两端的司机室能够进行实时通话。若两辆列车重连，则四个司机室的司机应能够互相进行通话，且通话内容并不会传达给乘客。此外，参与通话的司机还要能通过监听扬声器听取通话内容，以LED 指示灯识别对方呼叫信息。

（2）司机对客室广播功能。司机在有需求时，需要能通过选择人工广播，对客室进行广播或者通话。当两辆列车互联时，司机室还要能对所有乘客进行广播。

（3）司机与乘客对话功能。当出现突发事故或者紧急事件时，乘客需借助紧急按钮进行报警，司机听到报警声音，显示面板同时将显示报警乘客所在的车厢号码。司机与乘客进行通话，通话结束后，双方位置上的通话指示灯会熄灭。

（4）自动报站功能。列车广播系统需要能够进行全自动、半自动以及人工播放站名和注意事项，用户能够对广播内容进行更改，司机可根据实际需求激活或者终止播报。列车广播语言应包括汉语普通话和英语两种。

（5）优先级划分功能。广播系统中，各功能的优先级排列如下：客室报警为最高级别，其次是两端司机对讲，再次为司机语音播报，语音报站功能级别高于其他语音信息播报，最后是背景音乐的播放[1]。

（6）音量调节功能。由于客室音量不固定，为保障乘客能够始终听清广播内容，广播系统应具备音量自动调节功能。广播音量应始终比客室噪声高10 dB，但不得高于95 dB，以确保乘客能够听清楚广播内容。

（7）系统高冗余性。为保障列车得以正常运行，首尾司机室的系统要能够互为热备份，在司机室广播控制器出现问题时，可及时进行切换，另一端司机能够需能对列车广播进行有效控制。

1.2 系统显示功能

根据列车实际运行需求，其系统显示应具备站点信息显示和实时视频播放两个方面的功能。其中，站点播报显示功能主要包括以下内容。

（1）到站显示。主要是通过屏幕显示到站信息，并预报下一站站名以及列车线路、方向等其他相关运营信息。

（2）语言类别显示。应同时显示简体中文以及英文。

（3）到站显示与列车广播同步。需要在每个列车的两侧各设置一个信息显示装置，位于列车门上方，显示列车区间、方向、种类等，确保字迹清晰、醒目。

实时视频播放功能主要包括以下内容。

（1）实时视频播放。通过无线通信接口的音频视频播放装置，实现中英文文字和图像的显示，还能够应用中央图像服务器，采用数字存储播放或者光驱形式进行显示播放。司机室能够通过手动控制数字信号，选择适当播放形式，或者按照系统优先级设置进行自动选择。

（2）实时视频播放与客室监视。实时视频播放主要用于播放视频节目，客室监视是指司机对客室内进行实时监视，通过监视器和摄像机，进行监视信息的传输和播放。

2 列车广播系统框架结构

根据对列车广播系统功能需求的分析，每辆列车需要配备两套广播系统，每套广播系统需要包括司机室系统、客室系统以及其他辅助系统三个部分，采用模块化形式进行设计，主要包括电源、接口、客室及中央处理等多个模块。系统主要特点表现在以下几个方面。

（1）兼具硬件以及软件平台，通过总线进行控制，并能够根据实际需求以及所用技术，对系统进行升级扩展。

（2）具备标准数据接口，能与监控系统总线相连，通过司机室中控系统和显示器，对广播系统进行控制和监视。

（3）具有标准逻辑电平接口，能够与车门状态、速度等继电器相接，还能够与传感器相连，精准定位，准确报站。

（4）系统架构为后续系统的升级优化和使用维护提供极大便利，而且能够进行多供货商零部件之间的互换。

3 列车广播与信息显示系统实现

3.1 广播播报实现

3.1.1 列车导线设置

结合上述对列车广播系统功能的分析以及系统框架结构的设计，广播系统包括6 根3 对列车导线，其中一对导线主要用于广播音频信号的传播，一对用于传输对讲/报警音频信号，一对作为系统控制线，主要控制系统状态，同时负责模块间的命令传输。为减少列车导线数量，同时确保列车重连状态下司机室仍然具备通话等功能，同时在对讲/报警音频传输方面进行两线双工设计，相应呼叫、应答功能则通过总线实现，以有效减少线路使用数量，同时避免模块间的通信与总线冲突。

3.1.2 系统控制设计

系统采用CAN 总线控制方式保障各节点之间的通信，在保障系统可靠性的同时，有效简化系统线路设计，提升各模块通信以及系统控制的便利性。而且，还能够有效减少冲突问题。当多节点同时向总线发送信息，系统会按照优先级要求进行信息传输，以优先级较高的节点为主，待其传输完毕后，再安排优先级较低的节点继续传输，避免网络瘫痪。此外，CAN 总线传输方式速率较快、时间较短，受到的干扰影响较少，还可根据实际需求自动选择传输介质，并在节点存在严重错误时自动进行关闭，而总线上的其他节点操作并不会受到影响。

3.1.3 音频传输及音量调整设计

列车行驶过程会受到周围环境以及各种电气设备的干扰影响，使得乘客难以听清楚广播信息内容。为确保广播音频信号的稳定性、广播内容清晰，需要对音频信号传输进行设计。在传输模式方面，采用定压传输方式，提高功放输出信号，以此避免电气设备带来的影响，确保接收端能够接收到稳定的音频信号。此外，系统还需要具备广播音量自动调整功能。列车的运行过程中存在各种噪声，会影响乘客获取广播信息。对此，应使用终端扬声器对客室内的噪声进行检测，提取各客室的噪声平均值，以此合理地进行广播音量的调整。对此，可采用实时控制方式实现对于噪声的自动采集以及音量的实时调整，将噪声传感器安装在远离扬声器的位置，在广播开始前或者广播间隙，对环境噪声进行采集放大处理，并将其转变为数字模式，以此为依据进行音量的自动调整。为避免出现突发性噪声，需要在一段时间内进行多次噪声采集，然后计算平均值，作为音量调整的参考[2]。

3.1.4 其他性能设计

为保障系统功能，在进行广播系统设计过程中，设计人员还需要考虑系统的通用性、可靠性以及电磁兼容性等多个方面。在系统通用性方面，应采用模块化设计模式，确保每个功能模块都相对独立，并针对无法确定的外部接口，设计独立的控制模块，避免模块间出现互相干扰的情况。对于控制系统通信协议不确定性等相关问题，可通过调整中央控制器扩展模块解决，以此确保系统的可靠性、灵活性。此外，每个模块都采用单独供电、光电耦合等方式进行设计，可以实现电源与地线之间以及模块数据和控制命令间的有效隔离，确保了系统的电磁兼容性。

3.2 信息显示系统实现

3.2.1 乘车信息显示设计

乘车信息显示主要是通过液晶显示器向乘客展示列车、站点等相关信息，主要内容包括到站站名、下一站站名、运行路线静态展示、运行区间动态显示、列车运行服务信息以及车门开启方向、状态显示。在实际显示列车运营服务信息的过程中，显示屏上需要同时具备简体中文以及英文文字和图像信息。由于乘车信息显示内容包括文字、图片信息，而且显示内容中部分内容是固定的，而另一部分是变动的，因此，需要对相应信息进行数字化处理，并将其存储在图像中央服务器当中，对固定信息进行保护，确保其不会出现错漏情况，对于变动信息则需要根据实际列车行进方向、到站站点等及时进行变动更新。此外，还需要确保乘车信息显示内容与列车广播同步，因此，在系统设计过程中，从中央服务器读取的信息命令，需要通过列车广播命令进行触发，以此保障二者内容的同步[3]。

3.2.2 视频信息显示设计

视频信息主要是针对客室而言，为乘客服务，显示内容为列车运行信息以及视频新闻。实时新闻播放设计，需要根据系统设计要求选择能够与无线通信接口连接的光驱播放装置，并将其与显示装置连接在一起，以此达到图像、影像的显示目的。实时新闻播放装置主要包括图像中央服务器、调制器以及客室显示器等多种装置。此外，要求新闻播放通信接口能与相应显示装置兼容，以此实现对于实时新闻以及数字电视节目的播出。此外，还可以将相应视频播放内容通过DVD 光盘存储在图像中央服务器当中，直接进行播出。在实际进行视频信息播放时，可通过手动或者自动控制的方式，实现对于无线通信接口、图像中央服务器或者DVD 信号的有效控制。手动方式就是人工进行选择，而自动控制则是事先预设好程序优先级，系统根据不同信号的优先级顺序进行自动播放，以此保障视频信息显示播放的连续性和顺畅性[4]。

3.2.3 客室监控系统设计

客室监控系统主要用于以下两种情况：其一，在正常状态下，司机室对客室情况的监控查看；其二，在紧急状态下，司机对客室乘客活动情况的监控，例如，在乘客触动紧急按钮之后，司机需要通过相应位置的监控设备，了解客室内实际情况，并采取相应应对措施，以此减少损失。此外，还需要对客室内监控视频信息进行存储，以供后续监控视频的调取、回放。

根据上述客室监控系统设计需求，在进行系统设计的过程中，首先，需要在客室设置彩色摄像机，并合理布设摄像机的位置，保持最佳监控效果，确保客室情况能够无盲区、无死角地传输到司机室，保障司机室能够清楚地观察乘客状态、紧急报警器及按钮的情况；其次，应在司机室设置图像中央服务器以及监控画面显示器，供司机查看客室情况，而且相应显示器能够将整个列车的监控图像显示在同一画面当中，也可手动选择某一画面，或者进行图像自动巡视，即每隔一段时间，显示器能够自动更换显示画面；最后，若出现乘客触动紧急按钮等情况，需要监视器能够自动对该图像进行记录和保存，以供后续查看。此外，要求图像前端能够对列车两侧的司机室信号进行接收，以此保障监控系统的灵活性以及可靠性[5]。

4 结 语

在实际进行列车广播与信息显示系统设计的过程中，设计人员应加强对于广播系统实际功能的分析和研究，明确系统应用需求，并以此为基础，采取模块化系统架构设计方式，保障各模块之间的独立性，同时还能够进行通信信号的有机传输，确保司机室广播、客室广播、通信网络以及信息显示系统之间能够良好配合，实现广播内容与视频信息显示内容的同步性和一致性，在保障信号传输稳定性以及可靠性的同时，提高系统的抗干扰性能，确保广播信息能够准确地被乘客获取，为乘客、司机以及相关工作人员提供良好服务。