CN115441972A - 一种基于以太网的数字化列车广播系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于以太网的数字化列车广播系统，由以太网交换机、车载通信控制单元、客室控制单元、客室扬声器、通讯控制面板、乘客报警器和广播环境噪声补偿器等组成。交换机采用环网连接方式，在列车车辆之间提供用于数据通信的高速自愈以太网网络。两个车载通信控制单元同时工作，互为热备，通过列车以太网网络实时交互工作状态；集成于客室控制单元的功率放大器具有两路独立功放模块，分别驱动本车与相邻车辆的一组扬声器。本发明通过自愈环形以太网网络以及对列车广播系统设备的冗余配置和交叉控制，避免单点故障导致列车或车厢的广播功能丧失，并具有接口简单、支持远程维护等优点，可广泛应用于全自动运行轨道交通列车。

Description

一种基于以太网的数字化列车广播系统

技术领域

本发明涉及列车广播系统技术领域，尤其涉及一种基于以太网的数字化列车广播系统。

背景技术

列车广播系统主要用于列车运营信息广播，并能够在发生紧急情况或灾害时，进行紧急广播、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。

数字化列车广播系统接口简单，具有较好的可扩展性和兼容性，得到了广泛应用。但现有的数字化列车广播系统冗余功能和故障降级服务功能不完善，网路中断时容易引起双主控故障造成列车广播功能丧失；客室控制单元、功率放大器故障会造成本车厢广播功能丧失，这将影响列车特别是无人驾驶列车的运营服务质量和运营安全。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于以太网的数字化列车广播系统，以解决单点故障导致列车或车厢广播功能丧失的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种基于以太网的数字化列车广播系统，包括以太网交换机、车载通信控制单元、客室控制单元和客室扬声器；

以太网交换机包括三层交换机和两层交换机两种，以太网交换机每节车厢至少设置两个，均具有终端旁路功能，采用环网连接方式，形成用于数据通信的高速环形自愈以太网网络，以太网网络中的终端设备全部数字化并接入以太网；

三层交换机用于管理列车广播系统与轨旁系统的通信接口，每列车设置两个；

客室扬声器采用数字化扬声器，设置有多个，分为两组，每节车厢均设置第一扬声器组和第二扬声器组；

客室控制单元分布在各节车厢中，每节车厢设置一个，集成于客室控制单元内的功率放大器具有两路独立的功率放大器模块，分别连接本车与相邻车辆的其中一个扬声器组，在列车广播系统生成音频信息时通过功率放大器模块驱动相应的扬声器组；

车载通信控制单元通过以太网线与三层交换机连接，用于控制列车广播系统的工作，每列车设置两个，同时工作，互为热备，通过列车以太网网络实时交互工作状态。车载通信控制单元通过以太网线连接至列车网络控制系统，用于列车广播系统与车辆的信息交互，通过音频总线连接至车钩，用于两列列车连挂后的列车广播。

进一步，列车广播系统还包括通讯控制面板，通讯控制面板分布在端车，每节端车设置一个，采用同时工作模式，通过以太网交换机接入以太网网络；通讯控制面板包括触摸屏和耳麦，能够实现通讯控制面板与控制中心全双工通话、通讯控制面板间全双工通话、通讯控制面板对客室广播的功能。

进一步，列车广播系统还包括乘客报警器，乘客报警器分布在各节车厢，每节车厢设置两个，乘客报警器通过车厢内不同的以太网交换机接入以太网网络，用于乘客报警和对讲。

进一步，列车广播系统还包括广播环境噪声补偿器，广播环境噪声补偿器分布在各节车厢，用于采集本客室噪声值，并通过数据总线传输给客室控制单元。

进一步，车载通信控制单元采用模块化设计，置于3U工业机箱中，包括电源模块、系统控制模块、媒体控制模块，具有不同接口类型的车辆接口模块、存储卡和数据记录仪。

进一步，可通过车载维护装置和/或地面维护装置基于以太网通信对列车广播系统进行远程维护。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种基于以太网的数字化列车广播系统，采用三层交换机管理车辆与轨旁系统的通信接口，接口简单、支持远程维护和控制，通过自愈环形以太网网络以及列车广播系统设备的冗余配置和交叉控制，避免单点故障导致列车或车厢的广播功能丧失，降低了故障对车辆正常运行的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的数字化列车广播系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

本说明书实施例中使用的“第一”、“第二”并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。端车指的是位于列车两端的车辆，中间车指的是除端车外的其他车辆。

本说明书实施例提供了一种四编组列车的基于以太网的数字化列车广播系统，如图1所示，包括三层交换机1、客室控制单元2(SCU)、以太网线3、乘客报警器4(PIP)、客室扬声器5(SPKR)、通讯控制面板6(HAP)、车载通信控制单元7(VCCU)、广播环境噪声补偿器8(ANC)、两层交换机9、音频总线10、数据总线11。

三层交换机1分布在端车，每辆车一个；两层交换机9分布在中间车，每辆车一个；集成于客室控制单元2(SCU)的两层交换机分布在各节车厢，每辆车一个。集成于客室控制单元2的两层交换机与同一车厢中的三层交换机1通过以太网线3连接，并与其相邻车厢中的两层交换机9通过以太网线3连接，形成环形自愈以太网网络，在列车车辆之间提供数据通信，并允许将车辆音频、视频和数据传输到控制中心。网络系统支持QoS功能，根据各种业务的特点对网络资源进行合理的规划和分配，使网络资源得到高效利用。网络数据的传输优先级设置为：控制信息高于音频数据高于视频数据。

上述以太网交换机具有终端旁路功能，避免由于单点故障引起的网络通信中断。交换机采用M12以太网端口，终端设备全部数字化并接入以太网，每个PoE端口能够提供30W的功率，为低功耗设备供电。

三层交换机1用于列车广播系统与轨旁系统的通信接口，采用动态主机配置协议DHCP，自动分配终端设备的IP地址，对网络进行管理，确保只有授权通信可用。

客室扬声器5(SPKR)采用数字化扬声器，每辆车8个，分为两组，每节车厢均设置第一扬声器组和第二扬声器组。

客室控制单元2(SCU)是客室广播的主控设备，每节车厢设置一个。客室控制单元2采用模块化设计，包括电源模块、功率放大器、两层交换机、视频存储设备和接口模块等，功率放大器具有两路独立的功率放大器模块。两路独立的功率放大器模块通过音频总线10分别连接本车与相邻车辆的客室扬声器组，在列车广播系统生成音频信息时驱动相应的客室扬声器组，从而保证当某一功率放大器故障时车辆至少有一半扬声器能够正常广播，提高客室广播功能的可靠性。

车载通信控制单元7(VCCU)是列车广播系统的控制核心，每节端车设置一个，同时工作，互为热备，通过列车以太网总线实时交互工作状态，通过以太网线3与三层交换机1连接，用于控制整个列车广播系统的工作，对系统和设备的工作状态进行监控和故障诊断。车载通信控制单元7采用模块化设计，置于3U工业机箱中，包括电源模块、系统控制模块、媒体控制模块、具有不同接口类型的车辆接口模块、存储卡和数据记录仪等，可通过维护接口进行系统测试、故障诊断、日志下载、软件升级和修改、预录文件更新等。

作为一种实施方式，车载通信控制单元7通过以太网线3与列车网络控制系统(TCMS)连接，由列车网络系统(TCMS)统一控制定义的主端VCCU，当主端发生故障时，上报TCMS，由TCMS控制另外一个VCCU接替工作，以保证VCCU功能不受影响。车载通信控制单元7还通过音频总线10连接至车钩(COUPLER)，用于两列车连挂后的列车广播。

通讯控制面板6(HAP)分布在端车，每节端车设置一个，通过以太网线3与集成于客室控制单元2中的两层交换机连接，用于进行驾驶员广播。两端的通讯控制面板6采用同时工作模式，一端通讯控制面板故障不影响另一端通讯控制面板的正常使用。

通讯控制面板6包括触摸屏和耳麦，为列车操作人员提供HAP与控制中心OCC全双工通话、HAP与HAP全双工通话、HAP对客室广播功能、HAP与PIP全双工通话等功能操作接口，并通过操作按钮指示灯指示操作的工作状态。

乘客报警器4(PIP)冗余设置于车厢适当位置，每节车厢设置两个，乘客报警器4通过以太网线3分别与三层交换机1、两层交换机9和集成于客室控制单元2的两层交换机接入列车通信系统骨干网，用于紧急情况下的乘客报警和对讲。当某一乘客报警器或交换机故障时，仍能保证车辆有一半乘客报警器能正常使用。

乘客报警器4集成有扬声器、麦克风、摄像头、紧急对讲按钮和LED指示灯等，并设有操作说明。紧急情况下，使用者可打开紧急按钮保护盖，按压紧急对讲按钮，请求与控制中心进行全双工通话。通话语音会被录制，并按PIP编号加激活时间方式进行命名和存储。

广播环境噪声补偿器8(ANC)分布在各节车厢，每节车厢设置一个，通过数据总线11与客室控制单元2连接，用于采集本客室噪声值，并传输给客室控制单元2，作为客室控制单元2调整本车厢功放输出的输入。

通过列车广播系统能够实现以下广播功能：

全自动广播功能:VCCU接收列车控制系统控制信号，根据获得的报站信息，自动完成出站广播、到站广播等自动广播。列车控制系统也可通过触发指令触发预先录制的公共广播消息，自动进行广播。

控制中心广播功能:控制中心操作人员可选定列车或车厢对客室进行预录广播，也可进行人工语音广播。数字音频信号通过车地无线网络传输至车载VCCU，经功率放大后发送到各个扬声器。

驾驶员广播功能:驾驶员可以通过司机控制面板向整个列车或任意车厢进行人工广播或预录广播。

优选地，以太网线3在组成列车通信系统骨干网和进行车辆与外部接口时采用Cat7网线以降低串扰，在连接以太网交换机与VCCU等列车通信系统设备时采用Cat5e网线。

作为本发明实施例的优化方案，列车广播系统与轨旁相关系统及列车网络控制系统(TCMS)的通信接口类型可根据相关系统的要求进行调整。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

基于以太网传输的全数字列车广播系统，通过自愈环形以太网网络以及列车广播系统设备的冗余配置和交叉控制，避免了单点故障导致的网络通信中断和广播功能丧失，并具有接口简单、支持远程维护和控制等优点。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上实施例的讨论仅为示例性的，用于说明本发明而不是限制本发明的范围，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所做的任何省略、修改、等同替换、改进等均应在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于以太网的数字化列车广播系统，其特征在于，包括以太网交换机、车载通信控制单元、客室控制单元和客室扬声器；

所述以太网交换机包括三层交换机和两层交换机两种，所述以太网交换机每节车厢至少设置两个，均具有终端旁路功能，采用环网连接方式，形成用于数据通信的高速环形自愈以太网网络，以太网网络中的终端设备全部数字化并接入以太网；

所述三层交换机用于管理列车广播系统与轨旁系统的通信接口，每列车设置两个；

所述客室扬声器采用数字化扬声器，设置有多个，分为两组，每节车厢均设置第一扬声器组和第二扬声器组；

所述客室控制单元分布在各节车厢中，每节车厢设置一个，集成于所述客室控制单元内的功率放大器具有两路独立的功率放大器模块，分别连接本车与相邻车辆的其中一个扬声器组，在列车广播系统生成音频信息时通过所述功率放大器模块驱动相应的扬声器组；

所述车载通信控制单元通过以太网线与所述三层交换机连接，用于控制列车广播系统的工作，每列车设置两个，同时工作，互为热备，通过列车以太网网络实时交互工作状态。

2.根据权利要求1所述的基于以太网的数字化列车广播系统，其特征在于，所述车载通信控制单元通过以太网线连接至列车网络控制系统，用于列车广播系统与车辆的信息交互，通过音频总线连接至车钩，用于两列列车连挂后的列车广播。

3.根据权利要求1所述的基于以太网的数字化列车广播系统，其特征在于，所述列车广播系统还包括通讯控制面板，所述通讯控制面板分布在端车，每节端车设置一个，采用同时工作模式，通过所述以太网交换机接入以太网网络。

4.根据权利要求3所述的基于以太网的数字化列车广播系统，其特征在于，所述通讯控制面板包括触摸屏和耳麦，能够实现通讯控制面板与控制中心全双工通话、通讯控制面板间全双工通话、通讯控制面板对客室广播的功能。

5.根据权利要求1所述的基于以太网的数字化列车广播系统，其特征在于，所述列车广播系统还包括乘客报警器，所述乘客报警器分布在各节车厢，每节车厢设置两个，所述乘客报警器通过车厢内不同的所述以太网交换机接入以太网网络，用于乘客报警和对讲。

6.根据权利要求1所述的基于以太网的数字化列车广播系统，其特征在于，所述列车广播系统还包括广播环境噪声补偿器，所述广播环境噪声补偿器分布在各节车厢，用于采集本客室噪声值，并通过数据总线传输给所述客室控制单元。

7.根据权利要求1所述的基于以太网的数字化列车广播系统，其特征在于，所述车载通信控制单元采用模块化设计，置于3U工业机箱中，包括电源模块、系统控制模块、媒体控制模块，具有不同接口类型的车辆接口模块、存储卡和数据记录仪。

8.根据权利要求1所述的基于以太网的数字化列车广播系统，其特征在于，可通过车载维护装置和/或地面维护装置基于以太网通信对所述列车广播系统进行远程维护。

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