大型客站數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)方案研究

邵艷明

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

自京津城際鐵路北京南站、天津站開通以來，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)在鐵路大型客站的應(yīng)用越來越廣泛。從廣播技術(shù)的發(fā)展歷史及趨勢(shì)來看，鐵路客站傳統(tǒng)的模擬廣播系統(tǒng)屬第四代廣播系統(tǒng)，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)屬第五代廣播系統(tǒng)。相對(duì)第四代廣播系統(tǒng)而言，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)具有廣播分區(qū)多、信源路數(shù)多、分控站點(diǎn)多、聲音質(zhì)量好、布線少等特點(diǎn)，在聲音質(zhì)量、系統(tǒng)擴(kuò)展性、管理靈活性等方面更適合鐵路大型客站的應(yīng)用需求。

1 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

鐵路客站傳統(tǒng)的廣播系統(tǒng)也稱數(shù)字可尋址廣播，以數(shù)字控制、模擬傳輸、集中管理、集中使用為主要特點(diǎn)。而數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，也稱IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，以數(shù)字控制、數(shù)字傳輸、集中管理、分散使用為主要特點(diǎn)。相比傳統(tǒng)的廣播系統(tǒng)，數(shù)字廣播系統(tǒng)具有高質(zhì)量、大規(guī)模、擴(kuò)展性好、管理靈活、可靠性高和經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)。

2 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的功能與應(yīng)用模式

2.1 系統(tǒng)功能

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的主要功能包括自動(dòng)、半自動(dòng)、人工和電話廣播功能，背景音樂功能，應(yīng)急廣播功能，消防廣播強(qiáng)切功能，廣播區(qū)監(jiān)聽功能，回路檢測(cè)與揚(yáng)聲器故障定位功能，小區(qū)廣播功能（含有線、無線插播），噪聲檢測(cè)、輸出音量自動(dòng)增益功能，管理服務(wù)器、功放熱備及自動(dòng)切換功能，防雷保護(hù)功能。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用模式

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的應(yīng)用模式分為正常廣播模式、應(yīng)急廣播模式和消防廣播模式3種。其中，正常廣播模式又分為自動(dòng)廣播、人工廣播（中心插播、小區(qū)插播）、半自動(dòng)廣播。

3 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

為便于理解系統(tǒng)的總體構(gòu)成，將數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)分為中心系統(tǒng)和區(qū)域系統(tǒng)兩大部分，并根據(jù)設(shè)備位置，將廣播系統(tǒng)設(shè)備分為信源設(shè)備、主控設(shè)備、分控設(shè)備和前端設(shè)備4個(gè)類別。其中，信源設(shè)備和主控設(shè)備屬中心系統(tǒng)，分控設(shè)備和前端設(shè)備屬區(qū)域系統(tǒng)。各類設(shè)備具體設(shè)置位置及組成如下。

（1）信源設(shè)備設(shè)置于客服中控室，主要由話筒、DVD機(jī)、FM/AM數(shù)字調(diào)諧器、雙卡座錄放機(jī)、語音合成服務(wù)器、電話語音等音源設(shè)備組成。

（2）主控設(shè)備設(shè)置于信息綜合機(jī)房，主要由系統(tǒng)管理服務(wù)器（主備）、維護(hù)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)音頻處理器、應(yīng)急前置放大器和監(jiān)聽裝置組成。

（3）分控設(shè)備設(shè)置于各配線間（廣播區(qū)域設(shè)備間），主要由網(wǎng)絡(luò)音頻處理器、網(wǎng)管控制器、小區(qū)廣播設(shè)備、功放設(shè)備（含自動(dòng)倒換）、負(fù)載回路檢測(cè)設(shè)備、輸出切換控制設(shè)備、噪聲檢測(cè)設(shè)備和輸出防雷設(shè)備組成。

（4）前端設(shè)備設(shè)置在候車室、售票廳、站臺(tái)等現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，主要由聲場(chǎng)設(shè)備、噪聲探測(cè)器、插播盒和無線插播接收裝置組成。

廣播中心系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，廣播區(qū)域系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

3.2 廣播負(fù)載分區(qū)及設(shè)備間規(guī)劃

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合車站實(shí)際應(yīng)用需求，廣播負(fù)載分區(qū)主要?jiǎng)澐衷瓌t如下。

（1）用于對(duì)車站工作人員的業(yè)務(wù)廣播劃分獨(dú)立分區(qū)，與對(duì)旅客的公共廣播分開。

（2）旅客聚集公共區(qū)域，按不同功能分區(qū)劃分不同的廣播分區(qū)。

（3）廣播分區(qū)劃分應(yīng)結(jié)合廣播區(qū)域設(shè)備間的布局及設(shè)備間的覆蓋范圍。

（4）原則上每個(gè)廣播分區(qū)至少應(yīng)分2個(gè)回路布線，相鄰音箱接入不同回路。

（5）考慮與消防分區(qū)的結(jié)合，客運(yùn)廣播分區(qū)應(yīng)小于消防分區(qū)，且不得跨消防分區(qū)。

3.3 聲場(chǎng)設(shè)計(jì)

聲場(chǎng)設(shè)計(jì)是決定廣播音質(zhì)、音效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。廣播系統(tǒng)的最終效果取決于合理、正確的電聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)，良好的聲音傳播環(huán)境（建聲條件）和精確的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)音三者最佳的結(jié)合。

3.3.1 揚(yáng)聲器選型與布置

結(jié)合車站的現(xiàn)場(chǎng)建聲條件，利用EASE3.0輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行聲場(chǎng)設(shè)計(jì)，揚(yáng)聲器的布置應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)建聲條件（空間大小、墻面裝修材料）、揚(yáng)聲器型號(hào)、安裝高度和安裝角度等因素。

3.3.2 聲場(chǎng)指標(biāo)核算

為獲得良好的聲場(chǎng)效果，站房?jī)?nèi)各場(chǎng)所的聲場(chǎng)不均勻度（USF）和聲壓級(jí) （SPL）信噪比必須達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。具體的核算方法可采用理論計(jì)算或軟件仿真。

計(jì)算公式：SPL=音箱靈敏度－由距離引起的SPL衰減＋由電子輸入引起的SPL增加量＝音箱靈敏度－20 lg（距離）＋10 lg（音箱功率）。

3.3.3 噪聲探測(cè)與小區(qū)插播點(diǎn)布置

噪聲探頭與小區(qū)插播天線的主要布點(diǎn)原則有3點(diǎn)。

（1）在人員聚集度高、環(huán)境噪聲變化較大的場(chǎng)所（如候車室、售票廳、出站地道、進(jìn)站廳、出站廳、站臺(tái)）布置噪聲檢測(cè)探頭。

（2）同一區(qū)域分散布置多處噪聲探測(cè)點(diǎn)，取其加權(quán)平均值。

（3）小區(qū)無線插播天線覆蓋站房主要旅客活動(dòng)區(qū)域及相應(yīng)的業(yè)務(wù)房間，主要包括售票廳、候車室、進(jìn)站廳、出站廳、站臺(tái)、服務(wù)員室、檢補(bǔ)票室和公安值班室等。

無線插播天線的可靠覆蓋半徑按60 m設(shè)計(jì)。

3.4 功放配置

廣播功放的最重要指標(biāo)是額定輸出功率，功放配置應(yīng)視廣播揚(yáng)聲器的總功率而定。廣播揚(yáng)聲器的總功率應(yīng)小于或等于廣播功放的額定功率，同時(shí)考慮到線路損耗、揚(yáng)聲器磁性老化等因素，應(yīng)適當(dāng)留有功率余量。

根據(jù)公式計(jì)算，廣播功放的額定輸出功率取值為揚(yáng)聲器總功率的1.35倍左右，同時(shí)考慮廣播功放的N＋1（N取2～5）備用。

3.5 系統(tǒng)高可靠性保證措施

完整高效的高可靠性保證措施是數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、功放、揚(yáng)聲器、回路的冗余備份，故障檢測(cè)與自動(dòng)恢復(fù)等各個(gè)方面都考慮了相應(yīng)的保障措施，保證各種極端情況下，廣播系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。具體措施包括管理服務(wù)器雙機(jī)熱備、獨(dú)立應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功放熱備自動(dòng)倒機(jī)設(shè)計(jì)、雙負(fù)載回路設(shè)計(jì)、揚(yáng)聲器故障定位檢測(cè)和功放延時(shí)開機(jī)。

3.6 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成與帶寬估算

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)主要采用CobraNet網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸技術(shù)，控制信號(hào)采用TCP協(xié)議傳輸，音頻信號(hào)采用CobraNet/UDP協(xié)議傳輸。廣播系統(tǒng)利用車站旅服系統(tǒng)局域網(wǎng)，劃分獨(dú)立VLAN。旅服系統(tǒng)集成平臺(tái)在信息綜合機(jī)房設(shè)核心交換機(jī)，在各配線間設(shè)接入交換機(jī)，主干傳輸帶寬為千兆，廣播系統(tǒng)接入旅服系統(tǒng)局域網(wǎng)，設(shè)計(jì)峰值帶寬按20 M考慮，具體估算如下。

（1）CobraNet的音頻PCM數(shù)據(jù)量1個(gè)通道時(shí)為 48 kHz×20 bit=0.96 Mbit/s。

（2）CobraNet的通信數(shù)據(jù)包Bundle包含8個(gè)48 kHz×20 bit的PCM音頻通道，1個(gè)Bundle的數(shù)據(jù)流為8 Mbit/s。

（3）系統(tǒng)主機(jī)按同時(shí)傳輸16路音頻通道的能力計(jì)算，音頻數(shù)據(jù)流為16 Mbit/s。

（4）加上通信包中控制協(xié)議等數(shù)據(jù)，總體傳輸帶寬占用小于20 M。

3.7 與相關(guān)系統(tǒng)接口

3.7.1 與旅服集成平臺(tái)接口

廣播系統(tǒng)與旅服集成平臺(tái)的接口功能主要包括以下方面。

（1）集成平臺(tái)下發(fā)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的列車時(shí)刻表信息。

（2）集成平臺(tái)下發(fā)取自CTC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)列車到發(fā)、?？空九_(tái)、檢票計(jì)劃和廣播計(jì)劃信息。

（3）預(yù)留區(qū)域中心對(duì)車站集成平臺(tái)下達(dá)廣播指令的接口條件。

（4）廣播系統(tǒng)返回廣播狀態(tài)信息。

廣播系統(tǒng)與集成平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)接口為集成平臺(tái)的核心交換機(jī)和接入交換機(jī)，設(shè)備接口為集成平臺(tái)的接口服務(wù)器。

3.7.2 與消防廣播接口

客運(yùn)廣播系統(tǒng)與消防廣播系統(tǒng)的接口方案有4種，即中心接口方案、區(qū)域接口方案、功放接口方案和聲場(chǎng)接口方案。

方案1：中心接口方案是指消防廣播系統(tǒng)與客運(yùn)廣播系統(tǒng)管理服務(wù)器接口，通過RS-422或以太網(wǎng)接口發(fā)送消防強(qiáng)切指令給客運(yùn)廣播系統(tǒng)。消防廣播利用客運(yùn)廣播系統(tǒng)除信源設(shè)備外的其他所有設(shè)備。

方案2：區(qū)域接口方案指消防廣播系統(tǒng)通過RS-422或以太網(wǎng)接口，與客運(yùn)廣播區(qū)域設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)音頻處理器及網(wǎng)管控制器接口。消防廣播利用客運(yùn)廣播系統(tǒng)的區(qū)域設(shè)備間設(shè)備及聲場(chǎng)。

方案3：功放接口方案指消防廣播系統(tǒng)通過消防廣播切換控制器、控制線和音頻線與客運(yùn)廣播的功放接口。消防廣播利用客運(yùn)廣播的功放和聲場(chǎng)。

方案4：聲場(chǎng)接口方案指消防廣播切換控制器、控制線和音頻線與客運(yùn)廣播的聲場(chǎng)回路接口。消防廣播利用客運(yùn)廣播的聲場(chǎng)。

考慮到消防廣播系統(tǒng)的獨(dú)立性和可靠性要求，大型客站客運(yùn)廣播與消防廣播系統(tǒng)的接口采用方案4，即聲場(chǎng)接口方案。

4 結(jié)束語

隨著鐵路客運(yùn)專線建設(shè)進(jìn)程的加快，一大批大型鐵路客站相繼建成，將數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播技術(shù)應(yīng)用于大型鐵路客站，有利于提高廣播系統(tǒng)的整體性能，是鐵路大規(guī)?？驼緩V播技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。