数字隧道广播应用探析

张德明　陈信成

摘 要：隧道尤其是高速公路隧道是一个封闭的环境，声音在隧道中传播时会多次反射后叠加，容易导致声音失真，最直观的感觉是声音变大但不清晰，普通隧道广播采用多点放大输出模式，容易造成混音，现场感观不理想；采用纯IP数字广播系统和分布式控制模式，消除了传输远程中的音频干扰，保证了输出的统一和同步，能够实现高保真的广播效果，同时可以搭建任意拓扑结构的广播系统。

关键词：IP数字广播；分布式控制；方案特点

中图分类号：TN934 文献标识码：A

一、应用背景

现有高速公路隧道系统中，隧道有线广播系统和隧道紧急电话系统是集成为一套系统的，有线广播系统紧急电话的光纤通道和功放进行音频传播与输出。隧道广播信号和紧急电话信号在控制中心合并编码，转换于光纤信号后传输到隧道内紧急电话分机处，分机解码后还原为模拟音频信号，经功放放大输出，一般情况下每台功放驱动3～4只喇叭，在此模式下，以2.4公里的江北岭隧道为例，隧道单洞有线广播系统包含功放12只，喇叭48只（间距50m），设备数量多且分散，维护维修工作量巨大。

经实测笔者单位管辖范围内隧道广播，全洞广播开启后，现场有较大的电流声，且声音穿透力不够，不能清晰分辩监控室广播内容。通过分析高速公路隧道有线广播系统的诸多现状，结合网络应用技术，我们设计了高速公路隧道数字广播系统，该隧道广播信息系统具有如下功能：背景音乐播放、实时通知广播、交通诱导广播定制、制度及规范广播、素质培养编排、实时会议广播。每套系统可同时传输多套不同节目。

（a）实时通知广播

通过音频转换器，可以实时强制使单个隧道或多个隧道接收实时通知广播，满足通知的及时传达性。

（b）隧道交通诱导广播

该系统拥有任务制作模块，通过将常用隧道交通诱导用语转换成音频文件，如“进入隧道、请开关减速”，“事故多发，请减速慢行”等；管理员还可以在编排时一边听音一边加上智能化菜单标签，便于播放时快速定位以及分段学习。

（c）背景音乐播放

每个网络语音终端因具有独立的IP地址，可以单独接收服务器的背景音乐播放节目。背景节目播放的操作，管理员可以通过广播服务器软件进行定制设计。

二、数字隧道广播系统设计

1.系统结构图（图1）

系统由控制中心、通信网络、终端子系统组成。

控制中心负责将各类广播节目组织为音频数据流，通过TCP/IP的数据通道，采用VLAN通信技术将音频数据进行网络广播。

通信网络负责实时传送各类音频数据流，在提供高可靠数据通信的基础上，防止异常情况下的数据干扰。

终端子系统，将网络中的音频数据流解码，还原为各类音频节目，并通过收费亭内的壁挂音箱进行播放。

2.控制中心设计（图2）

控制中心设置于隧道中控室，由广播服务器、中心控制软件、话筒组成；是广播系统的核心组件，负责控制全系统的正常运行。

音频服务器：由专业工作站承担，安装于监控中心，运行广播控制软件。负责各类音乐的组织、播放；系统内设备（音频解码器、音频转换器）的同步、控制、状态检测。

监控终端：即音频终端（简称终端），用于监控各频道节目内容。

話筒：用于发布实时通知、实时讲话等。

3.传输网络设计（图3）

广播网络利用现有隧道中控网络进行数据传输；考虑到中控网络是一个多功能的网络，其上运行了各种隧道监控业务，如区域控制器联网、电力监控联网等；而广播系统本身需要大量发送各类音频节目流，会产生较大的数据流量，各类数据流如果不加以控制，会极大地影响网络通信。为减少广播系统和现行业务数据的交互影响，需要为广播系统单独划分独立的虚拟通道（VLAN），以实现高可靠的运行质量。

4.终端子系统设计（图4）

终端子系统，由音频解码终端、前置放大器、后级功放、号筒扬声器组成，负责接收控制中心下发的各类音乐节目；由于隧道内回声强、噪声大，存在大量的电磁干扰信号，为保证广播系统正常运行，系统采用专业背景音乐系统使用的前置放大、定压后级功放和号筒扬声器，在提高设备抗干扰能力证播放音质的同时，减少了设备数量和安装难度（无须为每个音箱敷设供电电缆和定做各类音频线线接接头）。

音频终端和前置放大、后级功放左右洞各一套，负责接收网络中的音频节目，解码输入后由定压功放进行放大输出；设备安装于洞口配电房内。

号筒扬声器，负责最终音频信号的输出，每200m安装一组（两只并排安装）。

三、方案特点

1.数字网络广播系统，拓朴结构灵活，在网络可达的任意地方，可以随时搭建广播主控中心，在高速公路营运管理过程中，为应急指挥、分级监控提供技术支撑。

2.纯IP的数字网络广播系统，信号编码后传用以太网络传输，不会因传输距离的增加产生干扰和信号失真，只需要保证音源音质，即可实现高保真的隧道广播系统。

3.设备数量小并较为集中，便于维护维修

隧道内号筒喇叭为无源设备，无须敷设电源线，安装简单并故障率极低。有源设备（终端、功放）都集中于配电房，便于日常维护维修。

4.工程量较小且任务明确，无不可预计因素

广播终端、功放安装于洞口配电房；音箱安装于隧道墙壁，相关走线用量降到最低。

四、试点运行效果

方案设计并经行业内专家评审后，在笔者所辖江北岭隧道进行了试点，监控中心安装广播服务1台和专业话筒1只，隧道配电房安装终端解码器两台、前置放大两台、1500W纯后级功放两台（左右洞各1套），隧道内每200m安装号筒喇叭1只，使用YJV2*2.5线缆连接到功放。改造完成后，分别测试了实时讲话、固定语音、应急广播等功能，声音清晰无失真、没有电流噪声、音量适中，即使在正常行驶的车辆中，也能正常收听广播内容，较原有广播系统有明显提高。

结语

数字隧道广播，将现有广播系统由模拟系统升级为数字系统，顺应了现在机电系统智能化、网络化、数字化的发展趋势，是技术创新满足管理需求的生动体现，通比对比新旧广播系统，数字广播除技术先进、功能全面外，还具有设备数量少、位置集中、总体造价低等优点，通过在实践中完善设计、施工、运营等细节，数字隧道广播一定会成为新的隧道广播标准。

参考文献

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[2]孙玉峰.高速公路隧道三维监控系统的设计与实现[D].太原理工大学，2015（11）：15.

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