地铁车辆全自动广播故障分析及优化

韦忠潮　李福斌　郑吴富

摘 要：文本在介绍列车全自动广播工作原理的基础上，针对正线全自动广播异常问题，深入分析列车广播系统软件控制逻辑，并提出相应的优化措施，最后对列车广播系统软件实施整改，保证了列车广播系统的可靠性以及列车运营服务质量。

关键词：地铁车辆 全自动广播 中央控制器 动态地图

Automatic Broadcast Fault Analysis and Optimization of Metro Vehicles

Wei Zhongchao，Li Fubin，Zheng Wufu

Abstract：On the basis of introducing the working principle of automatic train broadcasting， this paper analyzes the software control logic of the train broadcasting system deeply in view of the abnormal problem of automatic train broadcasting on the main line， and puts forward the corresponding optimization measures. Finally， the software of the train broadcasting system is rectified to ensure the reliability of the train broadcasting system and the quality of train operation service.

Key words：subway vehicles， fully automatic broadcast， central controller， dynamic map

1 引言

乘客信息系统（PIS）作为与乘客直接接触的列车系统之一，其主要功能是为乘客提供高质量的音视频和文本信息等服务[1-2]。而列车广播系统作为乘客信息系统的重要组成部分，对于列车的正线运营有着重要的影响，在运营状态下可为乘客提供各种信息广播；在发生自然灾害或是其他紧急情况下，可通过启动紧急广播、紧急对讲等功能，指挥乘客疏散，减少意外造成的损失[3]。

南宁轨道交通3号线开通运营后共计出现2起全自动广播报站故障，该故障导致列车广播无法正常播报，严重影响正线运营服务质量，为此本文全面分析了全自动报站广播的实现机制并找出故障原因，最后采取措施优化中央控制器软件。

2 系统概述

列车广播系统设备包括司机室广播主机、客室广播主机、广播控制盒等，可实现报站广播、乘客紧急对讲、司机对讲等功能，系统框图如图1所示。列车广播报站模式分为三种：全自动模式、半自动模式、手动模式，一般正线运营载客主要使用全自动模式，全自动报站模式是通过TCMS将信号系统给出的信息控制代码转发到列车广播系统后，自动触发列车报站广播。

3 全自动报站实现机制

3.1 工作原理

列车广播系统实时接收TCMS发来的指令（指令来源于信号系统），自动触发以及播放预存储的报站广播音频，实现自动广播报站功能，具体实现流程如图2所示。全自动广播报站模式的站点信息以信号系统的指令为准，广播系统只作被动播放和显示。

3.2 报站逻辑

南宁3号线以下一站ID、预到站信息、列车与站台距离的变化作为触发列车预到站、到站广播的逻辑条件，从而实现全自动报站广播，报站时序图如图3所示，其中预到站信息1=預到站，2=到站，4=预出站，8=出站。

（1）列车距到站约20秒时，TCMS系统收到ATC实时发送的当前站ID=0，下一站ID为N（前方站台的站ID），预到站信息由0→1信息时，满足以上条件，触发到站广播。

（2）列车车头开始进入站台区域后，预到站信息由1→2，当前站ID更新为N，表明列车已到达N站。

（3）列车在离站10S前，预到站信息由0→4，下一站ID在当前站N的基础上+1（N+1）。

（4）列车开始离站时，预到站信息由4→8，触发N+1站的预到站广播，直至列车车尾离开当前站，站ID由变为0，表明列车已离开N站，依次循环，完成列车全线站点的预到站、到站广播的功能。

4 问题分析

4.1 故障现象

南宁3号线列车（Tc1车为驾驶端）从总部基地下行站台出发后，动态地图、LED显示屏卡死总部基地站，且无报站广播，列车到达终点站换端后，整车动态地图进入开机欢迎界面，LED显示屏来回切换滚动实时站与总部基地，重启故障端司机室广播主机电源空开后恢复正常。

4.2 原因分析

根据TCMS系统数据分析，信号系统、TCMS系统可正常发送列车终点站ID、预到站信息等至列车广播系统，故可排除全自动广播报站模式下，信号系统、TCMS系统对列车广播系统的影响，初步判断为列车广播系统故障导致。

4.2.1 中央控制器数据分析

（1）查看列车广播系统中央控制器数据，故障开始时刻，Tc1车钥匙占有，起始站、终点站、当前站、下一站ID分别为01、17、12、13，满足列车条件，列车触发预到站广播，随后中央控制器数据出现异常，无法正常接收新的站点信息，数据一直停留在总部基地站。

（2）换端后，Tc2车钥匙占有，起始站、终点站、当前站、下一站ID分别为17、01、17、17，但同时间，中央控制器记录到Tc1车备用占有，起始站、终点站、当前站、下一站ID分别为01、17、12、13分，即列车换端前总部基地的数据。

根据中央控制器数据以及结合全自动报站逻辑可知，总部基地预到站广播触发后，Tc1中央控制器程序发生锁死，导致后续站点信息无法更新，表现为无报站广播，动态地图画面显示总部基地站；当列车换端（Tc2有钥匙激活）后，Tc1车中央控制器未正常降为备端，两端中央控制器同时向动态地图发送数据，Tc1中央控制器发送终点站ID为17，Tc2中央控制器发送终点站ID为01，动态地图不断进行上行及下行路线切换，导致动态地图进入开机欢迎（屏保）界面。

4.2.2 两端中央控制器升主分析

目前为避免车上所有终端设备同时向中央控制器发送心跳包，程序设计为以500毫秒为1个周期，周期内终端设备随机向中央控制器反馈心跳包，当数据量超过设定值时，中央控制器线程会进行CPU资源释放。查看故障时刻的中央控制器代码，发现在语音结束时有一段用于推送残留在音频缓冲区中数据的处理代码，判断在执行该段代码的同时，缓冲区的数据包出现上溢，故闭锁了另一个时序接收的线程，造成写入数据的等待（微秒级），同时执行了停止操作（微秒级），因停止操作与音频时序在同一线程，无法写入新时序推送缓冲区数据，从而导致另一线程仍然死等在准备写入数据状态，形成了互锁。

4.2.3 验证

结合不同列车2次Tc1车中央控制器锁死均出现在触发总部基地预到站广播的情况以及数据，怀疑總部基地预到站广播在未播放完全时被到站广播打断，即中央控制器的线程在进行播放总部基地预到站广播的同时，释放总部基地站到站广播，极端情况下（网络突发数据量大），造成Tc1车中央控制器线程偶发锁死。

根据信号系统发送的预到站信息，两次故障发生时，总部基地预到站广播分别触发27S、29S后，收到了触发报站广播的指令，而总部基地预到站广播时长为30秒，证明两次故障发生时，均出现总部基地预到站广播被打断情况。

为进一步验证中央控制器线程在释放资源同时进行播放控制会导致中央控制器发生概率锁死，根据两次故障现象，改写程序（向中央控制器发送数据量提高十几倍），对比正常播放广播与打断广播两种情况下，列车广播系统的工作状态。

（1）在HMI屏上操作报站广播，随机选择站点进行预到站广播，预到站结束后进行到站广播，重复5次，系统各设备无异常；

（2）在HMI屏上操作报站广播，随机选择站点进行预到站广播，预到站广播播放过程中，操作到站广播进行打断，重复3次，故障复现2次。表现为：程序锁死，操作报站广播无法正常触发，动态地图站点不更新，换端后占有，整车动态地图进入开机欢迎界面，如图4所示，LED显示屏来回切换显示两端中央控制器发送的站点信息。复位故障端司机室广播主机的空开后，列车广播正常触发，动态地图、LED显示屏显示正常。

4.2.4 故障原因

综上可知，由于中央控制器软件的播放控制与数据处理线程结合起来，当中央控制器线程在进行播放控制的同时释放CPU资源，则存在打断播放控制的概率，且播放线程与接收线程存在死等逻辑，打断播放控制将导致接收线程无法停止，造成故障端中央控制器只发不收。故障端中央控制器发生锁死后，无法更新列车预到站、报站广播等数据，动态地图、LED显示屏一直保持显示总部基地预到站信息。列车到达终点站换端后，两端中央控制器同时为主，同时向终端设备发送数据，因两端发送的数据不一致，故动态地图、LED显示屏不断切换上下行站点信息，最终启动终端设备的保护机制，动态地图进入屏保画面。

5 改进措施

针对软件在判断处理机制上存在bug，极端情况下会造成播放控制与数据处理线程锁死，导致两端中央控制器同时升主问题，对软件的实现逻辑方面进行改进，后续如出现类似故障端中央控制器无法接收外部数据的情况时，强制将故障端（主端）中央控制器降为备端，冗余端监测到主端不存在进行自动升主操作，进而保障列车广播系统能够正常对乘客提供服务。另一方面，原有中央控制器方案在字库与音频处理时采用了同步的操作，为提高运维数据的处理能力，将耗时较长的处理剥离，通过新的线程进行处理。

6 结语

本文针对地铁列车正线全自动广播故障，通过了解列车全自动广播实现的流程以及触发的逻辑，分析列车广播系统中央控制器程序存在的问题，为解决软件偶发锁死故障影响正线客服质量问题以及为提高系统稳定性，对中央控制器软件进行了优化，整改至今，系统长时间稳定运行。

参考文献：

[1]林锋，刘旭宏.福州地铁1号线列车全自动广播报站逻辑的改进[J].铁道通信信号，2020，56（06）：92-94.

[2]薛红艳，李伟岩.地铁列车自动报站控制逻辑对比及优化分析[J].现代城市轨道交通，2018（10）：63-65.

[3]施奇坚.厦门地铁1号线电客车广播故障分析及改进建议[J].中国设备工程，2022（14）：197-199.