淺論城市軌道交通公共廣播系統人性化設計的論文

時間：2024-08-13 18:38:55 交通物流畢業論文我要投稿

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　　城市軌道交通廣播系統在正常情況下向旅客通告地鐵列車運行及安全、向導等服務信息，向工作人員發布作業通知;在災害情況時向乘客發出通告，指揮乘客疏散。

淺論城市軌道交通公共廣播系統人性化設計的論文

　　城市軌道交通廣播系統由控制中心廣播設備和車站廣播設備組成。控制中心和車站均設置行車和防災廣播控制設備。控制中心可對全線選站、選路廣播;車站控制設備可對本站管區內選路廣播。

　　目前開通的城市軌道交通廣播系統往往存在聲場分布不均勻、聲場強度調節不便、站外廣播聲音過大影響周邊居民等問題。為避免新建線路出現上述問題，并提高廣播系統的可靠性，在重慶軌道交通3號線一期工程廣播系統實施時，在揚聲器設置、選型、噪音檢測和聲學模擬等方面采取了一些改進措施。

　　1重慶軌道交通3號線一期工程廣播系統簡介

　　1.1廣播系統的功能

　　重慶軌道交通3號線一期工程廣播系統的功能如下。

　　1)優先級設置功能：中心防災調度員為第一級;車站防災值班員為第二級;中心行車調度員為第三級;車站行車值班員為第四級;站臺客運值班員為第五級。

　　2)中心廣播功能：中心行車調度員可通過中心廣播操作臺對車站進行語言直播、語音合成廣播，并有多種廣播模式;中心調度員可以單選、組選和全選任意車站的任意廣播區進行廣播;中心調度員根據需要可選擇監聽任意車站的廣播情況。

　　3)車站行車廣播功能：車站值班員可單選、組選和全選本站的任意廣播區進行多信源廣播。車站廣播控制盒具有話筒、語音、線路等按鍵。選中話筒，可通過話筒對相應的廣播區進行廣播;按語音按鍵，可通過選擇語音合成的段號對車站廣播區進行固定廣播;按線路按鍵，可通過線路輸入插口連接外部信源，播放線路輸入的內容。車站值班員可根據需要選擇監聽本站各廣播區的廣播情況。顯示屏上可顯示優先級的占用狀態、設備的工作狀態、故障情況、廣播區及信源選擇等內容。

　　4)站臺廣播功能：站臺工作人員通過隨身攜帶的無線便攜式站臺廣播手持臺在站臺內任一位置，均可遙控廣播的開啟、對站臺進行廣播。

　　5)車站防災廣播功能：車站防災值班員可以通過車站防災廣播控制盒，實現對所選廣播區和信源廣播開關的控制，實現防災廣播功能。車站防災廣播操作盒設有“緊急”廣播按鍵。廣播時，按下“緊急”按鍵，即可對全區或分區進行緊急廣播，同時可對廣播內容進行本地錄音。

　　6)列車進站自動廣播功能：為提高列車到發時廣播時間的實時性及準確性，本系統設有列車到、發信號的引入接口并配置相應的語音存儲器。當車站收到上、下行兩個方向列車的到、發信息時，本系統可實時自動播出列車的到、發信息，并同時播放兩段不同的語音信息。播放順序及時間，可根據用戶的需求設定。

　　7)中心網管功能：中心網管終端設備可設置車站的數量、各廣播區的數量、操作臺的優先級及編組廣播的內容，并具有集中維護和自診斷功能;可進行故障管理、性能管理、配置管理、安全管理;能對中心和車站廣播設備的運行狀態進行實時監測;能完成自動檢測、遙控檢測、故障報警、故障定位(告警的站號、告警的槽位號)及遠端維護功能;能對系統發生的故障和操作進行全面記錄，并具有打印功能。

　　1.2廣播系統的構成

　　車站廣播系統采用控制中心與車站兩級組網方式。

　　1)控制中心廣播控制設備：控制中心設行車廣播話筒盒、防災廣播控制盒、中心廣播機柜及網管設備等，在控制中心與ISCS(綜合監控系統)進行操作界面集成。

　　2)車站廣播設備：車站廣播設備由廣播機柜、行車廣播話筒盒、防災廣播控制盒、站臺廣播手持臺、噪音傳感器及揚聲器網等組成。在車站與ISCS進行操作界面集成，其中播音及操控由ISCS集成，廣播系統提供的廣播控制盒作備用。行車廣播話筒盒、防災廣播控制盒設置在車站綜合控制室，廣播機柜設置在車站通信機房，揚聲器網設置在站廳、站臺、出入口及辦公區等場所。車站廣播區按上行站臺、下行站臺、站廳、出入口、辦公區域進行設置。為了提高廣播的清晰度，站臺和站廳播音區的揚聲器以小功率、大密度的方式布置，揚聲器功率為3～6W。在每個車站站臺上設置無線廣播收發設備，站臺服務人員攜帶對講手持臺對本站臺區域進行廣播。為保證聲場的強度和播音信噪比，在各車站的上下行站臺廣播區設置噪聲傳感器各2個。

　　3)傳輸通道：控制中心廣播控制設備與車站廣播設備間傳輸的信息包括廣播語音信息、廣播控制信息和監聽信息，控制中心至各車站之間采用10Mb/s以太網通道。

　　2廣播系統的設計原則

　　2.1廣播揚聲器的設置原則

　　揚聲器系統的布置合理與否，直接關系到整個廣播系統的音響效果。揚聲器的布置一般應遵循以下原則：

　　1)使聽眾區的聲場盡可能達到均勻一致;

　　2)聲音聽感自然;

　　3)有利于克服聲反饋，提高傳聲增益;

　　4)揚聲器的覆蓋角應能覆蓋全部聽眾;

　　5)聽眾區的聲級應能滿足總技術條件要求;

　　6)各揚聲器發出的聲音到達聽眾區各點的時間差應小于5～30ms;

　　7)便于安裝、調試和維護。

　　2.2控制性指標

　　聲場強度大于噪聲級10dB。負荷區各點的聲場均勻度及混響指標應保證廣播聲音清晰與穩定。

　　高架站站臺揚聲器在站外的音量，晝間應≤50dB，夜間應≤40dB。

　　2.3揚聲器網

　　1)揚聲器的設置位置：根據重慶市軌道交通有限公司相關部門的意見，車站站廳、站臺、站臺下夾層的所有房間(包括備用房、清掃間)及走道、地下站出入口均設置揚聲器，實現廣播系統對車站的全覆蓋。

　　2)車站廣播分區：車站廣播分為9個區域(即上行站臺廣播區1，上行站臺廣播區2，下行站臺廣播區1，下行站臺廣播區2，站廳廣播區，辦公用房廣播區1，辦公用房廣播區2，出入口廣播區，疏散口廣播區)。若為換乘站，需增加1個換乘通道廣播區;若車站管轄區間有隧道口，需增加1個隧道口廣播區。

　　3)揚聲器安裝方式：對有吊頂房屋，揚聲器采用吸頂式安裝;揚聲器不能設置于設備機柜上方，車控室內不設揚聲器;對無吊頂房屋揚聲器采用壁掛式安裝;走廊采用吸頂式安裝;站廳(出入口)、站臺廣播區揚聲器根據裝修情況，安裝方式有頂棚鑲嵌式、吊掛式、吸頂式等;高架站站臺揚聲器嵌入綜合管廊安裝;上、下行站臺各設噪聲傳感器2個。

　　3廣播系統人性化措施

　　為避免出現聲場分布不均勻、聲場強度調節不便、站外廣播聲音過大影響周邊居民等問題，并提高系統的可靠性，在重慶軌道交通3號線一期工程廣播系統實施時，采取了如下改進措施。

　　3.1揚聲器的布置

　　3.1.1采用小功率大密度的布置方式

　　根椐車站公共區域的空間形式、構筑物布置等因素，設計時采用分散供聲方式。良好的公共廣播工程應能有效地控制揚聲器的聲場分布和滿足投射距離的聲壓級要求。

　　分散式供聲系統能獲得均勻的聲場，由于揚聲器與聽眾之間的距離很近，可保持較高的直達聲與混響聲的聲能比。所以，在混響時間較長的條件下也能獲得較高的清晰度，并且不容易發生回聲問題。分散式供聲的最大優點是聲場均勻，直達聲與混響聲的聲能比高。采用小功率、高密度、低聲壓的分散式供聲可在混響時間較長的特大型站廳中獲得較好的語言可信度。

　　吊頂天花板揚聲器大多是口徑為130～160mm的3～6W中頻紙盆揚聲器，其最大聲壓級為90～93dB(在1m處)，適合播放語言節目。

　　天花板揚聲器的布局設計應根據服務區域的體形、空間設計、環境噪聲和揚聲器的最大聲壓級等參數綜合考慮。

　　單個天花板揚聲器的聲場覆蓋面積S1為：

　　S1=3.14×[(H-1.5)tan(α/2)]2

　　=3.14×(H-1.5)2，(m2)

　　式中：H為天花離地面的高度，m。

　　如果需要覆蓋的面積為S，按80%的覆蓋分布，需要的揚聲器總數量N為：

　　N=0.8S/S1

　　小功率天花板揚聲器常用于空間高度H不大于5～6m的站廳或公共場所。例如，當H=4m、環境噪聲為45dB的會場采用天花板揚聲器分散式供聲時，可選用額定功率為3W的天花板揚聲器。為使聽眾能獲得良好的清晰度，要求聽眾處的直達聲聲壓級高于環境噪聲聲壓級25dB，即直達聲聲壓級為45dB+25dB=70dB。3W揚聲器在離揚聲器口1m處的最大聲壓級為90.8dB。離天花板2.5m高度的距離衰減了8dB，因此到達聽眾耳朵高度的最高聲壓級為90.8dB-8dB=82.2dB，可滿足良好清晰度的要求。

　　根據重慶3號線車站特點，在進行施工設計時，站廳、站臺等公共區揚聲器采用6m間隔的布置方式，小于其他城市軌道交通8m的布置間隔，從而使聲場更加均勻，避免了由于間隔過大而采用大功率揚聲器帶來的聲場分布不均、乘客產生“頭頂感”的問題。

　　3.1.2高架站站臺揚聲器

　　目前多數城市軌道交通高架車站站臺的揚聲器通常采用在立柱上安裝音箱的方式。采用圖2的安裝方式帶來的最大問題是由于采用音箱，其指向性帶來廣播聲音傳出站外，存在擾民問題。

　　為解決這一問題，重慶軌道交通3號線一期工程高架車站站臺采用了綜合管廊方案，在綜合管廊下方安裝吸頂式揚聲器。

　　3.2揚聲器的選型

　　為有效控制揚聲器的功率，本工程選擇的揚聲器有多種功率抽頭。揚聲器變壓器上的四個初級線圈接頭允許用戶選擇額定全功率、半功率、四分之一功率或八分之一功率(即6W、3W、1.5W、0.75W)。按不同功率的連接接頭，可根據現場情況進行調整，開通前進行調測，從而使聲場最優化。

　　3.3噪聲檢查自動調節功能

　　在上、下行站臺廣播區域內分別設置了噪聲傳感器，每個站臺區設置2個;采用裝修頂棚鑲嵌方式安裝或吊掛式安裝，與廣播機柜通過屏蔽電纜相連。

　　根據噪聲傳感器拾取的環境噪聲，噪聲檢測模塊自動檢測各廣播區的環境噪聲，并根據現場實際噪聲大小自動調整廣播系統的輸出功率，保持廣播聲壓總高于環境噪聲，保證廣播有良好的可懂度，并且防止廣播聲過大而擾民的現象。

　　3.4聲學模擬技術的應用

　　傳統的建聲設計依靠聲學公式進行計算，計算較為繁瑣，一般只能計算出少量典型的數據。地鐵廣播系統一般包括全線十幾個車站，各車站建聲條件各異，要求逐站理論計算，工作量浩大。

　　重慶軌道交通3號線一期工程在設計時采用聲場模擬軟件進行計算機輔助設計，確保揚聲器的選型及布局的合理性，以保證廣播系統的最佳聲效。

　　目前，世界上廣泛應用的計算機聲學輔助設計軟件可為廣播系統的最終聲效果提供必要的參考數據。如：揚聲器的選擇和布局、功率的選擇、聲效分析的各種重要性能參數及曲線圖(包括直達聲壓級、總聲壓級、聲均勻度、混響時間及不同頻率下的上述參數)，另外還可以計算出語音清晰度，可直接得知評價語言廣播效果的數據;軟件還可以模擬廣播區內任一點的現場聲效果，并可以聽到聲音。

　　由于可打印出上述各參數的曲線圖，故對聲學特性十分直觀，對全廣播區內各地點均可顯示詳細數據，能有效地控制和達到最佳的聲學特性，以保證優良的廣播效果。

　　以下為典型的地下車站站臺、站廳采用EASE4.0模擬軟件所做的聲學計算。

　　1)建模說明：站臺墻面吸聲材料選擇steel(鋼板或墻面)，站臺屏蔽門選擇6-15dhbl(大塊玻璃)。地面均選擇Ren_Banchang(人春秋兩季所穿衣服的平均值)。吊頂的吸聲材料選擇steel(鋼板或墻面)，同時考慮通風管道外覆蓋玻璃棉隔熱層。

　　2)計算結果：站臺建模圖(揚聲器布局圖)如圖6所示;站臺混響時間曲線圖如圖7所示;站臺清晰度分布如圖8所示;站臺總聲壓級分布圖(當聲源頻率為500Hz)如圖9所示;站臺總聲壓級分布圖(生源頻率為1kHz)如圖10所示;站臺總聲壓級分布圖(生源頻率為2kHz)見圖11所示。

　　3.5系統可靠性措施

　　廣播系統上行/下行站臺廣播區揚聲器組采用兩個廣播回路跳接方式，當一路揚聲器出現故障時，另一路仍可進行廣播。

　　各車站設置揚聲器線路檢測裝置，可對本站每個廣播區的揚聲器線路阻抗進行監測。當揚聲器線路阻值發生變化時，即可發出報警，并在液晶顯示屏上顯示和上報故障信息，以便于維護人員對揚聲器線路的維護和管理，確保揚聲器線路的良好工作性能。當檢測裝置判定為揚聲器故障時，可中斷故障揚聲器與功放的連接。

　　廣播系統功放的配置以N+1熱備方式進行工作。功放檢測模塊可對廣播系統中的功率放大器進行自動檢測，功放切換模塊可對使用中的故障功放進行切換。當某臺功放出現故障時，可將備用功放替代故障功放，當故障功放恢復正常后，可恢復到原工作方式。

　　4結語

　　廣播系統作為城市軌道交通通信系統的重要子系統，直接服務于乘客，廣播系統的設計除滿足基本運營需求外，更應考慮人性化的設計措施，為乘客提供一個良好的乘車環境。本文所介紹的重慶軌道交通3號線一期工程所采取的措施，可供其他類似工程借鑒。

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