地铁列车乘客紧急报警系统研究

赵京超

（北京奥特维科技有限公司，北京 100015）

0 引 言

地铁列车乘客紧急报警系统是当前地铁乘客信息系统不可替代的重要组成部分[1]，是地铁在紧急情况下乘客对外进行呼叫救援的主要工具，也是地铁出现火灾等重大灾害时，保障救援工作可以顺利开展的重要基石。在当前地铁列车乘客紧急报警系统的研发过程中，技术人员需要切实加强对紧急报警系统的分析与研究，借助现代数字技术，提升地铁列车乘客紧急报警系统的可靠性与通信质量，以此确保地铁运行的安全与稳定，切实满足当前地铁紧急报警的要求。

1 地铁列车乘客紧急报警系统的构成及工作原理

乘客报警系统的主要功能是在发生紧急事件时，乘客通过触发报警器向司机请求报警通信，司机在接收到乘客的报警请求后视情况允许或拒绝乘客的报警，在允许报警后建立乘客与司机之间的报警通信通道，使得司机与乘客可以通过语音通信了解紧急事件的细节，从而采取合适的应急处理措施。

地铁列车乘客紧急报警系统一般由乘客报警器、通信线路和设备、司机报警处理装置共同组成，系统结构如图1 所示。

图1 地铁列车乘客报警系统示意图

图1 中，乘客报警器主要完成报警触发、乘客音频信号拾取发送以及司机音频的接收放大。通信线路完成音频和控制信号的连接，现在一般采用列车网络、CAN 总线[2]，早期也有使用模拟音频线加RS-485 总线[3]的方式。如果使用CAN 总线，乘客报警器一般直接与司机报警处理装置通信；如果使用列车网络，则乘客与司机的设备之间需要使用通信设备——交换机。司机报警处理装置一般是集成在司机控制单元中的一个功能模块，很少有独立设置的司机报警处理设备。

乘客报警系统看似简单，但其工作流程并不简单。完成一次报警，需要经过触发报警→报警管理→确认→音频通话→关闭报警这样几个步骤。其工作原理如图2 所示。由于通信设备在此过程中只是透传信息，并不完成任何报警功能，在此予以忽略。

图2 乘客报警工作原理示意图

图2 中，乘客报警的工作自上而下展开。报警触发一般是通过一个开关或按钮完成，触发后的信号传送到司机报警处理装置，进入报警管理模块。报警管理模块会提示司机是哪个位置来的报警请求并等待司机处理。司机确定响应后，通过报警回应模块告诉乘客报警器已接受报警，建立音频对讲，此时乘客可以将紧急情况汇报给司机。报警完成后，司机在处理装置上关闭当前报警，将此信息通过报警回应模块告诉乘客报警器，使得报警器关闭。

2 地铁列车乘客紧急报警系统的技术分析

2.1 技术特点

地铁列车乘客紧急报警系统具有可靠性要求高、防误操作设计以及防呆设计等技术特点。

2.1.1 可靠性要求高

由于地铁列车乘客紧急报警系统是在紧急情况下乘客用于求助的最重要也是几乎唯一的手段，因此必须能够可靠地工作。然而，报警器又是一个很少使用的设备，无法像列车广播系统一样在日常使用中发现问题，因此特别注重可靠性设计[4]。

针对这种可靠性要求，乘客报警器的触发装置一般使用机械开关而不用轻触或者触摸开关。这是因为，轻触或触摸开关都需要电路乃至软件才能完成功能，而机械开关只要机械动作执行没问题就能够可靠地触发。如图3 所示的报警器，中间的红色防误触盖子下面就是报警触发的机械开关。

图3 一种乘客报警器

此外，报警器与司机处理装置的控制信号连接也要尽可能简单，一般采用CAN 总线连接方式，用两根线完成控制信号的传送，且通信速率在满足要求的前提下尽可能采用低码率，提高通信的可靠性。近年来，随着列车网络的可靠性不断提高，也有采用列车局域网的方式，但相比较而言CAN 总线的可靠性更高。音频通路则采用最传统的模拟线路，这样经过的环节最少，音频通话的可靠性能够得到保证。此外，在电路结构上也尽可能简单，能用硬件实现的结构尽可能用硬件完成，能使用低速芯片就不用高速芯片，这些措施都是为了提升可靠性。

2.1.2 防误操作设计

列车在行驶时，司机的注意力高度集中，这是为了保证乘客出行安全所要求的。为了让司机专注于车辆驾驶，尽可能不受外界干扰，乘客报警系统需要防止乘客误触发报警，这也是为了让真正的报警能够有效地传递到司机处，否则，如果经常有误报警就可能影响真正的报警传递。为此，报警器的触发开关都会设计有可开启的盖板或可击碎的罩板。这样，如果有乘客需要报警就必须执行两个动作：抬起盖板→拨动开关，防止有人仅仅是靠在上面就触发了报警。此外，报警系统的控制权在司机端，乘客不能强制与司机对讲，司机可以随时中断或者屏蔽某个报警器，这样可以防止有人恶意占用报警资源。

2.1.3 防呆设计

防呆设计方面，连接器的设计尽可能与其他连接器不同，防止安装时连接错误。乘客报警器上一般仅设计一个报警触发开关，其他都交由司机控制，防止乘客在紧急情况下忘记打开拾音器从而影响对讲，或者在报警完成后忘记关闭报警器而产生对司机的干扰。面板上会设计一些简单而明确的提示，保证乘客一看就会操作。

2.2 地铁列车乘客紧急报警系统的新发展

乘客报警系统除了要求使用简便、可靠外，也对通话质量和功能提出了更多的要求。例如解决传统的报警系统中困扰司机和乘客的回声问题，在增强功能的基础上增加可靠性等等。网络技术、数字技术及处理器的发展，为人们提供了解决更多需求的可行方法。

对于报警系统中的回声问题，设计人员可以采用基于数字信号处理技术的回声消除算法来抑制回声。回声消除的基本原理如图4 所示。

图4 展示的是在司机端的回声消除。它可以让来自乘客的语音信号不再返回乘客报警器端。这样，乘客在讲话时不会听见自己的声音，可以减少被自己的语音困扰。乘客端的语音消除也是同样的原理。

在没有回声消除的模拟信号系统中，来自乘客的语音信号会经过图4 中虚线所示的空间声音通道，被司机端的拾音器拾取，然后通过语音对讲系统返回乘客端，形成回声。乘客在报警器端不仅能听到司机的讲话，同时还有自己发出的声音，从而造成困扰。回声消除算法的基本原理就是通过对司机或乘客的语音信号以及两侧同时讲话的检测，判断当时的工作状态，然后产生控制参数，将自适应滤波器[5]调整到适合的工作模式。一般为以下3种工作模式：

（1）只有乘客讲话，滤波器工作，根据误差信号更新滤波器参数；

（2）只有司机讲话，滤波器不工作；

（3）乘客和司机同时讲话，滤波器以缺省的参数工作。

图4 中，来自乘客的语音信号通过空间声音通道回到向乘客发送语音的通路中。同时，乘客的语音信号也经过一个自适应滤波器，让经过滤波之后的信号与通过空间返回的信号相近然后相减，这样可以在发往乘客端的信号中消除来自乘客自己的语音信号。自适应滤波器的滤波参数根据相减之后的误差信号调整，使得相减之后的误差信号尽可能小，这样逐步调整达到最佳消除效果。这里的自适应滤波实际上就是模拟空间声音通道。很明显，在只有乘客讲话的情况下，滤波器进行自适应调整滤波即可。在只有司机讲话的情况下不需要进行回声消除。在两者都讲话的情况下，为了减少对司机语音的干扰，采用一组折中的滤波参数，使得总体效果最好。

图4 回声消除基本原理

另外，在新技术的支持下，列车报警系统有网络化、智能化的发展趋势[6]。但报警系统网络化后，由于网络并非专用于报警系统，因此必须采取一定的措施保证报警系统的可用性。实际上，这是基于网络的报警系统的可靠性设计。运维人员可以采用设备自检结合定时巡检的方式，定时收集报警系统中各个设备的工作状态，及时发现故障，保证报警系统的可用性。

3 结 语

地铁列车乘客报警系统是列车安全运行中最重要的系统之一。因此，乘客报警系统的设计必须把可靠性放在第一位，采取各种措施将失效和误操作的概率降到最低。同时，设计人员也需要采用各种新技术，如视频传输、人工智能等，来丰富乘客报警系统的功能，在保证报警系统的可靠性的同时，提升报警系统的使用体验。