首都机场广播系统案例分析.doc

首都机场三号航站楼广播系统案例分析魏冬摘要：介绍首都机场三号航站楼广播系统的架构与功能关键词：首都机场三号航站楼 公共广播 媒体矩阵首都机场三号航站楼（以下简称T3）是最新建成的枢纽机场航站楼，它的建成将为现有的两座航站楼分流大量的旅客和航班，使首都机场成为我国最繁忙的门户机场。2007年底，T3航站楼内的所有系统都通过严格的多方验收，目前已经开始了正式运营工作，已经有27个国内外航空公司进驻新的T3航站楼为旅客进出港进行服务。通常意义上的公共广播系统主要以背景音乐和人工广播为主，并附以消防广播一起组成完整的系统。而机场作为交通领域中最重要的场所，除了要具备基本的广播功能外，还要拥有多种特殊需求，笔者有幸参加了T3航站楼的广播系统扩建工程，并希望通过本文与大家一起分享机场项目中的经验与心得。T3航站楼的建筑结构共分为4个部分：T3C航站楼、T3D航站楼、T3E航站楼和GTC停车楼，除GTC作为停车楼使用外，其余3个均担负着航班进出港的任务，T3C航站楼为国内国际及港、澳、台乘机手续办理、国内出发及国内国际行李提取，；T3D航站楼目前作为奥运及残奥会期间包机保障；T3E航站楼将负责国际及港、澳、台出发和到达。GTC停车楼是一个集轨道、停车、商业等功能为一体的交通枢纽。一层为商业区，二层是机场通往东直门的机场快线站台层，地下各层是多达7000个车位的大型停车场。整个T3航站楼的使用面积为98.6万平方米，共设97个停机位,其中73个近机位，24个远机位。T3航站楼投产后, 预计2015年整个机场将达到旅客年吞吐量6000万人次，年飞机起降量50万架次；高峰小时飞机起降124架次的能力。 面对如此庞大的机场航站楼，广播系统势必需要采用网络化控制及传输方式，才可以从功能和效果上满足需求。除了上述的4个航站楼外，在航站楼外还有一座ITC信息楼，在该楼的4层设立了广播系统机房，该机房的具体作用会在后面的章节详细介绍。和一般的广播系统类似，T3航站楼的公共广播系统为业务广播和消防广播合而为一的系统，业务广播要按照机场使用需求进行设计，而消防广播则按照国家规范进行设计，由于消防广播比较常见，所以本文中不做过多的概念介绍，下面主要介绍机场领域的业务广播范畴。 机场广播相关知识由于新建的T3航站楼将来是作为枢纽机场来使用，所以今后的业务将会非常繁忙。而交通领域的广播系统通常将业务广播划分为自动广播和人工广播，我们在飞机场候机或者接机的时候，都能够通过大屏显示的内容看到航班到港或出港信息，这些我们统称为航班信息显示系统，简称航显系统，英文是FIDS：Flight Information Display System。航班信息显示系统是机场面对旅客的主要系统，负担为旅客及送接站人员提供全方位的信息服务。 对旅客来说，FIDS就是分布在机场各处（离港大厅、值机柜台岛、值机柜台、候机厅、登机口；到港行李转盘、到港大厅；以及其他旅客所能到达的区域）的各种显示屏（LCD、LED、CRT、PDP）。对离港旅客，从进入航站楼起，航显系统先后提供了离港航班信息、值机岛岛头引导信息、值机柜台引导信息、登机口引导信息；对进港旅客，航显系统提供了行李转盘引导信息；对迎接旅客人员，航显系统提供进港航班信息；除此以外，航显系统还要对各类人员提供不同功能的临时消息，同时还需要在各种显示信息中插播广告。 这些FIDS信息中既有计划信息，也有动态信息，还有临时信息；从信息来源上看，有来自机场其它信息系统的，也有来自空管局的，还有来自工作人员手工输入的。那么我们可以明确的一点是在机场领域，航显信息是一个“源”，通过航显系统向其它各个子系统发布航班信息，而子系统包括诸如视频显示系统和广播系统在内的多个分支，其中视频显示系统接收到动态航班信息后，会按照一定的格式在屏幕上显示哪些航班已经到港，哪些航班延误；广播系统同样需要接收航线信息，并通过专用的音频处理设备进行航班自动广播，以语音广播的形式向旅客传递航班信息。机场显示系统动态的显示航班到/离港信息，为旅客提供直观的视频指引。视频显示系统为旅客提供了视觉上的指引，人们可以直观的看到航班信息，那么广播呢。前面所讲的FIDS只是一个铺垫，接下来就详细为大家介绍T3航站楼的广播设计。 T3广播系统网络结构T3公共广播系统的音频信号和控制信号均通过以太网进行传输，其中音频传输采用成熟的CobraNet音频传输协议。在深化设计初期，通过与网络系统集成商及机场项目指挥部的多次探讨和协商，广播系统最终使用独立建网方案，这也是我们所需的最好的结果。可能有些朋友会存在疑问，为什么不利用新航站楼里建设的万兆以太网，而是非要单独建网呢，这不是浪费吗？其实不然，在任何基于网络进行音频传输的系统中，首先要保证的就是路由和带宽。CobraNet音频不能经过路由器传输，而T3航站楼的网络系统在数据交换的核心机房，都使用路由器进行传输，如果我们借助现有的网络进行传输，那么广播的音频信号将不能互通互联；关于带宽问题，我们知道每一个CobraNet音频通道占用的带宽为1M左右，在每个机房内都安装有大量CobraNet音频设备，这些设备在使用过程中要占用大量的带宽，而现有的网络中包含大量的服务器、电脑终端、监控系统、安防系统、航显系统等等，在如此复杂的网络使用环境下，很难保证CobraNet音频的带宽，所以这也是最终广播系统采用独立建网的原因。图一所表示的就是整个T3航站楼广播系统的网络架构。图一整个广播网络在T3C主机房、T3E主机房和ITC主机房各设置两台核心交换机，组成具有双链路冗余功能的核心网络，通过核心网络可以将整个航站楼连接成为一个整体。在航站楼内还有26个广播网络机柜，安装有广播系统接入交换机，用来连接广播音频设备和系统控制设备，并通过核心交换机进行音频路由和管理。根据CobraNet的特性，结合实际工程使用需要，我们最终将广播网络划分为8个VLAN，其中VLAN10是所有控制数据的专用VLAN，剩下的VLAN都是供CobraNet设备专用，在VLAN10中设置系统管理服务器，通过它可以对所有VLAN中的设备进行配置和监控。由于T3项目非常庞大且功能繁多，所以它的网络设计也非常复杂。在我们平时常见的音频网络设计中，我有以下几点建议：1. 了解你所使用的音频设备的传输协议，确定它能在几层交换机中传输。2. 了解音频传输协议的带宽计算方式。3. 了解该音频传输协议的主要特点，特别是对交换机指标的硬性要求。4. 了解任意两个音频设备之间是否存在对交换机数量的限制。5. 了解一个独立的网络中是否存在对设备数量的限制。6. 建议独立建网，选用知名品牌网络交换机。7. 网络连接线很重要，建议使用成品线缆。目前首都机场三号航站楼的广播网络已经安装完毕，网络规划工作也已经结束，我之前从来没有做过这么庞大的项目，对于CobraNet音频协议的几个特点一直停留在纸面上，这次借助于这个项目亲身实践了一把，同时也越来越感觉到，网络音频系统的基础一定要打好，好的网络环境会让你的调试工作得心应手，而粗糙的网络环境会让你的调试之路处处受阻。有了良好的音频网络，T3航站楼的广播系统基础就打好了，接下来为大家介绍广播系统的结构。 广播系统概述T3航站楼的广播系统音频控制设备选用的是美国百威（PEAVEY）公司生产的控制矩阵（ControlMatrix）和媒体矩阵（MediaMatrix）系列产品，这两个系列的产品分别负责广播控制和音频处理两部分工作，首先我们先来了解一下系统中都使用了哪些设备。ControlMatrix系列是百威公司专为大型公共广播系统研制的产品，其应用可以追溯到1996年，著名的悉尼歌剧院改造工程中需要一种产品，不但可以通过以太网传输实时的广播音频信号，同时还要具备灵活、高效且稳定的寻呼功能。于是，作为专业网络音频设备的先驱，百威公司联合澳大利亚CST公司一同研制出ControlMatrix系统的前身，并与百威的媒体矩阵主机结合在一起，共同完成了悉尼歌剧院寻呼系统的改造。在2000年的悉尼奥运会上，主体育场和奥运村被划分为几百个分区，每天需要进行寻呼广播的次数高达2000次，在这样的条件下，ControlMatrix广播系统正式诞生了，配合Peavey的MediaMatrix系统，圆满完成了奥运期间的寻呼广播功能。在这之后的几年里，ControlMatrix系统又出现在悉尼机场、美国亚特兰大机场、美国凤凰城机场、英国希斯罗机场、郑州机场、香港机场等场所，为一个又一个的公共领域提供方便快捷的寻呼广播功能。首都机场三号航站楼广播系统中选用ControlMatrix系列中的以下产品：Q-Host广播控制主机、Q-Host-R广播控制备份主机A-Host信息处理主机、S560信息处理卡、C-Host文本转语音合成主机和两款PCU人工呼叫站。Q-Host广播控制主机是ControlMatrix系统的核心设备，也是整个T3广播系统的核心设备之一，外观如图二所示。图二简单的说，Q-Host在T3航站楼广播系统中的主要作用有以下几点：1. 配置和管理所有人工呼叫站和背景音乐2. 实时监控ControlMatrix系列设备和MediaMatrix系列设备的状态3. 与航显系统通讯接收航班信息4. 添加或删除广播分区5. 管理呼叫站寻呼代码在T3航站楼广播系统中，通过Q-Host主机可以实时的监视A-Host主机、 C-Host主机、PCU呼叫站和媒体矩阵Nion的联网工作状态，当某一个设备掉线时，在Q-Host主机的操作界面上会弹出报警窗口，根据需要还可以使主机发出报警提示音，Q-Host上的报警界面如图三所示。图三Q-Host主机实际上是一台工控机，它的操作系统是QNX操作系统，这个操作系统在我们的日常生活中并不常见，甚至比Unix还要稀少，它主要应用在军事、医疗、航天等领域，其特点是系统效率很高，且极其稳定，不会出现Windows的死机或蓝屏，这也正是ControlMatrix系列产品选择QNX的重要原因之一；原因之二是QNX操作系统的开放性，QNX操作系统的操作模式和系统架构很像Linux操作系统，并且大部分命令都可以互通，开发人员可以根据实际使用需求，从操作系统底层编写脚本，来实现特殊的功能，在T3航站楼广播系统中，Q-Host主机的备份功能，有一部分就是通过添加脚本来实现的。百威的ControlMatrix系列产品除了Q-Host之外，在T3航站楼广播系统中还使用了A-Host信息处理主机、C-Host TTS合成主机和PCU系列人工呼叫站，这些设备在后面的功能介绍中会进行讲解。MediaMatrix系列产品相信大家了解的比较多，兆翦老师已经在本刊连载了很多相关文章，我在这里就不过多的介绍它的原理了。T3航站楼广播系统使用的是美国百威目前的主打产品Nion系列主机，整个系统总共配置了34台Nion3主机，其中在T3A主机房设置12台，负责T3A航站楼和GTC停车楼的音频处理；T3B主机房设置10台，负责T3B航站楼的音频处理；ITC主机房设置12台，作为T3A和T3B的热备份主机。 如何实现航班自动广播T3航站楼的航班信息由航显系统提供，每天工作人员都将最新的航班架次，以数据库的形式发送给航显系统，之后由航显系统将这些信息通过网络发送给机场内的各个子系统，在ITC主机房设置自动广播服务器，它的主要作用是接收航显信息，并将这些信息进行整理、分类，并转发出Q-Host能够识别的代码格式，它的作用有些类似于我们常见的中控系统。自动广播服务器上安装有专为T3航站楼定制的自动广播软件，根据用户的使用习惯和需求，在功能和界面操作上都表现出人性化，图五是自动广播软件的操作界面，通过该软件不但可以接收自动广播信息，同时还可以根据需要进行人工调整，这样可以更好的应对航班的动态调整。图四可以说，自动广播服务器是广播系统与外界系统连接的唯一途径，所以T3航站楼的自动广播服务器采用了多重备份，在ITC主机房本地为双机热备份设置，如果ITC主机房出现灾难性故障，则可以启动T3B主机房内的第三台备份主机，这样的备份形式足以保证自动广播的正常播出，那么如果三台自动广播服务器全都坏掉了，或是航显系统坏掉了，到那时航班自动广播虽然没有了，但是人工广播还是可以照常使用。说起自动广播软件，在规划软件前期，软件编程人员在机场进行了多次调研工作，在综合了机场使用方的需求后，自动广播软件最终被确定为上图的形式。当然自动广播软件在日常工作中是不用人为操作的，所有航班信息都会定时上传到自动广播服务器的数据库里，通过自动广播软件进行分类、排序后，再按照时间定时发出相应的广播指令控制媒体矩阵进行广播。航班自动广播和人工广播是T3航站楼广播系统的重要功能，上面所讲的是广播系统与航显系统之间的连接问题，接下来的内容则是广播系统自身是如何工作的。自动广播功能系统流程图五图六为大家列举了一个实例，航显系统将航班信息通过网络发送给自动广播服务器，通过自动广播软件进行分类和排序后，再将控制信息发送给Q-Host主机进行下一步处理。当Q-Host接收到相应的广播控制信息后，将要完成语音合成工作，原理如图七所示：图六图七所表示的是在Q-Host中如何实现语音合成工作，我们在机场或者火车站经常会听到航班进出港或列车进出站的广播，这些广播的内容是根据真实的动态信息进行播放的。以机场航班广播来说，每天的进出港班次都不相同，并且如果遇到突发因素（如天气原因）会产生大量的航班延误信息，如此动态的数据信息，使得我们的广播内容也会随时发生变化。所以所有的航班广播内容，都不是实现完整的录制在硬盘上，这样做不但会使语音库的录制工作变得十分繁重，并且一旦日后有航班变化，则需要重新录制相应的语音片段。为了应对复杂多变的航班广播语句格式，T3航站楼广播系统的语音库，全部采用片断录制的方式来完成。如图七所示，我们将组成一句航班广播的内容，分为多个片断录制，划分为：固定语句、英文字母、数字等几类片断，每一类片断都录制成多个语种，并将这些片断都存储在Q-Host主机的硬盘上。当自动广播服务器将航班信息的控制命令发送给Q-Host主机之后，Q-Host会根据相应的控制命令在自己的硬盘上找到相应的语音片断，组成整句后播出，这样就完成一次航班自动广播工作。人工广播系统流程上面所讲述的是机场自动广播功能的实现方法，根据实际需要，在每一个登机口和服务中心都设有人工广播呼叫站，工作人员可以根据现场的需要进行人工广播工作。在T2航站楼里使用的是内通话机进行人工广播，并且整个系统均为模拟方式连接和传输，我们知道一路电话的电信号频谱被限制在300至3400赫兹的范围内，所以使用内通话机作为人工广播拾音器的话，人声的还原仅限于听清的标准，为了保证人工广播具备高保真的音质，T3航站楼放弃了内通广播系统，而是采用专业的人工广播站台进行播音。ControlMatrix系列产品中包括多个系列的人工呼叫站台，根据使用需求T3选用了PCU2鹅颈式人工呼叫站和PCU4手持式人工呼叫站。T3航站楼的广播系统中，每天的航班信息都会通过自动广播软件进行语音合成处理，通过广播网络传送到航站楼内的各个设备小间进行航班自动广播。自动广播需要按照制定好的广播规则和时间进行播出，如果需要临时插播一些广播信息，则可以使用呼叫站进行人工广播，如寻人、航班催促等工作。PCU2鹅颈式人工呼叫站PCU4手持式人工呼叫站上面这两种人工呼叫站在功能上完全相同，操作人员可以通过面板上的“121”键盘进行分区代码的选择并广播。PCU2鹅颈式人工呼叫站安置在广播室、航站楼管理中心和消防控制中心等地点，而在所有登机口安装的都是PCU4手持式人工呼叫站，根据现场的安装条件，施工方为PCU4定制了金属外壳用来固定安装。由于采用专业的广播拾音设备，所以在人工广播的音质方面有了很大的提高。除此之外，使用PCU专用的呼叫站台还能为用户提供更加安全的运行环境，T3航站楼内的所有PCU人工呼叫站都具备密码验证功能。所谓密码验证功能，就是事先为每一个操作人员分配一个用户名和密码，将这些信息录入到 Q-Host主机上，操作人员必须通过呼叫站上的数字键盘输入正确的密码，才能够开启相应呼叫站的广播功能，如果输入错误的密码，将无法进行人工广播呼叫，通过这项功能可以最大限度的保障呼叫站的使用安全，防止无关人员的误操作造成广播的开启。人工广播存储转发功能任何广播系统都具备一定的广播优先级的设置，首都机场3号航站楼的广播系统也不例外，这个功能在一般的判定条件下，当某一分区中较高优先级别的广播正在播放时，低优先级别的广播必须等待这个分区空闲之后，才能开始进行广播。而这样的判定机制对于一般的广播系统来说是可以忍受的，但是对于机场这种非常繁忙的系统来说，效率必须要高。所以在首都机场3号航站楼的广播系统中，对于不同优先级别的广播具有更加先进的判定和处理方式，如下：当某一分区高优先级的广播（如：航班自动广播）正在进行时，此刻有一个低优先级的广播（如：人工广播）要播出时，系统可以允许它排队。这时的工作人员可以按照正常的人工广播流程进行操作，这时的人工广播并不会立即从扬声器中扩声出来，而是被自动存储在A-Host信息处理主机上，当广播完毕后，工作人员可以去做其它的事情。当这个分区的自动广播完成后，分区空闲后，刚才被录制的人工广播音频将自动在这个分区回放。通过上述这种优先级的处理机制，可以大大节省工作人员的时间，提高广播的效率，这都是依仗ControlMatrix系统强大的广播控制功能而实现的。系统备份流程作为世界上最大的单体机场候机楼，首都机场3号航站楼的广播系统做到了系统主机备份及功放备份功能。Q-Host作为广播系统的“大脑”，它能否正常工作决定着广播系统能否顺利运行。前面讲过Q-Host自身采用的是高效且稳定的QNX操作系统，在安全性和稳定性上来讲已经远远高于普通的windows操作系统，但是为了避免出现突发事件，3号航站楼的广播系统为Q-Host主机设置了备份设备Q-Host-R。实际上Q-Host-R和Q-Host主机是一模一样的，无论是硬件组成还是软件系统，两者都完全一样，至于区别只不过在两台主机里安装了不同的运行脚本，用来自动执行备份功能，备份原理如图四所示：图七从上图中可以看到，Q-Host主机和Q-Host-R备份主机之间通过一条RS-232串口线相连，两台主机都连接到网络上，并通过系统管理服务器进行监视，在系统管理服务器上安装有专门的监控软件Q-Check，一旦检测到Q-Host的主机出现故障，Q-Host主机中的脚本将自动执行“自杀”程序，同时Q-Check监控软件将立即向备份主机发送命令，触发安装在Q-Host-R主机中的“接替”脚本，从而完成了控制主机的自动备份。当然，除了自动备份外，Q-Host控制系统还可以进行手动备份功能，只需要按照简单的操作步骤即可手动切换到Q-Host-R备份系统。除了Q-Host主机备份以外，媒体矩阵主机Nion也设置有“手自一体”备份功能。在T3C和T3E航站楼的主机房内，分别安装了12台Nion3媒体矩阵主机用来处理所有的音频信号，这12台Nion主机安装在一个机柜里，通过专用的XDAB线缆集连在一起，从而组成一个整体。上面讲过在ITC信息楼内设置了同样12台Nion3媒体矩阵主机作为备份系统，简单一点讲，Nion的备份是“一摞备一摞）。ITC的Nion主机同时监视着T3C和T3E两个地方的Nion主机，当某一处的Nion设备出现故障，不管是一台还是多台，系统监控程序都会自动中断该