雙頻卡在地鐵乘客換乘路徑研究中的可用性

趙華偉 李道全

(北京城建設計研究總院有限責任公司 北京100037)

1 乘客換乘路徑的研究背景

伴隨著國民經濟持續快速的發展、城市化進程的加快、機動車快速的增長，城市交通阻塞日益嚴重。由于地鐵具有運量大、準時、快捷、環保等特點，發展地鐵已成為大、中城市發展公共交通的重要指導方針。

地鐵網絡化建設和網絡化運營的最終目的是方便乘客出行，而要達到這一目的，必須使地鐵和其他交通方式綜合協調發展。只有在真正形成網絡化格局后，才能將乘客吸引到公共交通，解決城市交通擁堵的問題。地鐵網絡的換乘模式主要分為:非付費區換乘和無縫換乘。當地鐵網絡采用非付費區換乘的模式時，AFC系統可以準確地記錄乘客出行的起終點和中間的換乘節點，就很容易了解他們的出行規律，了解地鐵網絡中每條線路的客流數據、換乘站客流流向等資料。如果是不同的運營商在經營不同的地鐵線路，那么這種換乘模式有助于各條地鐵線路的運營商能準確地獨立收費。然而，這種換乘模式增加了乘客的不便性，降低了地鐵吸引乘客的能力。目前，我國地鐵建設均采用無縫換乘模式，如北京、上海、深圳、廣州、南京等地。這種換乘模式能更多地將乘客吸引到地鐵，但也增加了各條線路運營商之間票務清分清算的難度，通過AFC系統的記錄僅有乘客出行的起點和終點。在龐大的網絡化運營中，如果想更好地掌握客流規律，特別是每條線的客流規律，就需要了解各換乘站點的乘客換乘路徑，這樣才能知道乘客在地鐵線網中如何進行換乘站間的多條路徑選擇。

地鐵網絡化運營中出現客流的非線性增長，引起乘客換乘路徑的變化，這對地鐵的建設和運營管理提出了更高的要求。因此，單從理論上研究地鐵的客流分布規律，不能滿足網絡化、大客流、小間隔運營組織管理的需要，不能勝任新線網規劃、換乘站改擴建、設施設備更新改造等工作任務。

2 乘客換乘路徑研究的必要性

1)深入研究乘客換乘路徑特征，對于統籌城市公共交通資源并合理配置具有指導作用，有助于地鐵與地面公交運力進行科學、合理匹配。

2)深入研究乘客換乘路徑特征，對換乘站的統籌設計、換乘站相關換乘線路的選擇、列車運力的匹配都具有深刻的意義，同時也可以根據乘客換乘路徑特征進行車站建筑的商業開發。

3)地鐵清分清算的核心是乘客的換乘路徑特征，線網內線路間的清分清算比例分配受乘客對換乘路徑選擇的影響。乘客換乘路徑具有隨機性，深入研究其特征可以掌握乘客換乘路徑的比例。目前，清分清算需要依據乘客換乘路徑理論值，其選擇受影響的因素較多，很難通過理論計算來精確得到合理的數值，只能在抽取的換乘站進行現場隨機換乘客流調研來驗證乘客換乘路徑比例模型，調整參數比例，但這種模式具有片面性。

4)地鐵網絡化建設和網絡化運營的最終目的是提高客運能力，而客運的核心是客流組織與列車運力。深入研究乘客的換乘路徑特征，可以指導客運的資源優化配置，科學地調整列車運行圖，從而達到資源的優化利用。

3 乘客換乘路徑研究中存在的問題

北京、上海、深圳、廣州、南京等地的地鐵線網已經形成并逐漸擴大，可供乘客選擇的換乘路徑也逐漸增加，乘客的實際換乘方式成為社會、企業、科研單位關注的重點，但目前的乘客換乘路徑研究僅限于理論計算及人工客流調查。隨著科技的發展，視頻識別技術逐漸在地鐵客流計算中得到一些應用，但由于其本身的局限性，難以研究乘客完整的換乘路徑，僅對單個換乘車站的客運組織、應急疏散提供一些幫助。

隨著城市多元化的發展，客流預測的結果與實際客流偏差也越來越大，部分城市的近期客流量已達到原客流預測時的遠期客流量。這給車站客流組織及客運組織帶來極大的困難，造成目前的運力不匹配。若能得到實時、高精確度的換乘數據，對于線網規劃將具有重要的指導意義。人工方式不可行，視頻模式識別成本高、信息量少且準確度差，因此采用經濟合理又不影響乘客便利出行的地鐵乘客換乘路徑信息實時采集技術非常必要。

4 國內雙頻卡技術的現狀

2010年9月22日，國內的一項實用新型專利“地鐵客流調查用雙頻非接觸IC卡”獲得了國家知識產權局的正式授權，分為嵌套式布局及平行式布局兩種形式，其結構如圖1～圖2所示。雙頻非接觸式IC卡主要由天線、芯片組成的核心層與基材(圖1～圖2中的代號為1)構成，核心層包括高頻芯片(13.56 MHz，是美國保險商實驗室認證的卡(簡稱UL卡)，或Mifare 1(簡稱MF1卡)，或含有微處理器的卡(簡稱CPU卡)，圖1～圖2中的代號為2)、高頻天線(13.56 MHz，UL卡，或MF1卡，或CPU卡，圖1～圖2中 的 代號 為3)、超 高 頻 芯 片(900 MHz，RFID，圖1～圖2中的代號為4)、超高頻天線(900 MHz，射頻識別技術，簡稱RFID，圖1～圖2中的代號為5)。該卡長85.6 mm，寬54.0 mm，厚0.5 mm，專門用于持卡乘客出行數據(時間、地點等信息)的精確收集，收集場所不僅在換乘點處，也可以發展到乘車點、進出站處乃至車廂中。目前，國內有廠家生產出樣卡及配套900 MHz的讀寫器，并通過了內部預驗收測試。

圖1 嵌套式布局

圖2 平行式布局

5 在換乘路徑研究中的可用性

5.1 技術可行性

1)隨著超高頻段識別技術的應用，中距離信息交互技術已經成熟地應用于相關領域，如高速公路不停車收費、郵政部門采用RFID跟蹤和監控郵包等。

2)國內已有公司研制出雙頻卡的樣卡及對應的讀寫器，即樣卡、讀寫器等前端配套設施已完成了可行性論證。同時，清分清算(ACC)系統的軟件改動較小，只需在現有的ACC票卡綜合信息對比軟件模塊上增加部分功能，并不影響ACC的清分清算速度。

3)線網票務中心部門只需在目前票卡管理的配套技術基礎上對既有票卡進行改造或將其更換成新卡，在編碼分揀機及票卡清洗機上增設900 MHz讀寫器，在雙頻卡初始化時建立票卡綜合信息庫，在換乘站增加900 MHz讀寫器，確保此種卡作為單程票或一卡通票使用時不影響其原有的使用功能。

4)900 MHz的讀寫距離一般為7～10 m，900 MHz讀寫器可以安裝于換乘通道或站臺屏蔽門的端門，安裝施工難度不大，900 MHz讀寫器可直接接入到相應車站的AFC計算機系統中，不需對系統的其他部分做任何改造。

5.2 應用原理

900 MHz的RFID芯片與13.56 MHz的UL卡(或MF1卡，或CPU卡)各自的邏輯卡號具有唯一性，可利用組成雙頻卡的綜合邏輯卡號唯一性的原理進行乘客換乘票卡的跟蹤。在換乘通道或站臺屏蔽門的端門設置900 MHz讀寫器，對所感應到的900 MHz的RFID芯片進行讀寫，進而實現對乘客換乘路徑的跟蹤。

除正常的售檢票外，在換乘通道或站臺屏蔽門等處都設置900 MHz的讀寫器，對每個雙頻卡進行動態跟蹤，通過車站AFC系統傳到ACC系統。通過讀取900 MHz的RFID芯片邏輯卡號及900 MHz讀寫器的位置，對13.56 MHz芯片的售票、進出站信息進行綜合處理，從而研究乘客換乘特征，其跟蹤原理如圖3所示。

圖3 雙頻卡跟蹤原理

5.3實驗測試

為了驗證乘客換乘路徑信息實時采集技術在地鐵中的可用性，筆者隨同國內某個廠家進行了簡易驗證平臺的搭建及測試。

5.3.1 實驗地點

該廠家的辦公大樓有4層，每層樓的中間位置設置兩組電梯，每層樓的兩端各設置一組疏散樓梯，同層樓兩組疏散樓梯相隔超過25 m，避免了同層樓兩組疏散樓梯內的900 MHz讀寫器在對雙頻卡讀寫時的干擾。

5.3.2 實驗準備

預備好20張雙頻卡，分別由20人拿在手中;在每層樓兩組疏散樓梯的內墻壁上分別設置1臺900 MHz讀寫器，安裝高度約為3 m，共計8臺;每臺900 MHz讀寫器通過網線將信息在數據采集設備上匯聚，再上傳給便攜式計算機;在便攜式計算機上，裝配有預先編制完成的雙頻卡綜合信息分析軟件。

5.3.3 實驗方案

將持雙頻卡的20人分3次測試，組合成3個測試方案。測試方案1:10人由4層左側樓梯行至1層，10人由4層右側樓梯行至1層;測試方案2:12人由4層左側樓梯行至1層，8人由4層右側樓梯行至1層;測試方案3:15人由4層左側樓梯行至1層，5人由4層右側樓梯行至1層。通過設置在每層樓每組疏散樓梯內墻壁上的900 MHz讀寫器，對所有通過其讀寫區域的雙頻卡進行讀寫。

5.3.4 實驗結果

實驗測試結果表明，測試人員持雙頻卡所走的路徑與測試結果一致，驗證了乘客換乘路徑信息實時采集技術在地鐵中的可用性。

5.4經濟性分析

乘客換乘路徑信息實時采集技術在地鐵中的應用，主要涉及ACC系統、車站AFC系統所增加的部分投資。

5.4.1 ACC系統

票務中心需將原單一功能的13.56 MHz票卡進行改造或替換成雙頻卡，每張票卡成本增加約0.5元;編碼分揀機及票卡清洗機共需增設約20臺900 MHz的讀寫器，每臺900 MHz讀寫器的成本約1 000元。

在票卡綜合信息對比軟件模塊上，增加了部分綜合邏輯卡號識別、換乘位置等信息分析功能，增加投資約20萬元。

5.4.2 車站AFC系統

在每座換乘車站的換乘通道處(或站臺屏蔽門等處)設置約20臺900 MHz讀寫器，每臺成本約1 000元;每座車站換乘增加2臺交換機，每臺成本約3 000元;每座換乘車站增加投資共計約6萬元(含部分軟件調整費用)。

和其產生的效益相比，采用雙頻卡增加的投資不大，從經濟方面證明了乘客換乘路徑信息實時采集技術在地鐵中具有較好的可用性。

6 結語

綜上所述，雙頻卡技術克服了傳統技術的缺點，適用于地鐵乘客換乘路徑的研究。采用這項技術，將改善并取代目前基于人工的客流調查方式，最終形成獨創性的成果在同行業或相近行業推廣。雙頻卡技術是線網AFC系統“裸”清分的必然趨勢，是科學進行客流預測的基礎，是統籌規劃線網建設(如換乘車站建筑規模、車型的選擇等)的依據，它為后續規劃建設地鐵乘客出行引導信息系統提供準確的基礎信息數據。

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