基于既有線路設備的車廂擁擠度智能顯示研究

紀紅波

(西安市軌道交通集團有限公司運營分公司 陜西 西安 710016)

地鐵憑借其準時、安全、環保、運量大、速度快等特點，已經逐漸成為廣大市民出行的首選[1]。隨著西安地鐵線網的不斷完善，西安地鐵客流量也在急劇攀升[2]，部分線路在高峰時段的超載率屢創新高，部分車廂擁擠度最高達135%，其實際承載客流已大大超過設計負荷，部分車廂則乘客數量較少，同一車次車廂客流分布存在不均衡現象。

隨著軌道交通技術日益成熟，軌道交通智能化已成為發展的核心方向，在地鐵運營過程中，分析車廂擁擠度具有很高的應用價值，能夠最大化滿足乘客乘車舒適度，提高車廂空間利用率，節省資源，同時可以提高列車的安全性。

通過調研國內其他城市地鐵擁擠度顯示情況，認為基于既有線路設備進行車廂擁擠度顯示，主要存在以下4個難點：一是車輛信號如何將車廂載重信號傳遞給服務器終端；二是車廂擁擠度載客率計算；三是傳輸數據的穩定性和可靠性；四是車廂擁擠度顯示層級和顯示方式定義。解決以上問題，便可在既有線路設備進行車廂擁擠度顯示，為乘客出行提供更加優質的服務。

1 車廂擁擠度顯示概述

車廂擁擠度顯示，簡而言之，即為一種提升乘客服務質量的智能化手段，其數據傳輸原理如圖1所示，通過實時采集車輛載重信息，將計算后的載重率通過LTE發送至車輛車地無線傳輸系統，再經過地面有線傳輸將數據發送至PIS服務器，PIS服務器轉換后下發至站臺LCD顯示器，通過顏色或符號在顯示器上動態顯示各車廂的載客擁擠情況，方便站臺乘客提前避開擁擠。

圖1 數據傳輸原理圖

2 車輛數據采集

在列車激活后，TCMS以及各子系統進行自檢初始化，隨后空氣制動系統與TCMS嘗試握手并建立通信，制動系統將實時采集到的動態載荷值通過MVB傳輸至TCMS系統，TCMS系統驗證制動系統所發生數據幀的完整性、動態載荷壓力有效性以及生命信號跳動情況，驗證成功后對已發送在MVB總線的動態載荷值進行數據轉換(1=0.01 t)、收集、計算、儲存，以0～100%數據格式發送至車輛車地無線傳輸系統，同時將當前站、下一站、車輛號、車廂號等發送至車輛車地無線傳輸系統，其計算方法如公式(1)所示。

(1)

3 數據交換可靠性研究

要實現車輛車地無線傳輸系統與PIS服務器通信，需選用安全、可靠的傳輸協議。UDP協議具有不可靠性和不安全性，很難滿足數據傳輸需要；而TCP協議雖然具有可靠性，但是基于車輛車地無線傳輸系統的B/S架構，TCP的數據傳輸對原車輛車地無線傳輸系統的架構修改規模較大，一旦發生TCP阻塞也會影響數據的獲取，且后期若有其他的子系統獲取車輛車地無線傳輸系統的數據，需要再進行額外的開發，不符合應用需要。因此采用了基于TCP/IP的HTTP協議。

HTTP協議是瀏覽器和服務器之間進行“溝通”的一種規范，具有以下特點：

(1)HTTP是無連接的，無連接的含義是限制每次連接只處理一個請求。服務器處理完客戶的請求，并收到客戶的應答后，即斷開連接，采用這種方式可以節省傳輸時間。

(2)HTTP是媒體獨立的，即只要客戶端和服務器知道如何處理數據內容，任何類型的數據都可以通過HTTP發送?？蛻舳艘约胺掌髦付ㄊ褂眠m合的MIME-type內容類型。

HTTP協議在請求之后，服務器端立即關閉連接、釋放資源，這樣既可以保證資源可用，也能吸取TCP的可靠性優點。因此，在通信接口的技術實現上采用HTTP協議進行數據交換，由地面PIS作為客戶端，車輛車地無線傳輸系統作為服務端，PIS向車輛車地無線傳輸系統請求擁擠度的相關數據進行處理并顯示。在保證數據傳輸速度的同時，也不會影響原有的車輛車地無線傳輸系統的數據接入、解析和處理。

通過HTTP協議定義標準的第三方通信接口，不僅可以實現與地面PIS的數據交換，后期若有其他的系統需要獲取車輛車地無線傳輸系統的數據也可通過同樣的接口，無須再進行額外的開發。

4 車輛信號接口及數據傳輸

車輛車地無線傳輸系統需要針對第三方數據的標準通信接口內容，進行以下幾點開發：一是接收客戶端發來的HTTP請求，建立與客戶端的連接；二是服務器解析url中的參數，告知車輛車地無線傳輸系統程序，發送請求的客戶端需要哪些列車的車廂擁擠度數據；三是服務器根據解析出的url參數，查數據庫中所有列車的最新的車廂擁擠度數據；四是服務器將查詢出的車廂擁擠度數據拼成客戶端可識別的JSON數據并返回給客戶端。

其中重點的修改內容在于查詢數據庫中所有列車的車廂擁擠度數據，在不影響原先系統數據庫數據寫入速度和顯示功能的同時，要保證5 s以內返回給地面PIS的相應的數據，并支持地面PIS定時輪詢。

通過在車輛車地無線傳輸系統引出網線(光纖)，接至地面PIS服務器接口，PIS服務器通過HTTP協議向車輛車地無線傳輸系統請求數據，其通信建立過程如圖2所示。

圖2 PIS服務器與車地無線傳輸系統通信建立過程

初次連接成功后，車輛將所有的列車擁擠度都發給PIS，以后每間隔X秒定期將所有列車的擁擠度全發給PIS。當列車擁擠度發生改變時，車輛及時將改變過的列車擁擠度發給PIS，PIS服務器結合ATS發送的車輛號，對數據進行處理后下發至站臺LCD顯示器。

5 擁擠度智能顯示

基于以上研究，利用站臺LCD屏，已經實現西安地鐵車廂擁擠度顯示，其顯示層級分為3層，即綠色、黃色和紅色，分別代表舒適、較滿和擁擠。

根據表1所示電客車各工況下的載重，由公式1計算可知：當車廂載客4人/m2時，站臺LCD顯示載客率為44%；當車廂載客8人/m2時，站臺LCD顯示載客率為89%；當車廂載客9人/m2時，站臺LCD顯示載客率為100%。當載客率小于44%時，站臺LCD屏顯示該車廂為綠色，乘客感知為舒適；當載客率大于等于44%且小于等于89%時，站臺LCD屏顯示該車廂為黃色，乘客感知為較滿；當載客率大于89%時，站臺LCD屏顯示該車廂為紅色，乘客感知為擁擠。乘客可根據站臺LCD屏上各車廂擁擠度顯示情況，選擇人數較少的車廂乘車，使得各個車廂客流實現最大化的均衡。

表1 電客車的定員和載重

6 結束語

基于既有線路設備的車廂擁擠度顯示方案，目前已成功地運用于西安地鐵四號線車輛，不僅實現了擁擠度顯示，更通過車地無線傳輸系統，實現在后臺顯示器上顯示上線運營的每一列車的運行位置、運行速度、牽引和制動系統各參數，便于車輛技術人員通過遠程操作，及時準確地為正線運營的車輛故障提出切實可行的解決方法，在保障運營行車安全方面取得了良好的效果。下一步的研究方向主要有以下兩個方面：一是將根據客流情況及乘客體驗感知，提出更加準確的擁擠度計算值，最大化地滿足乘客舒適度；二是對車廂滿載率趨勢預測和車站擁擠度預警研究雙管齊下，在列車進站前提前發出預警，進一步提高乘客乘車舒適度，有效應對西安地鐵大客流。