“復興號”動車組座位信息顯示系統的設計與應用

李貝貝，徐東平

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

隨著現代軌道交通技術的發展，我國鐵路對列車的運行速度、穩定性、自動化及智能化等方面均提出了更高的要求。2017年“復興號”的問世，使中國標準動車組從“中國制造”到“中國標準”，實現了從自主研發到引領世界動車的創新發展[1]。過去，高速鐵路列車乘務人員對旅客進行檢票時，需要交互式地與旅客現場溝通，以核查車票與席位之間的對應關系或確定該席位是否被占用，造成工作效率低下及對旅客的打擾。隨著“復興號”動車組智能化、創新化的提升，列車服務效率及旅客出行體驗也需隨之提升。

近年來，關于鐵路列車席位信息化管理方面的研究發展迅速。德國鐵路研發的座位管理系統以客流分析應用為主，具有防占座的功能[2]；比利時鐵路研發的座位管理系統通過液晶顯示器顯示列車席位的占用和非占用狀態，并以紅色和綠色指示燈進行區分[3]。本文通過整合車載旅客信息系統（PIS，Passenger Information System）、地面鐵路客票發售和預訂系統（簡稱：客票系統）及相關硬件設備，在“復興號”動車組上設計并應用了座位信息顯示系統（簡稱：座顯系統），提升了“復興號”動車組的科技感和鐵路旅客出行途中的獲得感。

1 座顯系統架構

座顯系統部署在“復興號”標準動車組和“復興號”智能動車組上，外部通過無線專用網絡（簡稱：專網）聯動地面鐵路客票系統，內部通過有線局域網聯動座位信息接入點、座位信息控制器、車載PIS、列車總線（千兆以太網）、車載天線、座位顯示網關及座位信息顯示器等多個單元[4]，系統架構如圖1所示。

圖1 座顯系統總體架構

（1）車載PIS。內部存儲了列車運行的線路信息，是座顯系統開始工作的觸發單元。車載PIS通過定位列車地理位置信息、檢測列車時速及列車車門開關狀態等信息，綜合判斷列車停靠的具體車站，通過列車總線向座位信息控制器發送指令。

（2）座位信息控制器。接收車載PIS發送的車次、當前站和運行日期等列車運行信息，進行業務邏輯組織后，通過有線網線向座位信息接入點請求鐵路客票席位數據，并通過列車總線與各車廂的座位顯示網關進行數據交互。

（3）座位信息接入點。全列車設置一個接入點，是座顯系統的車地通信單元，自帶無線通信模塊，支持移動專網4G或鐵路專用的GSM-R網絡，通過車載天線收發無線信號，實現與鐵路客票系統之間的安全連接[5]。座位信息接入點通過專網與地面客票信息服務器進行信息交互，實現數據的無線傳輸與組織，吞吐具體車次最新的座位售票信息和狀態數據，并將數據響應給座位信息控制器。

（4）座位顯示網關。每節車廂均設置一個座位顯示網關，負責轉發本車廂各席位售票狀態，同時負責各座位信息顯示器的供電及管理。座位顯示網關通過RS-485總線與座位信息顯示器互聯，控制座位信息顯示器的狀態。

（5）座位信息顯示器：內部集成了三色LED（發光二極管）指示燈，用于指示對應座位的售票狀態[6-7]。座位信息顯示器一般安裝在列車兩側壁行李架側墻板處，少數車廂的座位信息顯示器安裝在座椅側邊緣，臥鋪車型則安裝在包廂入口邊緣。

2 座顯系統設計

2.1 座位信息接入點

座位信息接入點內部基本邏輯模塊如圖2所示。其中，業務統一接入、業務核心組織和客票文件收發模塊是座顯系統內客票數據處理時的不同業務階段，在處理車地間客票數據時各司其職；系統網絡撥號與鏈路維護單元是座位信息接入點中上述業務模塊正常運行的基礎，保障了硬件終端與專網通道的正常連接，并被地面鐵路客票系統遠程監控與管理；系統與業務監控模塊為座顯系統的運營維護人員提供了管理與操作入口。

圖2 座位信息接入點內部邏輯模塊

（1）系統網絡撥號與鏈路維護。座位信息接入點通過操作系統的內置專網接入點配置等基礎信息，整合硬件通信模塊的AT（Attention）指令集，以撥號的方式實現了與地面鐵路客票系統之間基于設備指紋的專網接入，維護無線專網的鏈路狀態。

（2）業務統一接入。通過應用程序編程接口，接收外部座位信息控制器的請求指令，并轉發給業務核心組織單元。業務統一接入與座位信息控制器交互的過程中，提供系統認證、業務流程審計及請求頻率控制等功能。

（3）業務核心組織。控制客票文件收發模塊與地面鐵路客票系統之間的數據交互規則，對已下載的客票數據進行邏輯組織，業務統一接入模塊響應組織后的客票數據。該模塊檢測接入點硬件與車體的綁定信息，定時向地面鐵路客票系統上報終端指紋與業務信息，同時為系統與業務監控模塊提供數據與交互接口。

（4）客票文件收發。基于車地無線專網鏈路保障的情況下，實現與地面鐵路客票系統之間的數據無線交互。數據無線交互的過程中，因專網制式或列車行進中網絡強弱等不同，可進行必要的數據斷點續傳和數據存儲等。

（5）系統與業務監控。實現座位信息接入點硬件各項運行指標的統計和可視化展示；提供系統網絡撥號的界面化管理工具；支持業務模塊的升級與日志下載；支持當前運行車次的座顯信息查詢等。

硬件方面，座位信息接入點采用標準的1U機箱，是座位信息中央處理單元，由CPU板卡、4G模塊承載板、電源轉接板、網絡接口板、內存、硬盤、通信模塊、機箱體、散熱器及電源等組成。因此，除業務功能外，座位信息接入點還需滿足列車車載設備的抗震性、抗疲勞性、高低溫耐受性等要求；受限于鐵路列車的特殊運行環境，座位信息接入點還應滿足硬件尺寸、硬件穩定性及可擴展等要求。

2.2 車地數據通信

座顯系統的車地通信主要通過座位信息接入點實現。在座位信息接入點插入支持移動專網2G/3G/4G或鐵路專用數字移動通信系統（GSM-R，Global System for Mobile Communications-Railway）網絡的專用SIM卡，通過設定撥號配置，實現專網接入。車地數據通信的過程如圖3所示。

圖3 座顯系統車地通信過程

鐵路客票系統通過數據同步，將客票數據傳送到站車無線交互平臺，以便座顯系統進行下載使用。站車無線交互平臺實現了鐵路客票原始數據與座顯數據的隔離，保護了鐵路客票系統的安全性。座位信息接入點與站車無線交互平臺之間的網絡通道，復用站車無線交互通道，采用了自研的基于用戶數據報協議（UDP，User Datagram Protocol）的自定義站車無線交互協議（WTPTS，Wireless Transmission Protocol for Train and Station），約束和定義了數據消息包頭、消息包體和消息內容[8-9]，實現了數據傳輸的可靠性保障。座位信息接入點收發的信息，經過列車總線實現內部數據傳輸，通過座位信息控制器和座位顯示網關進行數據分發。

2.3 數據組織

座顯系統涉及的鐵路客票席位數據包括車次、停靠站、定員、全程預覽信息及席位更新信息等。其中，列車車次、停靠站及定員信息由鐵路客票系統在列車發車前1天生成；全程預覽信息在列車開行前1 h生成；席位更新信息根據沿途不同客運車站的客票售賣情況即時動態更新。

鐵路客票系統根據車次數據，組合出列車唯一的全車次信息，通過全車次與列車發車日期關聯停靠站數據，并在圖定的時間范圍內關聯定員和全程預覽信息。席位更新數據在全程預覽信息的基礎上，實現每個席位在不同區間車站時的動態更新，進而形成擔當車次的席位數據信息，并組合為座顯系統可展示的數據格式。每個車廂的不同席位數據，由不同的數據標識反映，記錄為未售、已售、預售3類綜合信息。

3 座顯系統應用

座位信息顯示器安裝在行李架側墻聚酯（PC，Polycarbonate）板后方，并在PC板的絲印鏤空區域提供LED背光。設備前PC板按顯示內容絲印，設備提供白色背光；其他部分PC版作透明開窗處理，設備提供LED指示燈。實際應用效果如圖4所示。

圖4 座顯系統座位信息指示燈應用效果

座位信息顯示器通過顏色反映列車席位信息。紅色表示“已售”，代表該席位當前站有人且下一站也有人；黃色表示“預售”，代表該席位當前站無人，但下一站開始有人；綠色表示“未售”，代表該席位當前站無人且下一站也沒有人。

4 結束語

目前，“復興號”標準動車組已在國內多個省市實現了運營全覆蓋，座顯系統現已成為“復興號”動車組的標準配置。座顯系統的上線與應用，以旅客便捷出行為目標，依托列車席位顯示媒介，綜合運用數據建模、物聯網等技術，為旅客提供了基于列車的個性化、智能化出行服務，創新了鐵路出行服務模式。本文基于地面鐵路客票系統，結合車載PIS，實現了列車席位數據的智能組織和運算，有效減少了列車乘務人員的工作量，提升了檢/驗票效率，輔助提升了“復興號”動車組的智能化水平及旅客出行途中的獲得感。未來將以座顯系統作為車地專網無線接入通道，不斷向旅客列車提供鐵路客票系統服務業務，持續提升鐵路列車客運智能化服務水平。