軌道交通通信系統(tǒng)中乘客擁擠度監(jiān)測方案的設(shè)計與實現(xiàn)

收稿日期：2023-08-03

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.03.010

摘" 要：為了更好地滿足乘客對軌道交通乘坐舒適度的需求，提升運營管理效益，對乘客流量相關(guān)大數(shù)據(jù)的掌控和管理迫在眉睫，軌道交通通信系統(tǒng)是承載和反饋乘客擁擠度數(shù)據(jù)的主要實現(xiàn)方式。對軌道交通通信系統(tǒng)中乘客擁擠度監(jiān)測方案進行了研究，具體闡述了通信系統(tǒng)乘客信息（PIS）網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)、通信協(xié)議和信息發(fā)布各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了針對乘客擁擠度監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集、傳送、管理和發(fā)布功能，為未來智慧軌道交通信息化的建設(shè)提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：乘客擁擠度監(jiān)測；城市軌道交通；乘客信息系統(tǒng)；通信系統(tǒng)；智慧軌道交通

中圖分類號：TN925" 文獻標(biāo)識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）03-0045-05

Design and Implementation of Passenger Congestion Monitoring Scheme in

Rail Transit Communication System

LIU Lili

（Chongqing Railway Line 9 Construction and Operation Co.， Ltd.，Chongqing" 401120， China）

Abstract： In order to better meet the comfort needs of passengers for rail transit and improve operational management efficiency， it is urgent to control and manage passenger flow related big data. The rail transit communication system is the main implementation method for carrying and feedback passenger congestion data. A study is conducted on the monitoring scheme for passenger congestion in the communication system of rail transit. Implementation methods of each link of the communication system passenger information such as networking architecture， communication protocol， and information release. The data collection， transmission， management， and publishing functions for passenger congestion monitoring are implemented， providing reference for the future construction of smart rail transit informatization.

Keywords： passenger congestion monitoring; urban rail transit; passenger information system; communication system; smart rail transit

0" 引" 言

城市軌道交通系統(tǒng)通常是高效、快速交通運營的選擇，但是城市化進程的加快導(dǎo)致了乘客擁護度的增加，尤其是在突發(fā)高峰乘客流量時段，日常例行城市軌道交通系統(tǒng)的容量和排班班次往往顯得捉襟見肘，難以應(yīng)對[1]。隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)的興起與普及[2]，全面感知、深度互聯(lián)和智能融合乘客、設(shè)施、設(shè)備、環(huán)境等實體信息[3]，是助力新一代中國式智慧型城市軌道交通發(fā)展的必備之舉，為乘客擁擠度監(jiān)測的實現(xiàn)提供技術(shù)上的支撐。

1" 需求情況

乘客擁擠度監(jiān)測是指列車上采集到的乘客流信息數(shù)據(jù)，可在列車的PIS顯示屏上發(fā)布，也可上傳到地面車站的PIS顯示屏，方便乘客提前了解待乘列車各車廂擁擠度，起到動態(tài)自調(diào)節(jié)客流量和交通誘導(dǎo)的效用；同時將數(shù)據(jù)實時反饋給每個車站的車控室，通過綜合監(jiān)控人機界面顯示車站乘客分布圖，可為運營管理中心提供實時的乘客統(tǒng)計數(shù)據(jù)、線路滿載率、列車擁擠度等信息，從而起到本線路軌道交通范圍內(nèi)對乘客流量實時監(jiān)控、預(yù)測及指導(dǎo)實施合理調(diào)度列車班次的作用。

未來全市軌道交通所有線路成功部署乘客擁擠度監(jiān)測后，將使所有運營線路的客流量數(shù)據(jù)透明化，可實現(xiàn)全市運營服務(wù)平臺（手機APP或微信公眾號）向市民發(fā)布擁擠度信息，引導(dǎo)市民合理安排出行規(guī)劃[4]。通過一定時期內(nèi)搜集到的全市客流量統(tǒng)計大數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)提前安排調(diào)度運營資源，對乘客流量進行合理疏導(dǎo)，也可為將來新建線路規(guī)劃決策、多條線路跨線運營決策等提供數(shù)據(jù)支撐。

乘客擁擠度監(jiān)測是指利用現(xiàn)有通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搜集、處理分析數(shù)據(jù)，最終完成客流量相關(guān)信息發(fā)布[5]。因此，本文根據(jù)現(xiàn)有軌道交通通信系統(tǒng)乘客信息PIS系統(tǒng)特點，設(shè)計一種乘客擁擠度監(jiān)測在通信系統(tǒng)的乘客信息（PIS）系統(tǒng)中的實現(xiàn)方案，其可行性已在新建的軌道交通線路運營中得以驗證。

2" 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

2.1" 整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

乘客擁擠度通信系統(tǒng)的設(shè)計基于現(xiàn)有軌道交通中已成熟應(yīng)用的通信網(wǎng)絡(luò)，需要采用相關(guān)的通信協(xié)議實現(xiàn)采集、管理和發(fā)布等功能的新增[6]。

整體架構(gòu)如圖1所示，在列車上安裝乘客計數(shù)傳感器，傳感器將采集到的乘客人流數(shù)據(jù)通過車地?zé)o線WLAN網(wǎng)絡(luò)借助通信系統(tǒng)中的PIS系統(tǒng)上傳至地面控制中心的人流運算服務(wù)器進行數(shù)據(jù)分析，服務(wù)器將各車廂人數(shù)、擁擠度指數(shù)的分析結(jié)果上傳至PIS系統(tǒng)服務(wù)器主機，分發(fā)到各列車車廂PIS屏，供乘客查看參考；同時PIS系統(tǒng)服務(wù)器主機將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給綜合監(jiān)控服務(wù)器主機，各車控室綜合監(jiān)控人機界面可顯示車站乘客分布圖供運營管理人員查看參考。相關(guān)數(shù)據(jù)也可通過后臺發(fā)布到軌道交通公眾號/APP上，供乘客查詢線路擁擠度、車輛滿載率，方便乘客合理安排出行計劃。

2.2" 列車組網(wǎng)方案

列車內(nèi)的乘客擁擠度監(jiān)測體系由乘客計數(shù)器、計數(shù)器接入交換機、車載乘客信息（PIS）系統(tǒng)、車載車地?zé)o線（WLAN）系統(tǒng)、軌旁無線AP組成。

乘客計數(shù)器是安裝在門區(qū)上方和貫通道上方的紅外傳感器裝置，其核心技術(shù)歸納為三個關(guān)鍵詞：紅外原理、TOF測量技術(shù)、3D視角。通俗來講，就是基于紅外原理結(jié)合飛行時間技術(shù)，快速精準(zhǔn)地捕捉人在三維空間中的影像，從而實現(xiàn)精確的識別。計數(shù)分兩步完成：

1）首先判斷這是一個人（利用打出來的500個像素的矩陣，捕捉人的特征越多越好，重點是捕捉頭和肩膀特征）。然后一直捕捉人行走的軌跡，結(jié)合傳感器內(nèi)部的算法，當(dāng)人跨過某個設(shè)定線的時候，被視為進出車門。再結(jié)合人行走方向確定其是上車還是下車，從而實現(xiàn)上下車的次數(shù)記錄，統(tǒng)計出上下車人數(shù)。

2）各車廂的多個乘客計數(shù)器采集到人數(shù)信息后，通過計數(shù)器車載交換機接入車載乘客信息（PIS）系統(tǒng)接入交換機[7]，再通過車地?zé)o線802.11ac協(xié)議的通信鏈路將數(shù)據(jù)傳輸至地面PIS系統(tǒng)，如圖2所示。

2.3" 地面組網(wǎng)方案

地面組網(wǎng)方案如圖3所示，在軌道線路的控制中心配置一臺乘客信息計數(shù)中心線路服務(wù)器，用來統(tǒng)計分析本線路所有車輛客流數(shù)量。經(jīng)運算得出數(shù)據(jù)后，可通過中心PIS控制服務(wù)器將數(shù)據(jù)下發(fā)至各車站，通過乘客信息PIS系統(tǒng)的顯示屏站內(nèi)顯示對乘客進行指引，車控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的顯示內(nèi)容可供運營人員進行合理的管理調(diào)度。車站實行綜合監(jiān)控（ISCS）系統(tǒng)和乘客信息（PIS）系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)乘客擁擠度信息向運營管理人員和乘客的發(fā)布[8]。

車載乘客信息計數(shù)系統(tǒng)的上行數(shù)據(jù)通過車地?zé)o線802.11ac通信鏈路傳輸至控制中心的PIS中心交換機，再由PIS系統(tǒng)將數(shù)據(jù)包傳送給乘客信息計數(shù)中心線路服務(wù)器；下行數(shù)據(jù)也是通過乘客信息系統(tǒng)（PIS）的網(wǎng)絡(luò)通道進行傳輸?shù)摹?/p>

3" 通信協(xié)議

乘客計數(shù)系統(tǒng)除了分析各車廂擁擠度、列車滿載率和線路滿載率之外，還會協(xié)助地面控制中心對列車運行過程中人流數(shù)據(jù)的動態(tài)變化進行監(jiān)控和分析，包括但不限于以下功能：

統(tǒng)計列車經(jīng)過各車站時乘客人數(shù)變化，以確定各車站人流量大小，從而根據(jù)客流量分配與之匹配的服務(wù)資源；統(tǒng)計各車門上下乘客的數(shù)量，以分析各車站乘客車廂選擇偏好，為車站內(nèi)乘客疏導(dǎo)提供參考。

3.1" 通信數(shù)據(jù)包

相關(guān)協(xié)議內(nèi)容在車載乘客計數(shù)器通過車載乘客信息（PIS）系統(tǒng)中的車地?zé)o線通信鏈路向乘客擁擠監(jiān)測中心服務(wù)器主機發(fā)送。乘客信息（PIS）系統(tǒng)只提供承載乘客計數(shù)數(shù)據(jù)傳送的通道，不進行數(shù)據(jù)解析，具體解析業(yè)務(wù)由乘客擁擠監(jiān)測系統(tǒng)的中心服務(wù)器負(fù)責(zé)處理。

3.1.1" 全車數(shù)據(jù)

該數(shù)據(jù)包共計48字節(jié)。數(shù)據(jù)流向：本幀數(shù)據(jù)流向為由乘客擁擠度監(jiān)測中心線路服務(wù)器向乘客信息系統(tǒng)中心PIS主機發(fā)送。全車數(shù)據(jù)包格式如表1、表2所示。

3.1.2" 各計數(shù)器數(shù)據(jù)

本數(shù)據(jù)包共計27字節(jié)，每個乘客計數(shù)傳感器都會對應(yīng)一個該格式的數(shù)據(jù)包，各計數(shù)器數(shù)據(jù)包格式如表3、表4所示。數(shù)據(jù)流向：本幀數(shù)據(jù)流向為由乘客擁擠度監(jiān)測中心線路服務(wù)器向乘客信息系統(tǒng)中心PIS主機發(fā)送。

3.2" 中心線路服務(wù)器與PIS主機通信協(xié)議

乘客信息系統(tǒng)PIS中心服務(wù)器需要接收來自乘客擁擠度[9，10]系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)進行顯示和發(fā)布。表1列出了乘客計數(shù)系統(tǒng)發(fā)給地面線路服務(wù)器的整車數(shù)據(jù)通信協(xié)議，端口地址為8888，輪詢周期為64 ms，端口大小為64 byte。車載乘客計數(shù)系統(tǒng)與PIS中心服務(wù)器整車數(shù)據(jù)通信協(xié)議如表5所示。

3.3" 新增乘客擁擠度功能部署實現(xiàn)

根據(jù)通信協(xié)議，乘客信息（PIS）系統(tǒng)新增乘客擁擠度功能部署實現(xiàn)，主機需上傳新程序修改配置文件，實現(xiàn)過程如下：

將新程序ATS.jar上傳到/opt/ATSA和/opt/ATSB兩個目錄下，再修改/opt/ATSA和/opt/ATSB兩個目錄下的config.txt配置文件，使用命令vi config.txt編輯配置文件，在末尾追加以下內(nèi)容：

crowdedReceiveIP#=234.1.1.5——計數(shù)系統(tǒng)接收IP

crowdedReceivePort#=8888——計數(shù)系統(tǒng)接收端口

crowdedSendIP#=235.1.1.5——綜合監(jiān)控接口程序IP

crowdedSendPort#=13579——綜合監(jiān)控接口程序端口

4" 乘客擁擠度采集數(shù)據(jù)的運用

4.1" 擁擠度等級劃分

車廂擁擠度等級劃分如表6所示。

表6" 乘客擁擠度等級劃分表

擁擠度等級 單車人數(shù)/人 全車人數(shù)/人 小人圖標(biāo)顯示/人

舒適（AW1以下） 0～42 0～42 0～252 1

適中（AW1至AW2） 43～246 43～260 253～532 2

擁擠（AW2至AW3） ≥247 ≥261 ≥1 533 3

4.2" 車站PIS屏的顯示效果

車廂使用人的圖像（3人、2人、1人）來顯示擁擠程度，顯示行車方向和車廂號，下一列車顯示時間為當(dāng)前列車關(guān)門即顯示下一列車擁擠度信息，如圖4所示。

4.3" 車站綜合監(jiān)控平臺顯示效果

如圖5所示，在綜合監(jiān)控（ISCS）人機界面上增加乘客分布圖畫面，畫面內(nèi)容描述如下：

下一輛列車服務(wù)號、總?cè)藬?shù)、每節(jié)車廂人數(shù)，通過小人圖標(biāo)的人數(shù)（3人、2人、1人）來表示列車內(nèi)擁擠程度；下下輛列車服務(wù)號、總?cè)藬?shù)、每節(jié)車廂人數(shù)，通過小人圖標(biāo)的人數(shù)（3人、2人、1人）來表示列車內(nèi)擁擠程度。

5" 結(jié)" 論

通信系統(tǒng)乘客信息（PIS）系統(tǒng)中乘客擁擠度的監(jiān)測，是通過乘客信息（PIS）系統(tǒng)承載其乘客信息的數(shù)據(jù)包進行分發(fā)、管理的，很好地實現(xiàn)了乘客擁擠度信息的透明化。鑒于后續(xù)逐步升級至智慧軌道交通，這種借助通信系統(tǒng)采信、傳送和發(fā)布的實現(xiàn)方式可用于任何運營增值信息的感知，以整合軌道交通運行過程中的大數(shù)據(jù)搜集、整合和消化。該方式不會破壞現(xiàn)有軌道交通的相關(guān)系統(tǒng)，很大程度上節(jié)省了工程投資，其可行性已在新建的軌道交通線路運營中得以驗證。

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作者簡介：劉麗莉（1976—），女，漢族，四川雅安人，高級工程師，碩士研究生，研究方向：智慧軌道交通信息工程。