基于既有線路設(shè)備的車(chē)廂擁擠度智能顯示研究

紀(jì)紅波

(西安市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司 陜西 西安 710016)

地鐵憑借其準(zhǔn)時(shí)、安全、環(huán)保、運(yùn)量大、速度快等特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為廣大市民出行的首選[1]。隨著西安地鐵線網(wǎng)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(shí)段的超載率屢創(chuàng)新高，部分車(chē)廂擁擠度最高達(dá)135%，其實(shí)際承載客流已大大超過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷，部分車(chē)廂則乘客數(shù)量較少，同一車(chē)次車(chē)廂客流分布存在不均衡現(xiàn)象。

隨著軌道交通技術(shù)日益成熟，軌道交通智能化已成為發(fā)展的核心方向，在地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，分析車(chē)廂擁擠度具有很高的應(yīng)用價(jià)值，能夠最大化滿足乘客乘車(chē)舒適度，提高車(chē)廂空間利用率，節(jié)省資源，同時(shí)可以提高列車(chē)的安全性。

通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)其他城市地鐵擁擠度顯示情況，認(rèn)為基于既有線路設(shè)備進(jìn)行車(chē)廂擁擠度顯示，主要存在以下4個(gè)難點(diǎn)：一是車(chē)輛信號(hào)如何將車(chē)廂載重信號(hào)傳遞給服務(wù)器終端；二是車(chē)廂擁擠度載客率計(jì)算；三是傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性；四是車(chē)廂擁擠度顯示層級(jí)和顯示方式定義。解決以上問(wèn)題，便可在既有線路設(shè)備進(jìn)行車(chē)廂擁擠度顯示，為乘客出行提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

1 車(chē)廂擁擠度顯示概述

車(chē)廂擁擠度顯示，簡(jiǎn)而言之，即為一種提升乘客服務(wù)質(zhì)量的智能化手段，其數(shù)據(jù)傳輸原理如圖1所示，通過(guò)實(shí)時(shí)采集車(chē)輛載重信息，將計(jì)算后的載重率通過(guò)LTE發(fā)送至車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)地面有線傳輸將數(shù)據(jù)發(fā)送至PIS服務(wù)器，PIS服務(wù)器轉(zhuǎn)換后下發(fā)至站臺(tái)LCD顯示器，通過(guò)顏色或符號(hào)在顯示器上動(dòng)態(tài)顯示各車(chē)廂的載客擁擠情況，方便站臺(tái)乘客提前避開(kāi)擁擠。

圖1 數(shù)據(jù)傳輸原理圖

2 車(chē)輛數(shù)據(jù)采集

在列車(chē)激活后，TCMS以及各子系統(tǒng)進(jìn)行自檢初始化，隨后空氣制動(dòng)系統(tǒng)與TCMS嘗試握手并建立通信，制動(dòng)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集到的動(dòng)態(tài)載荷值通過(guò)MVB傳輸至TCMS系統(tǒng)，TCMS系統(tǒng)驗(yàn)證制動(dòng)系統(tǒng)所發(fā)生數(shù)據(jù)幀的完整性、動(dòng)態(tài)載荷壓力有效性以及生命信號(hào)跳動(dòng)情況，驗(yàn)證成功后對(duì)已發(fā)送在MVB總線的動(dòng)態(tài)載荷值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(1=0.01 t)、收集、計(jì)算、儲(chǔ)存，以0～100%數(shù)據(jù)格式發(fā)送至車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)，同時(shí)將當(dāng)前站、下一站、車(chē)輛號(hào)、車(chē)廂號(hào)等發(fā)送至車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)，其計(jì)算方法如公式(1)所示。

(1)

3 數(shù)據(jù)交換可靠性研究

要實(shí)現(xiàn)車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)與PIS服務(wù)器通信，需選用安全、可靠的傳輸協(xié)議。UDP協(xié)議具有不可靠性和不安全性，很難滿足數(shù)據(jù)傳輸需要；而TCP協(xié)議雖然具有可靠性，但是基于車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)的B/S架構(gòu)，TCP的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)原車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)修改規(guī)模較大，一旦發(fā)生TCP阻塞也會(huì)影響數(shù)據(jù)的獲取，且后期若有其他的子系統(tǒng)獲取車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，需要再進(jìn)行額外的開(kāi)發(fā)，不符合應(yīng)用需要。因此采用了基于TCP/IP的HTTP協(xié)議。

HTTP協(xié)議是瀏覽器和服務(wù)器之間進(jìn)行“溝通”的一種規(guī)范，具有以下特點(diǎn)：

(1)HTTP是無(wú)連接的，無(wú)連接的含義是限制每次連接只處理一個(gè)請(qǐng)求。服務(wù)器處理完客戶的請(qǐng)求，并收到客戶的應(yīng)答后，即斷開(kāi)連接，采用這種方式可以節(jié)省傳輸時(shí)間。

(2)HTTP是媒體獨(dú)立的，即只要客戶端和服務(wù)器知道如何處理數(shù)據(jù)內(nèi)容，任何類(lèi)型的數(shù)據(jù)都可以通過(guò)HTTP發(fā)送?？蛻舳艘约胺?wù)器指定使用適合的MIME-type內(nèi)容類(lèi)型。

HTTP協(xié)議在請(qǐng)求之后，服務(wù)器端立即關(guān)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(yōu)點(diǎn)。因此，在通信接口的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上采用HTTP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由地面PIS作為客戶端，車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)作為服務(wù)端，PIS向車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)請(qǐng)求擁擠度的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示。在保證數(shù)據(jù)傳輸速度的同時(shí)，也不會(huì)影響原有的車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入、解析和處理。

通過(guò)HTTP協(xié)議定義標(biāo)準(zhǔn)的第三方通信接口，不僅可以實(shí)現(xiàn)與地面PIS的數(shù)據(jù)交換，后期若有其他的系統(tǒng)需要獲取車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也可通過(guò)同樣的接口，無(wú)須再進(jìn)行額外的開(kāi)發(fā)。

4 車(chē)輛信號(hào)接口及數(shù)據(jù)傳輸

車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)需要針對(duì)第三方數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)通信接口內(nèi)容，進(jìn)行以下幾點(diǎn)開(kāi)發(fā)：一是接收客戶端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求，建立與客戶端的連接；二是服務(wù)器解析url中的參數(shù)，告知車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)程序，發(fā)送請(qǐng)求的客戶端需要哪些列車(chē)的車(chē)廂擁擠度數(shù)據(jù)；三是服務(wù)器根據(jù)解析出的url參數(shù)，查數(shù)據(jù)庫(kù)中所有列車(chē)的最新的車(chē)廂擁擠度數(shù)據(jù)；四是服務(wù)器將查詢出的車(chē)廂擁擠度數(shù)據(jù)拼成客戶端可識(shí)別的JSON數(shù)據(jù)并返回給客戶端。

其中重點(diǎn)的修改內(nèi)容在于查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中所有列車(chē)的車(chē)廂擁擠度數(shù)據(jù)，在不影響原先系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入速度和顯示功能的同時(shí)，要保證5 s以內(nèi)返回給地面PIS的相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并支持地面PIS定時(shí)輪詢。

通過(guò)在車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)引出網(wǎng)線(光纖)，接至地面PIS服務(wù)器接口，PIS服務(wù)器通過(guò)HTTP協(xié)議向車(chē)輛車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，其通信建立過(guò)程如圖2所示。

圖2 PIS服務(wù)器與車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)通信建立過(guò)程

初次連接成功后，車(chē)輛將所有的列車(chē)擁擠度都發(fā)給PIS，以后每間隔X秒定期將所有列車(chē)的擁擠度全發(fā)給PIS。當(dāng)列車(chē)擁擠度發(fā)生改變時(shí)，車(chē)輛及時(shí)將改變過(guò)的列車(chē)擁擠度發(fā)給PIS，PIS服務(wù)器結(jié)合ATS發(fā)送的車(chē)輛號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后下發(fā)至站臺(tái)LCD顯示器。

5 擁擠度智能顯示

基于以上研究，利用站臺(tái)LCD屏，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)西安地鐵車(chē)廂擁擠度顯示，其顯示層級(jí)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(jù)表1所示電客車(chē)各工況下的載重，由公式1計(jì)算可知：當(dāng)車(chē)廂載客4人/m2時(shí)，站臺(tái)LCD顯示載客率為44%；當(dāng)車(chē)廂載客8人/m2時(shí)，站臺(tái)LCD顯示載客率為89%；當(dāng)車(chē)廂載客9人/m2時(shí)，站臺(tái)LCD顯示載客率為100%。當(dāng)載客率小于44%時(shí)，站臺(tái)LCD屏顯示該車(chē)廂為綠色，乘客感知為舒適；當(dāng)載客率大于等于44%且小于等于89%時(shí)，站臺(tái)LCD屏顯示該車(chē)廂為黃色，乘客感知為較滿；當(dāng)載客率大于89%時(shí)，站臺(tái)LCD屏顯示該車(chē)廂為紅色，乘客感知為擁擠。乘客可根據(jù)站臺(tái)LCD屏上各車(chē)廂擁擠度顯示情況，選擇人數(shù)較少的車(chē)廂乘車(chē)，使得各個(gè)車(chē)廂客流實(shí)現(xiàn)最大化的均衡。

表1 電客車(chē)的定員和載重

6 結(jié)束語(yǔ)

基于既有線路設(shè)備的車(chē)廂擁擠度顯示方案，目前已成功地運(yùn)用于西安地鐵四號(hào)線車(chē)輛，不僅實(shí)現(xiàn)了擁擠度顯示，更通過(guò)車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在后臺(tái)顯示器上顯示上線運(yùn)營(yíng)的每一列車(chē)的運(yùn)行位置、運(yùn)行速度、牽引和制動(dòng)系統(tǒng)各參數(shù)，便于車(chē)輛技術(shù)人員通過(guò)遠(yuǎn)程操作，及時(shí)準(zhǔn)確地為正線運(yùn)營(yíng)的車(chē)輛故障提出切實(shí)可行的解決方法，在保障運(yùn)營(yíng)行車(chē)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(gè)方面：一是將根據(jù)客流情況及乘客體驗(yàn)感知，提出更加準(zhǔn)確的擁擠度計(jì)算值，最大化地滿足乘客舒適度；二是對(duì)車(chē)廂滿載率趨勢(shì)預(yù)測(cè)和車(chē)站擁擠度預(yù)警研究雙管齊下，在列車(chē)進(jìn)站前提前發(fā)出預(yù)警，進(jìn)一步提高乘客乘車(chē)舒適度，有效應(yīng)對(duì)西安地鐵大客流。