基于模塊復(fù)用的智軌電車乘客信息系統(tǒng)信息生成方法

熊 凱，胡云卿，文碧望，黃 舟，張 欣

（1. 湖南中車時代通信信號有限公司，湖南 長沙 410005；2. 中車株洲電力機車研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

智軌電車是一種全電驅(qū)動的新型膠輪列車，其無須物理軌道，基于圖像識別、車地通信、線控轉(zhuǎn)向等技術(shù)，車輛沿地面標(biāo)線行駛；采用軌跡跟隨、低地板和高效的電傳動技術(shù)，匯聚了有軌列車無污染、速度快及大運量的特點，同時吸收了傳統(tǒng)公交車的運營靈活、建設(shè)投入小等優(yōu)勢[1-2]。

乘客信息系統(tǒng)（passenger information system ，PIS）是多媒體綜合信息系統(tǒng)，可分為車載乘客信息系統(tǒng)和地面乘客信息系統(tǒng)兩部分。其依托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過設(shè)置在站廳、站臺、出入口及列車上的顯示終端讓乘客及時準(zhǔn)確地了解列車運營信息和公共媒體信息[3]。本文主要研究地面PIS 相關(guān)技術(shù)及實現(xiàn)方法（文中PIS特指地面站臺乘客信息系統(tǒng)）。

智軌電車采用虛擬軌道跟隨技術(shù)，其運營模式與地鐵等軌道交通制式類似，但智軌電車也具有自己獨有的特點。如地鐵具有獨立路權(quán)，其PIS 只需按照本線路運行計劃和車輛實際位置生成PIS 信息；而智軌電車不具備獨立路權(quán)，線路交通狀況隨時可能發(fā)生變化。鑒于智軌電車PIS 系統(tǒng)須準(zhǔn)確提示列車運行狀態(tài)，需要關(guān)聯(lián)很多復(fù)雜因素，本文提出了一種基于模塊復(fù)用技術(shù)生成智軌電車PIS 系統(tǒng)信息的方法。該方法綜合分析智軌電車運行計劃與車輛實際位置以及實時速度等關(guān)鍵因素，生成實時準(zhǔn)確的站臺PIS信息，方便乘客及時了解候車信息。

1 智軌電車PIS 系統(tǒng)工作原理

1.1 PIS 系統(tǒng)構(gòu)成

智軌電車 PIS 系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為控制中心子系統(tǒng)和車站子系統(tǒng)，如圖1 所示?？刂浦行淖酉到y(tǒng)由服務(wù)器和操作工作站組成，同時PIS 服務(wù)器通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度管理系統(tǒng)交互通信；車站子系統(tǒng)則主要由LCD 播控器和LCD 顯示屏組成。調(diào)度管理系統(tǒng)通過對車載信號數(shù)據(jù)進行邏輯處理生成PIS 信息并傳輸?shù)絇IS 中心服務(wù)器，由中心服務(wù)器處理后分發(fā)到車站子系統(tǒng)進行PIS 信息展示；同時，在中心操作員工作站也可對實時生成的PIS信息進行監(jiān)控。

圖1 PIS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of the PIS system

智軌電車PIS 系統(tǒng)向乘客提供的信息包括列車預(yù)到站時間、下一站名稱、到站狀態(tài)、目的地、首末班車信息、公益廣告及宣傳視頻等。其中列車的預(yù)到站時間、下一站名稱、到站狀態(tài)、目的地及首末班車信息由信號調(diào)度管理系統(tǒng)提供， PIS 中心播控服務(wù)器對調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)過來的報文信息進行解析，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送到站臺顯示屏顯示。

1.2 信息類型

智軌電車PIS 系統(tǒng)與調(diào)度管理系統(tǒng)之間交互的信息有4 種：心跳信息、首末班車信息、預(yù)到站信息和到站離站信息。

1.2.1 心跳信息

為驗證調(diào)度管理系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)間通信是否正常，智軌電車PIS 系統(tǒng)每隔5 s 向調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)送一次心跳信息；調(diào)度管理系統(tǒng)若在15 s 內(nèi)沒有接收到心跳信息，則認為雙方通信斷開，斷開后在一定時間內(nèi)如果沒有重新連接上，則會報出故障信息，通知運維人員進行查驗和維護。

1.2.2 首末班車信息

調(diào)度管理系統(tǒng)通過分析當(dāng)天編輯完成的時刻表信息，能夠生成每個站臺當(dāng)天預(yù)計的首末車次信息。當(dāng)調(diào)度人員完成當(dāng)天運行計劃編輯后，調(diào)度管理系統(tǒng)自動將各站臺預(yù)計首末班車信息發(fā)送到智軌電車PIS 系統(tǒng)，由智軌電車PIS 系統(tǒng)中心控制器分發(fā)顯示。當(dāng)首末班車運行計劃發(fā)生變化時，調(diào)度管理系統(tǒng)需重新下發(fā)各站臺首末站信息。

1.2.3 預(yù)到站信息

調(diào)度管理系統(tǒng)通過解析智軌電車運行計劃與站臺實時距離信息，由PIS 信息生成模塊生成某個站臺預(yù)計到站PIS 信息，傳輸?shù)街擒夒娷嘝IS 系統(tǒng)并在站臺PIS 顯示屏顯示，提醒乘客智軌電車預(yù)計到站時間、開往目的地、下一站等信息。

1.2.4 到站/離站信息

當(dāng)智軌電車到站或離站時會觸發(fā)到站/離站信號，調(diào)度管理系統(tǒng)通過解析到站/離站信號生成智軌電車PIS 系統(tǒng)到站/離站信息，并通過站臺PIS 顯示屏顯示。

2 智軌多線數(shù)據(jù)處理模塊

PIS 信息生成方法開始處理之前，需要將智軌電車線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括站臺信息、線路區(qū)間信息、路口信息等，利用面向?qū)ο笏枷虢?yīng)處理模型。

圖2示出基于多線路模式下的線路模型，線路區(qū)分上、下行，其中AB 站相互通行屬于I 線，AC 站相互通行屬于II 線；A 站屬于共線站臺，其站臺PIS 顯示屏需要區(qū)分顯示不同線路不同列車的預(yù)到站、到站及離站信息。

圖2 智軌電車運營線路模型Fig. 2 Operation line model of autonomous-rail rapid tram

本文采用面向?qū)ο笏枷?、模塊復(fù)用技術(shù)，對每一個站創(chuàng)建相應(yīng)站臺模塊，每個站臺模塊可以支持多線路場景復(fù)用。站臺模塊中涵蓋生成PIS 信息所需相關(guān)屬性，主要包括站臺編號、列車與站臺距離、 站臺占有情況、站臺坐標(biāo)里程及上一次更新狀態(tài)時間等[4]。

站臺模塊通過消息模塊接收所有在線列車狀態(tài)數(shù)據(jù)。消息模塊被所有站臺所共用，同時生成一個列車狀態(tài)數(shù)據(jù)隊列，并以毫秒級別的周期更新。智軌電車狀態(tài)數(shù)據(jù)屬性主要包括列車編號、運行方向、與下一站的距離、到站狀態(tài)、上一站編號、下一站編號、出發(fā)站、終點站、駕駛模式和運行里程等。

站臺模塊通過分析接收到的智軌電車狀態(tài)數(shù)據(jù)，更新自身相關(guān)屬性信息，生成PIS 消息并通過發(fā)送模塊輸送到PIS 系統(tǒng)中心控制器上。

3 智軌電車PIS 信息生成

智軌電車PIS 信息中，心跳信息和首末班車信息生成較為簡單和容易，本文不做詳細介紹。下面將重點描述預(yù)到站信息和到站/離站信息的生成。

3.1 預(yù)到站信息生成

在地鐵運營過程中，由于其擁有獨立路權(quán)，其運行計劃與實際誤差比較小，地鐵站臺預(yù)到站PIS 信息主要依據(jù)時刻表生成[5-6]；而智軌電車在這種路面非獨立路權(quán)模式下，由于其實際運行與計劃誤差相對比較大，所以不能直接依據(jù)列車運行計劃生成預(yù)到站信息，而是利用列車與站臺的距離、列車實際速度及列車自身運行計劃并結(jié)合相應(yīng)算法生成[7-8]。智軌電車采用模塊化處理流程生成預(yù)到站信息，該流程包含運行計劃查找、篩選、預(yù)到站信息對象生成、排序及數(shù)據(jù)處理和發(fā)送5個模塊（圖3）。

圖3 模塊化處理流程Fig. 3 Flowchart of modular process

3.1.1 運行計劃查找模塊

在多線路模式下，智軌電車必須按照統(tǒng)一預(yù)先設(shè)置的運行計劃派班發(fā)車；當(dāng)不同線路的智軌電車同時靠近共線站臺時，調(diào)度管理系統(tǒng)必須按照運行計劃設(shè)定的到達該站的時間先后排序生成PIS 信息。對接收到的車載狀態(tài)數(shù)據(jù)對象通過相應(yīng)的處理模塊找到其對應(yīng)運行計劃屬性，以滿足后續(xù)模塊處理條件。查找計劃過程如圖4所示。此外，當(dāng)智軌電車運行計劃發(fā)生改變時，通過該模塊，PIS 顯示信息也能迅速響應(yīng)變化。

3.1.2 篩選模塊

在數(shù)據(jù)處理模型中，每一個站臺模塊都會接收到所有在線智軌電車的車載狀態(tài)數(shù)據(jù)，但不是所有狀態(tài)數(shù)據(jù)都會對該站臺PIS 信息顯示產(chǎn)生影響，所以需要遍歷車載狀態(tài)數(shù)據(jù)列表，篩選出對該站臺有影響的車載數(shù)據(jù)，其處理流程如圖5 所示。

圖4 運行計劃查找流程Fig. 4 Search process of operation plan

圖5 車載狀態(tài)數(shù)據(jù)篩選流程Fig. 5 Screening process of tram status data

3.1.3 預(yù)到站信息對象生成模塊

經(jīng)過過濾模塊處理后得到的都是有效車載狀態(tài)數(shù)據(jù)，此時需要利用站臺對象將有效車載狀態(tài)數(shù)據(jù)列表中元素逐個轉(zhuǎn)換,生成預(yù)到站PIS 信息對象及其列表，后續(xù)才能通過處理預(yù)到站PIS 信息對象，生成相應(yīng)預(yù)到站PIS 信息。預(yù)到站PIS 信息對象屬性包含智軌電車編號、計劃到站時間、離站臺距離、下一站編號和目的地屬性。

3.1.4 排序及數(shù)據(jù)處理模塊

對于共線站臺，由于非獨立路權(quán)的路況復(fù)雜性，預(yù)計先到站臺的智軌電車有可能晚到。不同線路的智軌電車到達共線站臺的預(yù)到站PIS 信息不能完全按照時刻表排序處理：當(dāng)篩選出的預(yù)到站信息對象與站臺距離都大于500 m 時，則按照時刻表預(yù)到站時間先后順序?qū)︻A(yù)到站信息對象排序；當(dāng)有篩選出的預(yù)到站信息對象與站臺距離小于500 m 時，則按照智軌電車離站臺距離由小到大的順序?qū)︻A(yù)到站信息對象排序，以確保PIS 信息生成的準(zhǔn)確性。

排序完成后，通過相關(guān)模塊處理生成PIS 接口屬性數(shù)據(jù)，其處理過程如圖6 所示。

圖6 預(yù)到站信息數(shù)據(jù)處理流程Fig. 6 Pre-arrival information data process

3.1.5 發(fā)送模塊

通過上述模塊處理后，每一個站臺模塊都會生成PIS 信息發(fā)送接口所需的相關(guān)屬性信息，然后調(diào)用PIS信息發(fā)送模塊，實現(xiàn)全線站臺PIS 信息實時更新顯示。

3.2 到站/離站信息生成

PIS 到站/離站信息的生成邏輯主要依據(jù)智軌電車信號中的到站信號的跳變做出判斷。每個站臺模塊按照智軌電車到達/離開該站臺的先后順序，通過查詢關(guān)聯(lián)的運行計劃，找到智軌電車開往的目的地和下一站信息以及是否跳停、扣車的信息，通過數(shù)據(jù)處理模塊生成PIS 信息[9]。

站臺PIS 顯示屏優(yōu)先顯示到達當(dāng)前站臺的第一輛車的相關(guān)信息。當(dāng)交通擁堵且有其他智軌電車將更早進入站臺時，會及時切換列車PIS 信息；當(dāng)站臺PIS 顯示屏顯示到站狀態(tài)時，其站臺播控器將處于鎖定狀態(tài)，后續(xù)即將到達智軌電車的預(yù)到站信息將延遲顯示。當(dāng)接收到離站信息時，站臺播控器變?yōu)殚_放狀態(tài)，及時響應(yīng)后續(xù)即將到達的第一輛車相關(guān)預(yù)到站信息[10]。

由于在終點站智軌電車需要進行換端操作，涉及駕駛模式信號的變化，所以終點站的PIS 信息生成不同于非終點站場景的。

3.2.1 非終點站

對于智軌電車到達非終點站情況，調(diào)度管理系統(tǒng)通過判斷車載信號中的到站狀態(tài)信號變化發(fā)送相應(yīng)信息到PIS 系統(tǒng)顯示。到站信號值為1 時，調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)站臺到站PIS 信息；當(dāng)?shù)秸拘盘栔禐? 時，表示列車已離站，調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)站臺離站PIS 信息，該站臺PIS 播控器變?yōu)殚_放狀態(tài)，可以顯示下一輛靠近站臺的預(yù)到站信息。

3.2.2 終點站

與非終點站場景不同，智軌電車到達終點站時，車載信號會發(fā)送終點站狀態(tài)信號，此時PIS 顯示屏顯示到達狀態(tài)，其下一站信息將變成終點站本身。

智軌電車從終點站離站時涉及列車是進行站前折返還是站后折返問題：如果是站前折返，當(dāng)智軌電車進行換端操作時，調(diào)度管理系統(tǒng)需要向智軌電車?？總?cè)站臺發(fā)送離站PIS 信息，然后向列車對側(cè)站臺發(fā)送到站PIS信息；如果是站后折返，調(diào)度管理系統(tǒng)只需向列車?？總?cè)站臺發(fā)送離站PIS 信息即可。

4 仿真驗證

宜賓市智能軌道快運系統(tǒng)規(guī)劃總長約150 km，共計7 條智軌線路，其中即將運營的T1 線全長17.7 km，共設(shè)17 個站臺，由一條主線加一條支線構(gòu)成，其共線部分有15 個站臺，是全球第一條智軌電車商業(yè)運行線路。

為驗證該方法的有效性，通過配置宜賓智軌電車T1 線線路數(shù)據(jù)，并以收集到的實際列車運行數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過列車仿真程序模擬智軌電車的運行，生成多車共線共站運營場景環(huán)境。通過解析仿真列車信號數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的PIS 信息數(shù)據(jù)并發(fā)送到PIS 中心控制服務(wù)器，由PIS 中心控制服務(wù)器負責(zé)向各車站PIS 系統(tǒng)分發(fā)消息顯示；PIS 中心控制服務(wù)器通過如圖7 所示的PIS 通信監(jiān)控界面驗證PIS 顯示信息的準(zhǔn)確性。

圖7 PIS 通信監(jiān)控界面Fig. 7 PIS communication monitoring interface

通過配置主支線不同列車數(shù)以及仿真測試時長，得到如表1 所示統(tǒng)計結(jié)果。仿真結(jié)果表明，在正常普通運營場景（即主線10 輛列車和支線3 輛列車運營條件）下，PIS 信息生成的準(zhǔn)確率完全滿足測試大綱中規(guī)定的運營24 h 內(nèi)準(zhǔn)確率不低于99%的要求。在同樣線路環(huán)境下對主支線列車數(shù)加倍后進行仿真測試，由于各模塊處理數(shù)據(jù)量及模塊間消息量增大、線路復(fù)雜因素增多，到站和預(yù)到站PIS 信息準(zhǔn)確率略有下降，但仍處于7×24 h內(nèi)準(zhǔn)確率不低于95%的可接受范圍，完全滿足現(xiàn)場工程應(yīng)用條件要求。

表1 仿真結(jié)果統(tǒng)計Tab. 1 Statistics of simulation results

5 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于模塊復(fù)用技術(shù)的PIS 信息生成方法，其采用面向?qū)ο笏枷耄瑒?chuàng)建智軌電車多線路模式下的站臺模型；通過模塊化處理流程，綜合分析車載狀態(tài)信息數(shù)據(jù)與對應(yīng)運行計劃數(shù)據(jù)，生成站臺PIS 顯示信息。仿真測試結(jié)果表明，該方法能夠滿足智軌電車PIS系統(tǒng)對不同運行線路下智軌電車運行做出正確信息播報，是一種能正確有效解決智軌電車多線路模式下PIS信息生成的方法。

目前該方法對智軌電車運營過程中因計劃臨時調(diào)整而導(dǎo)致PIS 系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的功能還有待進一步完善。后續(xù)將對智軌電車商業(yè)運營線路的使用經(jīng)驗進行總結(jié)和分析，以進一步優(yōu)化PIS 信息顯示細節(jié)處理，為乘客提供智能、高效、準(zhǔn)確的智軌電車PIS 信息。