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出品：科普中國

作者：司馬望田

監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

自2017年起，每年9月第二周的星期二，都是“地鐵安全日”。

地鐵或許已經(jīng)融入通勤日常，規(guī)范的班次讓大家都司空見慣了，不過你是否有關(guān)注到站臺(tái)上的顯示器呢？上邊通常會(huì)顯示即將到達(dá)車次的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間到底是怎么來的，是不是有一雙“無形的大手”在控制著它呢？

圖片由作者自制

答案很顯然，是的。不過顯示器只是一個(gè)表現(xiàn)形式，背后實(shí)際還有著更深入的實(shí)現(xiàn)原理。

一張圖看懂地鐵自動(dòng)化

地鐵本身作為一個(gè)自動(dòng)化的系統(tǒng)，在列車的到站時(shí)間控制上同樣擁有著自動(dòng)化的手段，那就是列車運(yùn)行圖。所有列車的到站時(shí)間其實(shí)都是通過這張圖來進(jìn)行規(guī)劃的。所謂列車運(yùn)行圖就是一條線路上所有地鐵列車的“線路圖”。

這里讓我們先來虛構(gòu)一條地鐵線路，給它起名叫西岐地鐵1號(hào)線，全線共有14個(gè)車站，共計(jì)65公里，始發(fā)站為“西岐站”，終點(diǎn)站為“封神站”，此為線路的基礎(chǔ)線路信息。

接下來設(shè)計(jì)一列名字叫做“子牙號(hào)101”的地鐵列車，從“西岐站”出發(fā)，駛向“封神站”，那我們就可以畫出這樣一張簡(jiǎn)易圖。

圖片由作者自制

這張圖上有一些信息，但不夠多，只體現(xiàn)了車站的名字和車次的名字，那這些折線到底是什么意思呢？

別著急，接下來再補(bǔ)充一些關(guān)鍵信息。

假設(shè)“子牙號(hào)101”早晨08:00出發(fā)，中間要途經(jīng)12個(gè)車站，每個(gè)車站的站間距完全相等。那么一共就有13個(gè)區(qū)間（區(qū)間就是一個(gè)車站與另一個(gè)車站之間的路段），每個(gè)區(qū)間也就是65公里除以13，即5公里。

“子牙號(hào)101”以100公里/小時(shí)的速度勻速行駛，跑一個(gè)區(qū)間即需要5公里/100=0.05小時(shí)，換算成分鐘就是3分鐘。每個(gè)車站的停站時(shí)間為1分鐘，到達(dá)終點(diǎn)“封神站”后進(jìn)行列車換端折返，折返時(shí)間為5分鐘。

在上一張圖的基礎(chǔ)上，我們更新一些信息，就變成了這樣。

圖片由作者自制

從第二張圖上我們可以看出，“子牙號(hào)101”單程的行駛時(shí)間為：13個(gè)區(qū)間+12個(gè)停站時(shí)間=13*3+12*1=25min。

08:00出發(fā)的列車，在08:25抵達(dá)了終點(diǎn)，接下來乘客下車，列車掉頭，花費(fèi)5分鐘時(shí)間，于是在08:30，準(zhǔn)時(shí)返程。返程時(shí)間同樣為25min，最終在08:55重回始發(fā)站“西岐站”。

給大家講完了這張圖，其實(shí)聰明的你已經(jīng)猜出來了，這張圖就是地鐵車站中列車到站時(shí)間背后的運(yùn)行邏輯。

這種圖的學(xué)名叫做“列車運(yùn)行圖”，是地鐵列車控制系統(tǒng)，也就是信號(hào)系統(tǒng)的一部分。實(shí)際上，地鐵中每天的列車運(yùn)行安排都來自這張圖，且這張圖屬于是地鐵工作人員預(yù)先編輯好的，算是一個(gè)“基本列車運(yùn)行圖”。

這張圖和現(xiàn)實(shí)地鐵運(yùn)行的關(guān)系是？

在地鐵日常運(yùn)營(yíng)過程中，每天最重要的工作之一就是要把這張圖導(dǎo)入到信號(hào)系統(tǒng)中，進(jìn)而形成每日的行車計(jì)劃。接下來，全天的車次就會(huì)根據(jù)這個(gè)計(jì)劃按部就班地完成行駛?cè)蝿?wù)。每一列車的始發(fā)時(shí)間、到站時(shí)間、停站時(shí)間、折返時(shí)間，幾乎在這張圖上都被定義好了。

事實(shí)上，真正的列車運(yùn)行圖遠(yuǎn)比上邊展示的復(fù)雜，因?yàn)樯蠄D僅展示了一列車，而實(shí)際每天在線路上運(yùn)營(yíng)的可能有十幾列甚至幾十列車，所以真正看到的“基本列車運(yùn)行圖”是一個(gè)由多車次列車計(jì)劃形成的合集，它可能長(zhǎng)這樣。

圖片由作者自制

從一列車加到五列車，這才稍微像點(diǎn)樣子，感興趣的大家可以通過縮寫猜猜其余的四列車都叫什么號(hào)。

去除掉車次號(hào)，再加五列車，基本上就形成了大家在網(wǎng)絡(luò)上比較容易看到的那種讓人密集恐懼癥發(fā)作的圖，十列車的列車運(yùn)行圖的密集程度多少才有一點(diǎn)現(xiàn)實(shí)中的樣子。

圖片由作者自制

當(dāng)然，注意這里只是“基本列車運(yùn)行圖”，屬于是一個(gè)計(jì)劃圖，列車實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)各種各樣的影響因素，比如列車臨時(shí)停車，乘客誤觸車門等等，多少還是會(huì)改變一些列車實(shí)跡，列車的實(shí)際運(yùn)行圖也會(huì)隨著實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)段的拉長(zhǎng)，像“腳印”一樣逐漸體現(xiàn)出來，但形狀就會(huì)變得更加不規(guī)則了，和“基本列車運(yùn)行圖”體現(xiàn)在一張圖上，就會(huì)構(gòu)成一張密密麻麻的“蛛網(wǎng)”。

車站的列車到站信息從何來？

雖然通過上邊的介紹，我們了解到地鐵列車背后的時(shí)間計(jì)劃，但這并不是乘客所能看到的信息。列車運(yùn)行圖信息一般存儲(chǔ)在地鐵的調(diào)度指揮中心，只有行車調(diào)度人員才能看到，那乘客在車站中看到的信息又是怎么來的呢？

這里就不得不提到一個(gè)接口了，即信號(hào)系統(tǒng)（英文簡(jiǎn)稱SIG）和乘客信息系統(tǒng)（英文簡(jiǎn)稱PIS）的接口。信號(hào)系統(tǒng)就是上文所說的，而乘客信息系統(tǒng)的體現(xiàn)之一就包括站臺(tái)“顯示器”（沒錯(cuò)，就是小哪吒所在的這張圖），兩者之間存在這樣一個(gè)接口。

圖片由作者自制

簡(jiǎn)而言之，信號(hào)系統(tǒng)和乘客信息系統(tǒng)在地鐵的控制中心存在一個(gè)數(shù)據(jù)交互，信號(hào)系統(tǒng)將列車運(yùn)行到站等基礎(chǔ)行車信息通過接口機(jī)，給到乘客信息系統(tǒng)的中心服務(wù)器設(shè)備，然后再通過有線傳輸，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)傳遞到各個(gè)車站，最終通過可視化的方式呈現(xiàn)在“顯示器”上。

當(dāng)然，每個(gè)車站給到的信息是一樣的，不過顯示會(huì)根據(jù)具體車站的情況進(jìn)行差異化顯示，這樣可以一定程度上降低軟件數(shù)據(jù)的編制難度。

其實(shí)除了這個(gè)地鐵車站中的乘客信息系統(tǒng)“顯示器”以外，我們還有另一個(gè)途徑可以看到列車的到站信息，那就是列車乘客信息系統(tǒng)“顯示器”。

經(jīng)常坐地鐵的朋友在車廂靠近車門的位置也會(huì)看到類似的顯示器，它就是車載乘客信息系統(tǒng)的一部分，由于列車上同樣有信號(hào)系統(tǒng)，故列車的運(yùn)行信息也可以通過列車車載網(wǎng)絡(luò)，給到車載PIS“顯示器”，這樣，即使在車上我們也能看到列車到發(fā)站的相關(guān)信息啦。

地鐵列車的行駛本質(zhì)并不是雜亂無章的，而是通過一套又一套精密系統(tǒng)互相配合、共同完成的。列車的到站時(shí)間只是這個(gè)龐大系統(tǒng)輸出的一個(gè)具象，除此之外，列車?yán)錈彳噹臏囟瓤刂?、列車人員擁擠程度的顯示等等都可以通過自動(dòng)化和人工智能的手段實(shí)現(xiàn)。

相信隨著行業(yè)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步以及城市公共交通場(chǎng)景的愈加豐富，在未來，乘客也將獲得更為優(yōu)質(zhì)和差異化的交通出行體驗(yàn)。

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