出品:科普中國(guó)
作者:司馬望田
監(jiān)制:中國(guó)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(jiàn)慣了,不過(guò)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(chē)次的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間到底是怎么來(lái)的,是不是有一雙“無(wú)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(guò)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(chē)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(chē)運(yùn)行圖。所有列車(chē)的到站時(shí)間其實(shí)都是通過(guò)這張圖來(lái)進(jìn)行規(guī)劃的。所謂列車(chē)運(yùn)行圖就是一條線路上所有地鐵列車(chē)的“線路圖”。
這里讓我們先來(lái)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(chē)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(lái)設(shè)計(jì)一列名字叫做“子牙號(hào)101”的地鐵列車(chē),從“西岐站”出發(fā),駛向“封神站”,那我們就可以畫(huà)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(chē)站的名字和車(chē)次的名字,那這些折線到底是什么意思呢?
別著急,接下來(lái)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(chē)站,每個(gè)車(chē)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(chē)站與另一個(gè)車(chē)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(chē)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(chē)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。
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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(chē),在08:25抵達(dá)了終點(diǎn),接下來(lái)乘客下車(chē),列車(chē)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(lái)了,這張圖就是地鐵車(chē)站中列車(chē)到站時(shí)間背后的運(yùn)行邏輯。
這種圖的學(xué)名叫做“列車(chē)運(yùn)行圖”,是地鐵列車(chē)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(chē)運(yùn)行安排都來(lái)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(chē)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(guò)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(chē)計(jì)劃。接下來(lái),全天的車(chē)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(chē)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(chē)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(chē),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(chē),所以真正看到的“基本列車(chē)運(yùn)行圖”是一個(gè)由多車(chē)次列車(chē)計(jì)劃形成的合集,它可能長(zhǎng)這樣。
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從一列車(chē)加到五列車(chē),這才稍微像點(diǎn)樣子,感興趣的大家可以通過(guò)縮寫(xiě)猜猜其余的四列車(chē)都叫什么號(hào)。
去除掉車(chē)次號(hào),再加五列車(chē),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(chē)的列車(chē)運(yùn)行圖的密集程度多少才有一點(diǎn)現(xiàn)實(shí)中的樣子。
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當(dāng)然,注意這里只是“基本列車(chē)運(yùn)行圖”,屬于是一個(gè)計(jì)劃圖,列車(chē)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(chē)臨時(shí)停車(chē),乘客誤觸車(chē)門(mén)等等,多少還是會(huì)改變一些列車(chē)實(shí)跡,列車(chē)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(lái),但形狀就會(huì)變得更加不規(guī)則了,和“基本列車(chē)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(chē)站的列車(chē)到站信息從何來(lái)?
雖然通過(guò)上邊的介紹,我們了解到地鐵列車(chē)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(chē)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(chē)調(diào)度人員才能看到,那乘客在車(chē)站中看到的信息又是怎么來(lái)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(chēng)SIG)和乘客信息系統(tǒng)(英文簡(jiǎn)稱(chēng)PIS)的接口。信號(hào)系統(tǒng)就是上文所說(shuō)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(méi)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。
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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(chē)運(yùn)行到站等基礎(chǔ)行車(chē)信息通過(guò)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(guò)有線傳輸,將這部分?jǐn)?shù)據(jù)傳遞到各個(gè)車(chē)站,最終通過(guò)可視化的方式呈現(xiàn)在“顯示器”上。
當(dāng)然,每個(gè)車(chē)站給到的信息是一樣的,不過(guò)顯示會(huì)根據(jù)具體車(chē)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(chē)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(chē)的到站信息,那就是列車(chē)乘客信息系統(tǒng)“顯示器”。
經(jīng)常坐地鐵的朋友在車(chē)廂靠近車(chē)門(mén)的位置也會(huì)看到類(lèi)似的顯示器,它就是車(chē)載乘客信息系統(tǒng)的一部分,由于列車(chē)上同樣有信號(hào)系統(tǒng),故列車(chē)的運(yùn)行信息也可以通過(guò)列車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò),給到車(chē)載PIS“顯示器”,這樣,即使在車(chē)上我們也能看到列車(chē)到發(fā)站的相關(guān)信息啦。
地鐵列車(chē)的行駛本質(zhì)并不是雜亂無(wú)章的,而是通過(guò)一套又一套精密系統(tǒng)互相配合、共同完成的。列車(chē)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(chē)?yán)錈彳?chē)廂的溫度控制、列車(chē)人員擁擠程度的顯示等等都可以通過(guò)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(lái),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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