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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)注到站臺上的顯示器呢？上邊通常會顯示即將到達(dá)車次的時間。這個時間到底是怎么來的，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化

地鐵本身作為一個自動化的系統(tǒng)，在列車的到站時間控制上同樣擁有著自動化的手段，那就是列車運(yùn)行圖。所有列車的到站時間其實(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號線，全線共有14個車站，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101”早晨08:00出發(fā)，中間要途經(jīng)12個車站，每個車站的站間距完全相等。那么一共就有13個區(qū)間（區(qū)間就是一個車站與另一個車站之間的路段），每個區(qū)間也就是65公里除以13，即5公里。

“子牙號101”以100公里/小時的速度勻速行駛，跑一個區(qū)間即需要5公里/100=0.05小時，換算成分鐘就是3分鐘。每個車站的停站時間為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101”單程的行駛時間為：13個區(qū)間+12個停站時間=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分鐘時間，于是在08:30，準(zhǔn)時返程。返程時間同樣為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“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，全天的車次就會根據(jù)這個計(jì)劃按部就班地完成行駛?cè)蝿?wù)。每一列車的始發(fā)時間、到站時間、停站時間、折返時間，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”是一個由多車次列車計(jì)劃形成的合集，它可能長這樣。

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。

去除掉車次號，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”，屬于是一個計(jì)劃圖，列車實(shí)際運(yùn)行的時候會出現(xiàn)各種各樣的影響因素，比如列車臨時停車，乘客誤觸車門等等，多少還是會改變一些列車實(shí)跡，列車的實(shí)際運(yùn)行圖也會隨著實(shí)際運(yùn)營時段的拉長，像“腳印”一樣逐漸體現(xiàn)出來，但形狀就會變得更加不規(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接口了，即信號系統(tǒng)（英文簡稱SIG）和乘客信息系統(tǒng)（英文簡稱PIS）的接口。信號系統(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“顯示器”（沒錯，就是小哪吒所在的這張圖），兩者之間存在這樣一個接口。

圖片由作者自制

簡而言之，信號系統(tǒng)和乘客信息系統(tǒng)在地鐵的控制中心存在一個數(shù)據(jù)交互，信號系統(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，每個車站給到的信息是一樣的，不過顯示會根據(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。列車的到站時間只是這個龐大系統(tǒng)輸出的一個具象，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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