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出品：科普中國

作者：司馬望田

監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(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，背后實際還有著更深入的實現(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，那就是列車運行圖。所有列車的到站時間其實都是通過這張圖來進行規(guī)劃的。所謂列車運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65公里，始發(fā)站為“西岐站”，終點站為“封神站”，此為線路的基礎(chǔ)線路信息。

接下來設(shè)計一列名字叫做“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，到達終點“封神站”后進行列車換端折返，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抵達了終點，接下來乘客下車，列車掉頭，花費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行邏輯。

這種圖的學(xué)名叫做“列車運行圖”，是地鐵列車控制系統(tǒng)，也就是信號系統(tǒng)的一部分。實際上，地鐵中每天的列車運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“基本列車運行圖”。

這張圖和現(xiàn)實地鐵運行的關(guān)系是？

在地鐵日常運營過程中，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，進而形成每日的行車計劃。接下來，全天的車次就會根據(jù)這個計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。

事實上，真正的列車運行圖遠比上邊展示的復(fù)雜，因為上圖僅展示了一列車，而實際每天在線路上運營的可能有十幾列甚至幾十列車，所以真正看到的“基本列車運行圖”是一個由多車次列車計劃形成的合集，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，十列車的列車運行圖的密集程度多少才有一點現(xiàn)實中的樣子。

圖片由作者自制

當(dāng)然，注意這里只是“基本列車運行圖”，屬于是一個計劃圖，列車實際運行的時候會出現(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跡，列車的實際運行圖也會隨著實際運營時段的拉長，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劃，但這并不是乘客所能看到的信息。列車運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)將列車運行到站等基礎(chǔ)行車信息通過接口機，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臏囟瓤刂啤⒘熊嚾藛T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現(xiàn)。

相信隨著行業(yè)相關(guān)技術(shù)的進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。

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