双频卡在地铁乘客换乘路径研究中的可用性

赵华伟 李道全

(北京城建设计研究总院有限责任公司 北京100037)

1 乘客换乘路径的研究背景

伴随着国民经济持续快速的发展、城市化进程的加快、机动车快速的增长，城市交通阻塞日益严重。由于地铁具有运量大、准时、快捷、环保等特点，发展地铁已成为大、中城市发展公共交通的重要指导方针。

地铁网络化建设和网络化运营的最终目的是方便乘客出行，而要达到这一目的，必须使地铁和其他交通方式综合协调发展。只有在真正形成网络化格局后，才能将乘客吸引到公共交通，解决城市交通拥堵的问题。地铁网络的换乘模式主要分为:非付费区换乘和无缝换乘。当地铁网络采用非付费区换乘的模式时，AFC系统可以准确地记录乘客出行的起终点和中间的换乘节点，就很容易了解他们的出行规律，了解地铁网络中每条线路的客流数据、换乘站客流流向等资料。如果是不同的运营商在经营不同的地铁线路，那么这种换乘模式有助于各条地铁线路的运营商能准确地独立收费。然而，这种换乘模式增加了乘客的不便性，降低了地铁吸引乘客的能力。目前，我国地铁建设均采用无缝换乘模式，如北京、上海、深圳、广州、南京等地。这种换乘模式能更多地将乘客吸引到地铁，但也增加了各条线路运营商之间票务清分清算的难度，通过AFC系统的记录仅有乘客出行的起点和终点。在庞大的网络化运营中，如果想更好地掌握客流规律，特别是每条线的客流规律，就需要了解各换乘站点的乘客换乘路径，这样才能知道乘客在地铁线网中如何进行换乘站间的多条路径选择。

地铁网络化运营中出现客流的非线性增长，引起乘客换乘路径的变化，这对地铁的建设和运营管理提出了更高的要求。因此，单从理论上研究地铁的客流分布规律，不能满足网络化、大客流、小间隔运营组织管理的需要，不能胜任新线网规划、换乘站改扩建、设施设备更新改造等工作任务。

2 乘客换乘路径研究的必要性

1)深入研究乘客换乘路径特征，对于统筹城市公共交通资源并合理配置具有指导作用，有助于地铁与地面公交运力进行科学、合理匹配。

2)深入研究乘客换乘路径特征，对换乘站的统筹设计、换乘站相关换乘线路的选择、列车运力的匹配都具有深刻的意义，同时也可以根据乘客换乘路径特征进行车站建筑的商业开发。

3)地铁清分清算的核心是乘客的换乘路径特征，线网内线路间的清分清算比例分配受乘客对换乘路径选择的影响。乘客换乘路径具有随机性，深入研究其特征可以掌握乘客换乘路径的比例。目前，清分清算需要依据乘客换乘路径理论值，其选择受影响的因素较多，很难通过理论计算来精确得到合理的数值，只能在抽取的换乘站进行现场随机换乘客流调研来验证乘客换乘路径比例模型，调整参数比例，但这种模式具有片面性。

4)地铁网络化建设和网络化运营的最终目的是提高客运能力，而客运的核心是客流组织与列车运力。深入研究乘客的换乘路径特征，可以指导客运的资源优化配置，科学地调整列车运行图，从而达到资源的优化利用。

3 乘客换乘路径研究中存在的问题

北京、上海、深圳、广州、南京等地的地铁线网已经形成并逐渐扩大，可供乘客选择的换乘路径也逐渐增加，乘客的实际换乘方式成为社会、企业、科研单位关注的重点，但目前的乘客换乘路径研究仅限于理论计算及人工客流调查。随着科技的发展，视频识别技术逐渐在地铁客流计算中得到一些应用，但由于其本身的局限性，难以研究乘客完整的换乘路径，仅对单个换乘车站的客运组织、应急疏散提供一些帮助。

随着城市多元化的发展，客流预测的结果与实际客流偏差也越来越大，部分城市的近期客流量已达到原客流预测时的远期客流量。这给车站客流组织及客运组织带来极大的困难，造成目前的运力不匹配。若能得到实时、高精确度的换乘数据，对于线网规划将具有重要的指导意义。人工方式不可行，视频模式识别成本高、信息量少且准确度差，因此采用经济合理又不影响乘客便利出行的地铁乘客换乘路径信息实时采集技术非常必要。

4 国内双频卡技术的现状

2010年9月22日，国内的一项实用新型专利“地铁客流调查用双频非接触IC卡”获得了国家知识产权局的正式授权，分为嵌套式布局及平行式布局两种形式，其结构如图1～图2所示。双频非接触式IC卡主要由天线、芯片组成的核心层与基材(图1～图2中的代号为1)构成，核心层包括高频芯片(13.56 MHz，是美国保险商实验室认证的卡(简称UL卡)，或Mifare 1(简称MF1卡)，或含有微处理器的卡(简称CPU卡)，图1～图2中的代号为2)、高频天线(13.56 MHz，UL卡，或MF1卡，或CPU卡，图1～图2中 的 代号 为3)、超 高 频 芯 片(900 MHz，RFID，图1～图2中的代号为4)、超高频天线(900 MHz，射频识别技术，简称RFID，图1～图2中的代号为5)。该卡长85.6 mm，宽54.0 mm，厚0.5 mm，专门用于持卡乘客出行数据(时间、地点等信息)的精确收集，收集场所不仅在换乘点处，也可以发展到乘车点、进出站处乃至车厢中。目前，国内有厂家生产出样卡及配套900 MHz的读写器，并通过了内部预验收测试。

图1 嵌套式布局

图2 平行式布局

5 在换乘路径研究中的可用性

5.1 技术可行性

1)随着超高频段识别技术的应用，中距离信息交互技术已经成熟地应用于相关领域，如高速公路不停车收费、邮政部门采用RFID跟踪和监控邮包等。

2)国内已有公司研制出双频卡的样卡及对应的读写器，即样卡、读写器等前端配套设施已完成了可行性论证。同时，清分清算(ACC)系统的软件改动较小，只需在现有的ACC票卡综合信息对比软件模块上增加部分功能，并不影响ACC的清分清算速度。

3)线网票务中心部门只需在目前票卡管理的配套技术基础上对既有票卡进行改造或将其更换成新卡，在编码分拣机及票卡清洗机上增设900 MHz读写器，在双频卡初始化时建立票卡综合信息库，在换乘站增加900 MHz读写器，确保此种卡作为单程票或一卡通票使用时不影响其原有的使用功能。

4)900 MHz的读写距离一般为7～10 m，900 MHz读写器可以安装于换乘通道或站台屏蔽门的端门，安装施工难度不大，900 MHz读写器可直接接入到相应车站的AFC计算机系统中，不需对系统的其他部分做任何改造。

5.2 应用原理

900 MHz的RFID芯片与13.56 MHz的UL卡(或MF1卡，或CPU卡)各自的逻辑卡号具有唯一性，可利用组成双频卡的综合逻辑卡号唯一性的原理进行乘客换乘票卡的跟踪。在换乘通道或站台屏蔽门的端门设置900 MHz读写器，对所感应到的900 MHz的RFID芯片进行读写，进而实现对乘客换乘路径的跟踪。

除正常的售检票外，在换乘通道或站台屏蔽门等处都设置900 MHz的读写器，对每个双频卡进行动态跟踪，通过车站AFC系统传到ACC系统。通过读取900 MHz的RFID芯片逻辑卡号及900 MHz读写器的位置，对13.56 MHz芯片的售票、进出站信息进行综合处理，从而研究乘客换乘特征，其跟踪原理如图3所示。

图3 双频卡跟踪原理

5.3实验测试

为了验证乘客换乘路径信息实时采集技术在地铁中的可用性，笔者随同国内某个厂家进行了简易验证平台的搭建及测试。

5.3.1 实验地点

该厂家的办公大楼有4层，每层楼的中间位置设置两组电梯，每层楼的两端各设置一组疏散楼梯，同层楼两组疏散楼梯相隔超过25 m，避免了同层楼两组疏散楼梯内的900 MHz读写器在对双频卡读写时的干扰。

5.3.2 实验准备

预备好20张双频卡，分别由20人拿在手中;在每层楼两组疏散楼梯的内墙壁上分别设置1台900 MHz读写器，安装高度约为3 m，共计8台;每台900 MHz读写器通过网线将信息在数据采集设备上汇聚，再上传给便携式计算机;在便携式计算机上，装配有预先编制完成的双频卡综合信息分析软件。

5.3.3 实验方案

将持双频卡的20人分3次测试，组合成3个测试方案。测试方案1:10人由4层左侧楼梯行至1层，10人由4层右侧楼梯行至1层;测试方案2:12人由4层左侧楼梯行至1层，8人由4层右侧楼梯行至1层;测试方案3:15人由4层左侧楼梯行至1层，5人由4层右侧楼梯行至1层。通过设置在每层楼每组疏散楼梯内墙壁上的900 MHz读写器，对所有通过其读写区域的双频卡进行读写。

5.3.4 实验结果

实验测试结果表明，测试人员持双频卡所走的路径与测试结果一致，验证了乘客换乘路径信息实时采集技术在地铁中的可用性。

5.4经济性分析

乘客换乘路径信息实时采集技术在地铁中的应用，主要涉及ACC系统、车站AFC系统所增加的部分投资。

5.4.1 ACC系统

票务中心需将原单一功能的13.56 MHz票卡进行改造或替换成双频卡，每张票卡成本增加约0.5元;编码分拣机及票卡清洗机共需增设约20台900 MHz的读写器，每台900 MHz读写器的成本约1 000元。

在票卡综合信息对比软件模块上，增加了部分综合逻辑卡号识别、换乘位置等信息分析功能，增加投资约20万元。

5.4.2 车站AFC系统

在每座换乘车站的换乘通道处(或站台屏蔽门等处)设置约20台900 MHz读写器，每台成本约1 000元;每座车站换乘增加2台交换机，每台成本约3 000元;每座换乘车站增加投资共计约6万元(含部分软件调整费用)。

和其产生的效益相比，采用双频卡增加的投资不大，从经济方面证明了乘客换乘路径信息实时采集技术在地铁中具有较好的可用性。

6 结语

综上所述，双频卡技术克服了传统技术的缺点，适用于地铁乘客换乘路径的研究。采用这项技术，将改善并取代目前基于人工的客流调查方式，最终形成独创性的成果在同行业或相近行业推广。双频卡技术是线网AFC系统“裸”清分的必然趋势，是科学进行客流预测的基础，是统筹规划线网建设(如换乘车站建筑规模、车型的选择等)的依据，它为后续规划建设地铁乘客出行引导信息系统提供准确的基础信息数据。

［1］祖克举，刘富强，李志鹏.基于多目标检测与跟踪的密集客流检测［J］.中国图像图形学报，2009(10):2106-2109.

［2］张永，贺少柳.RFID在智能交通中的应用及设想［J］.黑龙江交通科技，2010(9):241-242.

［3］王晓明，周敬祥.基于RFID技术的全球物流跟踪信息平台规划设计［J］.水运工程，2012(12):42-46.

［4］张强.900 MHz RFID读写器研究与实现［D］.北京:北京交通大学，2006.

［5］高兵权，肖学福，张扬奇，等.基于双频RFID技术的BRT应用研究［C］//2008第四届中国智能交通年会论文集.北京，2008:729-735.

［6］马伏化，朱青.基于射频识别技术的车辆自动识别系统的实现［J］.中国仪器仪表，2006(11):70-72.

［7］王来忠.射频识别车辆信息管理系统［J］.中国安全科学学报，2006(4):76-80.