基于模块复用的智轨电车乘客信息系统信息生成方法

熊 凯，胡云卿，文碧望，黄 舟，张 欣

（1. 湖南中车时代通信信号有限公司，湖南 长沙 410005；2. 中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

智轨电车是一种全电驱动的新型胶轮列车，其无须物理轨道，基于图像识别、车地通信、线控转向等技术，车辆沿地面标线行驶；采用轨迹跟随、低地板和高效的电传动技术，汇聚了有轨列车无污染、速度快及大运量的特点，同时吸收了传统公交车的运营灵活、建设投入小等优势[1-2]。

乘客信息系统（passenger information system ，PIS）是多媒体综合信息系统，可分为车载乘客信息系统和地面乘客信息系统两部分。其依托多媒体网络技术，通过设置在站厅、站台、出入口及列车上的显示终端让乘客及时准确地了解列车运营信息和公共媒体信息[3]。本文主要研究地面PIS 相关技术及实现方法（文中PIS特指地面站台乘客信息系统）。

智轨电车采用虚拟轨道跟随技术，其运营模式与地铁等轨道交通制式类似，但智轨电车也具有自己独有的特点。如地铁具有独立路权，其PIS 只需按照本线路运行计划和车辆实际位置生成PIS 信息；而智轨电车不具备独立路权，线路交通状况随时可能发生变化。鉴于智轨电车PIS 系统须准确提示列车运行状态，需要关联很多复杂因素，本文提出了一种基于模块复用技术生成智轨电车PIS 系统信息的方法。该方法综合分析智轨电车运行计划与车辆实际位置以及实时速度等关键因素，生成实时准确的站台PIS信息，方便乘客及时了解候车信息。

1 智轨电车PIS 系统工作原理

1.1 PIS 系统构成

智轨电车 PIS 系统从结构上分为控制中心子系统和车站子系统，如图1 所示。控制中心子系统由服务器和操作工作站组成，同时PIS 服务器通过传输网络与调度管理系统交互通信；车站子系统则主要由LCD 播控器和LCD 显示屏组成。调度管理系统通过对车载信号数据进行逻辑处理生成PIS 信息并传输到PIS 中心服务器，由中心服务器处理后分发到车站子系统进行PIS 信息展示；同时，在中心操作员工作站也可对实时生成的PIS信息进行监控。

图1 PIS 系统结构Fig. 1 Structure of the PIS system

智轨电车PIS 系统向乘客提供的信息包括列车预到站时间、下一站名称、到站状态、目的地、首末班车信息、公益广告及宣传视频等。其中列车的预到站时间、下一站名称、到站状态、目的地及首末班车信息由信号调度管理系统提供， PIS 中心播控服务器对调度管理系统发过来的报文信息进行解析，通过网络传输发送到站台显示屏显示。

1.2 信息类型

智轨电车PIS 系统与调度管理系统之间交互的信息有4 种：心跳信息、首末班车信息、预到站信息和到站离站信息。

1.2.1 心跳信息

为验证调度管理系统与PIS系统间通信是否正常，智轨电车PIS 系统每隔5 s 向调度管理系统发送一次心跳信息；调度管理系统若在15 s 内没有接收到心跳信息，则认为双方通信断开，断开后在一定时间内如果没有重新连接上，则会报出故障信息，通知运维人员进行查验和维护。

1.2.2 首末班车信息

调度管理系统通过分析当天编辑完成的时刻表信息，能够生成每个站台当天预计的首末车次信息。当调度人员完成当天运行计划编辑后，调度管理系统自动将各站台预计首末班车信息发送到智轨电车PIS 系统，由智轨电车PIS 系统中心控制器分发显示。当首末班车运行计划发生变化时，调度管理系统需重新下发各站台首末站信息。

1.2.3 预到站信息

调度管理系统通过解析智轨电车运行计划与站台实时距离信息，由PIS 信息生成模块生成某个站台预计到站PIS 信息，传输到智轨电车PIS 系统并在站台PIS 显示屏显示，提醒乘客智轨电车预计到站时间、开往目的地、下一站等信息。

1.2.4 到站/离站信息

当智轨电车到站或离站时会触发到站/离站信号，调度管理系统通过解析到站/离站信号生成智轨电车PIS 系统到站/离站信息，并通过站台PIS 显示屏显示。

2 智轨多线数据处理模块

PIS 信息生成方法开始处理之前，需要将智轨电车线路基础数据，包括站台信息、线路区间信息、路口信息等，利用面向对象思想建立对应处理模型。

图2示出基于多线路模式下的线路模型，线路区分上、下行，其中AB 站相互通行属于I 线，AC 站相互通行属于II 线；A 站属于共线站台，其站台PIS 显示屏需要区分显示不同线路不同列车的预到站、到站及离站信息。

图2 智轨电车运营线路模型Fig. 2 Operation line model of autonomous-rail rapid tram

本文采用面向对象思想、模块复用技术，对每一个站创建相应站台模块，每个站台模块可以支持多线路场景复用。站台模块中涵盖生成PIS 信息所需相关属性，主要包括站台编号、列车与站台距离、 站台占有情况、站台坐标里程及上一次更新状态时间等[4]。

站台模块通过消息模块接收所有在线列车状态数据。消息模块被所有站台所共用，同时生成一个列车状态数据队列，并以毫秒级别的周期更新。智轨电车状态数据属性主要包括列车编号、运行方向、与下一站的距离、到站状态、上一站编号、下一站编号、出发站、终点站、驾驶模式和运行里程等。

站台模块通过分析接收到的智轨电车状态数据，更新自身相关属性信息，生成PIS 消息并通过发送模块输送到PIS 系统中心控制器上。

3 智轨电车PIS 信息生成

智轨电车PIS 信息中，心跳信息和首末班车信息生成较为简单和容易，本文不做详细介绍。下面将重点描述预到站信息和到站/离站信息的生成。

3.1 预到站信息生成

在地铁运营过程中，由于其拥有独立路权，其运行计划与实际误差比较小，地铁站台预到站PIS 信息主要依据时刻表生成[5-6]；而智轨电车在这种路面非独立路权模式下，由于其实际运行与计划误差相对比较大，所以不能直接依据列车运行计划生成预到站信息，而是利用列车与站台的距离、列车实际速度及列车自身运行计划并结合相应算法生成[7-8]。智轨电车采用模块化处理流程生成预到站信息，该流程包含运行计划查找、筛选、预到站信息对象生成、排序及数据处理和发送5个模块（图3）。

图3 模块化处理流程Fig. 3 Flowchart of modular process

3.1.1 运行计划查找模块

在多线路模式下，智轨电车必须按照统一预先设置的运行计划派班发车；当不同线路的智轨电车同时靠近共线站台时，调度管理系统必须按照运行计划设定的到达该站的时间先后排序生成PIS 信息。对接收到的车载状态数据对象通过相应的处理模块找到其对应运行计划属性，以满足后续模块处理条件。查找计划过程如图4所示。此外，当智轨电车运行计划发生改变时，通过该模块，PIS 显示信息也能迅速响应变化。

3.1.2 筛选模块

在数据处理模型中，每一个站台模块都会接收到所有在线智轨电车的车载状态数据，但不是所有状态数据都会对该站台PIS 信息显示产生影响，所以需要遍历车载状态数据列表，筛选出对该站台有影响的车载数据，其处理流程如图5 所示。

图4 运行计划查找流程Fig. 4 Search process of operation plan

图5 车载状态数据筛选流程Fig. 5 Screening process of tram status data

3.1.3 预到站信息对象生成模块

经过过滤模块处理后得到的都是有效车载状态数据，此时需要利用站台对象将有效车载状态数据列表中元素逐个转换,生成预到站PIS 信息对象及其列表，后续才能通过处理预到站PIS 信息对象，生成相应预到站PIS 信息。预到站PIS 信息对象属性包含智轨电车编号、计划到站时间、离站台距离、下一站编号和目的地属性。

3.1.4 排序及数据处理模块

对于共线站台，由于非独立路权的路况复杂性，预计先到站台的智轨电车有可能晚到。不同线路的智轨电车到达共线站台的预到站PIS 信息不能完全按照时刻表排序处理：当筛选出的预到站信息对象与站台距离都大于500 m 时，则按照时刻表预到站时间先后顺序对预到站信息对象排序；当有筛选出的预到站信息对象与站台距离小于500 m 时，则按照智轨电车离站台距离由小到大的顺序对预到站信息对象排序，以确保PIS 信息生成的准确性。

排序完成后，通过相关模块处理生成PIS 接口属性数据，其处理过程如图6 所示。

图6 预到站信息数据处理流程Fig. 6 Pre-arrival information data process

3.1.5 发送模块

通过上述模块处理后，每一个站台模块都会生成PIS 信息发送接口所需的相关属性信息，然后调用PIS信息发送模块，实现全线站台PIS 信息实时更新显示。

3.2 到站/离站信息生成

PIS 到站/离站信息的生成逻辑主要依据智轨电车信号中的到站信号的跳变做出判断。每个站台模块按照智轨电车到达/离开该站台的先后顺序，通过查询关联的运行计划，找到智轨电车开往的目的地和下一站信息以及是否跳停、扣车的信息，通过数据处理模块生成PIS 信息[9]。

站台PIS 显示屏优先显示到达当前站台的第一辆车的相关信息。当交通拥堵且有其他智轨电车将更早进入站台时，会及时切换列车PIS 信息；当站台PIS 显示屏显示到站状态时，其站台播控器将处于锁定状态，后续即将到达智轨电车的预到站信息将延迟显示。当接收到离站信息时，站台播控器变为开放状态，及时响应后续即将到达的第一辆车相关预到站信息[10]。

由于在终点站智轨电车需要进行换端操作，涉及驾驶模式信号的变化，所以终点站的PIS 信息生成不同于非终点站场景的。

3.2.1 非终点站

对于智轨电车到达非终点站情况，调度管理系统通过判断车载信号中的到站状态信号变化发送相应信息到PIS 系统显示。到站信号值为1 时，调度管理系统发送相应站台到站PIS 信息；当到站信号值为0 时，表示列车已离站，调度管理系统发送相应站台离站PIS 信息，该站台PIS 播控器变为开放状态，可以显示下一辆靠近站台的预到站信息。

3.2.2 终点站

与非终点站场景不同，智轨电车到达终点站时，车载信号会发送终点站状态信号，此时PIS 显示屏显示到达状态，其下一站信息将变成终点站本身。

智轨电车从终点站离站时涉及列车是进行站前折返还是站后折返问题：如果是站前折返，当智轨电车进行换端操作时，调度管理系统需要向智轨电车停靠侧站台发送离站PIS 信息，然后向列车对侧站台发送到站PIS信息；如果是站后折返，调度管理系统只需向列车停靠侧站台发送离站PIS 信息即可。

4 仿真验证

宜宾市智能轨道快运系统规划总长约150 km，共计7 条智轨线路，其中即将运营的T1 线全长17.7 km，共设17 个站台，由一条主线加一条支线构成，其共线部分有15 个站台，是全球第一条智轨电车商业运行线路。

为验证该方法的有效性，通过配置宜宾智轨电车T1 线线路数据，并以收集到的实际列车运行数据作为基础数据，通过列车仿真程序模拟智轨电车的运行，生成多车共线共站运营场景环境。通过解析仿真列车信号数据，生成相应的PIS 信息数据并发送到PIS 中心控制服务器，由PIS 中心控制服务器负责向各车站PIS 系统分发消息显示；PIS 中心控制服务器通过如图7 所示的PIS 通信监控界面验证PIS 显示信息的准确性。

图7 PIS 通信监控界面Fig. 7 PIS communication monitoring interface

通过配置主支线不同列车数以及仿真测试时长，得到如表1 所示统计结果。仿真结果表明，在正常普通运营场景（即主线10 辆列车和支线3 辆列车运营条件）下，PIS 信息生成的准确率完全满足测试大纲中规定的运营24 h 内准确率不低于99%的要求。在同样线路环境下对主支线列车数加倍后进行仿真测试，由于各模块处理数据量及模块间消息量增大、线路复杂因素增多，到站和预到站PIS 信息准确率略有下降，但仍处于7×24 h内准确率不低于95%的可接受范围，完全满足现场工程应用条件要求。

表1 仿真结果统计Tab. 1 Statistics of simulation results

5 结语

本文设计了一种基于模块复用技术的PIS 信息生成方法，其采用面向对象思想，创建智轨电车多线路模式下的站台模型；通过模块化处理流程，综合分析车载状态信息数据与对应运行计划数据，生成站台PIS 显示信息。仿真测试结果表明，该方法能够满足智轨电车PIS系统对不同运行线路下智轨电车运行做出正确信息播报，是一种能正确有效解决智轨电车多线路模式下PIS信息生成的方法。

目前该方法对智轨电车运营过程中因计划临时调整而导致PIS 系统动态响应的功能还有待进一步完善。后续将对智轨电车商业运营线路的使用经验进行总结和分析，以进一步优化PIS 信息显示细节处理，为乘客提供智能、高效、准确的智轨电车PIS 信息。