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出品：科普中國

作者：司馬望田

監制：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)注到站臺上的顯示器呢？上邊通常會(huì )顯示即將到達車(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(zhù)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)表現形式，背后實(shí)際還有著(zhù)更深入的實(shí)現原理。

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，在列車(chē)的到站時(shí)間控制上同樣擁有著(zhù)自動(dòng)化的手段，那就是列車(chē)運行圖。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)行規劃的。所謂列車(chē)運行圖就是一條線(xiàn)路上所有地鐵列車(chē)的“線(xiàn)路圖”。

這里讓我們先來(lái)虛構一條地鐵線(xiàn)路，給它起名叫西岐地鐵1號線(xiàn)，全線(xiàn)共有14個(gè)車(chē)站，共計65公里，始發(fā)站為“西岐站”，終點(diǎn)站為“封神站”，此為線(xiàn)路的基礎線(xiàn)路信息。

接下來(lái)設計一列名字叫做“子牙號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，只體現了車(chē)站的名字和車(chē)次的名字，那這些折線(xiàn)到底是什么意思呢？

別著(zhù)急，接下來(lái)再補充一些關(guān)鍵信息。

假設“子牙號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)區間（區間就是一個(gè)車(chē)站與另一個(gè)車(chē)站之間的路段），每個(gè)區間也就是65公里除以13，即5公里。

“子牙號101”以100公里/小時(shí)的速度勻速行駛，跑一個(gè)區間即需要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(shí)間為：13個(gè)區間+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抵達了終點(diǎn)，接下來(lái)乘客下車(chē)，列車(chē)掉頭，花費5分鐘時(shí)間，于是在08:30，準時(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)間背后的運行邏輯。

這種圖的學(xué)名叫做“列車(chē)運行圖”，是地鐵列車(chē)控制系統，也就是信號系統的一部分。實(shí)際上，地鐵中每天的列車(chē)運行安排都來(lái)自這張圖，且這張圖屬于是地鐵工作人員預先編輯好的，算是一個(gè)“基本列車(chē)運行圖”。

這張圖和現實(shí)地鐵運行的關(guān)系是？

在地鐵日常運營(yíng)過(guò)程中，每天最重要的工作之一就是要把這張圖導入到信號系統中，進(jìn)而形成每日的行車(chē)計劃。接下來(lái)，全天的車(chē)次就會(huì )根據這個(gè)計劃按部就班地完成行駛任務(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)運行圖遠比上邊展示的復雜，因為上圖僅展示了一列車(chē)，而實(shí)際每天在線(xiàn)路上運營(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)運行圖”是一個(gè)由多車(chē)次列車(chē)計劃形成的合集，它可能長(cháng)這樣。

圖片由作者自制

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。

去除掉車(chē)次號，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)運行圖的密集程度多少才有一點(diǎn)現實(shí)中的樣子。

圖片由作者自制

當然，注意這里只是“基本列車(chē)運行圖”，屬于是一個(gè)計劃圖，列車(chē)實(shí)際運行的時(shí)候會(huì )出現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)際運行圖也會(huì )隨著(zhù)實(shí)際運營(yíng)時(shí)段的拉長(cháng)，像“腳印”一樣逐漸體現出來(lái)，但形狀就會(huì )變得更加不規則了，和“基本列車(chē)運行圖”體現在一張圖上，就會(huì )構成一張密密麻麻的“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)間計劃，但這并不是乘客所能看到的信息。列車(chē)運行圖信息一般存儲在地鐵的調度指揮中心，只有行車(chē)調度人員才能看到，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，即信號系統（英文簡(jiǎn)稱(chēng)SIG）和乘客信息系統（英文簡(jiǎn)稱(chēng)PIS）的接口。信號系統就是上文所說(shuō)的，而乘客信息系統的體現之一就包括站臺“顯示器”（沒(méi)錯，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，信號系統和乘客信息系統在地鐵的控制中心存在一個(gè)數據交互，信號系統將列車(chē)運行到站等基礎行車(chē)信息通過(guò)接口機，給到乘客信息系統的中心服務(wù)器設備，然后再通過(guò)有線(xiàn)傳輸，將這部分數據傳遞到各個(gè)車(chē)站，最終通過(guò)可視化的方式呈現在“顯示器”上。

當然，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據的編制難度。

其實(shí)除了這個(gè)地鐵車(chē)站中的乘客信息系統“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“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)載乘客信息系統的一部分，由于列車(chē)上同樣有信號系統，故列車(chē)的運行信息也可以通過(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)龐大系統輸出的一個(gè)具象，除此之外，列車(chē)冷熱車(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。

相信隨著(zhù)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。

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