熊 凱，胡云卿，文碧望，黃 舟，張 欣

（1. 湖南中車時(shí)代通信信號(hào)有限公司，湖南 長沙 410005；2. 中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

智軌電車是一種全電驅(qū)動(dòng)的新型膠輪列車，其無須物理軌道，基于圖像識(shí)別、車地通信、線控轉(zhuǎn)向等技術(shù)，車輛沿地面標(biāo)線行駛；采用軌跡跟隨、低地板和高效的電傳動(dòng)技術(shù)，匯聚了有軌列車無污染、速度快及大運(yùn)量的特點(diǎn)，同時(shí)吸收了傳統(tǒng)公交車的運(yùn)營靈活、建設(shè)投入小等優(yōu)勢[1-2]。

乘客信息系統(tǒng)（passenger information system ，PIS）是多媒體綜合信息系統(tǒng)，可分為車載乘客信息系統(tǒng)和地面乘客信息系統(tǒng)兩部分。其依托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過設(shè)置在站廳、站臺(tái)、出入口及列車上的顯示終端讓乘客及時(shí)準(zhǔn)確地了解列車運(yùn)營信息和公共媒體信息[3]。本文主要研究地面PIS 相關(guān)技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法（文中PIS特指地面站臺(tái)乘客信息系統(tǒng)）。

智軌電車采用虛擬軌道跟隨技術(shù)，其運(yùn)營模式與地鐵等軌道交通制式類似，但智軌電車也具有自己獨(dú)有的特點(diǎn)。如地鐵具有獨(dú)立路權(quán)，其PIS 只需按照本線路運(yùn)行計(jì)劃和車輛實(shí)際位置生成PIS 信息；而智軌電車不具備獨(dú)立路權(quán)，線路交通狀況隨時(shí)可能發(fā)生變化。鑒于智軌電車PIS 系統(tǒng)須準(zhǔn)確提示列車運(yùn)行狀態(tài)，需要關(guān)聯(lián)很多復(fù)雜因素，本文提出了一種基于模塊復(fù)用技術(shù)生成智軌電車PIS 系統(tǒng)信息的方法。該方法綜合分析智軌電車運(yùn)行計(jì)劃與車輛實(shí)際位置以及實(shí)時(shí)速度等關(guān)鍵因素，生成實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的站臺(tái)PIS信息，方便乘客及時(shí)了解候車信息。

1 智軌電車PIS 系統(tǒng)工作原理

1.1 PIS 系統(tǒng)構(gòu)成

智軌電車 PIS 系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為控制中心子系統(tǒng)和車站子系統(tǒng)，如圖1 所示?？刂浦行淖酉到y(tǒng)由服務(wù)器和操作工作站組成，同時(shí)PIS 服務(wù)器通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度管理系統(tǒng)交互通信；車站子系統(tǒng)則主要由LCD 播控器和LCD 顯示屏組成。調(diào)度管理系統(tǒng)通過對車載信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理生成PIS 信息并傳輸?shù)絇IS 中心服務(wù)器，由中心服務(wù)器處理后分發(fā)到車站子系統(tǒng)進(jìn)行PIS 信息展示；同時(shí)，在中心操作員工作站也可對實(shí)時(shí)生成的PIS信息進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 PIS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of the PIS system

智軌電車PIS 系統(tǒng)向乘客提供的信息包括列車預(yù)到站時(shí)間、下一站名稱、到站狀態(tài)、目的地、首末班車信息、公益廣告及宣傳視頻等。其中列車的預(yù)到站時(shí)間、下一站名稱、到站狀態(tài)、目的地及首末班車信息由信號(hào)調(diào)度管理系統(tǒng)提供， PIS 中心播控服務(wù)器對調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)過來的報(bào)文信息進(jìn)行解析，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送到站臺(tái)顯示屏顯示。

1.2 信息類型

智軌電車PIS 系統(tǒng)與調(diào)度管理系統(tǒng)之間交互的信息有4 種：心跳信息、首末班車信息、預(yù)到站信息和到站離站信息。

1.2.1 心跳信息

為驗(yàn)證調(diào)度管理系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)間通信是否正常，智軌電車PIS 系統(tǒng)每隔5 s 向調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)送一次心跳信息；調(diào)度管理系統(tǒng)若在15 s 內(nèi)沒有接收到心跳信息，則認(rèn)為雙方通信斷開，斷開后在一定時(shí)間內(nèi)如果沒有重新連接上，則會(huì)報(bào)出故障信息，通知運(yùn)維人員進(jìn)行查驗(yàn)和維護(hù)。

1.2.2 首末班車信息

調(diào)度管理系統(tǒng)通過分析當(dāng)天編輯完成的時(shí)刻表信息，能夠生成每個(gè)站臺(tái)當(dāng)天預(yù)計(jì)的首末車次信息。當(dāng)調(diào)度人員完成當(dāng)天運(yùn)行計(jì)劃編輯后，調(diào)度管理系統(tǒng)自動(dòng)將各站臺(tái)預(yù)計(jì)首末班車信息發(fā)送到智軌電車PIS 系統(tǒng)，由智軌電車PIS 系統(tǒng)中心控制器分發(fā)顯示。當(dāng)首末班車運(yùn)行計(jì)劃發(fā)生變化時(shí)，調(diào)度管理系統(tǒng)需重新下發(fā)各站臺(tái)首末站信息。

1.2.3 預(yù)到站信息

調(diào)度管理系統(tǒng)通過解析智軌電車運(yùn)行計(jì)劃與站臺(tái)實(shí)時(shí)距離信息，由PIS 信息生成模塊生成某個(gè)站臺(tái)預(yù)計(jì)到站PIS 信息，傳輸?shù)街擒夒娷嘝IS 系統(tǒng)并在站臺(tái)PIS 顯示屏顯示，提醒乘客智軌電車預(yù)計(jì)到站時(shí)間、開往目的地、下一站等信息。

1.2.4 到站/離站信息

當(dāng)智軌電車到站或離站時(shí)會(huì)觸發(fā)到站/離站信號(hào)，調(diào)度管理系統(tǒng)通過解析到站/離站信號(hào)生成智軌電車PIS 系統(tǒng)到站/離站信息，并通過站臺(tái)PIS 顯示屏顯示。

2 智軌多線數(shù)據(jù)處理模塊

PIS 信息生成方法開始處理之前，需要將智軌電車線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括站臺(tái)信息、線路區(qū)間信息、路口信息等，利用面向?qū)ο笏枷虢?yīng)處理模型。

圖2示出基于多線路模式下的線路模型，線路區(qū)分上、下行，其中AB 站相互通行屬于I 線，AC 站相互通行屬于II 線；A 站屬于共線站臺(tái)，其站臺(tái)PIS 顯示屏需要區(qū)分顯示不同線路不同列車的預(yù)到站、到站及離站信息。

圖2 智軌電車運(yùn)營線路模型Fig. 2 Operation line model of autonomous-rail rapid tram

本文采用面向?qū)ο笏枷?、模塊復(fù)用技術(shù)，對每一個(gè)站創(chuàng)建相應(yīng)站臺(tái)模塊，每個(gè)站臺(tái)模塊可以支持多線路場景復(fù)用。站臺(tái)模塊中涵蓋生成PIS 信息所需相關(guān)屬性，主要包括站臺(tái)編號(hào)、列車與站臺(tái)距離、 站臺(tái)占有情況、站臺(tái)坐標(biāo)里程及上一次更新狀態(tài)時(shí)間等[4]。

站臺(tái)模塊通過消息模塊接收所有在線列車狀態(tài)數(shù)據(jù)。消息模塊被所有站臺(tái)所共用，同時(shí)生成一個(gè)列車狀態(tài)數(shù)據(jù)隊(duì)列，并以毫秒級別的周期更新。智軌電車狀態(tài)數(shù)據(jù)屬性主要包括列車編號(hào)、運(yùn)行方向、與下一站的距離、到站狀態(tài)、上一站編號(hào)、下一站編號(hào)、出發(fā)站、終點(diǎn)站、駕駛模式和運(yùn)行里程等。

站臺(tái)模塊通過分析接收到的智軌電車狀態(tài)數(shù)據(jù)，更新自身相關(guān)屬性信息，生成PIS 消息并通過發(fā)送模塊輸送到PIS 系統(tǒng)中心控制器上。

3 智軌電車PIS 信息生成

智軌電車PIS 信息中，心跳信息和首末班車信息生成較為簡單和容易，本文不做詳細(xì)介紹。下面將重點(diǎn)描述預(yù)到站信息和到站/離站信息的生成。

3.1 預(yù)到站信息生成

在地鐵運(yùn)營過程中，由于其擁有獨(dú)立路權(quán)，其運(yùn)行計(jì)劃與實(shí)際誤差比較小，地鐵站臺(tái)預(yù)到站PIS 信息主要依據(jù)時(shí)刻表生成[5-6]；而智軌電車在這種路面非獨(dú)立路權(quán)模式下，由于其實(shí)際運(yùn)行與計(jì)劃誤差相對比較大，所以不能直接依據(jù)列車運(yùn)行計(jì)劃生成預(yù)到站信息，而是利用列車與站臺(tái)的距離、列車實(shí)際速度及列車自身運(yùn)行計(jì)劃并結(jié)合相應(yīng)算法生成[7-8]。智軌電車采用模塊化處理流程生成預(yù)到站信息，該流程包含運(yùn)行計(jì)劃查找、篩選、預(yù)到站信息對象生成、排序及數(shù)據(jù)處理和發(fā)送5個(gè)模塊（圖3）。

圖3 模塊化處理流程Fig. 3 Flowchart of modular process

3.1.1 運(yùn)行計(jì)劃查找模塊

在多線路模式下，智軌電車必須按照統(tǒng)一預(yù)先設(shè)置的運(yùn)行計(jì)劃派班發(fā)車；當(dāng)不同線路的智軌電車同時(shí)靠近共線站臺(tái)時(shí)，調(diào)度管理系統(tǒng)必須按照運(yùn)行計(jì)劃設(shè)定的到達(dá)該站的時(shí)間先后排序生成PIS 信息。對接收到的車載狀態(tài)數(shù)據(jù)對象通過相應(yīng)的處理模塊找到其對應(yīng)運(yùn)行計(jì)劃屬性，以滿足后續(xù)模塊處理?xiàng)l件。查找計(jì)劃過程如圖4所示。此外，當(dāng)智軌電車運(yùn)行計(jì)劃發(fā)生改變時(shí)，通過該模塊，PIS 顯示信息也能迅速響應(yīng)變化。

3.1.2 篩選模塊

在數(shù)據(jù)處理模型中，每一個(gè)站臺(tái)模塊都會(huì)接收到所有在線智軌電車的車載狀態(tài)數(shù)據(jù)，但不是所有狀態(tài)數(shù)據(jù)都會(huì)對該站臺(tái)PIS 信息顯示產(chǎn)生影響，所以需要遍歷車載狀態(tài)數(shù)據(jù)列表，篩選出對該站臺(tái)有影響的車載數(shù)據(jù)，其處理流程如圖5 所示。

圖4 運(yùn)行計(jì)劃查找流程Fig. 4 Search process of operation plan

圖5 車載狀態(tài)數(shù)據(jù)篩選流程Fig. 5 Screening process of tram status data

3.1.3 預(yù)到站信息對象生成模塊

經(jīng)過過濾模塊處理后得到的都是有效車載狀態(tài)數(shù)據(jù)，此時(shí)需要利用站臺(tái)對象將有效車載狀態(tài)數(shù)據(jù)列表中元素逐個(gè)轉(zhuǎn)換,生成預(yù)到站PIS 信息對象及其列表，后續(xù)才能通過處理預(yù)到站PIS 信息對象，生成相應(yīng)預(yù)到站PIS 信息。預(yù)到站PIS 信息對象屬性包含智軌電車編號(hào)、計(jì)劃到站時(shí)間、離站臺(tái)距離、下一站編號(hào)和目的地屬性。

3.1.4 排序及數(shù)據(jù)處理模塊

對于共線站臺(tái)，由于非獨(dú)立路權(quán)的路況復(fù)雜性，預(yù)計(jì)先到站臺(tái)的智軌電車有可能晚到。不同線路的智軌電車到達(dá)共線站臺(tái)的預(yù)到站PIS 信息不能完全按照時(shí)刻表排序處理：當(dāng)篩選出的預(yù)到站信息對象與站臺(tái)距離都大于500 m 時(shí)，則按照時(shí)刻表預(yù)到站時(shí)間先后順序?qū)︻A(yù)到站信息對象排序；當(dāng)有篩選出的預(yù)到站信息對象與站臺(tái)距離小于500 m 時(shí)，則按照智軌電車離站臺(tái)距離由小到大的順序?qū)︻A(yù)到站信息對象排序，以確保PIS 信息生成的準(zhǔn)確性。

排序完成后，通過相關(guān)模塊處理生成PIS 接口屬性數(shù)據(jù)，其處理過程如圖6 所示。

圖6 預(yù)到站信息數(shù)據(jù)處理流程Fig. 6 Pre-arrival information data process

3.1.5 發(fā)送模塊

通過上述模塊處理后，每一個(gè)站臺(tái)模塊都會(huì)生成PIS 信息發(fā)送接口所需的相關(guān)屬性信息，然后調(diào)用PIS信息發(fā)送模塊，實(shí)現(xiàn)全線站臺(tái)PIS 信息實(shí)時(shí)更新顯示。

3.2 到站/離站信息生成

PIS 到站/離站信息的生成邏輯主要依據(jù)智軌電車信號(hào)中的到站信號(hào)的跳變做出判斷。每個(gè)站臺(tái)模塊按照智軌電車到達(dá)/離開該站臺(tái)的先后順序，通過查詢關(guān)聯(lián)的運(yùn)行計(jì)劃，找到智軌電車開往的目的地和下一站信息以及是否跳停、扣車的信息，通過數(shù)據(jù)處理模塊生成PIS 信息[9]。

站臺(tái)PIS 顯示屏優(yōu)先顯示到達(dá)當(dāng)前站臺(tái)的第一輛車的相關(guān)信息。當(dāng)交通擁堵且有其他智軌電車將更早進(jìn)入站臺(tái)時(shí)，會(huì)及時(shí)切換列車PIS 信息；當(dāng)站臺(tái)PIS 顯示屏顯示到站狀態(tài)時(shí)，其站臺(tái)播控器將處于鎖定狀態(tài)，后續(xù)即將到達(dá)智軌電車的預(yù)到站信息將延遲顯示。當(dāng)接收到離站信息時(shí)，站臺(tái)播控器變?yōu)殚_放狀態(tài)，及時(shí)響應(yīng)后續(xù)即將到達(dá)的第一輛車相關(guān)預(yù)到站信息[10]。

由于在終點(diǎn)站智軌電車需要進(jìn)行換端操作，涉及駕駛模式信號(hào)的變化，所以終點(diǎn)站的PIS 信息生成不同于非終點(diǎn)站場景的。

3.2.1 非終點(diǎn)站

對于智軌電車到達(dá)非終點(diǎn)站情況，調(diào)度管理系統(tǒng)通過判斷車載信號(hào)中的到站狀態(tài)信號(hào)變化發(fā)送相應(yīng)信息到PIS 系統(tǒng)顯示。到站信號(hào)值為1 時(shí)，調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)站臺(tái)到站PIS 信息；當(dāng)?shù)秸拘盘?hào)值為0 時(shí)，表示列車已離站，調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)站臺(tái)離站PIS 信息，該站臺(tái)PIS 播控器變?yōu)殚_放狀態(tài)，可以顯示下一輛靠近站臺(tái)的預(yù)到站信息。

3.2.2 終點(diǎn)站

與非終點(diǎn)站場景不同，智軌電車到達(dá)終點(diǎn)站時(shí)，車載信號(hào)會(huì)發(fā)送終點(diǎn)站狀態(tài)信號(hào)，此時(shí)PIS 顯示屏顯示到達(dá)狀態(tài)，其下一站信息將變成終點(diǎn)站本身。

智軌電車從終點(diǎn)站離站時(shí)涉及列車是進(jìn)行站前折返還是站后折返問題：如果是站前折返，當(dāng)智軌電車進(jìn)行換端操作時(shí)，調(diào)度管理系統(tǒng)需要向智軌電車?？總?cè)站臺(tái)發(fā)送離站PIS 信息，然后向列車對側(cè)站臺(tái)發(fā)送到站PIS信息；如果是站后折返，調(diào)度管理系統(tǒng)只需向列車停靠側(cè)站臺(tái)發(fā)送離站PIS 信息即可。

4 仿真驗(yàn)證

宜賓市智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)規(guī)劃總長約150 km，共計(jì)7 條智軌線路，其中即將運(yùn)營的T1 線全長17.7 km，共設(shè)17 個(gè)站臺(tái)，由一條主線加一條支線構(gòu)成，其共線部分有15 個(gè)站臺(tái)，是全球第一條智軌電車商業(yè)運(yùn)行線路。

為驗(yàn)證該方法的有效性，通過配置宜賓智軌電車T1 線線路數(shù)據(jù)，并以收集到的實(shí)際列車運(yùn)行數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過列車仿真程序模擬智軌電車的運(yùn)行，生成多車共線共站運(yùn)營場景環(huán)境。通過解析仿真列車信號(hào)數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的PIS 信息數(shù)據(jù)并發(fā)送到PIS 中心控制服務(wù)器，由PIS 中心控制服務(wù)器負(fù)責(zé)向各車站PIS 系統(tǒng)分發(fā)消息顯示；PIS 中心控制服務(wù)器通過如圖7 所示的PIS 通信監(jiān)控界面驗(yàn)證PIS 顯示信息的準(zhǔn)確性。

圖7 PIS 通信監(jiān)控界面Fig. 7 PIS communication monitoring interface

通過配置主支線不同列車數(shù)以及仿真測試時(shí)長，得到如表1 所示統(tǒng)計(jì)結(jié)果。仿真結(jié)果表明，在正常普通運(yùn)營場景（即主線10 輛列車和支線3 輛列車運(yùn)營條件）下，PIS 信息生成的準(zhǔn)確率完全滿足測試大綱中規(guī)定的運(yùn)營24 h 內(nèi)準(zhǔn)確率不低于99%的要求。在同樣線路環(huán)境下對主支線列車數(shù)加倍后進(jìn)行仿真測試，由于各模塊處理數(shù)據(jù)量及模塊間消息量增大、線路復(fù)雜因素增多，到站和預(yù)到站PIS 信息準(zhǔn)確率略有下降，但仍處于7×24 h內(nèi)準(zhǔn)確率不低于95%的可接受范圍，完全滿足現(xiàn)場工程應(yīng)用條件要求。

表1 仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab. 1 Statistics of simulation results

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種基于模塊復(fù)用技術(shù)的PIS 信息生成方法，其采用面向?qū)ο笏枷耄瑒?chuàng)建智軌電車多線路模式下的站臺(tái)模型；通過模塊化處理流程，綜合分析車載狀態(tài)信息數(shù)據(jù)與對應(yīng)運(yùn)行計(jì)劃數(shù)據(jù)，生成站臺(tái)PIS 顯示信息。仿真測試結(jié)果表明，該方法能夠滿足智軌電車PIS系統(tǒng)對不同運(yùn)行線路下智軌電車運(yùn)行做出正確信息播報(bào)，是一種能正確有效解決智軌電車多線路模式下PIS信息生成的方法。

目前該方法對智軌電車運(yùn)營過程中因計(jì)劃臨時(shí)調(diào)整而導(dǎo)致PIS 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的功能還有待進(jìn)一步完善。后續(xù)將對智軌電車商業(yè)運(yùn)營線路的使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和分析，以進(jìn)一步優(yōu)化PIS 信息顯示細(xì)節(jié)處理，為乘客提供智能、高效、準(zhǔn)確的智軌電車PIS 信息。