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出品：科普中國

作者：司馬望田

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

自2017年起，每年9月第二周的星期二，都是“地鐵安全日”。

地鐵或許已經融入通勤日常，規範的班次讓大家都司空見慣了，不過你是否有關(guan) 注到站台上的顯示器呢？上邊通常會(hui) 顯示即將到達車次的時間。這個(ge) 時間到底是怎麽(me) 來的，是不是有一雙“無形的大手”在控製著它呢？

圖片由作者自製

答案很顯然，是的。不過顯示器隻是一個(ge) 表現形式，背後實際還有著更深入的實現原理。

一張圖看懂地鐵自動化

地鐵本身作為(wei) 一個(ge) 自動化的係統，在列車的到站時間控製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”。

這裏讓我們(men) 先來虛構一條地鐵線路，給它起名叫西岐地鐵1號線，全線共有14個(ge) 車站，共計65公裏，始發站為(wei) “西岐站”，終點站為(wei) “封神站”，此為(wei) 線路的基礎線路信息。

接下來設計一列名字叫做“子牙號101”的地鐵列車，從(cong) “西岐站”出發，駛向“封神站”，那我們(men) 就可以畫出這樣一張簡易圖。

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這張圖上有一些信息，但不夠多，隻體(ti) 現了車站的名字和車次的名字，那這些折線到底是什麽(me) 意思呢？

別著急，接下來再補充一些關(guan) 鍵信息。

假設“子牙號101”早晨08:00出發，中間要途經12個(ge) 車站，每個(ge) 車站的站間距完全相等。那麽(me) 一共就有13個(ge) 區間（區間就是一個(ge) 車站與(yu) 另一個(ge) 車站之間的路段），每個(ge) 區間也就是65公裏除以13，即5公裏。

“子牙號101”以100公裏/小時的速度勻速行駛，跑一個(ge) 區間即需要5公裏/100=0.05小時，換算成分鍾就是3分鍾。每個(ge) 車站的停站時間為(wei) 1分鍾，到達終點“封神站”後進行列車換端折返，折返時間為(wei) 5分鍾。

在上一張圖的基礎上，我們(men) 更新一些信息，就變成了這樣。

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從(cong) 第二張圖上我們(men) 可以看出，“子牙號101”單程的行駛時間為(wei) ：13個(ge) 區間+12個(ge) 停站時間=13*3+12*1=25min。

08:00出發的列車，在08:25抵達了終點，接下來乘客下車，列車掉頭，花費5分鍾時間，於(yu) 是在08:30，準時返程。返程時間同樣為(wei) 25min，最終在08:55重回始發站“西岐站”。

給大家講完了這張圖，其實聰明的你已經猜出來了，這張圖就是地鐵車站中列車到站時間背後的運行邏輯。

這種圖的學名叫做“列車運行圖”，是地鐵列車控製係統，也就是信號係統的一部分。實際上，地鐵中每天的列車運行安排都來自這張圖，且這張圖屬於(yu) 是地鐵工作人員預先編輯好的，算是一個(ge) “基本列車運行圖”。

這張圖和現實地鐵運行的關(guan) 係是？

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入到信號係統中，進而形成每日的行車計劃。接下來，全天的車次就會(hui) 根據這個(ge) 計劃按部就班地完成行駛任務。每一列車的始發時間、到站時間、停站時間、折返時間，幾乎在這張圖上都被定義(yi) 好了。

事實上，真正的列車運行圖遠比上邊展示的複雜，因為(wei) 上圖僅(jin) 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(ge) 由多車次列車計劃形成的合集，它可能長這樣。

圖片由作者自製

從(cong) 一列車加到五列車，這才稍微像點樣子，感興(xing) 趣的大家可以通過縮寫(xie) 猜猜其餘(yu) 的四列車都叫什麽(me) 號。

去除掉車次號，再加五列車，基本上就形成了大家在網絡上比較容易看到的那種讓人密集恐懼症發作的圖，十列車的列車運行圖的密集程度多少才有一點現實中的樣子。

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當然，注意這裏隻是“基本列車運行圖”，屬於(yu) 是一個(ge) 計劃圖，列車實際運行的時候會(hui) 出現各種各樣的影響因素，比如列車臨(lin) 時停車，乘客誤觸車門等等，多少還是會(hui) 改變一些列車實跡，列車的實際運行圖也會(hui) 隨著實際運營時段的拉長，像“腳印”一樣逐漸體(ti) 現出來，但形狀就會(hui) 變得更加不規則了，和“基本列車運行圖”體(ti) 現在一張圖上，就會(hui) 構成一張密密麻麻的“蛛網”。

車站的列車到站信息從(cong) 何來？

雖然通過上邊的介紹，我們(men) 了解到地鐵列車背後的時間計劃，但這並不是乘客所能看到的信息。列車運行圖信息一般存儲(chu) 在地鐵的調度指揮中心，隻有行車調度人員才能看到，那乘客在車站中看到的信息又是怎麽(me) 來的呢？

這裏就不得不提到一個(ge) 接口了，即信號係統（英文簡稱SIG）和乘客信息係統（英文簡稱PIS）的接口。信號係統就是上文所說的，而乘客信息係統的體(ti) 現之一就包括站台“顯示器”（沒錯，就是小哪吒所在的這張圖），兩(liang) 者之間存在這樣一個(ge) 接口。

圖片由作者自製

簡而言之，信號係統和乘客信息係統在地鐵的控製中心存在一個(ge) 數據交互，信號係統將列車運行到站等基礎行車信息通過接口機，給到乘客信息係統的中心服務器設備，然後再通過有線傳(chuan) 輸，將這部分數據傳(chuan) 遞到各個(ge) 車站，最終通過可視化的方式呈現在“顯示器”上。

當然，每個(ge) 車站給到的信息是一樣的，不過顯示會(hui) 根據具體(ti) 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據的編製難度。

其實除了這個(ge) 地鐵車站中的乘客信息係統“顯示器”以外，我們(men) 還有另一個(ge) 途徑可以看到列車的到站信息，那就是列車乘客信息係統“顯示器”。

經常坐地鐵的朋友在車廂靠近車門的位置也會(hui) 看到類似的顯示器，它就是車載乘客信息係統的一部分，由於(yu) 列車上同樣有信號係統，故列車的運行信息也可以通過列車車載網絡，給到車載PIS“顯示器”，這樣，即使在車上我們(men) 也能看到列車到發站的相關(guan) 信息啦。

地鐵列車的行駛本質並不是雜亂(luan) 無章的，而是通過一套又一套精密係統互相配合、共同完成的。列車的到站時間隻是這個(ge) 龐大係統輸出的一個(ge) 具象，除此之外，列車冷熱車廂的溫度控製、列車人員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。

相信隨著行業(ye) 相關(guan) 技術的進步以及城市公共交通場景的愈加豐(feng) 富，在未來，乘客也將獲得更為(wei) 優(you) 質和差異化的交通出行體(ti) 驗。

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