軌道交通通信系統中乘客擁擠度監測方案的設計與實現

收稿日期：2023-08-03

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.03.010

摘" 要：為了更好地滿足乘客對軌道交通乘坐舒適度的需求，提升運營管理效益，對乘客流量相關大數據的掌控和管理迫在眉睫，軌道交通通信系統是承載和反饋乘客擁擠度數據的主要實現方式。對軌道交通通信系統中乘客擁擠度監測方案進行了研究，具體闡述了通信系統乘客信息（PIS）網絡組網架構、通信協議和信息發布各個環節的實現方法，實現了針對乘客擁擠度監測的數據采集、傳送、管理和發布功能，為未來智慧軌道交通信息化的建設提供借鑒參考。

關鍵詞：乘客擁擠度監測；城市軌道交通；乘客信息系統；通信系統；智慧軌道交通

中圖分類號：TN925" 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）03-0045-05

Design and Implementation of Passenger Congestion Monitoring Scheme in

Rail Transit Communication System

LIU Lili

（Chongqing Railway Line 9 Construction and Operation Co.， Ltd.，Chongqing" 401120， China）

Abstract： In order to better meet the comfort needs of passengers for rail transit and improve operational management efficiency， it is urgent to control and manage passenger flow related big data. The rail transit communication system is the main implementation method for carrying and feedback passenger congestion data. A study is conducted on the monitoring scheme for passenger congestion in the communication system of rail transit. Implementation methods of each link of the communication system passenger information such as networking architecture， communication protocol， and information release. The data collection， transmission， management， and publishing functions for passenger congestion monitoring are implemented， providing reference for the future construction of smart rail transit informatization.

Keywords： passenger congestion monitoring; urban rail transit; passenger information system; communication system; smart rail transit

0" 引" 言

城市軌道交通系統通常是高效、快速交通運營的選擇，但是城市化進程的加快導致了乘客擁護度的增加，尤其是在突發高峰乘客流量時段，日常例行城市軌道交通系統的容量和排班班次往往顯得捉襟見肘，難以應對[1]。隨著云計算、大數據、物聯網、人工智能、5G、區塊鏈等信息技術的興起與普及[2]，全面感知、深度互聯和智能融合乘客、設施、設備、環境等實體信息[3]，是助力新一代中國式智慧型城市軌道交通發展的必備之舉，為乘客擁擠度監測的實現提供技術上的支撐。

1" 需求情況

乘客擁擠度監測是指列車上采集到的乘客流信息數據，可在列車的PIS顯示屏上發布，也可上傳到地面車站的PIS顯示屏，方便乘客提前了解待乘列車各車廂擁擠度，起到動態自調節客流量和交通誘導的效用；同時將數據實時反饋給每個車站的車控室，通過綜合監控人機界面顯示車站乘客分布圖，可為運營管理中心提供實時的乘客統計數據、線路滿載率、列車擁擠度等信息，從而起到本線路軌道交通范圍內對乘客流量實時監控、預測及指導實施合理調度列車班次的作用。

未來全市軌道交通所有線路成功部署乘客擁擠度監測后，將使所有運營線路的客流量數據透明化，可實現全市運營服務平臺（手機APP或微信公眾號）向市民發布擁擠度信息，引導市民合理安排出行規劃[4]。通過一定時期內搜集到的全市客流量統計大數據，可實現提前安排調度運營資源，對乘客流量進行合理疏導，也可為將來新建線路規劃決策、多條線路跨線運營決策等提供數據支撐。

乘客擁擠度監測是指利用現有通信系統網絡搜集、處理分析數據，最終完成客流量相關信息發布[5]。因此，本文根據現有軌道交通通信系統乘客信息PIS系統特點，設計一種乘客擁擠度監測在通信系統的乘客信息（PIS）系統中的實現方案，其可行性已在新建的軌道交通線路運營中得以驗證。

2" 網絡架構設計

2.1" 整體網絡架構

乘客擁擠度通信系統的設計基于現有軌道交通中已成熟應用的通信網絡，需要采用相關的通信協議實現采集、管理和發布等功能的新增[6]。

整體架構如圖1所示，在列車上安裝乘客計數傳感器，傳感器將采集到的乘客人流數據通過車地無線WLAN網絡借助通信系統中的PIS系統上傳至地面控制中心的人流運算服務器進行數據分析，服務器將各車廂人數、擁擠度指數的分析結果上傳至PIS系統服務器主機，分發到各列車車廂PIS屏，供乘客查看參考；同時PIS系統服務器主機將相關數據傳送給綜合監控服務器主機，各車控室綜合監控人機界面可顯示車站乘客分布圖供運營管理人員查看參考。相關數據也可通過后臺發布到軌道交通公眾號/APP上，供乘客查詢線路擁擠度、車輛滿載率，方便乘客合理安排出行計劃。

2.2" 列車組網方案

列車內的乘客擁擠度監測體系由乘客計數器、計數器接入交換機、車載乘客信息（PIS）系統、車載車地無線（WLAN）系統、軌旁無線AP組成。

乘客計數器是安裝在門區上方和貫通道上方的紅外傳感器裝置，其核心技術歸納為三個關鍵詞：紅外原理、TOF測量技術、3D視角。通俗來講，就是基于紅外原理結合飛行時間技術，快速精準地捕捉人在三維空間中的影像，從而實現精確的識別。計數分兩步完成：

1）首先判斷這是一個人（利用打出來的500個像素的矩陣，捕捉人的特征越多越好，重點是捕捉頭和肩膀特征）。然后一直捕捉人行走的軌跡，結合傳感器內部的算法，當人跨過某個設定線的時候，被視為進出車門。再結合人行走方向確定其是上車還是下車，從而實現上下車的次數記錄，統計出上下車人數。

2）各車廂的多個乘客計數器采集到人數信息后，通過計數器車載交換機接入車載乘客信息（PIS）系統接入交換機[7]，再通過車地無線802.11ac協議的通信鏈路將數據傳輸至地面PIS系統，如圖2所示。

2.3" 地面組網方案

地面組網方案如圖3所示，在軌道線路的控制中心配置一臺乘客信息計數中心線路服務器，用來統計分析本線路所有車輛客流數量。經運算得出數據后，可通過中心PIS控制服務器將數據下發至各車站，通過乘客信息PIS系統的顯示屏站內顯示對乘客進行指引，車控室綜合監控系統的顯示內容可供運營人員進行合理的管理調度。車站實行綜合監控（ISCS）系統和乘客信息（PIS）系統互聯，實現乘客擁擠度信息向運營管理人員和乘客的發布[8]。

車載乘客信息計數系統的上行數據通過車地無線802.11ac通信鏈路傳輸至控制中心的PIS中心交換機，再由PIS系統將數據包傳送給乘客信息計數中心線路服務器；下行數據也是通過乘客信息系統（PIS）的網絡通道進行傳輸的。

3" 通信協議

乘客計數系統除了分析各車廂擁擠度、列車滿載率和線路滿載率之外，還會協助地面控制中心對列車運行過程中人流數據的動態變化進行監控和分析，包括但不限于以下功能：

統計列車經過各車站時乘客人數變化，以確定各車站人流量大小，從而根據客流量分配與之匹配的服務資源；統計各車門上下乘客的數量，以分析各車站乘客車廂選擇偏好，為車站內乘客疏導提供參考。

3.1" 通信數據包

相關協議內容在車載乘客計數器通過車載乘客信息（PIS）系統中的車地無線通信鏈路向乘客擁擠監測中心服務器主機發送。乘客信息（PIS）系統只提供承載乘客計數數據傳送的通道，不進行數據解析，具體解析業務由乘客擁擠監測系統的中心服務器負責處理。

3.1.1" 全車數據

該數據包共計48字節。數據流向：本幀數據流向為由乘客擁擠度監測中心線路服務器向乘客信息系統中心PIS主機發送。全車數據包格式如表1、表2所示。

3.1.2" 各計數器數據

本數據包共計27字節，每個乘客計數傳感器都會對應一個該格式的數據包，各計數器數據包格式如表3、表4所示。數據流向：本幀數據流向為由乘客擁擠度監測中心線路服務器向乘客信息系統中心PIS主機發送。

3.2" 中心線路服務器與PIS主機通信協議

乘客信息系統PIS中心服務器需要接收來自乘客擁擠度[9，10]系統的通信數據包，對數據進行顯示和發布。表1列出了乘客計數系統發給地面線路服務器的整車數據通信協議，端口地址為8888，輪詢周期為64 ms，端口大小為64 byte。車載乘客計數系統與PIS中心服務器整車數據通信協議如表5所示。

3.3" 新增乘客擁擠度功能部署實現

根據通信協議，乘客信息（PIS）系統新增乘客擁擠度功能部署實現，主機需上傳新程序修改配置文件，實現過程如下：

將新程序ATS.jar上傳到/opt/ATSA和/opt/ATSB兩個目錄下，再修改/opt/ATSA和/opt/ATSB兩個目錄下的config.txt配置文件，使用命令vi config.txt編輯配置文件，在末尾追加以下內容：

crowdedReceiveIP#=234.1.1.5——計數系統接收IP

crowdedReceivePort#=8888——計數系統接收端口

crowdedSendIP#=235.1.1.5——綜合監控接口程序IP

crowdedSendPort#=13579——綜合監控接口程序端口

4" 乘客擁擠度采集數據的運用

4.1" 擁擠度等級劃分

車廂擁擠度等級劃分如表6所示。

表6" 乘客擁擠度等級劃分表

擁擠度等級 單車人數/人 全車人數/人 小人圖標顯示/人

舒適（AW1以下） 0～42 0～42 0～252 1

適中（AW1至AW2） 43～246 43～260 253～532 2

擁擠（AW2至AW3） ≥247 ≥261 ≥1 533 3

4.2" 車站PIS屏的顯示效果

車廂使用人的圖像（3人、2人、1人）來顯示擁擠程度，顯示行車方向和車廂號，下一列車顯示時間為當前列車關門即顯示下一列車擁擠度信息，如圖4所示。

4.3" 車站綜合監控平臺顯示效果

如圖5所示，在綜合監控（ISCS）人機界面上增加乘客分布圖畫面，畫面內容描述如下：

下一輛列車服務號、總人數、每節車廂人數，通過小人圖標的人數（3人、2人、1人）來表示列車內擁擠程度；下下輛列車服務號、總人數、每節車廂人數，通過小人圖標的人數（3人、2人、1人）來表示列車內擁擠程度。

5" 結" 論

通信系統乘客信息（PIS）系統中乘客擁擠度的監測，是通過乘客信息（PIS）系統承載其乘客信息的數據包進行分發、管理的，很好地實現了乘客擁擠度信息的透明化。鑒于后續逐步升級至智慧軌道交通，這種借助通信系統采信、傳送和發布的實現方式可用于任何運營增值信息的感知，以整合軌道交通運行過程中的大數據搜集、整合和消化。該方式不會破壞現有軌道交通的相關系統，很大程度上節省了工程投資，其可行性已在新建的軌道交通線路運營中得以驗證。

參考文獻：

[1] 趙軍輝，張丹陽，賀林.智慧城軌交通通信技術的分析與展望 [J].電信科學，2021，37（4）：1-13.

[2] 張雷，翟小旺.市域鐵路智慧乘客信息系統功能研究 [J].鐵道建筑技術，2022（7）：116-120.

[3] 梁瑜，何世偉，宋瑞，等.智慧城市軌道交通系統架構研究 [J.]城市軌道交通研究，2022，25（4）：95-99.

[4] 張亦弛.智慧城市軌道交通運營管理信息化建設研究 [J].中國設備工程，2022（4）：39-40.

[5] 胡記偉，楊泳，袁凌，等.軌道交通通信系統智慧運維關鍵技術研究及應用 [J]電子技術與軟件工程，2021（5）：136-138.

[6] 張健.地鐵車廂擁擠度實時監測顯示技術研究 [J].物聯網技術，2021，11（5）：90-91+95.

[7] 楊永銘.軌道交通車載智能數字視頻監控系統設計與應用 [J].鐵道通信信號，2015，51（0z1）：54-56.

[8] 何潔.上海城市軌道交通通信系統技術發展規劃研究 [J].城市軌道交通研究，2022，25（6）：128-133.

[9] 王世軼，祁勇，潘永劍，等.一種地鐵車廂擁擠度智能監測系統的研究 [J].電子設計工程，2022，30（17）：55-59.

[10] 徐明功，呂平，程海林.城市軌道交通乘客信息系統互聯互通探索 [J].交通世界，2020（10）：158-160.

作者簡介：劉麗莉（1976—），女，漢族，四川雅安人，高級工程師，碩士研究生，研究方向：智慧軌道交通信息工程。