李貝貝，徐東平

（中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

隨著現(xiàn)代軌道交通技術(shù)的發(fā)展，我國鐵路對列車的運行速度、穩(wěn)定性、自動化及智能化等方面均提出了更高的要求。2017年“復(fù)興號”的問世，使中國標準動車組從“中國制造”到“中國標準”，實現(xiàn)了從自主研發(fā)到引領(lǐng)世界動車的創(chuàng)新發(fā)展[1]。過去，高速鐵路列車乘務(wù)人員對旅客進行檢票時，需要交互式地與旅客現(xiàn)場溝通，以核查車票與席位之間的對應(yīng)關(guān)系或確定該席位是否被占用，造成工作效率低下及對旅客的打擾。隨著“復(fù)興號”動車組智能化、創(chuàng)新化的提升，列車服務(wù)效率及旅客出行體驗也需隨之提升。

近年來，關(guān)于鐵路列車席位信息化管理方面的研究發(fā)展迅速。德國鐵路研發(fā)的座位管理系統(tǒng)以客流分析應(yīng)用為主，具有防占座的功能[2]；比利時鐵路研發(fā)的座位管理系統(tǒng)通過液晶顯示器顯示列車席位的占用和非占用狀態(tài)，并以紅色和綠色指示燈進行區(qū)分[3]。本文通過整合車載旅客信息系統(tǒng)（PIS，Passenger Information System）、地面鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)（簡稱：客票系統(tǒng)）及相關(guān)硬件設(shè)備，在“復(fù)興號”動車組上設(shè)計并應(yīng)用了座位信息顯示系統(tǒng)（簡稱：座顯系統(tǒng)），提升了“復(fù)興號”動車組的科技感和鐵路旅客出行途中的獲得感。

1 座顯系統(tǒng)架構(gòu)

座顯系統(tǒng)部署在“復(fù)興號”標準動車組和“復(fù)興號”智能動車組上，外部通過無線專用網(wǎng)絡(luò)（簡稱：專網(wǎng)）聯(lián)動地面鐵路客票系統(tǒng)，內(nèi)部通過有線局域網(wǎng)聯(lián)動座位信息接入點、座位信息控制器、車載PIS、列車總線（千兆以太網(wǎng)）、車載天線、座位顯示網(wǎng)關(guān)及座位信息顯示器等多個單元[4]，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 座顯系統(tǒng)總體架構(gòu)

（1）車載PIS。內(nèi)部存儲了列車運行的線路信息，是座顯系統(tǒng)開始工作的觸發(fā)單元。車載PIS通過定位列車地理位置信息、檢測列車時速及列車車門開關(guān)狀態(tài)等信息，綜合判斷列車?？康木唧w車站，通過列車總線向座位信息控制器發(fā)送指令。

（2）座位信息控制器。接收車載PIS發(fā)送的車次、當(dāng)前站和運行日期等列車運行信息，進行業(yè)務(wù)邏輯組織后，通過有線網(wǎng)線向座位信息接入點請求鐵路客票席位數(shù)據(jù)，并通過列車總線與各車廂的座位顯示網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)交互。

（3）座位信息接入點。全列車設(shè)置一個接入點，是座顯系統(tǒng)的車地通信單元，自帶無線通信模塊，支持移動專網(wǎng)4G或鐵路專用的GSM-R網(wǎng)絡(luò)，通過車載天線收發(fā)無線信號，實現(xiàn)與鐵路客票系統(tǒng)之間的安全連接[5]。座位信息接入點通過專網(wǎng)與地面客票信息服務(wù)器進行信息交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸與組織，吞吐具體車次最新的座位售票信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)響應(yīng)給座位信息控制器。

（4）座位顯示網(wǎng)關(guān)。每節(jié)車廂均設(shè)置一個座位顯示網(wǎng)關(guān)，負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)本車廂各席位售票狀態(tài)，同時負責(zé)各座位信息顯示器的供電及管理。座位顯示網(wǎng)關(guān)通過RS-485總線與座位信息顯示器互聯(lián)，控制座位信息顯示器的狀態(tài)。

（5）座位信息顯示器：內(nèi)部集成了三色LED（發(fā)光二極管）指示燈，用于指示對應(yīng)座位的售票狀態(tài)[6-7]。座位信息顯示器一般安裝在列車兩側(cè)壁行李架側(cè)墻板處，少數(shù)車廂的座位信息顯示器安裝在座椅側(cè)邊緣，臥鋪車型則安裝在包廂入口邊緣。

2 座顯系統(tǒng)設(shè)計

2.1 座位信息接入點

座位信息接入點內(nèi)部基本邏輯模塊如圖2所示。其中，業(yè)務(wù)統(tǒng)一接入、業(yè)務(wù)核心組織和客票文件收發(fā)模塊是座顯系統(tǒng)內(nèi)客票數(shù)據(jù)處理時的不同業(yè)務(wù)階段，在處理車地間客票數(shù)據(jù)時各司其職；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)撥號與鏈路維護單元是座位信息接入點中上述業(yè)務(wù)模塊正常運行的基礎(chǔ)，保障了硬件終端與專網(wǎng)通道的正常連接，并被地面鐵路客票系統(tǒng)遠程監(jiān)控與管理；系統(tǒng)與業(yè)務(wù)監(jiān)控模塊為座顯系統(tǒng)的運營維護人員提供了管理與操作入口。

圖2 座位信息接入點內(nèi)部邏輯模塊

（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)撥號與鏈路維護。座位信息接入點通過操作系統(tǒng)的內(nèi)置專網(wǎng)接入點配置等基礎(chǔ)信息，整合硬件通信模塊的AT（Attention）指令集，以撥號的方式實現(xiàn)了與地面鐵路客票系統(tǒng)之間基于設(shè)備指紋的專網(wǎng)接入，維護無線專網(wǎng)的鏈路狀態(tài)。

（2）業(yè)務(wù)統(tǒng)一接入。通過應(yīng)用程序編程接口，接收外部座位信息控制器的請求指令，并轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務(wù)核心組織單元。業(yè)務(wù)統(tǒng)一接入與座位信息控制器交互的過程中，提供系統(tǒng)認證、業(yè)務(wù)流程審計及請求頻率控制等功能。

（3）業(yè)務(wù)核心組織?？刂瓶推蔽募瞻l(fā)模塊與地面鐵路客票系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互規(guī)則，對已下載的客票數(shù)據(jù)進行邏輯組織，業(yè)務(wù)統(tǒng)一接入模塊響應(yīng)組織后的客票數(shù)據(jù)。該模塊檢測接入點硬件與車體的綁定信息，定時向地面鐵路客票系統(tǒng)上報終端指紋與業(yè)務(wù)信息，同時為系統(tǒng)與業(yè)務(wù)監(jiān)控模塊提供數(shù)據(jù)與交互接口。

（4）客票文件收發(fā)?；谲嚨?zé)o線專網(wǎng)鏈路保障的情況下，實現(xiàn)與地面鐵路客票系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無線交互。數(shù)據(jù)無線交互的過程中，因?qū)＞W(wǎng)制式或列車行進中網(wǎng)絡(luò)強弱等不同，可進行必要的數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳和數(shù)據(jù)存儲等。

（5）系統(tǒng)與業(yè)務(wù)監(jiān)控。實現(xiàn)座位信息接入點硬件各項運行指標的統(tǒng)計和可視化展示；提供系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)撥號的界面化管理工具；支持業(yè)務(wù)模塊的升級與日志下載；支持當(dāng)前運行車次的座顯信息查詢等。

硬件方面，座位信息接入點采用標準的1U機箱，是座位信息中央處理單元，由CPU板卡、4G模塊承載板、電源轉(zhuǎn)接板、網(wǎng)絡(luò)接口板、內(nèi)存、硬盤、通信模塊、機箱體、散熱器及電源等組成。因此，除業(yè)務(wù)功能外，座位信息接入點還需滿足列車車載設(shè)備的抗震性、抗疲勞性、高低溫耐受性等要求；受限于鐵路列車的特殊運行環(huán)境，座位信息接入點還應(yīng)滿足硬件尺寸、硬件穩(wěn)定性及可擴展等要求。

2.2 車地數(shù)據(jù)通信

座顯系統(tǒng)的車地通信主要通過座位信息接入點實現(xiàn)。在座位信息接入點插入支持移動專網(wǎng)2G/3G/4G或鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R，Global System for Mobile Communications-Railway）網(wǎng)絡(luò)的專用SIM卡，通過設(shè)定撥號配置，實現(xiàn)專網(wǎng)接入。車地數(shù)據(jù)通信的過程如圖3所示。

圖3 座顯系統(tǒng)車地通信過程

鐵路客票系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)同步，將客票數(shù)據(jù)傳送到站車無線交互平臺，以便座顯系統(tǒng)進行下載使用。站車無線交互平臺實現(xiàn)了鐵路客票原始數(shù)據(jù)與座顯數(shù)據(jù)的隔離，保護了鐵路客票系統(tǒng)的安全性。座位信息接入點與站車無線交互平臺之間的網(wǎng)絡(luò)通道，復(fù)用站車無線交互通道，采用了自研的基于用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP，User Datagram Protocol）的自定義站車無線交互協(xié)議（WTPTS，Wireless Transmission Protocol for Train and Station），約束和定義了數(shù)據(jù)消息包頭、消息包體和消息內(nèi)容[8-9]，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃员Ｕ?。座位信息接入點收發(fā)的信息，經(jīng)過列車總線實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，通過座位信息控制器和座位顯示網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)分發(fā)。

2.3 數(shù)據(jù)組織

座顯系統(tǒng)涉及的鐵路客票席位數(shù)據(jù)包括車次、?？空?、定員、全程預(yù)覽信息及席位更新信息等。其中，列車車次、?？空炯岸▎T信息由鐵路客票系統(tǒng)在列車發(fā)車前1天生成；全程預(yù)覽信息在列車開行前1 h生成；席位更新信息根據(jù)沿途不同客運車站的客票售賣情況即時動態(tài)更新。

鐵路客票系統(tǒng)根據(jù)車次數(shù)據(jù)，組合出列車唯一的全車次信息，通過全車次與列車發(fā)車日期關(guān)聯(lián)?？空緮?shù)據(jù)，并在圖定的時間范圍內(nèi)關(guān)聯(lián)定員和全程預(yù)覽信息。席位更新數(shù)據(jù)在全程預(yù)覽信息的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)每個席位在不同區(qū)間車站時的動態(tài)更新，進而形成擔(dān)當(dāng)車次的席位數(shù)據(jù)信息，并組合為座顯系統(tǒng)可展示的數(shù)據(jù)格式。每個車廂的不同席位數(shù)據(jù)，由不同的數(shù)據(jù)標識反映，記錄為未售、已售、預(yù)售3類綜合信息。

3 座顯系統(tǒng)應(yīng)用

座位信息顯示器安裝在行李架側(cè)墻聚酯（PC，Polycarbonate）板后方，并在PC板的絲印鏤空區(qū)域提供LED背光。設(shè)備前PC板按顯示內(nèi)容絲印，設(shè)備提供白色背光；其他部分PC版作透明開窗處理，設(shè)備提供LED指示燈。實際應(yīng)用效果如圖4所示。

圖4 座顯系統(tǒng)座位信息指示燈應(yīng)用效果

座位信息顯示器通過顏色反映列車席位信息。紅色表示“已售”，代表該席位當(dāng)前站有人且下一站也有人；黃色表示“預(yù)售”，代表該席位當(dāng)前站無人，但下一站開始有人；綠色表示“未售”，代表該席位當(dāng)前站無人且下一站也沒有人。

4 結(jié)束語

目前，“復(fù)興號”標準動車組已在國內(nèi)多個省市實現(xiàn)了運營全覆蓋，座顯系統(tǒng)現(xiàn)已成為“復(fù)興號”動車組的標準配置。座顯系統(tǒng)的上線與應(yīng)用，以旅客便捷出行為目標，依托列車席位顯示媒介，綜合運用數(shù)據(jù)建模、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，為旅客提供了基于列車的個性化、智能化出行服務(wù)，創(chuàng)新了鐵路出行服務(wù)模式。本文基于地面鐵路客票系統(tǒng)，結(jié)合車載PIS，實現(xiàn)了列車席位數(shù)據(jù)的智能組織和運算，有效減少了列車乘務(wù)人員的工作量，提升了檢/驗票效率，輔助提升了“復(fù)興號”動車組的智能化水平及旅客出行途中的獲得感。未來將以座顯系統(tǒng)作為車地專網(wǎng)無線接入通道，不斷向旅客列車提供鐵路客票系統(tǒng)服務(wù)業(yè)務(wù)，持續(xù)提升鐵路列車客運智能化服務(wù)水平。