基于RFID的城市轨道交通客流诱导系统设计

    李雪

    

    

    

    摘要：随着城市轨道交通客流量增大，现有的轨道交通乘客诱导系统已无法满足乘客的日常出行需求。为给乘客提供更精细的出行指导，文章提出基于RFID的城市轨道交通客流诱导系统，分析了系统需求，并对系统进行了初步设计。通过布置站内RFID系统获取乘客实时位置信息，对信息进行实时的分析处理和发布，使直观的路网及车厢客流信息更好的指导乘客出行。

    关键词：城市轨道交通；客流诱导系统；RFID；实时客流信息

    城市轨道交通是备受出行者青睐的交通方式之_，各大城市对轨道交通的建设也在如火如荼进行着。随着城市轨道交通规模不断扩大，其路网结构日益复杂，站内建筑空间相对封闭、客流量大、人群聚集密度高，且客流流向与流线复杂，加上线路客流情况不透明等特点，使出行者对乘车路径的信息获取不足，往往仅能根据时间最短或距离最短原则选择换乘线路，没有获得更加精细有效的客流诱导，导致车厢拥挤和换乘拥堵问题频繁出现。

    现有的城市轨道交通客流诱导系统主要针对突发事件下的大客流应急预案。通过站内视频监控系统等手段观察客流情况，从而确定预案等级，采用广播和人工疏导的方式对客流实施限流、分流措施，不仅诱导效果不佳，更无法满足乘客日常的出行诱导需要。为了有效指导乘客出行，提高乘客出行体验，文章提出以RFID为基础的城市轨道交通客流诱导系统的研究。

    1 系统需求分析

    按照上海地铁新一轮建设规划，到2020年底，上海地铁还将新增9条新线约260余公里里程，形成总规模18条线路、约800公里总里程、500余座车站的庞大轨道交通路网。与此同时地铁日客流量屡创新高。据统计，上海地铁全网工作日平均客流己突破900万大关，节假日前夕的极端客流达到1000万人次。日客流分布呈现“驼峰曲线”特征：日常通勤乘客造成早晚高峰时段地铁拥堵，而在平峰时段客流量较少。客流分布在时间空间上的不均衡使地铁系统运力分配矛盾亟待解决。

    随着智能交通的发展，国内外在道路交通信息监测领域的RFID应用已经相对成熟，如电子不停车收费系统（ETC）、智能停车场、公交调度，电子站牌等。在轨道交通方面，RFID技术主要应用于铁路票务及列车控制系统查询应答器子系统。RFID以信息存储量大、可同时读取数量多、识别距离远、可高速读取、抗干扰性强等特点在交通信息采集方面展现了其独特的优越性，应用于城市轨道交通客面展现了其独特的优越性，应用于城市轨道交通客流诱导系统建设的基本条件已经具备。

    1.1 客流信息时效性

    目前车站客流预测大多通过现有的轨道交通自动售检票系统（AFC）的联机分析处理子系统获取客流起讫点（OD），即各车站的进出站乘客数量，进而利用客流OD信息通过数学模型和相关算法反向推测乘客行进路线，如“四阶段法”、“土地利用法”，BP神经网络交通信息预测法等。这些预测方法不仅难以保证其精确程度，且由于乘客的D站信息只能在其完成整个出行过程后录入，利用历史数据计算得出的轨道交通网络断面流量、换乘流量、各班次列车满载率等客流指标具有极大的滞后性，有必要通过RFID系统对乘客进行更加精确的定位，追踪乘客行进路线，获取最准确、直观，实时的客流信息。

    1.2 系统运力分配需求

    打破传统的客流预测方法，利用RFID系统采集客流信息确定实时的客流需求和客流结构，进而在不同时间、地段配置相应数量、类型、技术等级的移动设备，均衡轨道交通线网运力资源配置、使轨道交通网络化运营管理更加高效和可靠，有效改善路网客流高峰密集、低峰稀疏、关键节点拥堵等问题。

    1.3 建设规划需求

    目前我国城市轨道交通车站建设规划阶段的客流预测值与实际运营过程中的客流值差异巨大，以上海l号线为例，人民广场站进站客流量预测值比实际值高出514%，而上海火车站的预测客流量比实际客流量低50%，客流预测的离散性大，给车站建设初期设施承载能力的判定造成了困难。更精确的客流信息处理方式可以有效指导城市轨道交通的线路布局、车站规划，从而避免后期车站设施设备超负荷运行或资源浪费的发生。

    2 客流诱导系统设计

    城市轨道交通客流诱导系统总体架构如图l所示。乘客所持乘车卡RFID标签，及列车头部配备车载的标签，与站内阅读器互相传递数据，阅读器记录乘客与列车的前进方向、行进路线，并通过无线网络将列车与客流实时数据传递给数据中心。数据中心服务器将处理后的客流信息、列车位置等信息传递给电子显示牌，电子显示牌向乘客展示各线路拥挤程度、各车厢人数等乘客所关心的信息，为乘客出行进行指导。同时，列车运营调度中心通过实时客流信息调度列车，合理分配系统运力，协调轨道交通系统资源。

    2.1 信息采集

    综合经济因素和地铁站实际情况，确定本研究采用无源超高频电子标签对现有乘车卡进行改造，并匹配相应频率的D2184阅读器，具体参数如表1、表2所示。每位乘客所持标签及站内固定阅读器均具有唯一的编号，乘客行进方向可利用其通过相邻两阅读器的先后顺序判断。站内通道、站台的阅读器的布置方案需要根据车站实际规模确定，车厢内的阅读器配备应满足防碰撞的需求，在列车进站前将各车厢乘客人数传输给数据中心，数据中心经过处理将车厢、站台、通道人数信息发布到电子显示牌，指导乘客候车等待和选择换乘路线，避免付费区客流分布不均。

    2.2 信息处理

    RFID电子标签与阅读器之间是通过无线信道共享的方式进行数据通信。因此，在多阅读器和多标签同时发送数据时必然引起两类信号冲突：RFID标签冲突和读写器冲突。为了避免阅读器和标签之间的识别混叠问题，需要分别对其进行防冲突算法设计。

    2.2.1 RFID电子标签防冲突算法 RFID标签防冲突算法主要分为基于二进制树搜索的确定性标签防冲突算法，和基于ALOHA的随机标签防冲突算法。前者在通信数据量较大时依然能够成功识别标签，但读取标签延时较长。后者识别标签速度快，但在系统通信数据量较大时，可能会使标签在很长一段时间内由于冲突而无法被识别，即标签“饿死”现象。