李贝贝，徐东平

（中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081）

随着现代轨道交通技术的发展，我国铁路对列车的运行速度、稳定性、自动化及智能化等方面均提出了更高的要求。2017年“复兴号”的问世，使中国标准动车组从“中国制造”到“中国标准”，实现了从自主研发到引领世界动车的创新发展[1]。过去，高速铁路列车乘务人员对旅客进行检票时，需要交互式地与旅客现场沟通，以核查车票与席位之间的对应关系或确定该席位是否被占用，造成工作效率低下及对旅客的打扰。随着“复兴号”动车组智能化、创新化的提升，列车服务效率及旅客出行体验也需随之提升。

近年来，关于铁路列车席位信息化管理方面的研究发展迅速。德国铁路研发的座位管理系统以客流分析应用为主，具有防占座的功能[2]；比利时铁路研发的座位管理系统通过液晶显示器显示列车席位的占用和非占用状态，并以红色和绿色指示灯进行区分[3]。本文通过整合车载旅客信息系统（PIS，Passenger Information System）、地面铁路客票发售和预订系统（简称：客票系统）及相关硬件设备，在“复兴号”动车组上设计并应用了座位信息显示系统（简称：座显系统），提升了“复兴号”动车组的科技感和铁路旅客出行途中的获得感。

1 座显系统架构

座显系统部署在“复兴号”标准动车组和“复兴号”智能动车组上，外部通过无线专用网络（简称：专网）联动地面铁路客票系统，内部通过有线局域网联动座位信息接入点、座位信息控制器、车载PIS、列车总线（千兆以太网）、车载天线、座位显示网关及座位信息显示器等多个单元[4]，系统架构如图1所示。

图1 座显系统总体架构

（1）车载PIS。内部存储了列车运行的线路信息，是座显系统开始工作的触发单元。车载PIS通过定位列车地理位置信息、检测列车时速及列车车门开关状态等信息，综合判断列车停靠的具体车站，通过列车总线向座位信息控制器发送指令。

（2）座位信息控制器。接收车载PIS发送的车次、当前站和运行日期等列车运行信息，进行业务逻辑组织后，通过有线网线向座位信息接入点请求铁路客票席位数据，并通过列车总线与各车厢的座位显示网关进行数据交互。

（3）座位信息接入点。全列车设置一个接入点，是座显系统的车地通信单元，自带无线通信模块，支持移动专网4G或铁路专用的GSM-R网络，通过车载天线收发无线信号，实现与铁路客票系统之间的安全连接[5]。座位信息接入点通过专网与地面客票信息服务器进行信息交互，实现数据的无线传输与组织，吞吐具体车次最新的座位售票信息和状态数据，并将数据响应给座位信息控制器。

（4）座位显示网关。每节车厢均设置一个座位显示网关，负责转发本车厢各席位售票状态，同时负责各座位信息显示器的供电及管理。座位显示网关通过RS-485总线与座位信息显示器互联，控制座位信息显示器的状态。

（5）座位信息显示器：内部集成了三色LED（发光二极管）指示灯，用于指示对应座位的售票状态[6-7]。座位信息显示器一般安装在列车两侧壁行李架侧墙板处，少数车厢的座位信息显示器安装在座椅侧边缘，卧铺车型则安装在包厢入口边缘。

2 座显系统设计

2.1 座位信息接入点

座位信息接入点内部基本逻辑模块如图2所示。其中，业务统一接入、业务核心组织和客票文件收发模块是座显系统内客票数据处理时的不同业务阶段，在处理车地间客票数据时各司其职；系统网络拨号与链路维护单元是座位信息接入点中上述业务模块正常运行的基础，保障了硬件终端与专网通道的正常连接，并被地面铁路客票系统远程监控与管理；系统与业务监控模块为座显系统的运营维护人员提供了管理与操作入口。

图2 座位信息接入点内部逻辑模块

（1）系统网络拨号与链路维护。座位信息接入点通过操作系统的内置专网接入点配置等基础信息，整合硬件通信模块的AT（Attention）指令集，以拨号的方式实现了与地面铁路客票系统之间基于设备指纹的专网接入，维护无线专网的链路状态。

（2）业务统一接入。通过应用程序编程接口，接收外部座位信息控制器的请求指令，并转发给业务核心组织单元。业务统一接入与座位信息控制器交互的过程中，提供系统认证、业务流程审计及请求频率控制等功能。

（3）业务核心组织。控制客票文件收发模块与地面铁路客票系统之间的数据交互规则，对已下载的客票数据进行逻辑组织，业务统一接入模块响应组织后的客票数据。该模块检测接入点硬件与车体的绑定信息，定时向地面铁路客票系统上报终端指纹与业务信息，同时为系统与业务监控模块提供数据与交互接口。

（4）客票文件收发。基于车地无线专网链路保障的情况下，实现与地面铁路客票系统之间的数据无线交互。数据无线交互的过程中，因专网制式或列车行进中网络强弱等不同，可进行必要的数据断点续传和数据存储等。

（5）系统与业务监控。实现座位信息接入点硬件各项运行指标的统计和可视化展示；提供系统网络拨号的界面化管理工具；支持业务模块的升级与日志下载；支持当前运行车次的座显信息查询等。

硬件方面，座位信息接入点采用标准的1U机箱，是座位信息中央处理单元，由CPU板卡、4G模块承载板、电源转接板、网络接口板、内存、硬盘、通信模块、机箱体、散热器及电源等组成。因此，除业务功能外，座位信息接入点还需满足列车车载设备的抗震性、抗疲劳性、高低温耐受性等要求；受限于铁路列车的特殊运行环境，座位信息接入点还应满足硬件尺寸、硬件稳定性及可扩展等要求。

2.2 车地数据通信

座显系统的车地通信主要通过座位信息接入点实现。在座位信息接入点插入支持移动专网2G/3G/4G或铁路专用数字移动通信系统（GSM-R，Global System for Mobile Communications-Railway）网络的专用SIM卡，通过设定拨号配置，实现专网接入。车地数据通信的过程如图3所示。

图3 座显系统车地通信过程

铁路客票系统通过数据同步，将客票数据传送到站车无线交互平台，以便座显系统进行下载使用。站车无线交互平台实现了铁路客票原始数据与座显数据的隔离，保护了铁路客票系统的安全性。座位信息接入点与站车无线交互平台之间的网络通道，复用站车无线交互通道，采用了自研的基于用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）的自定义站车无线交互协议（WTPTS，Wireless Transmission Protocol for Train and Station），约束和定义了数据消息包头、消息包体和消息内容[8-9]，实现了数据传输的可靠性保障。座位信息接入点收发的信息，经过列车总线实现内部数据传输，通过座位信息控制器和座位显示网关进行数据分发。

2.3 数据组织

座显系统涉及的铁路客票席位数据包括车次、停靠站、定员、全程预览信息及席位更新信息等。其中，列车车次、停靠站及定员信息由铁路客票系统在列车发车前1天生成；全程预览信息在列车开行前1 h生成；席位更新信息根据沿途不同客运车站的客票售卖情况即时动态更新。

铁路客票系统根据车次数据，组合出列车唯一的全车次信息，通过全车次与列车发车日期关联停靠站数据，并在图定的时间范围内关联定员和全程预览信息。席位更新数据在全程预览信息的基础上，实现每个席位在不同区间车站时的动态更新，进而形成担当车次的席位数据信息，并组合为座显系统可展示的数据格式。每个车厢的不同席位数据，由不同的数据标识反映，记录为未售、已售、预售3类综合信息。

3 座显系统应用

座位信息显示器安装在行李架侧墙聚酯（PC，Polycarbonate）板后方，并在PC板的丝印镂空区域提供LED背光。设备前PC板按显示内容丝印，设备提供白色背光；其他部分PC版作透明开窗处理，设备提供LED指示灯。实际应用效果如图4所示。

图4 座显系统座位信息指示灯应用效果

座位信息显示器通过颜色反映列车席位信息。红色表示“已售”，代表该席位当前站有人且下一站也有人；黄色表示“预售”，代表该席位当前站无人，但下一站开始有人；绿色表示“未售”，代表该席位当前站无人且下一站也没有人。

4 结束语

目前，“复兴号”标准动车组已在国内多个省市实现了运营全覆盖，座显系统现已成为“复兴号”动车组的标准配置。座显系统的上线与应用，以旅客便捷出行为目标，依托列车席位显示媒介，综合运用数据建模、物联网等技术，为旅客提供了基于列车的个性化、智能化出行服务，创新了铁路出行服务模式。本文基于地面铁路客票系统，结合车载PIS，实现了列车席位数据的智能组织和运算，有效减少了列车乘务人员的工作量，提升了检/验票效率，辅助提升了“复兴号”动车组的智能化水平及旅客出行途中的获得感。未来将以座显系统作为车地专网无线接入通道，不断向旅客列车提供铁路客票系统服务业务，持续提升铁路列车客运智能化服务水平。