自2017年起，每年9月第二周的星期二，都是“地铁安全日”。
地铁或许已经融入通勤日常，规范的班次让大家都司空见惯了，不过你是否有关注到站台上的显示器呢？上边通常会显示即将到达车次的时间。这个时间到底是怎么来的，是不是有一双“无形的大手”在控制着它呢？
答案很显然，是的。不过显示器只是一个表现形式，背后实际还有着更深入的实现原理。
一张图看懂地铁自动化
地铁本身作为一个自动化的系统，在列车的到站时间控制上同样拥有着自动化的手段，那就是列车运行图。所有列车的到站时间其实都是通过这张图来进行规划的。所谓列车运行图就是一条线路上所有地铁列车的“线路图”。
这里让我们先来虚构一条地铁线路，给它起名叫西岐地铁1号线，全线共有14个车站，共计65公里，始发站为“西岐站”，终点站为“封神站”，此为线路的基础线路信息。
接下来设计一列名字叫做“子牙号101”的地铁列车，从“西岐站”出发，驶向“封神站”，那我们就可以画出这样一张简易图。
这张图上有一些信息，但不够多，只体现了车站的名字和车次的名字，那这些折线到底是什么意思呢？
别着急，接下来再补充一些关键信息。
假设“子牙号101”早晨08:00出发，中间要途经12个车站，每个车站的站间距完全相等。那么一共就有13个区间（区间就是一个车站与另一个车站之间的路段），每个区间也就是65公里除以13，即5公里。
“子牙号101”以100公里/小时的速度匀速行驶，跑一个区间即需要5公里/100=0.05小时，换算成分钟就是3分钟。每个车站的停站时间为1分钟，到达终点“封神站”后进行列车换端折返，折返时间为5分钟。
在上一张图的基础上，我们更新一些信息，就变成了这样。
从第二张图上我们可以看出，“子牙号101”单程的行驶时间为：13个区间+12个停站时间=13*3+12*1=25min。
08:00出发的列车，在08:25抵达了终点，接下来乘客下车，列车掉头，花费5分钟时间，于是在08:30，准时返程。返程时间同样为25min，最终在08:55重回始发站“西岐站”。
给大家讲完了这张图，其实聪明的你已经猜出来了，这张图就是地铁车站中列车到站时间背后的运行逻辑。
这种图的学名叫做“列车运行图”，是地铁列车控制系统，也就是信号系统的一部分。实际上，地铁中每天的列车运行安排都来自这张图，且这张图属于是地铁工作人员预先编辑好的，算是一个“基本列车运行图”。
这张图和现实地铁运行的关系是？
在地铁日常运营过程中，每天最重要的工作之一就是要把这张图导入到信号系统中，进而形成每日的行车计划。接下来，全天的车次就会根据这个计划按部就班地完成行驶任务。每一列车的始发时间、到站时间、停站时间、折返时间，几乎在这张图上都被定义好了。
事实上，真正的列车运行图远比上边展示的复杂，因为上图仅展示了一列车，而实际每天在线路上运营的可能有十几列甚至几十列车，所以真正看到的“基本列车运行图”是一个由多车次列车计划形成的合集，它可能长这样。
从一列车加到五列车，这才稍微像点样子，感兴趣的大家可以通过缩写猜猜其余的四列车都叫什么号。
去除掉车次号，再加五列车，基本上就形成了大家在网络上比较容易看到的那种让人密集恐惧症发作的图，十列车的列车运行图的密集程度多少才有一点现实中的样子。
当然，注意这里只是“基本列车运行图”，属于是一个计划图，列车实际运行的时候会出现各种各样的影响因素，比如列车临时停车，乘客误触车门等等，多少还是会改变一些列车实迹，列车的实际运行图也会随着实际运营时段的拉长，像“脚印”一样逐渐体现出来，但形状就会变得更加不规则了，和“基本列车运行图”体现在一张图上，就会构成一张密密麻麻的“蛛网”。
车站的列车到站信息从何来？
虽然通过上边的介绍，我们了解到地铁列车背后的时间计划，但这并不是乘客所能看到的信息。列车运行图信息一般存储在地铁的调度指挥中心，只有行车调度人员才能看到，那乘客在车站中看到的信息又是怎么来的呢？
这里就不得不提到一个接口了，即信号系统（英文简称SIG）和乘客信息系统（英文简称PIS）的接口。信号系统就是上文所说的，而乘客信息系统的体现之一就包括站台“显示器”（没错，就是小哪吒所在的这张图），两者之间存在这样一个接口。
简而言之，信号系统和乘客信息系统在地铁的控制中心存在一个数据交互，信号系统将列车运行到站等基础行车信息通过接口机，给到乘客信息系统的中心服务器设备，然后再通过有线传输，将这部分数据传递到各个车站，最终通过可视化的方式呈现在“显示器”上。
当然，每个车站给到的信息是一样的，不过显示会根据具体车站的情况进行差异化显示，这样可以一定程度上降低软件数据的编制难度。
其实除了这个地铁车站中的乘客信息系统“显示器”以外，我们还有另一个途径可以看到列车的到站信息，那就是列车乘客信息系统“显示器”。
经常坐地铁的朋友在车厢靠近车门的位置也会看到类似的显示器，它就是车载乘客信息系统的一部分，由于列车上同样有信号系统，故列车的运行信息也可以通过列车车载网络，给到车载PIS“显示器”，这样，即使在车上我们也能看到列车到发站的相关信息啦。
地铁列车的行驶本质并不是杂乱无章的，而是通过一套又一套精密系统互相配合、共同完成的。列车的到站时间只是这个庞大系统输出的一个具象，除此之外，列车冷热车厢的温度控制、列车人员拥挤程度的显示等等都可以通过自动化和人工智能的手段实现。
相信随着行业相关技术的进步以及城市公共交通场景的愈加丰富，在未来，乘客也将获得更为优质和差异化的交通出行体验。
出品：科普中国
作者：司马望田
监制：中国科学院计算机网络信息中心