明らかに：地下鉄の到着時間を計算する方法は？出発と到着の「時間の魔法」！

制作：中国科学普及協会

著者: 司馬望天

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター

2017年より、毎年9月の第2週の火曜日は「地下鉄安全の日」となっています。

地下鉄は毎日の通勤の一部となり、標準化された時刻表は誰にとっても当たり前のものとなっているかもしれませんが、プラットフォーム上の表示に注目したことがありますか?通常、次の電車の時刻が上に表示されます。この時間はどこから来るのでしょうか?それを制御する「見えない大きな手」があるのでしょうか?

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答えは明らかです。はい。しかし、表示は単なる表現形式であり、実際にはその背後にはより深い実装原理が存在します。

地下鉄の自動化を1枚の写真で理解する

地下鉄自体も自動化システムとして、列車の到着時間、つまり列車のスケジュールを制御するための自動化手段を備えています。実際にすべての列車の到着時刻はこの地図に基づいて計画されています。いわゆる列車運行図は、路線上のすべての地下鉄列車の「路線図」です。

まず、架空の地下鉄路線を作成し、西旗地下鉄 1 号線と名付けます。路線には 14 の駅があり、総距離は 65 キロメートルです。始発駅は「西七駅」、終着駅は「豊神駅」です。ラインの基本的なライン情報です。

次に、「西旗駅」から出発して「豊神駅」に向かう「紫野101」という地下鉄の電車を設計すると、次のような簡単な図を描くことができます。

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この写真にはいくらかの情報がありますが、十分ではありません。駅名と列車名のみ表示されます。では、これらの破線は何を意味するのでしょうか?

心配しないでください。次に重要な情報を追加します。

「子雅101号」が午前8時に出発し、12の駅を通過し、各駅間の距離がまったく同じであると仮定します。そして、合計 13 セクション (セクションとは、1 つの駅から別の駅までの道路の区間) があり、各セクションは 65 キロメートルを 13 で割った 5 キロメートルになります。

「ジーヤ101号」は時速100キロメートルの一定速度で走行します。 1区間を完走するには5キロメートル÷100=0.05時間かかり、分に換算すると3分になります。各駅での停車時間は1分です。終点「鳳神駅」到着後、列車は行き先を変えて折り返し、折り返し時間は5分です。

前回の写真を元に、いくつか情報を更新すると、次のようになります。

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2枚目の写真から、「Ziya No. 101」の片道の所要時間は、13区間+12停留所=13*3+12*1=25分であることがわかります。

列車は08:00に出発し、08:25にターミナルに到着しました。その後、乗客は下車し、列車は5分かけて方向転換し、定刻通り午前8時30分に戻りました。復路も25分かかり、列車は08:55に出発駅である西旗駅に戻ります。

私がこの絵についてあなたに説明した後、賢いあなたは実際にそれを推測しました。この図は、地下鉄駅における列車の到着時間の動作ロジックです。

この図の学名は「列車運行図」で、地下鉄の列車制御システム、つまり信号システムの一部です。実は、地下鉄の毎日の列車運行スケジュールはこの地図から来ており、この地図は地下鉄の職員によって事前に編集されており、「基本的な列車運行図」とみなすことができます。

この写真と実際の地下鉄運行にはどのような関係があるのでしょうか？

地下鉄の日常的な運行において、毎日最も重要なタスクの 1 つは、この地図を信号システムにインポートし、毎日の運転計画を作成することです。次に、一日を通してすべての列車がこの計画に従って段階的に運転業務を完了します。各列車の出発時刻、到着時刻、停車時刻、帰着時刻はほぼすべてこの地図上に定義されています。

実は、実際の列車運行ダイヤは、上に示したものよりはるかに複雑です。上図は 1 本の列車しか示しておらず、毎日その路線で十数本、場合によっては数十本の列車が運行されている可能性があるため、実際に目にする「基本的な列車運行ダイヤ」は複数の列車プランの集合体となり、次のようになります。

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列車が 1 台から 5 台になると、1 台のように見えます。興味のある方は、略称に基づいて他の 4 つの列車の名前を推測することができます。

列車番号を削除して 5 つの列車を追加すると、基本的に、インターネットで簡単に見られるトライポフォビアを誘発するような図が得られます。 10本の列車が走る列車ダイヤの密度は、ほぼ現実に近い。

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もちろん、これはあくまでも「基本的な列車運行ダイヤ」、つまり予定ダイヤである点にご留意ください。実際に列車が走行しているときには、列車が一時停止したり、乗客が誤ってドアに触れたりするなど、さまざまな影響要因が現れ、列車の実際の軌道は多かれ少なかれ変化します。実際の列車の運行ダイヤも、実際の運行期間が長くなるにつれて徐々に「足跡」のように浮かび上がってきますが、その形状はより不規則になり、「基本的な列車運行ダイヤ」と同じダイヤに反映されると、密集した「蜘蛛の巣」を形成します。

駅の列車到着情報はどこから来るのでしょうか？

上記の紹介を通じて、地下鉄の運行時刻表が分かりましたが、これは乗客が見ることができる情報ではありません。列車の運行スケジュール情報は通常、地下鉄の運行指令センターに保存されており、運行管理者のみが閲覧できます。では、駅で乗客が目にする情報はどこから来るのでしょうか?

ここで、インターフェース、つまり信号システム (英語では SIG) と乗客情報システム (英語では PIS) 間のインターフェースについて言及する必要があります。信号システムは上で述べたものであり、乗客情報システムの表現の 1 つにプラットフォームの「ディスプレイ」(そうです、小さな Nezha がいる写真です) が含まれており、この 2 つの間にはこのようなインターフェイスがあります。

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つまり、地下鉄の管制センターでは信号システムと旅客情報システムの間でデータのやり取りが行われているのです。信号システムは、駅への列車到着などの基本的な運転情報を、インターフェースマシンを介して旅客情報システムの中央サーバー装置に提供し、その後、このデータを有線伝送によって各駅に送信し、最終的に「ディスプレイ」に視覚的に表示します。

もちろん、各ステーションで提供される情報は同じですが、ステーションの具体的な状況に応じて表示が差別化されるため、ソフトウェアデータのコンパイルの難易度をある程度軽減できます。

実は、この地下鉄駅には、旅客情報システムの「ディスプレイ」のほかに、列車の到着情報を見るための別の方法、つまり列車の旅客情報システムの「ディスプレイ」があります。

地下鉄をよく利用する友人も、車両のドアの近くに同様の表示が見られるでしょう。これらは機内乗客情報システムの一部です。列車には信号システムも備わっているため、列車の運行情報は列車の車内ネットワークを通じて車内のPIS「ディスプレイ」にも伝えられます。これにより、電車に乗っていても、電車の到着駅や出発駅に関する関連情報を見ることができます。

地下鉄の運行は本質的に無秩序なものではなく、一連の洗練されたシステムが連携して機能することで実現されます。列車の到着時間は、この巨大なシステムの出力を具体的に表したものにすぎません。さらに、列車内の冷暖房室の温度管理や、列車の混雑度の表示なども自動化と人工知能によって実現できます。

業界関連技術の進歩と都市公共交通シナリオの充実により、乗客も将来、より良く差別化された交通体験を得られるようになると信じています。