本发明涉及城市轨道交通技术领域，尤其是一种基于手机imsi检测技术的地铁车厢客流引导系统及方法。
背景技术：
随着城市轨道交通的快速发展，很多城市的地铁建设及服务已日趋成熟，轨道交通以快速、便利的出行优势受到人们青睐。然而，在实际运营过程中，由于地铁车厢数量较多，车身较长，且无论是在车厢内或是站厅内，都没有对客流分布的分析和引导，这就使得各节车厢的客流经常出现分布不均的情况，并造成以下多个问题：(1)各节车厢载荷不平衡，影响车辆使用寿命；(2)部分车厢空旷，降低了车厢利用率；(3)部分车厢拥挤，降低了乘客的乘车体验感；(4)拥挤车厢上下客时间长，增加地铁停站时间，降低车辆整体运行速度；(5)当出现紧急情况时，拥挤车厢内的客流紧急疏散缓慢，存在较大安全隐患；(6)在一些客流大站，甚至需要安排专项工作人员进行引导，否则易出现客流堵塞，提高了地铁运营成本。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于手机imsi检测技术的地铁车厢客流引导系统及方法，能够解决地铁车厢客流分布不均的问题，解决各节车厢载荷不平衡的问题，提高地铁车辆使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于手机imsi检测技术的地铁车厢客流引导系统，包括：设置于地铁车辆1内的车载计算机4、车载通讯台8、设置于每节车厢内的用于检测车厢内乘客手机imsi号的车厢imsi检测单元2、车厢引导显示单元3、设置于站厅候车沿线的一排用于检测候车区乘客手机imsi号的站厅imsi检测单元5、站厅引导显示单元6、设置于车站控制室内的车控室服务器7和车控室通讯台9；车厢imsi检测单元2和车厢引导显示单元3分别与车载计算机4通讯连接，站厅imsi检测单元5和站厅引导显示单元6分别与车控室服务器7通讯连接，车载通讯台8与车控室服务器7通讯连接，车控室通讯台9与车载计算机4通讯连接。
优选的，车载通讯台8为tetra通讯单元、lte通讯单元或者两者的组合。
优选的，imsi检测单元2包括微处理器、侦听单元、数据解析单元和数据传输单元；其中侦听单元包括电磁能量约束装置、射频模块和调制解调器，射频模块通过电磁能量约束装置获取侦听信道的射频信号，并将射频信号通过调制解调器解调后获得数字基带信号，将数字基带信号传送给微处理器；数据解析单元包括dps处理器、多片flash芯片和多片ddr，微处理器将数字基带信号通过spi总线传送给数据解析单元中的dsp处理器，dsp处理器根据flash中的协议栈规则将数字基带信号转换为15位imsi号及8位信号强度值后，通过spi总线将数据回传给微处理器；数据传输单元包括can总线收发模块、光电隔离电路和总线接口，微处理器处理后的数据依次通过can总线收发模块、光电耦合电路和总线接口传送给其他单元。
优选的，电磁能量约束装置包括屏蔽盒、设置在屏蔽盒内的射频天线板和软铁氧体片，屏蔽盒对射频天线板的磁场范围进行约束，磁场范围至少能覆盖一节车厢，从而保证每个车厢imsi检测单元能够对所处车厢内的所有用户手机imsi号及信号强度进行检测；每个候车区imsi检测单元能够对一节车厢长度的候车区内的所有用户手机imsi号及信号强度进行检测。
相应的，一种基于手机imsi检测技术的地铁车厢客流引导方法，包括如下步骤：
(1)列车从上一站点出发，开始向下一站点行驶，并处于行驶过程的前半段行程时，车载计算机4通过车载通讯台8与下一站点的车控室服务器建立通讯连接，并将车辆位置信息发送给下一站点的车控室服务器；
(2)各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选，之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4；
(3)车载计算机4将收到的各节车厢的imsi号及对应信号强度值进行去重，并根据预设策略生成车厢上的引导图片，通过各节车厢内的车厢引导显示单元3进行播放，从而对车厢内乘客进行引导；
(4)当列车处于行驶过程的后半段行程时，各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4；
(5)车载计算机4将收到的各节车厢当前的乘客手机的imsi号及对应imsi号的信号强度值通过车载通讯台8传送至车站控制室内的车控室服务器7；
(6)车站控制室内的车控室服务器7命令站厅内各候车区的imsi检测单元5对其检测范围内的所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选，之后将有效的imsi号发送给车站控制室内的车控室服务器7；
(7)车站控制室内的车控室服务器7将车载计算机4传来的各节车厢内的imsi号以及候车区各imsi检测单元5传来的imsi号进行去重，并根据预设策略生成各个候车区的引导图片，通过各个站厅引导显示单元6进行播放，对站厅候车区内的乘客进行引导；
(8)列车即将到站前，各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4；
(9)列车到站后停止行驶，打开车厢门进行换客，换客完成后，列车关闭车厢门，各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4；
(10)车载计算机4将步骤(8)和(9)中得到的车厢内imsi号去重后，进行分析计算，计算出四个数值；
(11)车载计算机4将步骤(10)中计算出的四个数值，加上时间信息，一同组包后发送给车站控制室内的车控室服务器7；
(12)车站控制室内的车控室服务器7将该站点在此时刻的下客率参数，与以往一段天数内相同时刻的下客率参数进行平均，计算出最新的此时刻该站点的下客率参数评估值；
(13)列车向下一个站点开去，重复执行步骤(1)～步骤(12)。
优选的，步骤(2)中，各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选，之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4，具体为：
(21)车厢imsi检测单元中的射频模块通过电磁能量约束装置获取侦听信道的射频信号；
(22)当侦听到信号时，车厢imsi检测单元将侦听到的模拟信号通过调制解调器解调后，转换成数字基带信号，然后传送给微处理器；
(23)车厢imsi检测单元的微处理器将数字基带信号通过spi总线通讯的方式传输给dsp处理器；
(24)dsp处理器根据flash中的协议栈转换规则，将数字基带信号转换为15位imsi号及8位信号强度值，并通过spi总线通讯的方式将转化结果返还给微处理器；
(25)微处理器首先对8位信号强度值进行判断，如信号强度值低于所设阈值，微处理器将该信号丢弃；如信号强度值高于所设阈值，微处理器将该imsi号保存；
(26)重复步骤(21)～步骤(25)，获得本车厢内所有手机的imsi号信息；
(27)微处理器通过数据传输单元，将有效的imsi号通过总线通讯方式发送给车载计算机4。
优选的，步骤(3)中，车载计算机4将收到的各节车厢的imsi号及对应信号强度值，进行去重，并根据预设策略，生成车厢上的引导图片，通过各节车厢内的车厢引导显示单元3进行播放，从而对车厢内乘客进行引导，具体为：
(31)车载计算机4将收到的各节车厢的imsi号进行两两比对，遇到同一个重号只保留对应信号强度值最大的imsi号，其余去除，从而留下唯一的各节车厢imsi号；
(32)根据去重后的各节车厢的imsi号，计算出各节车厢乘客的人数，各节车厢的乘客人数＝去重后的各节车厢的imsi号数量；
(33)根据各节车厢乘客人数，生成引导图片，通过颜色代表各节车厢的人流密度；
(34)车载计算机4将生成的引导图片，通过各节车厢内的车厢引导显示单元3进行播放，并通过语音提示乘客向空闲车厢移动，从而对车厢内乘客进行引导。
优选的，步骤(7)中，车站控制室内的车控室服务器7将车载计算机4传来的各节车厢内的imsi号以及候车区各imsi检测单元5传来的imsi号进行去重，并根据预设策略生成各个候车区的引导图片，通过各个站厅引导显示单元6进行播放，对站厅候车区内的乘客进行引导，具体为：
(71)车控室服务器7将车载计算机4传来的各节车厢内的imsi号进行两两比对，遇到同一个重号只保留对应信号强度值最大的imsi号，其余去除，从而留下唯一的各节车厢imsi号；
(72)车控室服务器7将候车区各imsi检测单元5传来的各区域内的imsi号进行两两比对，遇到同一个重号只保留对应信号强度值最大的imsi号，其余去除，从而留下唯一的各候车区域的imsi号；
(73)根据去重后的各节车厢的imsi号，计算出各节车厢乘客的人数，各节车厢的乘客人数＝去重后的各节车厢的imsi号数量；
(74)根据去重后的各候车区域的imsi号，计算出各候车区域乘客的人数，各候车区域的乘客人数＝去重后的各候车区域的imsi号数量；
(75)根据步骤(73)和步骤(74)，计算出列车到站换客后各节车厢人数的预估值＝各节车厢乘客的人数×(1-此时刻该站点的下客率参数评估值)+对应候车区域的乘客人数；
(76)根据计算出的列车到站换客后各节车厢人数的预估值，生成引导图片，通过颜色代表各节车厢到站换客后的客流密度；
(77)车控室服务器7将生成的引导图片，通过站厅内各个站厅引导显示单元6进行播放，并通过语音提示乘客向预计的空闲车厢对应的候车区进行移动，从而对候车区的乘客进行引导。
优选的，步骤(10)中，计算出四个数值具体为：
a、列车到站前车厢的总人数，该数量等于列车到站前车厢内所有imsi号的总数；
b、该站下车乘客的数量，该数量等于列车换客后相比列车到站前减少的imsi号的数量；
c、该站上车乘客的数量，该数量等于列车换客后相比列车到站前增加的imsi号的数量；
d、该站点下客率，该数量等于该站下车乘客的数量÷列车到站前车厢的总人数×100％。
本发明的有益效果为：本发明通过先进的技术手段，在车厢内及站厅内分别对地铁客流进行监测、分析和引导，解决了地铁车厢客流分布不均的问题，解决了各节车厢载荷不平衡的问题，提高地铁车辆使用寿命；通过引导客流，减少车辆空旷情况，提高了车厢利用率；通过引导客流，减少车辆拥挤情况，提升了乘客的乘车体验感；通过引导客流，实现客流均匀分布，从而缩短乘客上下车时长，降低地铁停站时间，提高车辆整体运行速度；节省了人工引导的工作，降低了地铁运营成本，节约了人力；能够分析计算出各个时刻各个站点上车、下车乘客的数量，以及各个时刻各个站点的上客率和下客率，为地铁客流时空分布统计提供了数据基础，为地铁运营、列车调度等提供了重要的决策依据。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的imsi检测单元硬件结构示意图。
图3为本发明的车厢内客流引导生成示意图。
图4为本发明的候车区客流引导生成示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于手机imsi检测技术的地铁车厢客流引导系统，包括：设置于地铁车辆1内的车载计算机4、车载通讯台8、设置于每节车厢内的用于检测车厢内乘客手机imsi号的车厢imsi检测单元2、车厢引导显示单元3、设置于站厅候车沿线的一排用于检测候车区乘客手机imsi号的站厅imsi检测单元5、站厅引导显示单元6、设置于车站控制室内的车控室服务器7和车控室通讯台9；车厢imsi检测单元2和车厢引导显示单元3分别与车载计算机4通讯连接，站厅imsi检测单元5和站厅引导显示单元6分别与车控室服务器7通讯连接，车载通讯台8与车控室服务器7通讯连接，车控室通讯台9与车载计算机4通讯连接。
如图2所示，imsi检测单元2包括微处理器、侦听单元、数据解析单元和数据传输单元；其中侦听单元包括电磁能量约束装置、射频模块和调制解调器，射频模块通过电磁能量约束装置获取侦听信道的射频信号，并将射频信号通过调制解调器解调后获得数字基带信号，将数字基带信号传送给微处理器；数据解析单元包括dps处理器、多片flash芯片和多片ddr，微处理器将数字基带信号通过spi总线传送给数据解析单元中的dsp处理器，dsp处理器根据flash中的协议栈规则将数字基带信号转换为15位imsi号及8位信号强度值后，通过spi总线将数据回传给微处理器；数据传输单元包括can总线收发模块、光电隔离电路和总线接口，微处理器处理后的数据依次通过can总线收发模块、光电耦合电路和总线接口传送给其他单元。
电磁能量约束装置包括屏蔽盒、设置在屏蔽盒内的射频天线板和软铁氧体片，屏蔽盒对射频天线板的磁场范围进行约束，磁场范围至少能覆盖一节车厢，从而保证每个车厢imsi检测单元能够对所处车厢内的所有用户手机imsi号及信号强度进行检测；每个候车区imsi检测单元能够对一节车厢长度的候车区内的所有用户手机imsi号及信号强度进行检测。
车厢引导显示单元3包括显示器、语音模块等，用于根据车载计算机4发出的视频数据及音频数据，对图像和提示语音进行播放，从而对厢内的正在乘车的客流进行引导。
车载计算机4用于接受各节车厢内imsi检测单元2发来的数据，并将数据通过车载通讯台传送至车站控制室内的服务器；车载计算机4根据车站控制室内的服务器反馈的客流引导方案，形成车厢内的引导图像及语音提示，通过各节车厢内的引导显示单元3进行播放。
站厅imsi检测单元5包括侦听单元、解析处理单元、数据传输单元，站厅imsi检测单元能对本节站厅候车区内所有乘客的手机imsi号进行侦听获取，通过解析处理，将有效imsi号组包发送至车站控制室内的服务器中。
站厅引导显示单元6包括显示器、语音模块等，用于根据车站控制室内的服务器发出的视频数据及音频数据，对图像和提示语音进行播放，从而站厅候车区内的正在候车的客流进行引导。
车控室服务器7用于接受站厅候车区内各imsi检测单元2发来的数据，以及车载计算机4通过车载通讯台发来的数据；将车厢内乘车乘客的客流分布信息及站厅内候车乘客的客流分布信息进行统一分析处理后，将车厢内客流引导方法通过车控室通讯台9发送给车辆的车载计算机；同时，车控室服务器7将候车室的客流引导方案，形成站厅的引导图像及语音提示，通过站厅内各个引导显示单元3进行播放。
车载通讯台8为tetra通讯单元、lte通讯单元中的其中一种或两种组合，车载通讯台8放置于各列车驾驶室内，用于将车载计算机4中的数据通过无线传输的方式传送至车控室服务器7。
车控室通讯台9为tetra通讯单元、lte通讯单元中的其中一种或两种组合，车控室通讯台9至于各车站控制室内，用于将车控室服务器4中的数据通过无线传输的方式传送至各条车辆的车载计算机4中。
本发明提出了基于手机imsi检测技术的地铁车厢客流引导系统及方法，该方法包括如下步骤：
(1)列车从上一站点出发，开始向下一站点行驶，并处于行驶过程的前半段行程时，车载计算机4通过车载通讯台8与下一站点的车控室服务器建立通讯连接，并将车辆位置信息发送给下一站点的车控室服务器；
(2)各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选，之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4；
(3)车载计算机4将收到的各节车厢的imsi号及对应信号强度值进行去重，并根据预设策略生成车厢上的引导图片，通过各节车厢内的车厢引导显示单元3进行播放，从而对车厢内乘客进行引导；
(4)当列车处于行驶过程的后半段行程时，各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4；
(5)车载计算机4将收到的各节车厢当前的乘客手机的imsi号及对应imsi号的信号强度值通过车载通讯台8传送至车站控制室内的车控室服务器7；
(6)车站控制室内的车控室服务器7命令站厅内各候车区的imsi检测单元5对其检测范围内的所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选，之后将有效的imsi号发送给车站控制室内的车控室服务器7；
(7)车站控制室内的车控室服务器7将车载计算机4传来的各节车厢内的imsi号以及候车区各imsi检测单元5传来的imsi号进行去重，并根据预设策略生成各个候车区的引导图片，通过各个站厅引导显示单元6进行播放，对站厅候车区内的乘客进行引导；
(8)列车即将到站前，各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4；
(9)列车到站后停止行驶，打开车厢门进行换客，换客完成后，列车关闭车厢门，各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4；
(10)车载计算机4将步骤(8)和(9)中得到的车厢内imsi号去重后，进行分析计算，计算出四个数值；
(11)车载计算机4将步骤(10)中计算出的四个数值，加上时间信息，一同组包后发送给车站控制室内的车控室服务器7；
(12)车站控制室内的车控室服务器7将该站点在此时刻的下客率参数，与以往一段天数内相同时刻的下客率参数进行平均，计算出最新的此时刻该站点的下客率参数评估值；
(13)列车向下一个站点开去，重复执行步骤(1)～步骤(12)。
如图3所示，为本发明的车厢内客流引导生成示意图。步骤(2)中，各节车厢内的车厢imsi检测单元2对各自车厢内所有乘客的手机的imsi号进行获取、解析、筛选，之后将有效的imsi号及对应imsi号的信号强度值发送给车载计算机4，具体为：
(21)车厢imsi检测单元中的射频模块通过电磁能量约束装置获取侦听信道的射频信号；
(22)当侦听到信号时，车厢imsi检测单元将侦听到的模拟信号通过调制解调器解调后，转换成数字基带信号，然后传送给微处理器；
(23)车厢imsi检测单元的微处理器将数字基带信号通过spi总线通讯的方式传输给dsp处理器；
(24)dsp处理器根据flash中的协议栈转换规则，将数字基带信号转换为15位imsi号及8位信号强度值，并通过spi总线通讯的方式将转化结果返还给微处理器；
(25)微处理器首先对8位信号强度值进行判断，如信号强度值低于所设阈值，微处理器将该信号丢弃；如信号强度值高于所设阈值，微处理器将该imsi号保存；
(26)重复步骤(21)～步骤(25)，获得本车厢内所有手机的imsi号信息；
(27)微处理器通过数据传输单元，将有效的imsi号通过总线通讯方式发送给车载计算机4。
步骤(3)中，车载计算机4将收到的各节车厢的imsi号及对应信号强度值，进行去重，并根据预设策略，生成车厢上的引导图片，通过各节车厢内的车厢引导显示单元3进行播放，从而对车厢内乘客进行引导，具体为：
(31)车载计算机4将收到的各节车厢的imsi号进行两两比对，遇到同一个重号只保留对应信号强度值最大的imsi号，其余去除，从而留下唯一的各节车厢imsi号；
(32)根据去重后的各节车厢的imsi号，计算出各节车厢乘客的人数，各节车厢的乘客人数＝去重后的各节车厢的imsi号数量；
(33)根据各节车厢乘客人数，生成引导图片，通过颜色代表各节车厢的人流密度；
(34)车载计算机4将生成的引导图片，通过各节车厢内的车厢引导显示单元3进行播放，并通过语音提示乘客向空闲车厢移动，从而对车厢内乘客进行引导。
如图4所示，为本发明的候车区客流引导生成示意图。步骤(7)中，车站控制室内的车控室服务器7将车载计算机4传来的各节车厢内的imsi号以及候车区各imsi检测单元5传来的imsi号进行去重，并根据预设策略生成各个候车区的引导图片，通过各个站厅引导显示单元6进行播放，对站厅候车区内的乘客进行引导，具体为：
(71)车控室服务器7将车载计算机4传来的各节车厢内的imsi号进行两两比对，遇到同一个重号只保留对应信号强度值最大的imsi号，其余去除，从而留下唯一的各节车厢imsi号；
(72)车控室服务器7将候车区各imsi检测单元5传来的各区域内的imsi号进行两两比对，遇到同一个重号只保留对应信号强度值最大的imsi号，其余去除，从而留下唯一的各候车区域的imsi号；
(73)根据去重后的各节车厢的imsi号，计算出各节车厢乘客的人数，各节车厢的乘客人数＝去重后的各节车厢的imsi号数量；
(74)根据去重后的各候车区域的imsi号，计算出各候车区域乘客的人数，各候车区域的乘客人数＝去重后的各候车区域的imsi号数量；
(75)根据步骤(73)和步骤(74)，计算出列车到站换客后各节车厢人数的预估值＝各节车厢乘客的人数×(1-此时刻该站点的下客率参数评估值)+对应候车区域的乘客人数；
(76)根据计算出的列车到站换客后各节车厢人数的预估值，生成引导图片，通过颜色代表各节车厢到站换客后的客流密度；
(77)车控室服务器7将生成的引导图片，通过站厅内各个站厅引导显示单元6进行播放，并通过语音提示乘客向预计的空闲车厢对应的候车区进行移动，从而对候车区的乘客进行引导。
本发明通过先进的技术手段，在车厢内及站厅内分别对地铁客流进行监测、分析和引导，解决了地铁车厢客流分布不均的问题，解决了各节车厢载荷不平衡的问题，提高地铁车辆使用寿命。通过引导客流，减少车辆空旷情况，提高了车厢利用率；通过引导客流，减少车辆拥挤情况，提升了乘客的乘车体验感通过引导客流；实现客流均匀分布，从而缩短乘客上下车时长，降低地铁停站时间，提高车辆整体运行速度；节省了人工引导的工作，降低了地铁运营成本，节约了人力。本发明适用于城市轨道交通技术领域，并可衍生应用于轻轨、快速公交等公共交通技术领域。