基于物聯(lián)網(wǎng)的城市軌道交通客流監(jiān)管平臺(tái)構(gòu)建

曾凡亭

摘 要：本文圍繞城市軌道交通客流監(jiān)管問(wèn)題，按照物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用成熟的計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，面向政府部門(mén)、運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)及社會(huì)大眾，構(gòu)建軌道交通客流密集度指數(shù)動(dòng)態(tài)展示及應(yīng)急輔助決策平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；軌道交通；密集度指數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 城市軌道交通客流監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)背景

城市軌道交通是我國(guó)乃至全世界普遍的一種交通方式，并且具有快捷、方便、高效等一系列優(yōu)點(diǎn)，為人類(lèi)的生活帶來(lái)了巨大的方便。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程加快，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，客流不斷增多，使地鐵網(wǎng)絡(luò)的日均客流量不斷增加，但是客流量時(shí)間分布不均，政府部門(mén)和地鐵運(yùn)營(yíng)部門(mén)難以對(duì)線(xiàn)網(wǎng)、車(chē)站的客流狀態(tài)進(jìn)行有效把握，急需一種信息化的手段獲知目前地鐵客流的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。因此，希望能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)客流狀態(tài)的展示，以及密集度指數(shù)的發(fā)布。隨著新一代信息技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，城市軌道交通客流監(jiān)管平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式從成本和技術(shù)上都具備可行性。

2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案

基于物聯(lián)網(wǎng)的城市軌道交通客流監(jiān)管平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖1所示：

整個(gè)平臺(tái)由數(shù)據(jù)層、模型層和應(yīng)用層組成。數(shù)據(jù)層主要確定各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入方式，制定海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)策略及數(shù)據(jù)管理方案等，數(shù)據(jù)層為實(shí)現(xiàn)各類(lèi)計(jì)算和分析功能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；模型層用于實(shí)現(xiàn)客流密集度指數(shù)計(jì)算的相關(guān)功能；應(yīng)用層用于指數(shù)的發(fā)布及報(bào)表的生成。

2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要收集各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要內(nèi)容包括AFC客流數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)客流數(shù)據(jù)、列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)和高影響天氣數(shù)據(jù)，平臺(tái)擬采用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并建立統(tǒng)一的接入方式。平臺(tái)擬采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理和平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，首先設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)，明確各數(shù)據(jù)表的輸入、輸出及關(guān)聯(lián)關(guān)系，規(guī)定數(shù)據(jù)表的邏輯結(jié)構(gòu)及物理結(jié)構(gòu)，從而為各子模塊的開(kāi)發(fā)及對(duì)接構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口。該層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表應(yīng)包含15分鐘進(jìn)站量數(shù)據(jù)表、線(xiàn)路信息表、車(chē)站信息表、區(qū)間信息表、出行路徑信息表、設(shè)備輸出的客流密度、客流速度、客流量等。

2.2 模型層

模型層主要負(fù)責(zé)處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為輸入，實(shí)現(xiàn)客流密集度指數(shù)計(jì)算的相關(guān)功能，為應(yīng)用層展示提供依據(jù)。該層主要內(nèi)容包括客流規(guī)律分析及預(yù)測(cè)、車(chē)站分級(jí)、高影響天氣敏感性分析和客流密集度指數(shù)計(jì)算。該層擬采用C/S架構(gòu)，即客戶(hù)端/服務(wù)器架構(gòu)，該架構(gòu)將計(jì)算任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分工完成，即采用“功能分布”原則。客戶(hù)端完成數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)表示以及用戶(hù)接口功能；服務(wù)器端完成DBMS（數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）的核心功能；客戶(hù)端和服務(wù)器通過(guò)socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。該架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)一是應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)負(fù)荷較輕，二是數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存管理功能較為透明，模型層利用該架構(gòu)這些優(yōu)點(diǎn)能夠快速有效地實(shí)現(xiàn)客流密集度指數(shù)計(jì)算的相關(guān)功能。該層主要數(shù)據(jù)表包括車(chē)站、線(xiàn)路、網(wǎng)絡(luò)級(jí)的密集度指數(shù)的數(shù)據(jù)表等。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)直觀展示，方便用戶(hù)查看、分析和決策。該層主要內(nèi)容包括客流密集指數(shù)發(fā)布、乘客出行誘導(dǎo)和客流預(yù)警與應(yīng)急輔助。該層擬采用B/S架構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，用戶(hù)工作界面是通過(guò)WWW瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實(shí)現(xiàn)，這種模式統(tǒng)一了客戶(hù)端，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用，客戶(hù)機(jī)上只要安裝一個(gè)瀏覽器（Browser）。該架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)一是降低了開(kāi)發(fā)成本，二是維護(hù)和升級(jí)方便，三是數(shù)據(jù)具有安全性、一致性、實(shí)時(shí)性和溯源性等特點(diǎn)，四是服務(wù)器響應(yīng)及時(shí)性，五是客戶(hù)使用方便。應(yīng)用層采用此架構(gòu)能夠?yàn)榭蛻?hù)提供簡(jiǎn)單便捷的服務(wù)，方便用戶(hù)查看、分析和決策。該架構(gòu)擬采用B/S三層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層。表示層擬采用的主要技術(shù)有jsp、html5、Jquery、Bui和Bootstrap等，業(yè)務(wù)邏輯層擬采用的主要技術(shù)有Spring等，數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層擬采用的主要技術(shù)有jdbc等。

3 實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3.1 電子地圖實(shí)現(xiàn)技術(shù)

左側(cè)工具欄和右側(cè)電子地圖形式展現(xiàn)，工具欄展現(xiàn)在頁(yè)面左側(cè)，電子地圖展現(xiàn)在頁(yè)面右側(cè)，實(shí)現(xiàn)方式為jsp、JS和CSS。單擊箭頭可以隱藏和展開(kāi)左邊欄，工具欄里面放五個(gè)橫向菜單，鼠標(biāo)移上去或者點(diǎn)擊某個(gè)菜單展開(kāi)。而左邊用來(lái)放樹(shù)狀資源列表，節(jié)省空間。

電子地圖開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)為直角平滑，本文采用貝塞爾曲線(xiàn)來(lái)解決此問(wèn)題，貝塞爾曲線(xiàn)是計(jì)算機(jī)圖形圖像造型的基本工具，是圖形造型運(yùn)用得最多的基本線(xiàn)條之一。它通過(guò)控制曲線(xiàn)上的四個(gè)點(diǎn)（起始點(diǎn)、終止點(diǎn)以及兩個(gè)相互分離的中間點(diǎn)）來(lái)創(chuàng)造、編輯圖形。其中起重要作用的是位于曲線(xiàn)中央的控制線(xiàn)。這條線(xiàn)是虛擬的，中間與貝塞爾曲線(xiàn)交叉，兩端是控制端點(diǎn)。移動(dòng)兩端的端點(diǎn)時(shí)貝塞爾曲線(xiàn)改變曲線(xiàn)的曲率（彎曲的程度）；移動(dòng)中間點(diǎn)（也就是移動(dòng)虛擬的控制線(xiàn)）時(shí)，貝塞爾曲線(xiàn)在起始點(diǎn)和終止點(diǎn)鎖定的情況下做均勻移動(dòng)。貝塞爾曲線(xiàn)上的所有控制點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)均可編輯。這種“智能化”的矢量線(xiàn)條提供了一種理想的圖形編輯工具。

3.2 車(chē)站客流信息展示實(shí)現(xiàn)技術(shù)

在頁(yè)面的左上角區(qū)域，加載車(chē)站的三維圖片展示，而且在圖片的調(diào)查區(qū)域，能夠根據(jù)出入口、站臺(tái)、換乘通道的擁擠狀態(tài)，動(dòng)態(tài)顯示不同的顏色。該區(qū)域支持點(diǎn)擊事件的功能，當(dāng)鼠標(biāo)在該矩形區(qū)域內(nèi)點(diǎn)擊時(shí)，則彈出對(duì)應(yīng)的二維圖，以及具體的擁擠狀態(tài)。默認(rèn)情況下，應(yīng)顯示車(chē)站整體的二維結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)點(diǎn)擊該站的局部位置時(shí)，應(yīng)能夠彈出對(duì)應(yīng)的二維結(jié)構(gòu)圖，在二維圖中，可以結(jié)合監(jiān)控或者調(diào)查的位置，進(jìn)行車(chē)站客流密集程度的查看，根據(jù)不同的顏色來(lái)標(biāo)識(shí)區(qū)域的擁擠程度。

本模塊的開(kāi)發(fā)難點(diǎn)為客流密集度指數(shù)分析，分析采用坐標(biāo)圖的方式，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史同期數(shù)據(jù)和歷史平均數(shù)據(jù)做對(duì)比，坐標(biāo)圖采用Spring整合jfreechart的方式。Spring是一種輕量級(jí)java Web框架，它基于java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)Web MVC設(shè)計(jì)模式。首先用戶(hù)發(fā)送請(qǐng)求給前端控制器，前端控制器根據(jù)請(qǐng)求信息來(lái)決定選擇哪一個(gè)頁(yè)面控制器，然后對(duì)請(qǐng)求信息進(jìn)行處理并委托給頁(yè)面控制器，即控制邏輯部分；頁(yè)面控制器接收到請(qǐng)求后，對(duì)其進(jìn)行功能處理，首先需要收集和綁定請(qǐng)求參數(shù)到一個(gè)命令對(duì)象，并進(jìn)行驗(yàn)證，然后將其委托給業(yè)務(wù)對(duì)象進(jìn)行處理；處理完畢后返回一個(gè)ModelAndView（模型數(shù)據(jù)和邏輯視圖名）；前端控制器收回控制權(quán)，然后根據(jù)返回的邏輯視圖名，選擇相應(yīng)的視圖進(jìn)行渲染，并把模型數(shù)據(jù)傳入以便視圖渲染；前端控制器再次收回控制權(quán)，將響應(yīng)返回給用戶(hù)，至此整個(gè)結(jié)束。在模型中業(yè)務(wù)對(duì)象使用jfreechart生成坐標(biāo)圖，處理完畢后把數(shù)據(jù)和視圖返回給前端控制器，前端控制器進(jìn)行視圖渲染，最終坐標(biāo)圖通過(guò)表現(xiàn)層的jsp頁(yè)面展現(xiàn)出來(lái)。

4 預(yù)期成果

該平臺(tái)構(gòu)建完成實(shí)施運(yùn)行后，預(yù)期達(dá)到以下功能：（1）城市軌道交通多源客流數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)功能；（2）基于客流的車(chē)站動(dòng)態(tài)分級(jí)功能；（3）點(diǎn)、線(xiàn)、網(wǎng)多維度客流密集度指數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算功能；（4）通過(guò)查看城市軌道交通電子地圖，能夠?qū)崟r(shí)顯示客流密集度指數(shù)等信息，誘導(dǎo)乘客出行；（5）通過(guò)查看統(tǒng)計(jì)報(bào)表，能夠?yàn)楣芾碚咛峁Q策。該平臺(tái)應(yīng)用后，能夠?yàn)檎块T(mén)進(jìn)行應(yīng)急決策、行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供輔助支持，為地鐵運(yùn)營(yíng)部門(mén)進(jìn)行客流組織和調(diào)整行車(chē)計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐，為行人出行提供信息服務(wù)。

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