基于可視化邏輯編排的地鐵車站設備聯控系統開發與實踐

祝 唯，陸 橋

（廣州地鐵集團有限公司，廣州 510335）

城市軌道交通以其運量大、速度快和可靠性高等運行特點，已成為人口密集大城市的首選交通方式[1]。然而，隨著線網規模的不斷擴大、路網的通達性增強，以及面向乘客服務和運營管理方面也不斷地朝著數字化、協同化、智慧化的方向轉型升級的趨勢下，車站作為地鐵最小運作單元，其各專業系統、設備作為基礎服務設施與各類場景業務的協同高效[2]，也成為新的研究方向，學者們針對此方面進行了大量研究。

面向地鐵客流組織、車站基本運作等不同的業務場景，劉菊美[3]創新性地建立了基于車站客流密度系數和客流控制效率的線網客運組織聯控策略，實現對車站客流的即時預警、精準溯源和精細控制，可用于指導線網客控分級預警機制的建立，線網聯控策略的制定與實施，進而降低客運安全風險、提升客運服務水平。羅躍[4]對地鐵車站客流及高峰客流特征，總結分析了在大客流情況下車站設備客控啟動判斷準則，并構建了地鐵大客流安全控制線性規劃數學模型，用于指導客控分級預警機制的建立，設備聯控策略的制定與實施，進而降低客運安全風險、提升客運服務水平。黃丹芮[5]搭建軌道交通線網離散事件仿真模型，通過與實際斷面客流數據對比分析，建立分級聯控框架及對于離散事件仿真、線網負影響最小為優化目標的客流聯動控制優化模型，可任意精度地描述任意動態隨機服務系統。劉小霞[6]以復雜網絡基本理論為基礎，對城市軌道交通網絡特性和網絡客流進行分析，并結合仿真方法對網絡突發客流的路網擴散進行探討，得出了網絡統計特征與客流量的關系，滿足交通網絡更高效的需求。羅欽[7]構建了城市軌道交通網絡有關客流的指標體系，根據客流的分布特性，研發城市軌道交通客流仿真系統，為網絡客流統計，運營計劃編制、優化等提供了極大的便利。劉琴等[8]基于綜合監控系統與PA、PIDS、CCTV、AFC、ACS、BAS等專業系統的接口互聯，開展一鍵式開關站的系統設計，對車站運作降低運行成本、降低工作量、提高工作效率方面實踐，也為傳統對設備的基本監控轉換為場景聯動方向進行探索。

針對上述城市軌道交通多態業務需求及對設備設施場景聯控的研究方向有了一定的發展，然而，相關研究中的定制化方案編排、人工智能算法驅動或既定固化的業務流程環節，均以實現特定功能為目標導向，具備系統開發門檻高，且以熟悉系統的開發者為主，精通業務的運作人員為輔的現狀，難以支撐城市軌道交通多專業系統設備的業務協同與能力演進，不具備動態匹配業務的響應特點，并為車站運作人員的運作效率帶來提升。

隨著互聯網等信息技術的發展，本文提出基于可視化邏輯編排系統的發展趨勢，針對當前地鐵設備聯動控制存在的智能化不足、多專業協同演進能力不強、難以靈活支撐場景聯動的問題，研究一種適用于城市軌道交通地鐵車站聯控場景的可視化邏輯編排解決方案及系統，減輕了工作人員的工作困難度，采用可視化邏輯編排可以實現快速搭建上手、簡單且方便操控的車站關聯設備，并據此制定科學的車站運作組織流程，使工作人員便于對各車站多專業設備進行動態管理，靈活支撐各類業務場景，進一步保障車站運作效率，降低人力管理成本。

1 可視化邏輯編排系統架構設計

1.1 系統設計思路及架構

可視化邏輯編排系統的設計思路是以拖拉拽節點設計和流向連線的交互方式，建立動作節點的先后啟動關系。邏輯編排以低門檻的方式，降低在業務場景設計的應用的門檻，提高可操作性[9-10]，可視化邏輯編排系統架構如圖1所示。

圖1 可視化邏輯編排系統架構圖

可視化邏輯編排系統的技術架構按照表現層、邏輯層、連接層3層結構進行設計，并分為業務功能及技術架構2個維度。在業務功能上系統連接底層各類專業，以可視化邏輯編排界面為主要開發面板，交互式創建選擇不同節點（用于存放各類設備聯動邏輯），達到車站運作（一鍵開關站、客流聯控）等場景聯動的業務目的；在技術架構維度采取主流的B/S框架作為前端，后端采取成熟Java技術棧用于數據存儲、交互、調度等計算功能。其各層基本功能大致如下。

（1）表現層為面向用戶的可視化邏輯編排界面，采取主流Vue漸進式JavaScript開發框架進行前后端的雙向交互。

（2）邏輯層為編排節點選擇設備、節點拖放、節點組合以生成聯動策略，其技術架構采取Spring boot后端開發框架面向前端提供RESTful API風格統一接口設計，并聯動Flowable工作流引擎計算節點及啟動策略。

（3）連接層為節點聯動的設備資源，主要包括城市軌道交通自動售檢票系統、廣播系統、乘客信息系統和電扶梯系統等系統設備，其技術架構采取互聯網通信協議Websocket、HTTP等進行交互控制。

1.2 核心功能運作邏輯

本文提出的可視化邏輯編排車站設備聯動系統，核心功能運作邏輯如圖2所示，具備包含業務解析、流程交互制作、流程定義解析和流程調度計算的過程環節。

圖2 核心功能運作邏輯圖

環節一（業務分解階段）：針對地鐵車站設備聯控業務場景進行剖析，明確業務場景實現所涉及的設備及設備聯控動作，為流程交互輸入業務性條件。

環節二（流程交互制作）：以可視化邏輯編排的交互視圖，結合業務分解的輸入，對并行、串行的邏輯條件進行梳理、排列，通過交互視圖，將業務流程制作為可交互的邏輯流程。

環節三（流程定義解析）：對可視化邏輯編排的交互視圖產生的標準格式化文件（eXtensible Markup Language，XML）按照開始、分流、節點、聚合、結束標準解析業務動作，形成定義流程。

環節四（流程調度計算）：對流程解析信息XML進行模型解釋，通過定時、異步任務和組件等方式進行全局調度，采取多線程技術對流程實例輪詢監聽并觸發啟動，整個流程執行狀態對外暴露API接口供實施查詢運作狀態。

2 可視化邏輯編排關鍵功能模塊設計

可視化邏輯編排關鍵功能模塊包含元件節點、邏輯編排器和流程檢測3大功能模塊，可視化邏輯編排內容架構如圖3所示。

圖3 可視化邏輯編排內容框架

2.1 邏輯編排元件節點設計

邏輯編排元件節點應結合城市軌道交通業務場景需求，盡可能涵蓋城市軌道交通車站設備聯控場景所需的業務功能，以流程編排方案通用化、可復用，適用于多業務、多場景為目的進行設計。

邏輯編排實質是對不同元件節點進行改變，如組合或串聯，由封裝在元件節點中的邏輯代碼或API接口完成真正的業務邏輯。業務元件的抽象直接決定編排成本，倘若不斷地定制個性的業務元件，就失去了編排的意義；其二是業務元件的顆粒度大小，若是封裝的業務元件顆粒度較大，達到了一個功能服務模塊，就很有可能變成了某一個業務流程編排；若是顆粒度較小，等同于一個表達式，寫代碼的效率會更低。

對中后臺的部分業務代碼進行梳理，功能主要以條件判斷、時序控制、設備控制、消息通知和串并行執行等為主，其中設備控制為車站場景聯控場景必備的通用邏輯，在滿足時序控制、串并行執行、條件判斷等常見業務邏輯的基礎上，應重點抽象設備控制邏輯，提高多專業、多種類、多動作設備控制模式下的復用能力。

通過分析歸類，對冗余成分進行降維處理，梳理沉淀部分邏輯節點，每一個邏輯節點本質上都對應一段邏輯代碼，接收1個或多個參數作為入參，返回1個或多個參數作為出參，常用業務交互邏輯如圖4所示。

圖4 常用業務交互邏輯圖

為體現出用戶可執行動作，顯示出一切限制條件，以提供更方便、標準化的邏輯，在初始化環節中，設定好各種情況，可減少時間及各種成本，使用戶在無指導下完成連接，加強搭建的規范性。

根據元件節點的邏輯功能分為通用節點、輸入節點、輸出節點和功能節點。其中通用節點為開始和結束節點作為整個可視化邏輯編排的開始結束邏輯判斷；輸入節點作為觸發器，包括應用觸發、設備觸發、服務觸發和定時器；輸出節點作為控制器，包括應用服務、設備服務和接口服務；功能節點作為邏輯器，實現不同元件節點的邏輯分析判斷與路徑指引，包括條件判斷、路徑選擇、并行等待和腳本判斷節點，元件節點分類表見表1。

表1 元件節點分類表

2.2 邏輯編排器設計

邏輯編排器可以生成具有業務邏輯的容器，通過業務本身的執行邏輯及設備設施的聯動要求，通過各個可執行節點元件生成實際執行的邏輯代碼，整體編排器按照標題工具欄、元件節點列表欄、可視化編排畫布欄和元件節點編輯欄4個部分組成，編排器設計圖如圖5所示。

圖5 編排器設計圖

標題工具欄中包含保存邏輯、檢查搭建規范性及導出邏輯等基礎性操作；元件節點列表欄包括輸入元件節點、輸出元件節點、功能元件節點內容，為可視化編排畫布提供基礎元件節點服務；可視化編排畫布根據業務邏輯，挑選適配的元件節點，并通過指向性線條連接元件節點，組合成一條不僅完整還有始有終的業務邏輯，核心部分同樣是實現具有特定業務含義的流程圖，或簡單或復雜；元件節點編輯欄對可視化編排畫布中的元件節點信息進行詳細配置，實現整個可視化邏輯編排的業務邏輯功能。

2.3 邏輯編排的流程檢測功能設計

在可視化邏輯編排中添加內容檢測、連線檢查和流程糾錯等功能，單擊標題工具欄中的保存按鈕和檢查按鈕時，根據各個邏輯節點進行環節埋點檢測，通過前端自檢即可得出每個節點的數據狀態、上下文參數及報錯類型等，會根據規則對不規范邏輯編排行為進行提示說明，如元件基礎配置表單中某字段不可為空；元件連接規則對不規范、連線錯誤搭建等行為進行自動糾錯；元件不可閉環連接、不可重復連接等，流程檢測功能表見表2。

表2 流程檢測功能表

3 基于可視化邏輯編排的地鐵車站設備聯控系統開發

3.1 地鐵車站設備聯控業務邏輯分析

本文以廣州市軌道交通某站的車站設備聯控場景為例，基于車站客流動態檢測數據，當車站客流數據符合平峰客流閾值時，車站聯控設備平峰客流引導模式下，當車站客流數據滿足高峰客流引導閾值時，啟動高峰客流引導業務場景下的設備聯動控制，聯動控制包括閘機、智能照明、乘客信息顯示屏和廣播等車站設備，地鐵車站設備聯控業務邏輯圖如圖6所示。

圖6 地鐵車站設備聯控業務邏輯圖

3.2 業務場景可視化邏輯編排

基于可視化邏輯編排系統，主要選擇通用元件節中的開始和結束節點，輸入元件節點中的應用觸發節點，功能元件節點中的條件判斷和路徑選擇節點，以及輸出節點中的設備服務節點，邏輯編排流程如下，業務場景可視化邏輯編排圖如圖7所示。

圖7 業務場景可視化邏輯編排圖

①配置開始元件節點，作為整個邏輯編排的開始。②配置應用觸發節點，獲取車站客流檢測應用的客流數據。③配置條件判斷節點，根據車站客流檢測應用客流數據，配置車站平峰客流引導和車站高峰客流引導2條路徑。④配置路徑選擇節點，分流聯動控制車站設備路徑。⑤配置設備服務節點，配置車站平峰客流引導和高峰客流引導2種模式下的閘機、照明、廣播和乘客信息顯示屏等設備的聯控動作。⑥配置結束元件節點，作為整個邏輯編排的結束。

3.3 基于傳統業務邏輯的對比分析

通過本系統的研究開發，面向車站運作業務的開發目標及功能實現方面，相比于傳統業務需求變化情況，其業務邏輯對比見表3。

表3 業務邏輯對比表

實際上，隨著地鐵智慧化程度的提高，車站運作的業務需求會呈現持續的動態發展，通過可視化邏輯編排系統在系統操作、業務實現、開發效率的方面的綜合優勢，以靈活性且可擴展的設計，很好地適應面向地鐵業務需求變化下設備設施按需聯動的多維需求。

4 結論與展望

本文對可視化邏輯編排的研究依托于地鐵車站設備設施運作場景，實現了低成本、低門檻、高效便捷的車站設備聯控解決方案，為提高工作人員的服務能力和工作效率，以及設備聯動場景的管控模式提供了一種新思路。后續，在現有車站設備場景編排的基礎上，將進一步加大與人工智能、大數據等方面技術的有機融合，在軌道交通數字化轉型的技術方向探索上持續創新與實踐。