基于物聯網的城市軌道交通客流監管平臺構建

曾凡亭

摘 要：本文圍繞城市軌道交通客流監管問題，按照物聯網行業標準，采用成熟的計算機軟件開發技術，面向政府部門、運營管理部門及社會大眾，構建軌道交通客流密集度指數動態展示及應急輔助決策平臺。

關鍵詞：物聯網；軌道交通；密集度指數

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

1 城市軌道交通客流監管平臺建設背景

城市軌道交通是我國乃至全世界普遍的一種交通方式，并且具有快捷、方便、高效等一系列優點，為人類的生活帶來了巨大的方便。隨著城市軌道交通網絡化進程加快，網絡規模不斷擴大，客流不斷增多，使地鐵網絡的日均客流量不斷增加，但是客流量時間分布不均，政府部門和地鐵運營部門難以對線網、車站的客流狀態進行有效把握，急需一種信息化的手段獲知目前地鐵客流的運營狀態。因此，希望能夠實現對客流狀態的展示，以及密集度指數的發布。隨著新一代信息技術物聯網的發展，城市軌道交通客流監管平臺的物聯網應用模式從成本和技術上都具備可行性。

2 總體架構設計方案

基于物聯網的城市軌道交通客流監管平臺總體架構設計方案如圖1所示：

整個平臺由數據層、模型層和應用層組成。數據層主要確定各種數據的統一接入方式，制定海量數據的存儲策略及數據管理方案等，數據層為實現各類計算和分析功能提供數據基礎；模型層用于實現客流密集度指數計算的相關功能；應用層用于指數的發布及報表的生成。

2.1 數據層

數據層主要收集各種基礎數據，主要內容包括AFC客流數據、物聯網檢測客流數據、列車運行數據和高影響天氣數據，平臺擬采用分布式數據存儲，并建立統一的接入方式。平臺擬采用Oracle數據庫進行基礎數據的管理和平臺的開發，首先設計數據庫的整體結構，明確各數據表的輸入、輸出及關聯關系，規定數據表的邏輯結構及物理結構，從而為各子模塊的開發及對接構建統一的數據接口。該層基礎數據表應包含15分鐘進站量數據表、線路信息表、車站信息表、區間信息表、出行路徑信息表、設備輸出的客流密度、客流速度、客流量等。

2.2 模型層

模型層主要負責處理基礎數據，以基礎數據為輸入，實現客流密集度指數計算的相關功能，為應用層展示提供依據。該層主要內容包括客流規律分析及預測、車站分級、高影響天氣敏感性分析和客流密集度指數計算。該層擬采用C/S架構，即客戶端/服務器架構，該架構將計算任務分解成多個子任務，由多臺計算機分工完成，即采用“功能分布”原則。客戶端完成數據處理，數據表示以及用戶接口功能；服務器端完成DBMS（數據庫管理系統）的核心功能；客戶端和服務器通過socket進行網絡通信。該架構優點一是應用服務器運行數據負荷較輕，二是數據的儲存管理功能較為透明，模型層利用該架構這些優點能夠快速有效地實現客流密集度指數計算的相關功能。該層主要數據表包括車站、線路、網絡級的密集度指數的數據表等。

2.3 應用層

應用層主要負責直觀展示，方便用戶查看、分析和決策。該層主要內容包括客流密集指數發布、乘客出行誘導和客流預警與應急輔助。該層擬采用B/S架構，即瀏覽器/服務器架構，用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實現，極少部分事務邏輯在前端（Browser）實現，但是主要事務邏輯在服務器端（Server）實現，這種模式統一了客戶端，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了系統的開發、維護和使用，客戶機上只要安裝一個瀏覽器（Browser）。該架構優點一是降低了開發成本，二是維護和升級方便，三是數據具有安全性、一致性、實時性和溯源性等特點，四是服務器響應及時性，五是客戶使用方便。應用層采用此架構能夠為客戶提供簡單便捷的服務，方便用戶查看、分析和決策。該架構擬采用B/S三層結構：數據訪問層、業務邏輯層和表示層。表示層擬采用的主要技術有jsp、html5、Jquery、Bui和Bootstrap等，業務邏輯層擬采用的主要技術有Spring等，數據訪問層擬采用的主要技術有jdbc等。

3 實現技術

3.1 電子地圖實現技術

左側工具欄和右側電子地圖形式展現，工具欄展現在頁面左側，電子地圖展現在頁面右側，實現方式為jsp、JS和CSS。單擊箭頭可以隱藏和展開左邊欄，工具欄里面放五個橫向菜單，鼠標移上去或者點擊某個菜單展開。而左邊用來放樹狀資源列表，節省空間。

電子地圖開發的難點為直角平滑，本文采用貝塞爾曲線來解決此問題，貝塞爾曲線是計算機圖形圖像造型的基本工具，是圖形造型運用得最多的基本線條之一。它通過控制曲線上的四個點（起始點、終止點以及兩個相互分離的中間點）來創造、編輯圖形。其中起重要作用的是位于曲線中央的控制線。這條線是虛擬的，中間與貝塞爾曲線交叉，兩端是控制端點。移動兩端的端點時貝塞爾曲線改變曲線的曲率（彎曲的程度）；移動中間點（也就是移動虛擬的控制線）時，貝塞爾曲線在起始點和終止點鎖定的情況下做均勻移動。貝塞爾曲線上的所有控制點、節點均可編輯。這種“智能化”的矢量線條提供了一種理想的圖形編輯工具。

3.2 車站客流信息展示實現技術

在頁面的左上角區域，加載車站的三維圖片展示，而且在圖片的調查區域，能夠根據出入口、站臺、換乘通道的擁擠狀態，動態顯示不同的顏色。該區域支持點擊事件的功能，當鼠標在該矩形區域內點擊時，則彈出對應的二維圖，以及具體的擁擠狀態。默認情況下，應顯示車站整體的二維結構圖，當點擊該站的局部位置時，應能夠彈出對應的二維結構圖，在二維圖中，可以結合監控或者調查的位置，進行車站客流密集程度的查看，根據不同的顏色來標識區域的擁擠程度。

本模塊的開發難點為客流密集度指數分析，分析采用坐標圖的方式，以實時數據、歷史同期數據和歷史平均數據做對比，坐標圖采用Spring整合jfreechart的方式。Spring是一種輕量級java Web框架，它基于java語言實現Web MVC設計模式。首先用戶發送請求給前端控制器，前端控制器根據請求信息來決定選擇哪一個頁面控制器，然后對請求信息進行處理并委托給頁面控制器，即控制邏輯部分；頁面控制器接收到請求后，對其進行功能處理，首先需要收集和綁定請求參數到一個命令對象，并進行驗證，然后將其委托給業務對象進行處理；處理完畢后返回一個ModelAndView（模型數據和邏輯視圖名）；前端控制器收回控制權，然后根據返回的邏輯視圖名，選擇相應的視圖進行渲染，并把模型數據傳入以便視圖渲染；前端控制器再次收回控制權，將響應返回給用戶，至此整個結束。在模型中業務對象使用jfreechart生成坐標圖，處理完畢后把數據和視圖返回給前端控制器，前端控制器進行視圖渲染，最終坐標圖通過表現層的jsp頁面展現出來。

4 預期成果

該平臺構建完成實施運行后，預期達到以下功能：（1）城市軌道交通多源客流數據分析與預測功能；（2）基于客流的車站動態分級功能；（3）點、線、網多維度客流密集度指數實時計算功能；（4）通過查看城市軌道交通電子地圖，能夠實時顯示客流密集度指數等信息，誘導乘客出行；（5）通過查看統計報表，能夠為管理者提供決策。該平臺應用后，能夠為政府部門進行應急決策、行業數據統計提供輔助支持，為地鐵運營部門進行客流組織和調整行車計劃提供數據支撐，為行人出行提供信息服務。

參考文獻

[1]鄒偉嘉.基于物聯網的城市軌道交通客流特征分析系統的設計與實現[D].北京交通大學，2014.

[2]周洪波.物聯網技術、應用、標準和商業模式[M].北京：電子工業出版社，2012.

[3]吳功宜，吳應.物聯網工程導論[M].北京：機械工業出版社，2012.

[4]張飛舟，楊東凱.物聯網應用與解決方案[M].北京：電子工業出版社，2012.

[5]閻曉軍，王維瑞，梁建平.北京市設施農業物聯網應用模式構建[J].農業工程學報，2012（02）.

[6]孫其博，等.物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京：郵電大學學報，2010（06）.