基于物联网的城市轨道交通客流监管平台构建

曾凡亭

摘 要：本文围绕城市轨道交通客流监管问题，按照物联网行业标准，采用成熟的计算机软件开发技术，面向政府部门、运营管理部门及社会大众，构建轨道交通客流密集度指数动态展示及应急辅助决策平台。

关键词：物联网；轨道交通；密集度指数

中图分类号：TP391 文献标识码：A

1 城市轨道交通客流监管平台建设背景

城市轨道交通是我国乃至全世界普遍的一种交通方式，并且具有快捷、方便、高效等一系列优点，为人类的生活带来了巨大的方便。随着城市轨道交通网络化进程加快，网络规模不断扩大，客流不断增多，使地铁网络的日均客流量不断增加，但是客流量时间分布不均，政府部门和地铁运营部门难以对线网、车站的客流状态进行有效把握，急需一种信息化的手段获知目前地铁客流的运营状态。因此，希望能够实现对客流状态的展示，以及密集度指数的发布。随着新一代信息技术物联网的发展，城市轨道交通客流监管平台的物联网应用模式从成本和技术上都具备可行性。

2 总体架构设计方案

基于物联网的城市轨道交通客流监管平台总体架构设计方案如图1所示：

整个平台由数据层、模型层和应用层组成。数据层主要确定各种数据的统一接入方式，制定海量数据的存储策略及数据管理方案等，数据层为实现各类计算和分析功能提供数据基础；模型层用于实现客流密集度指数计算的相关功能；应用层用于指数的发布及报表的生成。

2.1 數据层

数据层主要收集各种基础数据，主要内容包括AFC客流数据、物联网检测客流数据、列车运行数据和高影响天气数据，平台拟采用分布式数据存储，并建立统一的接入方式。平台拟采用Oracle数据库进行基础数据的管理和平台的开发，首先设计数据库的整体结构，明确各数据表的输入、输出及关联关系，规定数据表的逻辑结构及物理结构，从而为各子模块的开发及对接构建统一的数据接口。该层基础数据表应包含15分钟进站量数据表、线路信息表、车站信息表、区间信息表、出行路径信息表、设备输出的客流密度、客流速度、客流量等。

2.2 模型层

模型层主要负责处理基础数据，以基础数据为输入，实现客流密集度指数计算的相关功能，为应用层展示提供依据。该层主要内容包括客流规律分析及预测、车站分级、高影响天气敏感性分析和客流密集度指数计算。该层拟采用C/S架构，即客户端/服务器架构，该架构将计算任务分解成多个子任务，由多台计算机分工完成，即采用“功能分布”原则。客户端完成数据处理，数据表示以及用户接口功能；服务器端完成DBMS（数据库管理系统）的核心功能；客户端和服务器通过socket进行网络通信。该架构优点一是应用服务器运行数据负荷较轻，二是数据的储存管理功能较为透明，模型层利用该架构这些优点能够快速有效地实现客流密集度指数计算的相关功能。该层主要数据表包括车站、线路、网络级的密集度指数的数据表等。

2.3 应用层

应用层主要负责直观展示，方便用户查看、分析和决策。该层主要内容包括客流密集指数发布、乘客出行诱导和客流预警与应急辅助。该层拟采用B/S架构，即浏览器/服务器架构，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用，客户机上只要安装一个浏览器（Browser）。该架构优点一是降低了开发成本，二是维护和升级方便，三是数据具有安全性、一致性、实时性和溯源性等特点，四是服务器响应及时性，五是客户使用方便。应用层采用此架构能够为客户提供简单便捷的服务，方便用户查看、分析和决策。该架构拟采用B/S三层结构：数据访问层、业务逻辑层和表示层。表示层拟采用的主要技术有jsp、html5、Jquery、Bui和Bootstrap等，业务逻辑层拟采用的主要技术有Spring等，数据访问层拟采用的主要技术有jdbc等。

3 实现技术

3.1 电子地图实现技术

左侧工具栏和右侧电子地图形式展现，工具栏展现在页面左侧，电子地图展现在页面右侧，实现方式为jsp、JS和CSS。单击箭头可以隐藏和展开左边栏，工具栏里面放五个横向菜单，鼠标移上去或者点击某个菜单展开。而左边用来放树状资源列表，节省空间。

电子地图开发的难点为直角平滑，本文采用贝塞尔曲线来解决此问题，贝塞尔曲线是计算机图形图像造型的基本工具，是图形造型运用得最多的基本线条之一。它通过控制曲线上的四个点（起始点、终止点以及两个相互分离的中间点）来创造、编辑图形。其中起重要作用的是位于曲线中央的控制线。这条线是虚拟的，中间与贝塞尔曲线交叉，两端是控制端点。移动两端的端点时贝塞尔曲线改变曲线的曲率（弯曲的程度）；移动中间点（也就是移动虚拟的控制线）时，贝塞尔曲线在起始点和终止点锁定的情况下做均匀移动。贝塞尔曲线上的所有控制点、节点均可编辑。这种“智能化”的矢量线条提供了一种理想的图形编辑工具。

3.2 车站客流信息展示实现技术

在页面的左上角区域，加载车站的三维图片展示，而且在图片的调查区域，能够根据出入口、站台、换乘通道的拥挤状态，动态显示不同的颜色。该区域支持点击事件的功能，当鼠标在该矩形区域内点击时，则弹出对应的二维图，以及具体的拥挤状态。默认情况下，应显示车站整体的二维结构图，当点击该站的局部位置时，应能够弹出对应的二维结构图，在二维图中，可以结合监控或者调查的位置，进行车站客流密集程度的查看，根据不同的颜色来标识区域的拥挤程度。

本模块的开发难点为客流密集度指数分析，分析采用坐标图的方式，以实时数据、历史同期数据和历史平均数据做对比，坐标图采用Spring整合jfreechart的方式。Spring是一种轻量级java Web框架，它基于java语言实现Web MVC设计模式。首先用户发送请求给前端控制器，前端控制器根据请求信息来决定选择哪一个页面控制器，然后对请求信息进行处理并委托给页面控制器，即控制逻辑部分；页面控制器接收到请求后，对其进行功能处理，首先需要收集和绑定请求参数到一个命令对象，并进行验证，然后将其委托给业务对象进行处理；处理完毕后返回一个ModelAndView（模型数据和逻辑视图名）；前端控制器收回控制权，然后根据返回的逻辑视图名，选择相应的视图进行渲染，并把模型数据传入以便视图渲染；前端控制器再次收回控制权，将响应返回给用户，至此整个结束。在模型中业务对象使用jfreechart生成坐标图，处理完毕后把数据和视图返回给前端控制器，前端控制器进行视图渲染，最终坐标图通过表现层的jsp页面展现出来。

4 预期成果

该平台构建完成实施运行后，预期达到以下功能：（1）城市轨道交通多源客流数据分析与预测功能；（2）基于客流的车站动态分级功能；（3）点、线、网多维度客流密集度指数实时计算功能；（4）通过查看城市轨道交通电子地图，能够实时显示客流密集度指数等信息，诱导乘客出行；（5）通过查看统计报表，能够为管理者提供决策。该平台应用后，能够为政府部门进行应急决策、行业数据统计提供辅助支持，为地铁运营部门进行客流组织和调整行车计划提供数据支撑，为行人出行提供信息服务。

参考文献

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