城市轨道交通智慧出行App的设计与实现

宣秀彬，高 凡，张 铭，付 思，蔡宇晶

（1. 北京经纬信息技术有限公司，北京 100081；2. 中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081）

随着我国城市化进程的加快，市民出行需求持续增长，交通供需矛盾日益加剧，交通不畅影响着人民的生活，制约着经济的发展。城市轨道交通由于其大运量、高速度等优点，受到人们越来越多的关注，成为市民出行的首选。城市轨道交通作为面向社会提供服务的公益性行业，需要以优质的服务赢得客户的满意度，塑造高端企业形象。此外，城市轨道交通紧跟交通强国建设战略和智慧城市、智慧交通规划建设，迈入了智慧化、网络化的关键时期[1]。在这样的时代背景下，传统地铁的运营方式将很难满足乘客的个性化服务，因此以个性化为出发点，建立一个统一的智慧出行乘客服务App，为乘客提供便捷、高品质的移动出行服务已成为必然趋势。

如何借助移动设备网络平台媒介有效地解决乘客应用的需求问题，如何利用云计算、大数据、微服务等新一代信息技术，实现城市轨道交通乘客服务App已成为城市轨道交通领域的研究热点。文献[2–4]分别在城市轨道交通行业手机移动端App界面设计、地铁客户端App存在的不足等方面进行了阐述，文献[5–6]分别对移动客户端自身发展具有的一些实质性的优势、移动支付在城市轨道交通中的发展前景进行了分析。

本文在上述研究基础上，分析城市轨道交通智慧出行业务需求，利用H5、微服务、云计算等新一代信息技术，开展城市轨道交通智慧出行App搭建研究，实现乘客服务出行的优化提升。

1 总体设计

1.1 构成方案

轨道交通智慧出行App构成，如图1所示。主要由乘客手机端页面展示交互应用、App应用、后台管理应用3部分组成。其中，页面展示交互应用部署在乘客智能手机端；App应用主要部署在公有云平台上；后台管理应用部署在私有云平台上；其中，公有云、私有云完全隔离，通过MQ消息队列进行通信。

图1 轨道交通智慧出行App构成

（1）访问层：乘客智能手机端，用于功能的访问入口。

（2）前端UI及交互层：利用VUE等前端框架提供基于H5的页面访问服务。

（3）公有云平台：公有云平台主要部署App应用及消息队列中间件，提供业务功能服务，通过消息中间件与地铁内部既有系统进行对接，保障安全。

（4）私有云平台：私有云平台主要部署后台管理系统，用于采集对接地铁现有系统数据。

1.2 技术架构

智慧出行App主要包括前端App程序和后台管理程序两部分。

前端App程序采用Vue+Vant的开发框架，搭配Vue-router、Vuex、Axios实现页面的路由跳转、公共变量的状态管理，以及与后端的数据交互。涉及展示车站线路实时状态等功能需求，通过长连接Websocket实现前后端数据实时传输，前端项目开发完成后部署到Nginx应用服务器实现与后端数据交互。

后台管理程序采用符合业界主流和先进的系统架构，充分借鉴成熟的行业标准的系统架构，实现分层体系结构，以B/S架构模式为主线，丰富完善建立系统基础架构包括：业务应用层、通用构建层、技术框架层、集成服务层、中间层和数据层[7-8]，如图2所示。

图2 后台管理子系统架构

（1）业务应用层：通过打造基本信息管理、信息发布、统一账户等基础管理功能，实现对乘客服务App所需的基础数据进行统一维护管理。对乘客服务App所需的基础数据进行统一维护管理。

（2）通用构建层：对系统通用的缓存、日志等基础技术构件进行剥离，统一管理。

（3）技术框架层：利用业界主流的开源框架搭建技术中台层，为各项业务功能提供支撑。

（4）集成服务层：集成服务层依托微服务架构，实现统一认证管理、统一组织用户、单点登录体系构建。

（5）中间件层：主要实现体系架构中通用中间件的搭建，完成消息中间件、Web中间件、Nginx的集成汇聚管理。

（6）数据库层：实现多种数据源的获取及各专业数据的存储。

2 主要功能

轨道交通智慧出行App，主要包括线网图信息展示、车站详情、线路详情、路径规划、致歉信推送、失物招领、后台管理等7个模块。功能结构，如图3所示。

图3 智慧出行App功能

（1）线网图信息展示模块主要提供基于线网图的信息查看功能，实现基于线网图的客流热力地图及拥挤度地图展示。

（2）车站详情模块主要包括车站站点查询和车站详细信息展示2大功能，车站站点查询主要是方便乘客快速查找车站信息，将路网车站按线、站逐级归类，每个换乘车站名称旁标注线路号，且设置查找功能。车站信息展示主要是点选或搜索车站，查看车站相关的信息，主要包括出入口信息、卫生间信息、无障碍设施信息；首末班车时间；站内外环境要素信息；周边信息。

（3）线路详情主要是根据实际情况显示线路相关的信息，主要包括以下内容：线路首末站、全线各车站、换乘站及换乘线路、线路首末班车信息；提供智慧车站及相邻区间司机视角区间车辆运行情况查看。

（4）路径规划模块主要实现全线导乘：全程出行路线规划，可根据“时间最短”“步行最短”等出行偏好，推荐路径。

（5）致歉卡推送模块主要是当发生因地铁故障导致列车延误15 min以上时，开启该功能，推送相关致歉信图片，由乘客自动下载致歉信。

（6）失物招领模块主要提供失物招领信息查看服务，乘客可以查看遗失物品名称、特征、时间、照片和所在车站名等信息。

（7）后台管理模块主要提供基础信息管理功能，对乘客服务App所需的基础数据进行统一维护管理。

3 关键技术

3.1 微服务

智慧出行App涉及包括天气等外部条件信息，运营信息、设备信息、客流信息、历史突发事件的记录、事件分析结果或和报告等多个专业信息，覆盖多条线路及网络管理规模。在系统建设过程中，结合各专业、各线路不同的业务特点，采用基于Spring Cloud的微服务架构开发系统，并在其基础上进行封装。Spring Cloud是一个基于Spring Boot实现的微服务架构开发工具。它为微服务架构中涉及的配置管理、服务治理、断路器、智能路由、微代理、控制总线、全局锁、决策竞选、分布式会话和集群状态管理等操作提供了一种简单的开发方式。通过开放式微服务体系可以将地铁不同专业、不同线路、不同用户封装的单体业务功能模块，细分为多个开放的小功能模块服务，服务独立部署在不同的进程中，不同服务通过一些轻量级交互机制来通信，从而满足业务体系的高扩展性技术要求，实现资源的最大限度利用。

3.2 数据共享交换

智慧出行App数据来源于不同地铁既有系统，数据结构复杂，通过数据共享交换技术，开发实现数据库层面的表同步服务共享接口，从而实现跨网数据交换功能。鉴于智慧出行App数据信息多样性，结合关系型数据库、NoSQL数据库、内存数据库及分布式文件系统的技术特点和应用场景，为系统中不同类型和不同体量的数据资源选择合适的存取方式，以提升整个系统的性能以及对未来业务的扩展能力。提供各类常见数据库的适配接入功能，包括Oracle、MySQL、MSSQL和PostGreSQL等关系型数据库，支持Hadoop Hive、Hbase、HDFS和Kafka等组件的接入和适配。针对数据交换过程中的数据加工处理，提供丰富的数据处理组件，覆盖数据映射、数据丰富、数据计算、数据验证、数据排序、数据合并、数据拆分、数据生成、数据去重、数据分组和行列转换等复杂处理场景，有力地支撑了多种数据源融合接入的复杂处理场景。

3.3 基于消息中间件的信息推送

智慧出行App中存在各类重要信息（如：站内公告、突发事件信息）需要及时推送到乘客服务App客户端，方便乘客了解乘车线路的信息。平台通过消息推送机制将提供两方面服务。

（1）为应用提供系统通知类消息存储服务。

（2）通过服务平台与用户端的长连接通道，将新消息提醒和系统通知类消息推送到用户端。

消息推送机制技术架构，如图4所示。用户登录时通过消息推送服务拉取新消息提醒和系统通知，若用户在线，新消息提醒和系统通知通过即时消息中间件与用户端长连接通道及时的推送给用户端。

图4 消息推送机制技术架构

4 结束语

本文从智慧出行App需求出发，详细地论述了城市轨道交通智慧出行App的开发过程。借助移动设备网络平台媒介，从公有云、私有云和乘客移动终端3个部分，描述了智慧出行App的构成方案，有效的解决乘客应用的需求问题，改善了应用系统功能单一、人性化不足的状况，对城轨移动客户端系统的开发设计，具有很好的借鉴意义。随着App程序的进一步迭代，城轨智慧出行App将继续拓展应用及数据的广度和深度，与更多相关系统实现信息交互共享，及时获取与乘客出行相关的情景感知信息，为乘客提供更为人性化的信息服务，助力智慧城市轨道交通发展。