宣秀彬，高 凡，張 銘，付 思，蔡宇晶

（1. 北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；2. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，市民出行需求持續(xù)增長，交通供需矛盾日益加劇，交通不暢影響著人民的生活，制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。城市軌道交通由于其大運(yùn)量、高速度等優(yōu)點(diǎn)，受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，成為市民出行的首選。城市軌道交通作為面向社會(huì)提供服務(wù)的公益性行業(yè)，需要以優(yōu)質(zhì)的服務(wù)贏得客戶的滿意度，塑造高端企業(yè)形象。此外，城市軌道交通緊跟交通強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略和智慧城市、智慧交通規(guī)劃建設(shè)，邁入了智慧化、網(wǎng)絡(luò)化的關(guān)鍵時(shí)期[1]。在這樣的時(shí)代背景下，傳統(tǒng)地鐵的運(yùn)營方式將很難滿足乘客的個(gè)性化服務(wù)，因此以個(gè)性化為出發(fā)點(diǎn)，建立一個(gè)統(tǒng)一的智慧出行乘客服務(wù)App，為乘客提供便捷、高品質(zhì)的移動(dòng)出行服務(wù)已成為必然趨勢(shì)。

如何借助移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)媒介有效地解決乘客應(yīng)用的需求問題，如何利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、微服務(wù)等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通乘客服務(wù)App已成為城市軌道交通領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[2–4]分別在城市軌道交通行業(yè)手機(jī)移動(dòng)端App界面設(shè)計(jì)、地鐵客戶端App存在的不足等方面進(jìn)行了闡述，文獻(xiàn)[5–6]分別對(duì)移動(dòng)客戶端自身發(fā)展具有的一些實(shí)質(zhì)性的優(yōu)勢(shì)、移動(dòng)支付在城市軌道交通中的發(fā)展前景進(jìn)行了分析。

本文在上述研究基礎(chǔ)上，分析城市軌道交通智慧出行業(yè)務(wù)需求，利用H5、微服務(wù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，開展城市軌道交通智慧出行App搭建研究，實(shí)現(xiàn)乘客服務(wù)出行的優(yōu)化提升。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)成方案

軌道交通智慧出行App構(gòu)成，如圖1所示。主要由乘客手機(jī)端頁面展示交互應(yīng)用、App應(yīng)用、后臺(tái)管理應(yīng)用3部分組成。其中，頁面展示交互應(yīng)用部署在乘客智能手機(jī)端；App應(yīng)用主要部署在公有云平臺(tái)上；后臺(tái)管理應(yīng)用部署在私有云平臺(tái)上；其中，公有云、私有云完全隔離，通過MQ消息隊(duì)列進(jìn)行通信。

圖1 軌道交通智慧出行App構(gòu)成

（1）訪問層：乘客智能手機(jī)端，用于功能的訪問入口。

（2）前端UI及交互層：利用VUE等前端框架提供基于H5的頁面訪問服務(wù)。

（3）公有云平臺(tái)：公有云平臺(tái)主要部署App應(yīng)用及消息隊(duì)列中間件，提供業(yè)務(wù)功能服務(wù)，通過消息中間件與地鐵內(nèi)部既有系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，保障安全。

（4）私有云平臺(tái)：私有云平臺(tái)主要部署后臺(tái)管理系統(tǒng)，用于采集對(duì)接地鐵現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

智慧出行App主要包括前端App程序和后臺(tái)管理程序兩部分。

前端App程序采用Vue+Vant的開發(fā)框架，搭配Vue-router、Vuex、Axios實(shí)現(xiàn)頁面的路由跳轉(zhuǎn)、公共變量的狀態(tài)管理，以及與后端的數(shù)據(jù)交互。涉及展示車站線路實(shí)時(shí)狀態(tài)等功能需求，通過長連接Websocket實(shí)現(xiàn)前后端數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，前端項(xiàng)目開發(fā)完成后部署到Nginx應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與后端數(shù)據(jù)交互。

后臺(tái)管理程序采用符合業(yè)界主流和先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)，充分借鑒成熟的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分層體系結(jié)構(gòu)，以B/S架構(gòu)模式為主線，豐富完善建立系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)包括：業(yè)務(wù)應(yīng)用層、通用構(gòu)建層、技術(shù)框架層、集成服務(wù)層、中間層和數(shù)據(jù)層[7-8]，如圖2所示。

圖2 后臺(tái)管理子系統(tǒng)架構(gòu)

（1）業(yè)務(wù)應(yīng)用層：通過打造基本信息管理、信息發(fā)布、統(tǒng)一賬戶等基礎(chǔ)管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)乘客服務(wù)App所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)管理。對(duì)乘客服務(wù)App所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)管理。

（2）通用構(gòu)建層：對(duì)系統(tǒng)通用的緩存、日志等基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)件進(jìn)行剝離，統(tǒng)一管理。

（3）技術(shù)框架層：利用業(yè)界主流的開源框架搭建技術(shù)中臺(tái)層，為各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能提供支撐。

（4）集成服務(wù)層：集成服務(wù)層依托微服務(wù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證管理、統(tǒng)一組織用戶、單點(diǎn)登錄體系構(gòu)建。

（5）中間件層：主要實(shí)現(xiàn)體系架構(gòu)中通用中間件的搭建，完成消息中間件、Web中間件、Nginx的集成匯聚管理。

（6）數(shù)據(jù)庫層：實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源的獲取及各專業(yè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2 主要功能

軌道交通智慧出行App，主要包括線網(wǎng)圖信息展示、車站詳情、線路詳情、路徑規(guī)劃、致歉信推送、失物招領(lǐng)、后臺(tái)管理等7個(gè)模塊。功能結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 智慧出行App功能

（1）線網(wǎng)圖信息展示模塊主要提供基于線網(wǎng)圖的信息查看功能，實(shí)現(xiàn)基于線網(wǎng)圖的客流熱力地圖及擁擠度地圖展示。

（2）車站詳情模塊主要包括車站站點(diǎn)查詢和車站詳細(xì)信息展示2大功能，車站站點(diǎn)查詢主要是方便乘客快速查找車站信息，將路網(wǎng)車站按線、站逐級(jí)歸類，每個(gè)換乘車站名稱旁標(biāo)注線路號(hào)，且設(shè)置查找功能。車站信息展示主要是點(diǎn)選或搜索車站，查看車站相關(guān)的信息，主要包括出入口信息、衛(wèi)生間信息、無障礙設(shè)施信息；首末班車時(shí)間；站內(nèi)外環(huán)境要素信息；周邊信息。

（3）線路詳情主要是根據(jù)實(shí)際情況顯示線路相關(guān)的信息，主要包括以下內(nèi)容：線路首末站、全線各車站、換乘站及換乘線路、線路首末班車信息；提供智慧車站及相鄰區(qū)間司機(jī)視角區(qū)間車輛運(yùn)行情況查看。

（4）路徑規(guī)劃模塊主要實(shí)現(xiàn)全線導(dǎo)乘：全程出行路線規(guī)劃，可根據(jù)“時(shí)間最短”“步行最短”等出行偏好，推薦路徑。

（5）致歉卡推送模塊主要是當(dāng)發(fā)生因地鐵故障導(dǎo)致列車延誤15 min以上時(shí)，開啟該功能，推送相關(guān)致歉信圖片，由乘客自動(dòng)下載致歉信。

（6）失物招領(lǐng)模塊主要提供失物招領(lǐng)信息查看服務(wù)，乘客可以查看遺失物品名稱、特征、時(shí)間、照片和所在車站名等信息。

（7）后臺(tái)管理模塊主要提供基礎(chǔ)信息管理功能，對(duì)乘客服務(wù)App所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)管理。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 微服務(wù)

智慧出行App涉及包括天氣等外部條件信息，運(yùn)營信息、設(shè)備信息、客流信息、歷史突發(fā)事件的記錄、事件分析結(jié)果或和報(bào)告等多個(gè)專業(yè)信息，覆蓋多條線路及網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)模。在系統(tǒng)建設(shè)過程中，結(jié)合各專業(yè)、各線路不同的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，采用基于Spring Cloud的微服務(wù)架構(gòu)開發(fā)系統(tǒng)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行封裝。Spring Cloud是一個(gè)基于Spring Boot實(shí)現(xiàn)的微服務(wù)架構(gòu)開發(fā)工具。它為微服務(wù)架構(gòu)中涉及的配置管理、服務(wù)治理、斷路器、智能路由、微代理、控制總線、全局鎖、決策競(jìng)選、分布式會(huì)話和集群狀態(tài)管理等操作提供了一種簡單的開發(fā)方式。通過開放式微服務(wù)體系可以將地鐵不同專業(yè)、不同線路、不同用戶封裝的單體業(yè)務(wù)功能模塊，細(xì)分為多個(gè)開放的小功能模塊服務(wù)，服務(wù)獨(dú)立部署在不同的進(jìn)程中，不同服務(wù)通過一些輕量級(jí)交互機(jī)制來通信，從而滿足業(yè)務(wù)體系的高擴(kuò)展性技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)資源的最大限度利用。

3.2 數(shù)據(jù)共享交換

智慧出行App數(shù)據(jù)來源于不同地鐵既有系統(tǒng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過數(shù)據(jù)共享交換技術(shù)，開發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫層面的表同步服務(wù)共享接口，從而實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)數(shù)據(jù)交換功能。鑒于智慧出行App數(shù)據(jù)信息多樣性，結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、NoSQL數(shù)據(jù)庫、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫及分布式文件系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，為系統(tǒng)中不同類型和不同體量的數(shù)據(jù)資源選擇合適的存取方式，以提升整個(gè)系統(tǒng)的性能以及對(duì)未來業(yè)務(wù)的擴(kuò)展能力。提供各類常見數(shù)據(jù)庫的適配接入功能，包括Oracle、MySQL、MSSQL和PostGreSQL等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，支持Hadoop Hive、Hbase、HDFS和Kafka等組件的接入和適配。針對(duì)數(shù)據(jù)交換過程中的數(shù)據(jù)加工處理，提供豐富的數(shù)據(jù)處理組件，覆蓋數(shù)據(jù)映射、數(shù)據(jù)豐富、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、數(shù)據(jù)排序、數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)拆分、數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)去重、數(shù)據(jù)分組和行列轉(zhuǎn)換等復(fù)雜處理場(chǎng)景，有力地支撐了多種數(shù)據(jù)源融合接入的復(fù)雜處理場(chǎng)景。

3.3 基于消息中間件的信息推送

智慧出行App中存在各類重要信息（如：站內(nèi)公告、突發(fā)事件信息）需要及時(shí)推送到乘客服務(wù)App客戶端，方便乘客了解乘車線路的信息。平臺(tái)通過消息推送機(jī)制將提供兩方面服務(wù)。

（1）為應(yīng)用提供系統(tǒng)通知類消息存儲(chǔ)服務(wù)。

（2）通過服務(wù)平臺(tái)與用戶端的長連接通道，將新消息提醒和系統(tǒng)通知類消息推送到用戶端。

消息推送機(jī)制技術(shù)架構(gòu)，如圖4所示。用戶登錄時(shí)通過消息推送服務(wù)拉取新消息提醒和系統(tǒng)通知，若用戶在線，新消息提醒和系統(tǒng)通知通過即時(shí)消息中間件與用戶端長連接通道及時(shí)的推送給用戶端。

圖4 消息推送機(jī)制技術(shù)架構(gòu)

4 結(jié)束語

本文從智慧出行App需求出發(fā)，詳細(xì)地論述了城市軌道交通智慧出行App的開發(fā)過程。借助移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)媒介，從公有云、私有云和乘客移動(dòng)終端3個(gè)部分，描述了智慧出行App的構(gòu)成方案，有效的解決乘客應(yīng)用的需求問題，改善了應(yīng)用系統(tǒng)功能單一、人性化不足的狀況，對(duì)城軌移動(dòng)客戶端系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，具有很好的借鑒意義。隨著App程序的進(jìn)一步迭代，城軌智慧出行App將繼續(xù)拓展應(yīng)用及數(shù)據(jù)的廣度和深度，與更多相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互共享，及時(shí)獲取與乘客出行相關(guān)的情景感知信息，為乘客提供更為人性化的信息服務(wù)，助力智慧城市軌道交通發(fā)展。