基于多Agent的智能旅客信息服務系統(tǒng)模型研究

王 勇

（北京鐵路局 北京站， 北京 100005）

隨著我國鐵路的快速發(fā)展以及人們物質(zhì)生活水平的提高，旅客對車站的客運設施和客運服務質(zhì)量提出了更高的要求。如何利用先進的信息技術，對原有車站的客運信息服務系統(tǒng)進行更新、整合、補充和完善，為旅客出行和工作人員生產(chǎn)組織提供更好的信息環(huán)境，是鐵路信息化建設的關鍵問題之一。

1 國內(nèi)外旅客信息服務系統(tǒng)簡介

在國外，以日本、德國、法國等為代表的發(fā)達國家鐵路非常重視運用先進技術改造旅客運輸服務設施，以提高鐵路運輸企業(yè)的競爭力。借助于計算機和網(wǎng)絡通信技術，已開發(fā)建設了人性化的旅客信息服務系統(tǒng)，通過客運信息共享, 實現(xiàn)面向旅客的信息增值服務。一些國家的鐵路旅客信息服務系統(tǒng)與鐵路客票預發(fā)售系統(tǒng)相連, 除了可以發(fā)布客運交通路網(wǎng)圖、時刻表、運價表、列車去向、到發(fā)時刻、運行位置、正晚點、候車換乘地點、站臺、運行速度、客運通告及旅客休閑娛樂信息之外，還可以向旅客提供各種信息查詢、乘車方案選定、票價計算和客票預訂服務。一些國家將鐵路旅客信息服務系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，以網(wǎng)站的方式提供更為豐富、人性化和互動的旅客信息服務，讓旅客可以隨時隨地了解和查詢鐵路客運及沿線周邊旅游資源、天氣、交通、食宿、購物、娛樂等信息，充分體現(xiàn)發(fā)達國家鐵路運輸部門以旅客為本，提供高品質(zhì)服務的經(jīng)營理念[1]。

在國內(nèi)，鐵道部已建設了全國鐵路客票發(fā)售與預訂等信息系統(tǒng)，部分鐵路局、站段也根據(jù)信息化的總體規(guī)劃和本單位的工作實際，圍繞車站客運生產(chǎn)建立了各種自動化系統(tǒng)，例如：旅客引導、到發(fā)通告、客運廣播、電話問訊、旅客查詢、客運監(jiān)控、票額揭示和自動照明等。為客運服務發(fā)揮了重要作用。但是，我國的旅客運輸信息服務還存在以下不足[1]：（1）信息服務大多是單向式的，旅客只是被動地接受，缺乏鐵路業(yè)務部門與旅客的相互溝通；（2）列車、車站、站外信息服務自成體系，沒有形成網(wǎng)絡；（3）信息資源不能共享，旅客不能及時了解到旅客列車運行實時信息。總之，各系統(tǒng)基本還處于分散管理、多渠道發(fā)布的狀態(tài)，沒有形成集成化、統(tǒng)一化和合理化運用的局面，造成信息管理效率較低、信息發(fā)布口徑不一致、信息處理手段不統(tǒng)一及信息處理流程不透明等多種信息管理弊端。

針對上述問題，本文采用面向多Agent的系統(tǒng)設計方法[2]，提出了一個基于多Agent的智能旅客信息服務系統(tǒng)模型，該模型由多個Agent協(xié)同實現(xiàn)服務信息的異構整合、信息推送和信息利用等服務，以滿足旅客服務信息管理的異構信息集成和個性化服務等實際需求。

2 旅客信息服務需求分析

根據(jù)旅客在鐵路客運站出行的行為，可分為：確定旅行目的地、購票、進站、候車和乘車5個階段，在不同階段旅客的信息需求是不同的。根據(jù)旅客的信息需求內(nèi)容，可以將旅客服務信息分為：列車基礎信息、客票發(fā)售信息、車站服務信息以及社會服務信息[3]。

2.1 列車基礎信息

旅客在出行前，首先通過網(wǎng)絡等手段了解列車的基礎信息，如車次、運行區(qū)段、開行時間、始發(fā)站、終到站、到達目的地時間，若無直達列車情況下，列車中轉換乘信息等。

2.2 客票發(fā)售信息

旅客在確定列車基礎信息后，需要確定客票發(fā)售信息，如售票預售時間、購票方式、票價、售票網(wǎng)點、余票數(shù)量及席位情況等信息。

2.3 車站服務信息

車站服務信息主要包括通過顯示屏、查詢終端、廣播設備等向旅客提供的關于車站主要服務設施的位置（如檢票口、出站口、進站大廳、候車室等）和進出路線、客票當前的發(fā)售信息、列車到發(fā)信息（如：到發(fā)和晚點、檢票信息、站臺?？啃畔ⅰ⑦\行路線等）、列車中轉換乘信息、行包信息和客運公告等。

2.4 社會服務信息

旅客出行時除了解鐵路信息，還需要了解包括旅行目的地的旅游、公共交通、氣象、住宿以及娛樂等信息。

3 系統(tǒng)模型

3.1 多Agent技術概述

多Agent系統(tǒng)（MAS）由多個松散耦合的、粗粒度的智能Agent組成，在兼顧單個Agent系統(tǒng)優(yōu)點的同時，重點解決功能獨立的Agent之間通過協(xié)商、協(xié)調(diào)和協(xié)作，完成復雜的控制任務或解決復雜的問題。它具有：（1）求解能力增強。通過協(xié)作充分發(fā)揮集體智能性，可以解決單個Agent 無法完成的復雜問題。（2）求解效率高。采用分布式的數(shù)據(jù)結構，使各個節(jié)點并行求解，從而提高效率。（3）可擴充性和容錯性。多個Agent 從整體上協(xié)調(diào)工作，一個或幾個Agent 的加入、退出或出錯時，不會使最終的決策失誤。

3.2 系統(tǒng)結構

鑒于多Agent系統(tǒng)的特點，將Agent 技術應用于旅客信息服務系統(tǒng)中，可以為旅客提供智能化、個性化信息服務。根據(jù)信息檢索領域的相關研究成果，一個信息檢索系統(tǒng)可以由多個Agent 有機結合而成，包括：用戶接口Agent、信息協(xié)作查詢Agent、信息采集Agent、信息分析Agent、信息傳遞Agent等。參考信息檢索系統(tǒng)的設計思想，本文設計了一個基于多Agent的智能旅客信息服務系統(tǒng)（IPISSMA），如圖1[4]。

圖1 基于多Agen t的智能旅客信息服務系統(tǒng)模型

系統(tǒng)模型由用戶層、用戶界面層、協(xié)調(diào)層、信息檢索層和數(shù)據(jù)源層構成，可表示為一個五元組的形式：

IPISSMA=〈US, PA, CA, RA, DA〉

其中，US表示用戶的集合，用戶可以使用手機、PC機、PDA等工具進行信息的查詢服務；

PA表示用戶接口Agent的集合；

CA表示協(xié)調(diào)控制Agent；

RA表示信息檢索Agent的集合；

DR表示各類數(shù)據(jù)資源的集合。

3.2.1 用戶層（US）

旅客是該系統(tǒng)的服務對象，用戶層描述了旅客可使用的信息檢索工具，旅客可以采用多種設備作為信息檢索的工具。

3.2.2 用戶界面層（PA）

用戶界面層是由若干個用戶接口Agent組成，由用戶接口Agent 來完成本層功能。用戶界面層負責用戶和智能信息服務系統(tǒng)之間信息的輸入和輸出，使用用戶概況表，擁有自身的知識和嵌入功能，用戶接口Agent可用一種便捷的、友好的個性化方式并可通過不同的接口與用戶交流，接受用戶給定的信息檢索任務并把檢索結果返回給用戶。同時，將檢索任務傳遞給協(xié)調(diào)Agent，并從協(xié)調(diào)Agent 處獲得相關的檢索結果。

3.2.3 協(xié)調(diào)層（CA）

協(xié)調(diào)層Agent 是系統(tǒng)的核心組成部分，負責和系統(tǒng)其他Agent通信，當其收到用戶接口Agent送來的查詢請求后，依據(jù)用戶查詢的信息類型和要求，將用戶的查詢請求分解為各個子查詢，并與相應數(shù)據(jù)源的信息檢索Agent 通信，通知信息檢索層Agent 執(zhí)行查詢。當信息檢索Agent查詢完畢，將查詢結果返回，協(xié)調(diào)Agent將查詢結果進行合并、整理，交給用戶接口Agent。

3.2.4 信息檢索層（RA）

信息檢索層是由許多信息檢索Agent組成，主要負責協(xié)調(diào)Agent的信息檢索要求，消除各個信息源之間的數(shù)據(jù)模型和語義上的異構，接收并執(zhí)行子查詢，并將查詢結果返回協(xié)調(diào)層Agent。信息檢索Agent可看成是具有一定檢索目標的智能化封裝的對象，將各個數(shù)據(jù)源的位置、接口等細節(jié)屏蔽起來，其主要功能是滿足協(xié)調(diào)Agent發(fā)送的信息檢索要求。

3.2.5 數(shù)據(jù)源層（DR）

數(shù)據(jù)源層是智能旅客信息服務系統(tǒng)的基礎，可以是現(xiàn)有票務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、旅客服務信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、氣象信息數(shù)據(jù)庫等各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3.3 IPISSMA的工作流程

系統(tǒng)的主要工作流程如下：（1）當用戶通過終端發(fā)送信息查詢請求后，系統(tǒng)通過接口Agent將查詢請求遞交給協(xié)調(diào)層的協(xié)調(diào)Agent；（2）協(xié)調(diào)Agent將依據(jù)用戶的搜索請求和信息類型，將信息查詢?nèi)蝿辗纸鉃槿舾蓚€子查詢，并分發(fā)到不同的信息檢索Agent進行信息的查詢處理；（3）信息檢索Agent接受來自協(xié)調(diào)Agent的請求，完成信息檢索任務，并將結果提交給協(xié)調(diào)Agent；（4）協(xié)調(diào)Agent對信息檢索Agent提交的檢索結果進行整理、合并，并返回給接口Agent；（5）接口Agent將最終的查詢結果提交給用戶。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

4.1 多Agent間的協(xié)作與通信

多 Agent系統(tǒng)適合于復雜的、開放的分布式系統(tǒng)。本論文的系統(tǒng)模型采用分層式組織結構，在每層組織結構中采用網(wǎng)絡型組成結構，通過Agent之間的通信和協(xié)作來完成任務的求解。通信是協(xié)作的基礎，因此，必須要有通信語言。

KQML是一種通用的Agent間的通信語言， 包含了一系列可擴充的行為原語, 行為原語定義了Agent 對知識和目標的各種操作, 在其上可以建立Agent 互操作的高層模型。FIPA致力于指定有關Agent的標準，F(xiàn)IPA-ACL是其標準中關于Agent通信語言的部分。FIPA的通信語言基于語言行為理論，定義了一組消息類型和這些消息對發(fā)送者和接收者的影響。

4.2 系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境與開發(fā)工具

系統(tǒng)可以采用三層C/S模式架構，利用Java語言提供統(tǒng)一的計算環(huán)境和API技術支持，開發(fā)XML應用系統(tǒng)，將KQML封裝成XML的形式，利用Java的JMS機制實現(xiàn)XML消息的傳遞，通過Java 解析器對XML數(shù)據(jù)進行解析；由于JDBC提供了標準的API，在實現(xiàn)Agent時可以通過JDBC訪問數(shù)據(jù)庫，利用Java API編寫數(shù)據(jù)庫應用程序，實現(xiàn)系統(tǒng)模型。

5 結束語

為了提升現(xiàn)有旅客信息服務系統(tǒng)的水平，解決鐵路信息化建設條件下各種異構服務信息的集成問題，本文采用多Agent的系統(tǒng)設計思想，提出了一個五層次的智能旅客信息服務系統(tǒng)模型，闡述了系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術。該模型為鐵路智能旅客信息服務系統(tǒng)提供了一種參考解決方案。方案還需在實踐中進一步完善，如何對用戶個性化需求建模、如何更好地完成Agent 與Agent 之間的協(xié)同等有待進一步研究。

[1] 張 霞，趙 瑜. 關于鐵路旅客綜合服務信息系統(tǒng)的研究[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2004，4（2）：64-67.

[2] 馬 琴，程大章. 多Agent技術在智能建筑系統(tǒng)集成中的應用 [J]. 樓宇自動化，2008（16）：1-5.

[3] 孫 峰. 面向旅客的客運服務系統(tǒng)設計策略[J]. 鐵道標準設計，2010（1）.

[4] 陽建鳴，戴賢春. 鐵路旅客服務綜合信息系統(tǒng)總體方案的研究[J].中國鐵路，2006（1）.