綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

姬孟洛，舒云星，周亞飛，劉宗福，侯小靜

（1. 洛陽理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程系，河南 洛陽 471023；2. 清華大學(xué) 高速鐵路技術(shù)研究中心，北京 100084）

隨著城市化規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人口居住密度的增加，提高出行效率變得日益重要，采用多種交通方式成為必然選擇，提高交通方式間的換乘效率顯得尤為重要。因此，在“十二五”規(guī)劃中，國家及各地政府非常重視并積極投入樞紐建設(shè)。而綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)為樞紐的有效運(yùn)轉(zhuǎn)提供支撐，根據(jù)客運(yùn)樞紐車流、人流的組織預(yù)案，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營指揮管理智能化，為客運(yùn)樞紐的客流、車流提供舒適、快速、便捷的人性化出行環(huán)境；災(zāi)害狀況下，對樞紐區(qū)域范圍內(nèi)的機(jī)電設(shè)備、客流、車流、出入口、交通等進(jìn)行統(tǒng)一指揮和控制，為樞紐客流、車流的安全疏散提供保障。信息系統(tǒng)是客運(yùn)樞紐運(yùn)營的核心支撐[1]，以開發(fā)的客運(yùn)樞紐信息化項(xiàng)目 ( 如虹橋樞紐、常州客運(yùn)中心樞紐等 ) 為基礎(chǔ)，對綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)展開研究，重點(diǎn)研究信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍、關(guān)鍵技術(shù)和未來發(fā)展趨勢，為樞紐信息系統(tǒng)的研制和選型提供參考。

1 綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)概述

1.1 綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)的范圍

由于基礎(chǔ)條件、運(yùn)營模式、投資方式及經(jīng)費(fèi)預(yù)算等方面的限制和約束，不同的綜合客運(yùn)樞紐建設(shè)的信息系統(tǒng)所包含的內(nèi)容差異很大[2-3]，有的客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)包含交通方式 ( 如長途客運(yùn) ) 信息管理系統(tǒng)，而設(shè)備設(shè)施的運(yùn)維管理信息系統(tǒng)則根據(jù)經(jīng)費(fèi)來確定。為了統(tǒng)一綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)的內(nèi)涵，應(yīng)對其包含的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，但目前還沒有國家有這方面的標(biāo)準(zhǔn)化定義。2008年原鐵道部發(fā)布了《 鐵路旅客車站客運(yùn)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 》[4]，定義了客運(yùn)信息系統(tǒng)，但沒有涉及綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)；2012 年北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了《 綜合客運(yùn)樞紐智能化系統(tǒng)技術(shù)要求 》[5]，定義了綜合客運(yùn)樞紐智能化系統(tǒng)，即具有樞紐運(yùn)行檢測、安全疏散與應(yīng)急、乘客綜合信息服務(wù)、協(xié)同管理與聯(lián)動(dòng)支持、綜合運(yùn)行信息管理和停車管理的多功能信息集合系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，如果將該智能化系統(tǒng)定義的范圍稱為基本范圍，從而可以對綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)的基本范圍和擴(kuò)展范圍進(jìn)行延伸，如圖 1所示。

圖1 綜合客運(yùn)樞紐系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍

由圖 1 可知，綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)的基本范圍包括：運(yùn)行檢測、安全疏散與應(yīng)急、乘客綜合信息服務(wù)、協(xié)同管理與聯(lián)動(dòng)支持、綜合運(yùn)行信息管理、停車管理。擴(kuò)展范圍包括：治安管理、弱電系統(tǒng)工程、設(shè)備設(shè)施運(yùn)維管理、資產(chǎn)管理、租賃管理、能源環(huán)境管理、乘客信息管理、物業(yè)管理、交通方式管理、清分清算、機(jī)電控制，其中弱電系統(tǒng)工程，也稱為建筑智能化工程，包括通信自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、消防自動(dòng)化和保安自動(dòng)化，簡稱 5A。

1.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

由于系統(tǒng)技術(shù)呈現(xiàn)多樣性，綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)不可能存在一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)框架，但基于綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特征，可以將其實(shí)現(xiàn)技術(shù)劃分為：樞紐內(nèi)通信、樞紐外通信、樞紐內(nèi)公共設(shè)施/服務(wù)和樞紐內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng) 4 個(gè)部分，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖 2 所示。

2 綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 樞紐內(nèi)通信

樞紐內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和各交通方式集成系統(tǒng)繁多，相互間通信是首先需要面臨的問題。樞紐內(nèi)不同系統(tǒng)之間，以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)與公共設(shè)施之間的通信交互方式特點(diǎn)不同，它們將采用不同的通信技術(shù)，但一般采用基于中間件的通信交互技術(shù)：MQ ( Message Queue，消息中間件 )、WS/CORBA ( Web Service/Common Object Request Broker Architecture，Web 服務(wù)/公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu) ) 或 ESB ( Enterprise Service Bus，企業(yè)服務(wù)總線 )。

考慮消息的發(fā)送者與接收者的松耦合關(guān)系、消息的必達(dá)性和異步關(guān)系，以及樞紐內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間消息傳遞的實(shí)時(shí)性要求，MQ 系列中間件無疑會(huì)是樞紐內(nèi)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間和各交通方式集成系統(tǒng)之間應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)通信及集成中間件[6-7]。

MQ 消息傳遞系統(tǒng)是一種對等網(wǎng)絡(luò)計(jì)算 ( Peer-topeer，P2P ) 設(shè)施：消息的客戶端能夠把消息發(fā)送到另一個(gè)客戶端，也能夠從另一個(gè)客戶端接收消息。每一個(gè)連接到消息服務(wù)器的客戶都能夠創(chuàng)建、發(fā)送、接收和閱讀消息。消息傳遞使分布式通信成為松耦合，一個(gè)軟件組件將消息發(fā)送到目的地，接收方從目的地獲取消息，而發(fā)送者和接收者在通信時(shí)不必同時(shí)可用，發(fā)送者和接收者只需要知道消息格式和使用的目的地即可完成通信。

基于 MQ 消息傳遞系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信既需要根據(jù)消息格式進(jìn)行消息包的解析/封裝，也需要根據(jù)不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的通信協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議適配?；贛Q 消息傳遞系統(tǒng)的樞紐內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和各交通方式數(shù)據(jù)集成架構(gòu)如圖 3 所示，其中消息服務(wù)器表示由MQ 消息傳遞系統(tǒng)承擔(dān)的消息傳遞功能。

2.2 樞紐外通信

圖2 樞紐信息系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)框圖

圖3 基于 MQ 消息傳遞系統(tǒng)的樞紐內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和各交通方式數(shù)據(jù)集成架構(gòu)

樞紐外通信是指樞紐信息系統(tǒng)與業(yè)務(wù)主管部門信息系統(tǒng)、城市業(yè)務(wù)相關(guān)信息系統(tǒng)及其他樞紐信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。與樞紐內(nèi)通信類似，樞紐外數(shù)據(jù)通信也將根據(jù)各系統(tǒng)間通信交互方式的不同特點(diǎn)采用不同的通信技術(shù)。

考慮到樞紐信息系統(tǒng)與樞紐外信息系統(tǒng)更加松散的耦合，以及緊急事件的實(shí)時(shí)報(bào)警和日常指定/定時(shí)的大數(shù)據(jù)傳輸，采用一種融合實(shí)時(shí)通知、指令操作和文件傳輸?shù)南到y(tǒng)間通信機(jī)制，該機(jī)制原用于電信系統(tǒng)的上下級數(shù)據(jù)通信，目前常應(yīng)用于樞紐信息系統(tǒng)的對外通信，其原理結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

圖4 與樞紐外信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信原理結(jié)構(gòu)圖

在圖 4 所示的通信機(jī)制中，樞紐信息系統(tǒng)是數(shù)據(jù)/消息的提供者 ( Supplier )，樞紐外信息系統(tǒng)是數(shù)據(jù)/消息消費(fèi)者 ( Consumer )，兩者間有 3 種交互方式：①由樞紐信息系統(tǒng)發(fā)起，向樞紐外信息系統(tǒng)發(fā)送實(shí)時(shí)告警、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好通知等消息通知；②由樞紐外信息系統(tǒng)發(fā)起，由樞紐信息系統(tǒng)向樞紐外信息系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)上報(bào)等指令操作；③根據(jù)約定 ( 如定時(shí)或請求 )，由樞紐信息系統(tǒng)向樞紐外信息系統(tǒng)傳送大數(shù)據(jù)文件。

2.3 樞紐內(nèi)公共設(shè)施 / 服務(wù)

樞紐內(nèi)公共設(shè)施/服務(wù)是指屬于樞紐信息系統(tǒng)但不屬于某一業(yè)務(wù)系統(tǒng)，而且為樞紐內(nèi)所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供服務(wù)的公共技術(shù)設(shè)施或服務(wù)，典型的公共技術(shù)設(shè)施包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng) ( GIS )服務(wù)、大數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜事件處理引擎。

每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)有可能會(huì)單獨(dú)為自己配置 1 個(gè)甚至多個(gè)數(shù)據(jù)庫，但考慮業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)的綜合處理，一般樞紐內(nèi)會(huì)有 1 個(gè)或多個(gè)公共的數(shù)據(jù)庫，為每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)所使用。同時(shí)，大數(shù)據(jù)處理是綜合的，也要求有映射整個(gè)樞紐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

由于 GIS 的專業(yè)性及樞紐的規(guī)模，多個(gè)有 GIS需求的業(yè)務(wù)系統(tǒng)往往會(huì)公用 1 個(gè)或多個(gè) GIS 系統(tǒng)。將 GIS 系統(tǒng)配置在樞紐公共技術(shù)服務(wù)中而不是配置在業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)，也有助于 GIS 業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。

復(fù)雜事件處理[8]( Complex Event Processing，CEP ) 引擎廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，考慮樞紐信息系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)高并發(fā)處理特征，將 CEP 應(yīng)用于樞紐信息系統(tǒng)將是一種適當(dāng)?shù)倪x擇。以復(fù)雜事件處理引擎在樞紐系統(tǒng)中 CEP 引擎的應(yīng)用樣例如圖 5 所示。

圖5 CEP 引擎在樞紐信息系統(tǒng)中的應(yīng)用樣例

在圖 5 中，可以認(rèn)為消息來源于圖 3 中的消息服務(wù)器，消息經(jīng)由事件生成器過濾和識(shí)別，確定其能夠產(chǎn)生 1 個(gè)事件或復(fù)雜事件。所謂復(fù)雜事件是指由多個(gè)事件滿足一定規(guī)則后產(chǎn)生的一個(gè)新的事件，如多個(gè)人在 1 個(gè)時(shí)間段內(nèi)同時(shí)報(bào)火警，可能意味著有火災(zāi)。事件監(jiān)聽器接收事件/復(fù)雜事件，按照規(guī)則引擎確定的規(guī)則進(jìn)行匹配，按照匹配結(jié)果分發(fā)給相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或服務(wù)主題，如應(yīng)急處置系統(tǒng)和上級主管部門。

樞紐信息系統(tǒng)擁有復(fù)雜事件處理能力意味著擁有信息的智能處理能力，如一個(gè)鐵路車站忽然發(fā)生人流高峰，通過視頻信息采集及其他有關(guān)人員的流向信息，能夠預(yù)測未來 10～15 min 內(nèi)其他相關(guān)車站將出現(xiàn)人流擁堵現(xiàn)象。因此，系統(tǒng)會(huì)提前通知其他相關(guān)車站發(fā)布人員疏導(dǎo)信息，提前開檢，提前安排車站服務(wù)人力，甚至提前安排公共交通工具疏導(dǎo)即將來臨的人流擁堵。

2.4 樞紐內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)

樞紐內(nèi)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)所采用的技術(shù)框架和關(guān)鍵技術(shù)會(huì)由于技術(shù)儲(chǔ)備、人才儲(chǔ)備及歷史積累等各種原因而有所不同，只要這些系統(tǒng)能夠滿足與其他系統(tǒng)的通信和交互，同時(shí)滿足軟件工程的質(zhì)量要求即可。簽于目前的流行技術(shù)和技術(shù)發(fā)展趨勢，相對而言，采用基于應(yīng)用服務(wù)器 JEE ( Java Platform，Enterprise Edition，JAVA 平臺(tái)企業(yè)版 ) 和 SSH 架構(gòu)的技術(shù)方案較多。SSH 是集成了 Struts2、Spring和Hibernate 的 Web 應(yīng)用程序開源框架，其中 Struts2作為系統(tǒng)的整體基礎(chǔ)架構(gòu)，采用 MVC ( Model、View、Controller，模型、視圖、控制器 ) 模式，而其中的 View 通常采用 JSP ( Java Server Pages )，Hibernate 是對象關(guān)系映射框架，它通過使用服務(wù)和 Query 語言對持久層提供支持，Spring 是容器框架，用以管理 Struts 和 Hibernate。運(yùn)行在 SSH 架構(gòu)上的樞紐業(yè)務(wù)系統(tǒng)如圖 6 所示。在圖 6 中，每一種業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如綜合運(yùn)行信息服務(wù)、乘客綜合信息服務(wù)都分別由相應(yīng)的表示層、業(yè)務(wù)層和持久層來實(shí)現(xiàn)。

3 綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢

（1）綜合一體化。對于一體化的綜合客運(yùn)樞紐，不僅要求基礎(chǔ)設(shè)施一體化和運(yùn)行管理一體化，而且要求信息服務(wù)一體化，具有統(tǒng)一的信息采集和統(tǒng)一的信息發(fā)布。一體化樞紐信息系統(tǒng)是提高樞紐高效協(xié)同運(yùn)行的重要手段，是協(xié)調(diào)樞紐各有機(jī)體協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，是為旅客提供全面、完善、優(yōu)質(zhì)、人性化服務(wù)的保障[7]。

（2）服務(wù)智能化及手段多樣化。隨著信息業(yè)的迅猛發(fā)展，信息傳播手段日漸豐富，尤其是智能手持終端的普及和廣泛應(yīng)用，在靜態(tài)標(biāo)識(shí)及 LED/LCD 屏幕、語音廣播這些常規(guī)的信息發(fā)布手段外，面向智能手持終端信息發(fā)布也逐步成為發(fā)展趨勢。面向智能手持終端的信息發(fā)布，除了傳統(tǒng)的短信、應(yīng)用程序外，還可以通過微信的方式進(jìn)行發(fā)布。

（3）與城市系統(tǒng)的融合。隨著樞紐信息系統(tǒng)的完善，大數(shù)據(jù)處理的完善和普及，樞紐系統(tǒng)不僅會(huì)形成一個(gè)城市或區(qū)域的樞紐群，而且將會(huì)逐步融入面向城市的公眾交通信息服務(wù)平臺(tái)之中。

圖6 運(yùn)行在 SSH 架構(gòu)上的樞紐業(yè)務(wù)系統(tǒng)

4 結(jié)束語

綜合客運(yùn)樞紐是國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃的一個(gè)重點(diǎn)，而信息系統(tǒng)是綜合客運(yùn)樞紐的核心支撐。為此，通過研究綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)的范圍、關(guān)鍵技術(shù)和未來發(fā)展趨勢，為綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)的研制提供參考。在面向大數(shù)據(jù)的復(fù)雜事件處理應(yīng)用解決方案方面，還應(yīng)進(jìn)一步研究綜合客運(yùn)樞紐信息系統(tǒng)與智慧城市信息系統(tǒng)的集成。

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