多場景下客流精準誘導系統(tǒng)分析與設計

吳兆斌，楊志強，張亞敏，鐘仕辰，張 可

（1. 廣州地鐵集團有限公司 運營事業(yè)總部，廣州 510000；2. 北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044）

隨著城市軌道交通在各大城市的快速發(fā)展，建設運營總里程不斷增加，城市軌道交通越來越受到人們的青睞[1]。城市軌道交通的供需矛盾是導致交通擁擠的一個主要原因，也是地鐵運營企業(yè)所面臨的一個重要挑戰(zhàn)。從運營方的角度，通過客流精準誘導系統(tǒng)可以緩解一些特定車站和區(qū)間在早晚高峰或突發(fā)事件下的擁擠程度，以提高安全性和路網(wǎng)運營效率；從乘客的角度，可通過運營方發(fā)布的不同模式的誘導信息，精準掌握軌道交通路網(wǎng)狀態(tài)，并選擇最優(yōu)路徑出行，以提高出行效率。因此，研究和開發(fā)客流精準誘導系統(tǒng)十分迫切和必要[2]。

在城市軌道交通誘導技術(shù)原型系統(tǒng)驗證方面，國內(nèi)已經(jīng)有許多研究成果。劉倩[3]在研究路徑選擇和基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的客流短時預測的基礎上，使用新型SSH 框架，實現(xiàn)北京市城市軌道交通客流誘導軟件系統(tǒng)；宋紅穎[4]研究并改進了Dijkstra 算法，結(jié)合Logit 模型進行客流分配，并通過將Flex 與J2EE 相結(jié)合的方式，開發(fā)出B/S 架構(gòu)的城市軌道交通客流誘導系統(tǒng)；王洋[5]在分析突發(fā)事件下客流分布特征的基礎上，提出使用B/S 結(jié)構(gòu)設計誘導信息發(fā)布系統(tǒng)，并對系統(tǒng)各個模塊及子模塊的相關(guān)功能進行定義；徐杰[6]在構(gòu)建換乘路徑可達性模型并使用遺傳算法求解的基礎上，設計了面向乘客和系統(tǒng)業(yè)務人員的城市軌道交通末班車客流誘導系統(tǒng)；顏開[7]基于PGS 3 層架構(gòu)，設計誘導信息系統(tǒng)，提出了改進有效路徑集模型。

當前的客流誘導理論和系統(tǒng)研究多偏重于對有效路徑集的計算、路徑可達性分析，對于如何進行前瞻性、主動誘導，針對不同乘客發(fā)布精準誘導信息以及乘客對誘導信息的響應等功能涉及較少[8]。因此亟需開發(fā)一種能夠在多場景下實現(xiàn)客流精準誘導的系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設計

1.1 總體需求

通過對不同運營場景（擁擠場景、列車延誤和末班車場景）、不同出行需求（出行日期、出發(fā)時刻、起點站、終點站）的乘客出行路徑誘導信息動態(tài)生成、評估與優(yōu)化方法進行研究，研發(fā)相應的后臺管理系統(tǒng)并接入廣州地鐵官方App 中進行應用，總體需求主要包括以下3 個方面：

（1）在擁擠場景下，實現(xiàn)交通起止點（OD，Origin Destination）路徑前瞻性查詢和推薦；

（2）在突發(fā)事件影響下，通過計算影響范圍來進行信息發(fā)布，以實現(xiàn)乘客出行受阻時，出行路徑誘導信息主動推送；

（3）在末班車場景下，通過計算各路徑時間，實現(xiàn)路徑可達性查詢。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)存儲層、處理服務層和應用服務層4 個層次，如圖1 所示。數(shù)據(jù)接入層基于各類數(shù)據(jù)接口完成數(shù)據(jù)的接入，主要包括線網(wǎng)拓撲屬性接入、路徑集接入、OD 末班車數(shù)據(jù)接入、區(qū)間滿載率數(shù)據(jù)接入、突發(fā)事件數(shù)據(jù)接入和乘客位置接入；數(shù)據(jù)存儲層存儲來自數(shù)據(jù)接入層的數(shù)據(jù)，主要包括線網(wǎng)拓撲屬性、OD 路徑集、OD 末班車、區(qū)間滿載率、突發(fā)事件、乘客軌跡、乘客偏好和乘客位置等數(shù)據(jù)；處理服務層基于存儲的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)各項業(yè)務功能，包括突發(fā)事件處理服務、OD 末班車查詢服務、OD 路徑推薦服務、消息推送服務、信息發(fā)布服務、乘客出行偏好服務、乘客出行偏好學習服務、路徑導航服務和導航訂閱服務；應用服務層包括后臺管理和App 應用，分別為后臺工作人員和用戶提供服務。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.3 技術(shù)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用的技術(shù)架構(gòu)包括視圖層、訪問層、大數(shù)據(jù)存儲與服務層和外部數(shù)據(jù)源層，如圖2 所示。視圖層使用JS、H5+Canvas 和Thymelwaf 技術(shù)進行設計；訪問層基于Ngnix 和API 網(wǎng)關(guān)；大數(shù)據(jù)存儲與服務層使用Spark 和Hadoop 框架進行計算和數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)服務主要是利用Spring Cloud 中的Spring boot 的框架，數(shù)據(jù)存儲主要應用Redis 和Oracle；外部數(shù)據(jù)源層利用FTP 和MQ 隊列進行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

本系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)邏輯清晰、功能業(yè)務齊全、實現(xiàn)技術(shù)成熟、可移植性強，可應對億萬級數(shù)據(jù)的處理和分析，實現(xiàn)超大規(guī)模路網(wǎng)千萬級客流的實時響應。

1.4 信息共享與信息接口

1.4.1 接口方式與數(shù)據(jù)格式

本系統(tǒng)接口方式有兩種：（1）標準的Web Services 接口服務；（2）訪問代理接口，該接口由具體服務提供。

接口傳入?yún)?shù)、返回值均為JSON 字符串，接口傳入?yún)?shù)包含頭文件和數(shù)據(jù)參數(shù)。調(diào)用接口的返回信息包含成功標識、錯誤代碼、錯誤信息、返回結(jié)果。若接口調(diào)用成功，以JSON 格式返回接口處理結(jié)果。

1.4.2 接口內(nèi)容

本系統(tǒng)共有6 個數(shù)據(jù)接口，分別為線網(wǎng)拓撲屬性接口、路徑集接口、OD 末班車數(shù)據(jù)接口、區(qū)間滿載率數(shù)據(jù)接口、突發(fā)事件數(shù)據(jù)接口和乘客位置數(shù)據(jù)接口。這些接口將系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)接入并存儲在數(shù)據(jù)庫中。

（1）線網(wǎng)拓撲屬性接口：解析線路、車站和車站位置參數(shù)文件，并完成數(shù)據(jù)存儲入庫功能。

（2）路徑集接口：解析OD 路徑集數(shù)據(jù)文件，完成OD 路徑集數(shù)據(jù)處理入庫。

（3）OD 末班車數(shù)據(jù)接口：通過請求線網(wǎng)首末班車時刻版本接口、OD 末班車時刻信息接口、路徑末班車時刻信息接口，完成OD 末班車數(shù)據(jù)接入。

（4）區(qū)間滿載率數(shù)據(jù)接口：實現(xiàn)歷史滿載率數(shù)據(jù)的接入，通過FTP 下載前一日的歷史滿載率數(shù)據(jù)并保存至本地，完成文件的校驗后向FTP 返回日志文件。

（5）突發(fā)事件數(shù)據(jù)接口：實現(xiàn)應急信息接入和突發(fā)客流控制數(shù)據(jù)接入。接入應急事件和客流控制數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)寫入并發(fā)送消息至AFC_EVENT消息隊列。

（6）乘客位置數(shù)據(jù)接口：實現(xiàn)乘客位置數(shù)據(jù)接入和乘客位置數(shù)據(jù)處理。乘客位置數(shù)據(jù)每5 min 更新一次，為路徑導航提供基礎。

1.5 后臺管理功能設計

后臺管理功能主要包括處理服務、基礎數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理3 個功能模塊。處理服務中主要有突發(fā)事件處理服務、OD 末班車查詢服務、OD 路徑推薦服務、消息推送服務、信息發(fā)布服務、乘客出行偏好學習服務、乘客出行偏好設定服務、路徑導航服務和訂閱導航服務；基礎數(shù)據(jù)管理主要包括線路、車站、路徑集、滿載率等數(shù)據(jù)；系統(tǒng)管理主要是包括用戶、角色、資源、菜單管理和密碼修改。

2 App 應用設計

2.1 擁擠條件下的前瞻誘導功能

App 應用的路徑查詢基于后臺管理功能，實現(xiàn)了擁擠場景下的前瞻性查詢。乘客可以點擊線網(wǎng)圖選擇起點、終點和出發(fā)時間（默認為當前時刻，也可以選擇過去一周或未來一周的任意時刻），可實現(xiàn)具有前瞻性的查詢，如圖3 所示。系統(tǒng)對推薦路徑進行了標簽化處理，使得乘客對于每條路徑的特征有清晰的了解，如圖4 所示。同時，系統(tǒng)還綜合考慮乘客出行偏好和運營管理需要，在推薦路徑中對可行路徑進行動態(tài)排序展示。在頁面下方可以查看當天以15 min 為粒度的其他時刻的路徑時間，通過動態(tài)路徑排序，可以幫助乘客合理的規(guī)劃出行時間，從而實現(xiàn)對乘客的出行誘導。

圖3 擁擠條件下的前瞻誘導主頁

2.2 突發(fā)情況下的主動誘導功能

突發(fā)情況下的主動誘導主要是對應急事件和突發(fā)站控的消息進行消息推送。應急事件消息主要包括列車延誤和越行事件，突發(fā)站控主要是包括一級、二級、三級站控消息。當路網(wǎng)中發(fā)生突發(fā)情況時，可能需要對車站進行客流控制。App 會根據(jù)乘客的常用路徑進行此類消息主動推送，給出受影響路徑及其可能的等待時間，使乘客了解路網(wǎng)狀況，合理選擇其他路線出行，如圖5、圖6 所示。

圖4 擁擠條件下的前瞻誘導詳情界面

圖5 突發(fā)情況條件下消息推送界面

圖6 突發(fā)情況條件下影響路徑詳情界面

2.3 末班車出行路徑可達性查詢功能

末班車出行路徑可達性查詢功能包括查詢所有站點可達性以及OD 路徑可達性。對于已選擇起點、未選擇終點站的末班車查詢，將會顯示該站點到所有站點的可達情況，如圖7 所示；對于已選擇終點站的末班車查詢，只針對該OD 顯示路徑可達情況，若該OD 路徑是可達的，則顯示該路線最晚可達時刻，如圖8 所示。

圖7 末班車所有站點可達性界面

圖8 末班車OD 路徑可達性界面

3 結(jié)束語

本文開發(fā)了一種多場景下客流精準誘導系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)及其App 已在廣州地鐵進行試用，達到了良好的效果，能夠有效地向乘客進行路徑推薦，通過誘導信息的發(fā)布，在一定程度上緩解路網(wǎng)擁堵。為進一步優(yōu)化客流精準誘導系統(tǒng)，還需根據(jù)不同的誘導信息發(fā)布載體（車站PIDS、移動App 等）和乘客的多維出行畫像，進一步提出面向不同時空人群的“主動式”和“定制式”的發(fā)布方法，進而實現(xiàn)面向不同場景的誘導信息內(nèi)容和信息發(fā)布方式的定制化設計。