城市軌道交通智慧出行App的設計與實現(xiàn)

宣秀彬，高 凡，張 銘，付 思，蔡宇晶

（1. 北京經(jīng)緯信息技術有限公司，北京 100081；2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

隨著我國城市化進程的加快，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)濟的發(fā)展。城市軌道交通由于其大運量、高速度等優(yōu)點，受到人們越來越多的關注，成為市民出行的首選。城市軌道交通作為面向社會提供服務的公益性行業(yè)，需要以優(yōu)質(zhì)的服務贏得客戶的滿意度，塑造高端企業(yè)形象。此外，城市軌道交通緊跟交通強國建設戰(zhàn)略和智慧城市、智慧交通規(guī)劃建設，邁入了智慧化、網(wǎng)絡化的關鍵時期[1]。在這樣的時代背景下，傳統(tǒng)地鐵的運營方式將很難滿足乘客的個性化服務，因此以個性化為出發(fā)點，建立一個統(tǒng)一的智慧出行乘客服務App，為乘客提供便捷、高品質(zhì)的移動出行服務已成為必然趨勢。

如何借助移動設備網(wǎng)絡平臺媒介有效地解決乘客應用的需求問題，如何利用云計算、大數(shù)據(jù)、微服務等新一代信息技術，實現(xiàn)城市軌道交通乘客服務App已成為城市軌道交通領域的研究熱點。文獻[2–4]分別在城市軌道交通行業(yè)手機移動端App界面設計、地鐵客戶端App存在的不足等方面進行了闡述，文獻[5–6]分別對移動客戶端自身發(fā)展具有的一些實質(zhì)性的優(yōu)勢、移動支付在城市軌道交通中的發(fā)展前景進行了分析。

本文在上述研究基礎上，分析城市軌道交通智慧出行業(yè)務需求，利用H5、微服務、云計算等新一代信息技術，開展城市軌道交通智慧出行App搭建研究，實現(xiàn)乘客服務出行的優(yōu)化提升。

1 總體設計

1.1 構成方案

軌道交通智慧出行App構成，如圖1所示。主要由乘客手機端頁面展示交互應用、App應用、后臺管理應用3部分組成。其中，頁面展示交互應用部署在乘客智能手機端；App應用主要部署在公有云平臺上；后臺管理應用部署在私有云平臺上；其中，公有云、私有云完全隔離，通過MQ消息隊列進行通信。

圖1 軌道交通智慧出行App構成

（1）訪問層：乘客智能手機端，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。

（3）公有云平臺：公有云平臺主要部署App應用及消息隊列中間件，提供業(yè)務功能服務，通過消息中間件與地鐵內(nèi)部既有系統(tǒng)進行對接，保障安全。

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

1.2 技術架構

智慧出行App主要包括前端App程序和后臺管理程序兩部分。

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時狀態(tài)等功能需求，通過長連接Websocket實現(xiàn)前后端數(shù)據(jù)實時傳輸，前端項目開發(fā)完成后部署到Nginx應用服務器實現(xiàn)與后端數(shù)據(jù)交互。

后臺管理程序采用符合業(yè)界主流和先進的系統(tǒng)架構，充分借鑒成熟的行業(yè)標準的系統(tǒng)架構，實現(xiàn)分層體系結構，以B/S架構模式為主線，豐富完善建立系統(tǒng)基礎架構包括：業(yè)務應用層、通用構建層、技術框架層、集成服務層、中間層和數(shù)據(jù)層[7-8]，如圖2所示。

圖2 后臺管理子系統(tǒng)架構

（1）業(yè)務應用層：通過打造基本信息管理、信息發(fā)布、統(tǒng)一賬戶等基礎管理功能，實現(xiàn)對乘客服務App所需的基礎數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一維護管理。對乘客服務App所需的基礎數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一維護管理。

（2）通用構建層：對系統(tǒng)通用的緩存、日志等基礎技術構件進行剝離，統(tǒng)一管理。

（3）技術框架層：利用業(yè)界主流的開源框架搭建技術中臺層，為各項業(yè)務功能提供支撐。

（4）集成服務層：集成服務層依托微服務架構，實現(xiàn)統(tǒng)一認證管理、統(tǒng)一組織用戶、單點登錄體系構建。

（5）中間件層：主要實現(xiàn)體系架構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：實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源的獲取及各專業(yè)數(shù)據(jù)的存儲。

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、后臺管理等7個模塊。功能結構，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查詢和車站詳細信息展示2大功能，車站站點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、站逐級歸類，每個換乘車站名稱旁標注線路號，且設置查找功能。車站信息展示主要是點選或搜索車站，查看車站相關的信息，主要包括出入口信息、衛(wèi)生間信息、無障礙設施信息；首末班車時間；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)實際情況顯示線路相關的信息，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)間司機視角區(qū)間車輛運行情況查看。

（4）路徑規(guī)劃模塊主要實現(xiàn)全線導乘：全程出行路線規(guī)劃，可根據(jù)“時間最短”“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發(fā)生因地鐵故障導致列車延誤15 min以上時，開啟該功能，推送相關致歉信圖片，由乘客自動下載致歉信。

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

（7）后臺管理模塊主要提供基礎信息管理功能，對乘客服務App所需的基礎數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一維護管理。

3 關鍵技術

3.1 微服務

智慧出行App涉及包括天氣等外部條件信息，運營信息、設備信息、客流信息、歷史突發(fā)事件的記錄、事件分析結果或和報告等多個專業(yè)信息，覆蓋多條線路及網(wǎng)絡管理規(guī)模。在系統(tǒng)建設過程中，結合各專業(yè)、各線路不同的業(yè)務特點，采用基于Spring Cloud的微服務架構開發(fā)系統(tǒng)，并在其基礎上進行封裝。Spring Cloud是一個基于Spring Boot實現(xiàn)的微服務架構開發(fā)工具。它為微服務架構中涉及的配置管理、服務治理、斷路器、智能路由、微代理、控制總線、全局鎖、決策競選、分布式會話和集群狀態(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)務功能模塊，細分為多個開放的小功能模塊服務，服務獨立部署在不同的進程中，不同服務通過一些輕量級交互機制來通信，從而滿足業(yè)務體系的高擴展性技術要求，實現(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)結構復雜，通過數(shù)據(jù)共享交換技術，開發(fā)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫層面的表同步服務共享接口，從而實現(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，結合關系型數(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)的技術特點和應用場景，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，以提升整個系統(tǒng)的性能以及對未來業(yè)務的擴展能力。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)計算、數(shù)據(jù)驗證、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)換等復雜處理場景，有力地支撐了多種數(shù)據(jù)源融合接入的復雜處理場景。

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）需要及時推送到乘客服務App客戶端，方便乘客了解乘車線路的信息。平臺通過消息推送機制將提供兩方面服務。

（1）為應用提供系統(tǒng)通知類消息存儲服務。

（2）通過服務平臺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。

消息推送機制技術架構，如圖4所示。用戶登錄時通過消息推送服務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)通知通過即時消息中間件與用戶端長連接通道及時的推送給用戶端。

圖4 消息推送機制技術架構

4 結束語

本文從智慧出行App需求出發(fā)，詳細地論述了城市軌道交通智慧出行App的開發(fā)過程。借助移動設備網(wǎng)絡平臺媒介，從公有云、私有云和乘客移動終端3個部分，描述了智慧出行App的構成方案，有效的解決乘客應用的需求問題，改善了應用系統(tǒng)功能單一、人性化不足的狀況，對城軌移動客戶端系統(tǒng)的開發(fā)設計，具有很好的借鑒意義。隨著App程序的進一步迭代，城軌智慧出行App將繼續(xù)拓展應用及數(shù)據(jù)的廣度和深度，與更多相關系統(tǒng)實現(xiàn)信息交互共享，及時獲取與乘客出行相關的情景感知信息，為乘客提供更為人性化的信息服務，助力智慧城市軌道交通發(fā)展。