軌道交通行政綜合信息管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

［摘 要］傳統(tǒng)的軌道交通管理模式已難以滿足日益增長(zhǎng)的需求，迫切需要引入先進(jìn)的信息化技術(shù)手段。融合應(yīng)用大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)，可為建設(shè)軌道交通行政綜合信息管理平臺(tái)提供強(qiáng)有力的支撐。設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軌道交通行政綜合信息管理平臺(tái)具有一定的必要性，融合云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)可以提升城市軌道交通運(yùn)營(yíng)效率和管理水平。文章闡述平臺(tái)總體架構(gòu)，詳細(xì)介紹平臺(tái)關(guān)鍵功能模塊，強(qiáng)調(diào)這些模塊在平臺(tái)運(yùn)行中的核心作用，并對(duì)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)作出具體選擇，進(jìn)行系統(tǒng)集成測(cè)試、性能優(yōu)化與安全測(cè)試，旨在保障平臺(tái)穩(wěn)定、高效且安全。經(jīng)全面測(cè)試與優(yōu)化，平臺(tái)能滿足軌道交通系統(tǒng)實(shí)際需求，為管理人員提供決策依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］軌道交通；管理平臺(tái)；大數(shù)據(jù)；云計(jì)算；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2025.04.049

［中圖分類號(hào)］U29 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］1673-0194（2025）04-0-03

0" " "引 言

在城市化進(jìn)程加快的時(shí)代背景下，軌道交通系統(tǒng)是緩解人地矛盾和交通壓力、提高城市居民出行效率的關(guān)鍵。但是，城市軌道交通在運(yùn)營(yíng)管理期間須處理海量的數(shù)據(jù)信息，處理難度和出錯(cuò)率增加［1-3］。在此背景下，集成云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)軌道交通行政綜合信息管理平臺(tái)的重要性不言而喻。該平臺(tái)在應(yīng)用中可綜合云計(jì)算彈性擴(kuò)展能力和大數(shù)據(jù)深入分析潛力，動(dòng)態(tài)采集軌道交通運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，保證存儲(chǔ)效率和智能分析效率增強(qiáng)，為管理決策提供科學(xué)依據(jù)。

1" " "系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1" "總體架構(gòu)

作為軌道交通行政綜合信息管理平臺(tái)設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，總體架構(gòu)確定了組成部分及其相互關(guān)系［4-5］。平臺(tái)集成大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，可通過(guò)分層架構(gòu)注重系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、靈活性和安全性。在設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)期間，總體架構(gòu)分為物聯(lián)網(wǎng)層、云計(jì)算層和應(yīng)用層3個(gè)主要層次，不同層次之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互以標(biāo)準(zhǔn)化的接口實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖1）。

1.2" "物聯(lián)網(wǎng)層

作為平臺(tái)運(yùn)行的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)層的主要作用是采集數(shù)據(jù)信息。在此結(jié)構(gòu)層中，綜合X86服務(wù)器，傳感器、射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）標(biāo)簽、攝像頭等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相關(guān)的安全設(shè)備，對(duì)軌道交通系統(tǒng)的車(chē)輛狀態(tài)、客流量、環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度）等重要數(shù)據(jù)信息展開(kāi)實(shí)時(shí)收集。

1.3" "云計(jì)算層

作為數(shù)據(jù)處理的中心，云計(jì)算層負(fù)責(zé)接收物聯(lián)網(wǎng)層采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)其展開(kāi)存儲(chǔ)、處理與分析。在實(shí)踐操作期間，云計(jì)算層集成人工智能服務(wù)、大數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)服務(wù)，高效處理海量的數(shù)據(jù)信息，并將有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息提供給上層應(yīng)用。

1.4" "應(yīng)用層

作為面向用戶的界面和功能展現(xiàn)層，應(yīng)用層集成各類應(yīng)用軟件和工具，為用戶提供軌道交通系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度管理、數(shù)據(jù)分析、決策支持等服務(wù)。在實(shí)際處理中，設(shè)計(jì)應(yīng)用層要強(qiáng)調(diào)其操作的便捷性和用戶體驗(yàn)。

2" " "關(guān)鍵功能模塊實(shí)現(xiàn)

2.1" "數(shù)據(jù)采集模塊

作為整個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地收集軌道交通系統(tǒng)中的列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)、乘客流量、票務(wù)信息、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等各類數(shù)據(jù)，從而保證策略制定的系統(tǒng)性和精準(zhǔn)性。為了保證數(shù)據(jù)采集高效，在模塊設(shè)計(jì)中還與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度結(jié)合，將傳感器、RFID標(biāo)簽、視頻監(jiān)控等設(shè)備分別部署在軌道交通的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，全面感知軌道交通系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集模塊擁有多源數(shù)據(jù)采集能力，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)信息的多樣性和全面性。不僅如此，模塊在運(yùn)行服務(wù)中還會(huì)將高速的網(wǎng)絡(luò)連接和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)作為依據(jù)，提高數(shù)據(jù)信息采集和傳輸?shù)臅r(shí)效性與利用價(jià)值［6-7］。

2.2" "數(shù)據(jù)處理與分析模塊

作為平臺(tái)的核心，數(shù)據(jù)處理與分析模塊深度處理和分析采集到的數(shù)據(jù)，并從中提取出有規(guī)律、有價(jià)值的信息。數(shù)據(jù)處理與分析模塊將大數(shù)據(jù)技術(shù)作為支撐，綜合運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法和分布式計(jì)算框架高效處理海量數(shù)據(jù)，其實(shí)現(xiàn)的功能主要如下：一是以分布式存儲(chǔ)技術(shù)可靠存儲(chǔ)和高效訪問(wèn)海量數(shù)據(jù)信息，提高數(shù)據(jù)管理的質(zhì)量與效益；二是綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)去重等方法進(jìn)一步處理原始數(shù)據(jù)，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析奠定基礎(chǔ)；三是運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)深度分析處理后的數(shù)據(jù)，快速歸納得出乘客出行規(guī)律、列車(chē)運(yùn)行效率、設(shè)備故障預(yù)測(cè)等潛在的模式和規(guī)律；四是以圖表、報(bào)告等形式將分析結(jié)果直觀地展示出來(lái)，為管理人員提出和踐行管理方案提供方便。

2.3" "決策支持模塊

決策支持模塊將數(shù)據(jù)處理與分析模塊的結(jié)果作為依據(jù)，整合軌道交通系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、歷史經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)，為管理人員決策提供支持。其實(shí)現(xiàn)的功能：①結(jié)合歷史交通數(shù)據(jù)，集成應(yīng)用時(shí)間序列分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等算法預(yù)測(cè)未來(lái)交通的流量情況，便于列車(chē)調(diào)度和為乘客提供服務(wù)；②分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果制訂維護(hù)計(jì)劃，最大限度地降低設(shè)備故障不良影響；③在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)快速分析事件的影響范圍和影響程度，為應(yīng)急響應(yīng)提供決策支持；④按照數(shù)據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃、票務(wù)策略、乘客服務(wù)等，實(shí)現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)整體運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量全面提升。

2.4" "用戶交互模塊

作為平臺(tái)與用戶之間的橋梁，用戶交互模塊的主要作用是面向用戶提供交互方式，并將系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，方便用戶在實(shí)踐操作中更加快速且及時(shí)地使用和訪問(wèn)平臺(tái)功能。在用戶交互模塊設(shè)計(jì)中，要注重采取簡(jiǎn)潔、直觀的設(shè)計(jì)風(fēng)格，保證用戶可以快速理解和輕松掌握平臺(tái)功能。同時(shí)，用戶交互模塊還會(huì)以用戶角色和職責(zé)差異為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)置多樣化的權(quán)限等級(jí)以保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)安全可靠。模塊在服務(wù)的時(shí)候，還要及時(shí)提供靈活的信息查詢功能，為用戶自定義查詢條件提供支持，從而使用戶快速獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

3" " "技術(shù)選型與實(shí)現(xiàn)

3.1" "云計(jì)算技術(shù)選型

在云計(jì)算技術(shù)選型時(shí)，須綜合考慮平臺(tái)的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和成本效益。選型結(jié)果與功能描述如表1所示。

3.2" "大數(shù)據(jù)技術(shù)選型

在大數(shù)據(jù)技術(shù)處理中，應(yīng)尤其關(guān)注數(shù)據(jù)信息處理的速度、存儲(chǔ)效率和分析能力。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法用于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中不同項(xiàng)之間的關(guān)系，即利用計(jì)算項(xiàng)集的支持度和置信度將頻繁項(xiàng)集和強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則識(shí)別出來(lái)。支持度則為在數(shù)據(jù)集中項(xiàng)集出現(xiàn)的頻率，置信度表示給定項(xiàng)的情況下，另一個(gè)項(xiàng)出現(xiàn)的概率。支持度公式如下：

（X，Y）=P（X∪Y）（1）

置信度公式如下：

（X→Y）=P（X/Y）（2）

式（1）、式（2）中，X和Y為數(shù)據(jù)集中的項(xiàng)。

線性回歸模型是用于預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)方法，可假設(shè)目標(biāo)變量和解釋變量之間的線性關(guān)系：

（3）

式（3）中，α為常數(shù)項(xiàng)，β為回歸系數(shù)，ln為取自然對(duì)數(shù)，ε為隨機(jī)誤差項(xiàng)，Xn為n個(gè)影響因素。

決策樹(shù)算法用于分類和回歸的非參數(shù)監(jiān)督學(xué)習(xí)，通過(guò)遞歸地劃分?jǐn)?shù)據(jù)特征空間來(lái)構(gòu)建模型。在構(gòu)建過(guò)程中，需要計(jì)算信息增益、基尼指數(shù)等指標(biāo)來(lái)選擇最優(yōu)的劃分特征，詳情如圖2所示。

4" " "系統(tǒng)測(cè)試與優(yōu)化

4.1" "系統(tǒng)集成測(cè)試

系統(tǒng)集成測(cè)試環(huán)節(jié)，重點(diǎn)關(guān)注平臺(tái)整體性能以及不同功能模塊之間的協(xié)同工作能力。在測(cè)試時(shí)，內(nèi)容要包括數(shù)據(jù)采集模塊的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)處理與分析模塊的時(shí)效性、決策支持模塊的實(shí)用性和用戶交互模塊的友好性。模擬構(gòu)建真實(shí)情境進(jìn)行全面的壓力測(cè)試和穩(wěn)定性測(cè)試，保證在實(shí)際應(yīng)用中，搭建的平臺(tái)能夠滿足用戶需求，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行目標(biāo)。

4.2" "性能優(yōu)化

在性能優(yōu)化環(huán)節(jié)，優(yōu)化數(shù)據(jù)采集、處理、分析和存儲(chǔ)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)優(yōu)化傳感器布局和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議提高數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，利用分布式計(jì)算和并行處理技術(shù)提高數(shù)據(jù)處理與分析模塊的數(shù)據(jù)處理速度和分析效率。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行索引優(yōu)化和查詢優(yōu)化，切實(shí)保證數(shù)據(jù)檢索和聚合計(jì)算的性能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。

4.3" "安全測(cè)試

對(duì)平臺(tái)展開(kāi)安全漏洞掃描和滲透測(cè)試，評(píng)估平臺(tái)是否存在數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和處理漏洞。嚴(yán)格測(cè)試平臺(tái)的訪問(wèn)控制、身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密等安全措施，防止非法訪問(wèn)和數(shù)據(jù)泄露。

5" " "結(jié)束語(yǔ)

軌道交通行政綜合信息管理平臺(tái)在設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)注重融合大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)，可增強(qiáng)軌道交通系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)效率和管理水平。本研究從物聯(lián)網(wǎng)層、云計(jì)算層和應(yīng)用層闡述平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理與分析、決策支持和用戶交互等關(guān)鍵功能模塊展開(kāi)介紹，同時(shí)討論云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的具體選型和測(cè)試系統(tǒng)，旨在提高系統(tǒng)運(yùn)行能力和服務(wù)效率。

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