综合客运枢纽信息系统关键技术研究

姬孟洛，舒云星，周亚飞，刘宗福，侯小静

（1. 洛阳理工学院 计算机与信息工程系，河南 洛阳 471023；2. 清华大学 高速铁路技术研究中心，北京 100084）

随着城市化规模的不断扩大和人口居住密度的增加，提高出行效率变得日益重要，采用多种交通方式成为必然选择，提高交通方式间的换乘效率显得尤为重要。因此，在“十二五”规划中，国家及各地政府非常重视并积极投入枢纽建设。而综合客运枢纽信息系统为枢纽的有效运转提供支撑，根据客运枢纽车流、人流的组织预案，实现运营指挥管理智能化，为客运枢纽的客流、车流提供舒适、快速、便捷的人性化出行环境；灾害状况下，对枢纽区域范围内的机电设备、客流、车流、出入口、交通等进行统一指挥和控制，为枢纽客流、车流的安全疏散提供保障。信息系统是客运枢纽运营的核心支撑[1]，以开发的客运枢纽信息化项目 ( 如虹桥枢纽、常州客运中心枢纽等 ) 为基础，对综合客运枢纽信息系统展开研究，重点研究信息系统的业务范围、关键技术和未来发展趋势，为枢纽信息系统的研制和选型提供参考。

1 综合客运枢纽信息系统概述

1.1 综合客运枢纽信息系统的范围

由于基础条件、运营模式、投资方式及经费预算等方面的限制和约束，不同的综合客运枢纽建设的信息系统所包含的内容差异很大[2-3]，有的客运枢纽信息系统包含交通方式 ( 如长途客运 ) 信息管理系统，而设备设施的运维管理信息系统则根据经费来确定。为了统一综合客运枢纽信息系统的内涵，应对其包含的内容进行标准化，但目前还没有国家有这方面的标准化定义。2008年原铁道部发布了《 铁路旅客车站客运信息系统设计规范 》[4]，定义了客运信息系统，但没有涉及综合客运枢纽信息系统；2012 年北京市质量技术监督局发布了《 综合客运枢纽智能化系统技术要求 》[5]，定义了综合客运枢纽智能化系统，即具有枢纽运行检测、安全疏散与应急、乘客综合信息服务、协同管理与联动支持、综合运行信息管理和停车管理的多功能信息集合系统。在此基础上，如果将该智能化系统定义的范围称为基本范围，从而可以对综合客运枢纽信息系统的基本范围和扩展范围进行延伸，如图 1所示。

图1 综合客运枢纽系统的业务范围

由图 1 可知，综合客运枢纽信息系统的基本范围包括：运行检测、安全疏散与应急、乘客综合信息服务、协同管理与联动支持、综合运行信息管理、停车管理。扩展范围包括：治安管理、弱电系统工程、设备设施运维管理、资产管理、租赁管理、能源环境管理、乘客信息管理、物业管理、交通方式管理、清分清算、机电控制，其中弱电系统工程，也称为建筑智能化工程，包括通信自动化、楼宇自动化、办公自动化、消防自动化和保安自动化，简称 5A。

1.2 系统技术架构

由于系统技术呈现多样性，综合客运枢纽信息系统不可能存在一个统一的技术框架，但基于综合客运枢纽信息系统的业务特征，可以将其实现技术划分为：枢纽内通信、枢纽外通信、枢纽内公共设施/服务和枢纽内业务系统 4 个部分，系统技术架构如图 2 所示。

2 综合客运枢纽信息系统关键技术研究

2.1 枢纽内通信

枢纽内业务系统和各交通方式集成系统繁多，相互间通信是首先需要面临的问题。枢纽内不同系统之间，以及业务系统与公共设施之间的通信交互方式特点不同，它们将采用不同的通信技术，但一般采用基于中间件的通信交互技术：MQ ( Message Queue，消息中间件 )、WS/CORBA ( Web Service/Common Object Request Broker Architecture，Web 服务/公共对象请求代理体系结构 ) 或 ESB ( Enterprise Service Bus，企业服务总线 )。

考虑消息的发送者与接收者的松耦合关系、消息的必达性和异步关系，以及枢纽内业务系统之间消息传递的实时性要求，MQ 系列中间件无疑会是枢纽内各业务系统之间和各交通方式集成系统之间应用最广泛的数据通信及集成中间件[6-7]。

MQ 消息传递系统是一种对等网络计算 ( Peer-topeer，P2P ) 设施：消息的客户端能够把消息发送到另一个客户端，也能够从另一个客户端接收消息。每一个连接到消息服务器的客户都能够创建、发送、接收和阅读消息。消息传递使分布式通信成为松耦合，一个软件组件将消息发送到目的地，接收方从目的地获取消息，而发送者和接收者在通信时不必同时可用，发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 消息传递系统的数据通信既需要根据消息格式进行消息包的解析/封装，也需要根据不同业务系统的通信协议进行相应的协议适配。基于MQ 消息传递系统的枢纽内业务系统和各交通方式数据集成架构如图 3 所示，其中消息服务器表示由MQ 消息传递系统承担的消息传递功能。

2.2 枢纽外通信

图2 枢纽信息系统技术架构框图

图3 基于 MQ 消息传递系统的枢纽内业务系统和各交通方式数据集成架构

枢纽外通信是指枢纽信息系统与业务主管部门信息系统、城市业务相关信息系统及其他枢纽信息系统之间的数据通信。与枢纽内通信类似，枢纽外数据通信也将根据各系统间通信交互方式的不同特点采用不同的通信技术。

考虑到枢纽信息系统与枢纽外信息系统更加松散的耦合，以及紧急事件的实时报警和日常指定/定时的大数据传输，采用一种融合实时通知、指令操作和文件传输的系统间通信机制，该机制原用于电信系统的上下级数据通信，目前常应用于枢纽信息系统的对外通信，其原理结构如图 4 所示。

图4 与枢纽外信息系统数据通信原理结构图

在图 4 所示的通信机制中，枢纽信息系统是数据/消息的提供者 ( Supplier )，枢纽外信息系统是数据/消息消费者 ( Consumer )，两者间有 3 种交互方式：①由枢纽信息系统发起，向枢纽外信息系统发送实时告警、数据准备好通知等消息通知；②由枢纽外信息系统发起，由枢纽信息系统向枢纽外信息系统发送数据上报等指令操作；③根据约定 ( 如定时或请求 )，由枢纽信息系统向枢纽外信息系统传送大数据文件。

2.3 枢纽内公共设施 / 服务

枢纽内公共设施/服务是指属于枢纽信息系统但不属于某一业务系统，而且为枢纽内所有业务系统提供服务的公共技术设施或服务，典型的公共技术设施包括数据库管理系统、地理信息系统 ( GIS )服务、大数据处理和复杂事件处理引擎。

每个业务系统有可能会单独为自己配置 1 个甚至多个数据库，但考虑业务系统之间的关联和数据的综合处理，一般枢纽内会有 1 个或多个公共的数据库，为每个业务系统所使用。同时，大数据处理是综合的，也要求有映射整个枢纽系统的数据库。

由于 GIS 的专业性及枢纽的规模，多个有 GIS需求的业务系统往往会公用 1 个或多个 GIS 系统。将 GIS 系统配置在枢纽公共技术服务中而不是配置在业务系统内，也有助于 GIS 业务的扩展。

复杂事件处理[8]( Complex Event Processing，CEP ) 引擎广泛应用于物联网领域，考虑枢纽信息系统的大数据高并发处理特征，将 CEP 应用于枢纽信息系统将是一种适当的选择。以复杂事件处理引擎在枢纽系统中 CEP 引擎的应用样例如图 5 所示。

图5 CEP 引擎在枢纽信息系统中的应用样例

在图 5 中，可以认为消息来源于图 3 中的消息服务器，消息经由事件生成器过滤和识别，确定其能够产生 1 个事件或复杂事件。所谓复杂事件是指由多个事件满足一定规则后产生的一个新的事件，如多个人在 1 个时间段内同时报火警，可能意味着有火灾。事件监听器接收事件/复杂事件，按照规则引擎确定的规则进行匹配，按照匹配结果分发给相关的业务系统或服务主题，如应急处置系统和上级主管部门。

枢纽信息系统拥有复杂事件处理能力意味着拥有信息的智能处理能力，如一个铁路车站忽然发生人流高峰，通过视频信息采集及其他有关人员的流向信息，能够预测未来 10～15 min 内其他相关车站将出现人流拥堵现象。因此，系统会提前通知其他相关车站发布人员疏导信息，提前开检，提前安排车站服务人力，甚至提前安排公共交通工具疏导即将来临的人流拥堵。

2.4 枢纽内业务系统

枢纽内各业务系统所采用的技术框架和关键技术会由于技术储备、人才储备及历史积累等各种原因而有所不同，只要这些系统能够满足与其他系统的通信和交互，同时满足软件工程的质量要求即可。签于目前的流行技术和技术发展趋势，相对而言，采用基于应用服务器 JEE ( Java Platform，Enterprise Edition，JAVA 平台企业版 ) 和 SSH 架构的技术方案较多。SSH 是集成了 Struts2、Spring和Hibernate 的 Web 应用程序开源框架，其中 Struts2作为系统的整体基础架构，采用 MVC ( Model、View、Controller，模型、视图、控制器 ) 模式，而其中的 View 通常采用 JSP ( Java Server Pages )，Hibernate 是对象关系映射框架，它通过使用服务和 Query 语言对持久层提供支持，Spring 是容器框架，用以管理 Struts 和 Hibernate。运行在 SSH 架构上的枢纽业务系统如图 6 所示。在图 6 中，每一种业务系统，如综合运行信息服务、乘客综合信息服务都分别由相应的表示层、业务层和持久层来实现。

3 综合客运枢纽信息系统发展趋势

（1）综合一体化。对于一体化的综合客运枢纽，不仅要求基础设施一体化和运行管理一体化，而且要求信息服务一体化，具有统一的信息采集和统一的信息发布。一体化枢纽信息系统是提高枢纽高效协同运行的重要手段，是协调枢纽各有机体协调运转的关键，是为旅客提供全面、完善、优质、人性化服务的保障[7]。

（2）服务智能化及手段多样化。随着信息业的迅猛发展，信息传播手段日渐丰富，尤其是智能手持终端的普及和广泛应用，在静态标识及 LED/LCD 屏幕、语音广播这些常规的信息发布手段外，面向智能手持终端信息发布也逐步成为发展趋势。面向智能手持终端的信息发布，除了传统的短信、应用程序外，还可以通过微信的方式进行发布。

（3）与城市系统的融合。随着枢纽信息系统的完善，大数据处理的完善和普及，枢纽系统不仅会形成一个城市或区域的枢纽群，而且将会逐步融入面向城市的公众交通信息服务平台之中。

图6 运行在 SSH 架构上的枢纽业务系统

4 结束语

综合客运枢纽是国家“十二五”发展规划的一个重点，而信息系统是综合客运枢纽的核心支撑。为此，通过研究综合客运枢纽信息系统的范围、关键技术和未来发展趋势，为综合客运枢纽信息系统的研制提供参考。在面向大数据的复杂事件处理应用解决方案方面，还应进一步研究综合客运枢纽信息系统与智慧城市信息系统的集成。

[1] 张小辉，过秀成，杜小川，等. 综合客运枢纽内涵及属性特征分析[J]. 现代城市研究，2011(4)：78-82.

[2] 杜彩军，张 翼，陈建华. 综合客运枢纽信息系统发展现状及对策[J]. 铁道运输与经济，2014，36(3)：27-32.

[3] 樊茹琴. 综合交通客运枢纽信息化初探[J]. 铁道通信信号，2007，43(5)：43-45.

[4] 中华人民共和国铁道部. TB10074-2007 J81-2008 铁路旅客车站客运信息系统设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2008.

[5] 北京市质量技术监督局. DB11/T 886-2012 综合客运枢纽智能化系统技术要求[S]. 北京：中国水利水电出版社，2012.

[6] 丁张姝，全 罡. 上海虹桥综合交通枢纽信息系统的研究与应用[J]. 沿海企业与科技，2010，116(1)：34-36.

[7] 林国鑫，罗石贵，苗 聪. 综合客运枢纽信息系统需求分析和框架体系研究[J]. 公路，2012(5)： 239-242.

[8] Steffen H，François B. Towards Complex Actions for Complex Event Processing[C]//Sharma C，Susan D U.Proceedings of 7th ACM International Conference on Distributed Event-based Systems. New York：ACM Press，2013：135-146.