鐵路旅客綜合換乘服務(wù)信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉 偉，付志霞，李佳鵬

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

隨著“十四五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃的實施，以綜合客運交通樞紐為中心的各種交通運輸方式逐漸融合，城市交通、鐵路、民航、公路、水路等不同交通方式間的銜接和接續(xù)也趨于規(guī)范化，使得高速鐵路客運綜合交通樞紐成為連接交通網(wǎng)的重要節(jié)點。在“交通一體化”的前提下，無縫銜接、零距離換乘，不僅可保障交通樞紐的總體穩(wěn)定，有效緩解區(qū)域交通能源供給與出行需求之間的矛盾，而且對協(xié)調(diào)鐵路線網(wǎng)系統(tǒng)、發(fā)展綜合交通運輸體系具有重大意義，因此，亟需開發(fā)并運用鐵路車站旅客換乘引導(dǎo)相關(guān)的信息系統(tǒng)。

相關(guān)技術(shù)人員針對鐵路車站旅客換乘進行了大量的研究，翁湦元[1]設(shè)計了高速鐵路綜合樞紐車站旅客換乘引導(dǎo)信息服務(wù)平臺的方案，對平臺技術(shù)架構(gòu)、平臺結(jié)構(gòu)及功能進行設(shè)計，為下一步開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)；黃欣[2]在對便捷中轉(zhuǎn)換乘服務(wù)的不斷探索和實踐中，實現(xiàn)了從人工引導(dǎo)服務(wù)到自助式服務(wù)、從后期被動改變到提前主動規(guī)劃的轉(zhuǎn)變；王洪業(yè)[3]在空鐵聯(lián)運售票模式研究中，通過區(qū)塊鏈技術(shù)與空鐵聯(lián)運業(yè)務(wù)的良好契合，為鐵路系統(tǒng)和航空公司提供良好的信任基礎(chǔ)和交互保障。上述研究在業(yè)務(wù)和功能設(shè)計上實現(xiàn)了旅客換乘的必要條件，但在旅客換乘方式選擇、換乘信息采集和數(shù)據(jù)分析，以及換乘分擔(dān)率的計算等方面缺少相關(guān)研究。

為了給旅客換乘提供更便捷的信息指引，本文在上述研究的基礎(chǔ)上，基于對換乘服務(wù)信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析及處理[4-5]，設(shè)計了鐵路旅客綜合換乘服務(wù)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了旅客便捷換乘，同時，減輕了車站客運人員疏散到站旅客的工作壓力。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

鐵路旅客綜合換乘服務(wù)信息系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路旅客綜合換乘服務(wù)信息系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.1 交互引導(dǎo)層

該層包括信息獲取、信息展示和終端模塊等3個部分，將獲取到的交通信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊，輸出的引導(dǎo)信息在信息展示區(qū)匯總，并發(fā)送到終端模塊。

1.2 核心功能層

該層主要包括數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)管理等模塊。數(shù)據(jù)接口又包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)采集和展示報表等業(yè)務(wù)；數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預(yù)測、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)查詢等業(yè)務(wù)；系統(tǒng)管理主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲管理、服務(wù)管理和權(quán)限控制管理等業(yè)務(wù)。

1.3 安全管控層

該層主要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全，通過網(wǎng)閘確保各層之間的安全管控，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全；設(shè)置專有的數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過加密傳輸、終端解碼等方式，確保信息安全。

2 系統(tǒng)功能

鐵路旅客綜合換乘服務(wù)信息系統(tǒng)的功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 鐵路旅客綜合換乘服務(wù)信息系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)接口管理

對本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)入口進行管理，提供數(shù)據(jù)接收、采集及展示報表等功能。數(shù)據(jù)接收功能通過特定的接口協(xié)議接收外界數(shù)據(jù)，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口的規(guī)范化管理；數(shù)據(jù)采集功能實現(xiàn)對外界數(shù)據(jù)的收集與預(yù)處理，采集的數(shù)據(jù)包括城市軌道交通信息、航空交通信息、水路航運信息、出租車及網(wǎng)約車信息等；展示報表功能主要實現(xiàn)對各種交通信息的整理和展示。本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)接口管理處添加了網(wǎng)閘，并進行了軟加密處理，進入本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)閘過濾，再進行加密處理，從而提高數(shù)據(jù)的安全性。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預(yù)測、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)查詢與輸出等功能。數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。綜合交通數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)接口接入數(shù)據(jù)處理模塊，在數(shù)據(jù)處理模塊中經(jīng)過換乘分擔(dān)率的計算，進行數(shù)據(jù)預(yù)測，在建立的相關(guān)模型中進行數(shù)據(jù)分析，為旅客制定符合其實際要求的換乘策略，并通過數(shù)據(jù)查詢與輸出功能進行查詢與輸出。

圖3 數(shù)據(jù)處理流程

需要注意對換乘旅客、車站和換乘方式間的博弈分析，為旅客提供不同方案的換乘選擇，例如，時間最快、最舒適、價格最實惠等的換乘方案。在數(shù)據(jù)輸出時，結(jié)合聲光感官，更直觀地展現(xiàn)給乘客。

2.3 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理包括數(shù)據(jù)管理、權(quán)限管理和服務(wù)管理等3個功能。數(shù)據(jù)管理功能主要完成對接口獲取數(shù)據(jù)的整合與存儲，數(shù)據(jù)存儲包括外網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲和鐵路內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲，外網(wǎng)數(shù)據(jù)包括航空、公共交通、城際高速等交通信息，鐵路內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)包括高速鐵路、普通鐵路、城際列車等數(shù)據(jù)；權(quán)限管理功能主要負責(zé)管理系統(tǒng)賬戶，包括內(nèi)部人員的操作權(quán)限和用戶的使用查詢權(quán)限；服務(wù)管理功能用于監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)（暫停營運、終端維護）等進行控制，并提供系統(tǒng)日志。

2.4 信息展示

信息展示包括靜態(tài)引導(dǎo)、動態(tài)引導(dǎo)和旅客自助查詢等3個功能。其中，靜態(tài)引導(dǎo)功能設(shè)置不同的靜態(tài)提醒標(biāo)志，涉及的換乘方式不同，標(biāo)識的引導(dǎo)設(shè)置亦不相同，用于指引旅客的便捷換乘[6]。動態(tài)引導(dǎo)功能包括視頻引導(dǎo)和聲音引導(dǎo)，視頻引導(dǎo)包括發(fā)光二極管（LED，Light Emitting Diode）、液晶顯示屏（LCD，Liquid Crystal Display）等設(shè)備的旅客導(dǎo)向、到發(fā)信息顯示等，例如，電子地標(biāo)顯示屏；聲音引導(dǎo)是以實時廣播的方式實現(xiàn)[7]，為旅客提供公共交通的最近發(fā)車時間，出租車等候數(shù)量等關(guān)鍵換乘信息。旅客自助查詢功能使得旅客可根據(jù)自身需求在智能查詢機上自助查詢接續(xù)旅程。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 換乘分擔(dān)率設(shè)計

在數(shù)據(jù)處理過程中，將數(shù)據(jù)采集功能獲取到的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，基于換乘分擔(dān)率，提高旅客換乘效率。換乘分擔(dān)率的計算以個人或家庭為單位，通過計算選擇對象的效用值，選擇效用最大的對象，從車站換乘管理的角度出發(fā)，通過效用函數(shù)的計算，設(shè)計換乘分擔(dān)率[8]。

本文在數(shù)據(jù)預(yù)測的基礎(chǔ)上，進行旅客換乘分擔(dān)率的設(shè)計，針對不同旅客換乘的價格、時間成本、舒適性成本、便捷性成本、安全性成本進行綜合考量。系統(tǒng)采用混合邏輯（Mix Logit）模型，進行數(shù)據(jù)預(yù)測和換乘分擔(dān)率的設(shè)計，該模型假定預(yù)估參數(shù)服從一定的分布，能夠?qū)崿F(xiàn)旅客對各種換乘方式的隨機性選擇[9]。

系統(tǒng)通過平衡旅客對各種換乘交通方式的選擇，達到減少出站旅客聚集等待的現(xiàn)象，同時，也有效縮短了旅客換乘的時間成本。

3.2 5G移動通信技術(shù)

為實現(xiàn)系統(tǒng)交互引導(dǎo)層的信息展示功能，需要在車站的出站區(qū)域安裝大量的終端設(shè)備，如到發(fā)信息顯示屏、廣播設(shè)備和智能查詢機等。本文基于5G移動通信技術(shù)，在保障信息安全的前提下，進行系統(tǒng)與終端設(shè)備的實時穩(wěn)定通信。5G移動通信技術(shù)具有高帶寬、低延時的特點。移動設(shè)備可利用5G移動通信技術(shù)接收系統(tǒng)推送的大量數(shù)據(jù)，緩解系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信的壓力。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

本文設(shè)計并研發(fā)的鐵路旅客綜合換乘服務(wù)信息系統(tǒng)已在中國鐵路鄭州局集團有限公司高速鐵路鄭州航空港站試點運行。本系統(tǒng)主要的作業(yè)區(qū)域是高速鐵路客運站的出站區(qū)域，通過信息顯示、廣播引導(dǎo)及智能查詢機的指引，讓旅客對接續(xù)旅程相關(guān)信息有更為全面的了解，減少乘客換乘時間，提高換乘效率，為有接續(xù)旅程需求的旅客提供優(yōu)質(zhì)的換乘服務(wù)。

數(shù)據(jù)處理功能實現(xiàn)了旅客對接續(xù)換乘方案的最優(yōu)解選擇，界面如圖4所示。圖4中展示旅客選擇鄭州東站為目的地產(chǎn)生的報表信息；信息交互功能實現(xiàn)了不同換乘信息的全方位展示，旅客可通過智能客服機進行查詢，具體工作界面如圖5所示，有效減少旅客的換乘時間，提高旅客換乘效率。

圖4 接續(xù)換乘方案的展示界面

圖5 智能客服機展示界面

5 結(jié)束語

本文設(shè)計并實現(xiàn)了鐵路旅客綜合換乘服務(wù)信息系統(tǒng)，詳細闡述了其總體架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了對采集到的各種換乘方式的交通信息的整合、存儲及分析計算，通過信息展示功能，以設(shè)備顯示和廣播等方式向旅客進行直觀的展現(xiàn)，顯著提升了旅客接續(xù)換乘的服務(wù)體驗。下一步，將深入研究空鐵聯(lián)乘和鐵水聯(lián)乘的換乘方案。