基于B／S模式的客流預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1 引言

在信息飛速發(fā)展的今天，我國各行各業(yè)都不同程度地推行了辦公自動化，各種管理信息系統(tǒng)層出不窮。但是許多管理軟件仍然停留在面向當(dāng)前工作數(shù)據(jù)流的控制、報表的自動生成和打印輸出以及簡單的統(tǒng)計分析方面。而隨著數(shù)據(jù)挖掘理念的提出，也給管理信息系統(tǒng)帶來了新的發(fā)展空間。如何更有效地提取有用的信息資源，發(fā)掘其內(nèi)在的規(guī)律性，探索出有價值的發(fā)展趨勢，是適應(yīng)市場需求、提高科學(xué)管理水平和領(lǐng)導(dǎo)決策能力的關(guān)鍵。

針對我國目前我國鐵路運(yùn)輸中的客票預(yù)定體系的還相當(dāng)不完善的現(xiàn)狀，特別是在節(jié)假日期間，出行人數(shù)相對平時有明顯增加，給客運(yùn)工作帶來很多不可預(yù)知的困難。如果能深入這部分的研究，為鐵路局開發(fā)出一套方便有效的客流預(yù)測系統(tǒng)，對每年各個時期的旅客人數(shù)做出較為準(zhǔn)確的預(yù)測，最大可能地滿足旅客的乘車需求，對于鐵路運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)與發(fā)展具有重大意義。

客運(yùn)量定量預(yù)測的方法較多，大體上可分為相關(guān)模型預(yù)測法和時間模型預(yù)測法。相關(guān)模型預(yù)測法是找出影響客流量的因素(即相關(guān)因素)，以這些因素為自變量、客流量為因變量建立函數(shù)關(guān)系，得出模型進(jìn)行預(yù)測。時間模型預(yù)測法是以時間為自變量建立模型進(jìn)行客流量預(yù)測。

在相關(guān)模型預(yù)測法中，影響客流量的因素很多，有經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口、旅游業(yè)等，這些因素之間有錯綜復(fù)雜的關(guān)系，難以確定單個因素對客流量的影響，導(dǎo)致預(yù)測存在某些誤差。

時間模型如季節(jié)模型，表現(xiàn)為客流因季節(jié)不同而有顯著變化。例如在節(jié)假日及寒暑假期間，旅行人數(shù)激增，等級較低席位需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于平常。由于季節(jié)性的變化，使得訂票需求呈不穩(wěn)定的變化，但每年的同一時間點(diǎn)，有相同的變動方向、甚至相同的變動幅度，時間序列呈周期性的波動。

然而，另一方面，由于任何現(xiàn)象從一個時期到另一個時期的運(yùn)動，總是受到諸多因素的影響，其中有些因素的影響不是瞬間即逝的，而是持續(xù)相當(dāng)長的時間。就鐵路客運(yùn)自身來考慮，隨時間的不同，在其前后時間的數(shù)值之間也表現(xiàn)出一定的依賴關(guān)系。
2 建立模型

目前，南昌鐵路局在客流分析和統(tǒng)計上的工作尚未開展，他們所具有的數(shù)據(jù)以紙質(zhì)材料的形式存放。為了實現(xiàn)客流分析的自動化和客流預(yù)測功能，該軟件系統(tǒng)選擇了客流的幾個重要的指標(biāo)進(jìn)行分析和預(yù)測，如各站上車人數(shù)、各站下車人數(shù)、各站到終點(diǎn)人數(shù)、車內(nèi)人數(shù)。這種分析的意義在于為車廂的調(diào)配和旅客的分流提供了預(yù)報。該軟件系統(tǒng)的開發(fā)和研制將使南昌鐵路局在客流分析方面得到一個突破性的進(jìn)展。

由于平時，即非常假日期間。連續(xù)幾天內(nèi)的客流量相差不大，考慮采用指數(shù)平滑法進(jìn)行相鄰幾天的客流預(yù)測。指數(shù)平滑法是一種加權(quán)移動平均的預(yù)測方法，這種方法適用于短近趨勢的預(yù)測。他的原理是任一期的指數(shù)平滑值都是上一期以及其以前各期實際數(shù)值的加權(quán)平均數(shù)，隨著時間的進(jìn)展，所平均的項數(shù)就不斷地增加，同時遠(yuǎn)期數(shù)值的權(quán)數(shù)迅速減小。既體現(xiàn)了重視近期數(shù)據(jù)的思想．也用到了老的平滑值，可以一定程度地抵掉新信息中包括的隨機(jī)干擾，起到了平滑數(shù)據(jù)、顯示規(guī)律的作用。

而在節(jié)假日期間及寒暑假期間，旅行人數(shù)激增，等級較低席位需求遠(yuǎn)多于平常。與相鄰時段的客流量比較在曲線上有較大的起伏，但相對于歷年的同一時段，具有相似的波動幅度。針對這一特性，采用季節(jié)水平模型進(jìn)行預(yù)測。

季節(jié)水平模型：

yt=y*ft (2)
式中，y可以是預(yù)測期前兩年的某個時間段的平均水平，也可以是已知年份所有數(shù)據(jù)日的平均水平。ft稱為季節(jié)指數(shù)或季節(jié)系數(shù)，他表示季節(jié)變動的數(shù)量狀態(tài)，ft=同日平均數(shù)／已知年份日總平均數(shù)。由于在一段時間內(nèi)的不確定因素很多，模型(2)只考慮縱向歷年同一時間點(diǎn)客流量的變化，未考慮這段時間前內(nèi)前幾天客流變化對后幾天的影響，還需根據(jù)前幾天的實際值對未來天數(shù)的預(yù)測值做出修正。

如果第i天的實際值比該天的預(yù)測值大，則修正后的預(yù)測曲線在第i天之前部分已為實際值，不發(fā)生變化；在第i天之后與第i天接近的部分受這一不確定因素影響較大，應(yīng)向上做相應(yīng)偏移。而與第i天相距較遠(yuǎn)的部分受其影響較小，基本不發(fā)生變化。這種變動情況符合負(fù)指數(shù)曲線。

3 預(yù)測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)設(shè)計為browser/server結(jié)構(gòu)．用戶通過瀏覽器向分布在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器發(fā)出請求。他以tcp／ip協(xié)議為基礎(chǔ)，以web為核心應(yīng)用，構(gòu)成統(tǒng)一和方便的信息交換平臺，既可以與internet互聯(lián)，又可單獨(dú)使用，具有很大的靈活性。采用b／s結(jié)構(gòu)簡化了客戶機(jī)的管理工作，客戶機(jī)上只需安裝配置少量的客戶端軟件。服務(wù)器將負(fù)擔(dān)較多的工作，對數(shù)據(jù)庫的訪問和預(yù)測程序的執(zhí)行將在服務(wù)器上完成。

典型的基于b／s應(yīng)用系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)模型包括表示層(presentation)、應(yīng)用邏輯層(businesslogic)和數(shù)據(jù)服務(wù)層(data)。用java技術(shù)開發(fā)的鐵路預(yù)測系統(tǒng)的3層體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。第1層(表示層)包括javaapplet和瀏覽器；第2層(應(yīng)用邏輯層)為預(yù)測服務(wù)器和web服務(wù)器；第3層(數(shù)據(jù)服務(wù)層)為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。第1層與第2層的通信采用http和socket技術(shù)，第2層與第3層的通信采用基于jdbc一odbc的數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)。

4 數(shù)據(jù)庫同步控制

由于該客流預(yù)測系統(tǒng)的服務(wù)對象只是鐵路局的領(lǐng)導(dǎo)和部分決策人員，他是整個鐵路營運(yùn)信息系統(tǒng)的一部分。出于安全的考慮，采用內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)2個子系統(tǒng)，分別對應(yīng)不同的web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。使用外網(wǎng)的為普通用戶，實現(xiàn)的服務(wù)內(nèi)容為一般的數(shù)據(jù)錄入、資料查詢和三維統(tǒng)計等。為了提高存取速度，更重要的是保證數(shù)據(jù)的完整性．外網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用磁盤陣列技術(shù)。由于外網(wǎng)上的數(shù)據(jù)是實時更新的，比如各個車次的上車人數(shù)、下車人數(shù)、到終點(diǎn)人數(shù)和往返客票進(jìn)款等，這些都是執(zhí)行預(yù)測所需要的原始數(shù)據(jù)，于是很重要的一部分工作就是保持2個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性、一致性和安全性。

為此，設(shè)計了數(shù)據(jù)庫的實時更新功能，實現(xiàn)定期地將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入到預(yù)測系統(tǒng)所需的運(yùn)行數(shù)據(jù)庫中，用戶可以自定義數(shù)據(jù)庫的更新周期，一般為l～2天。并且定在夜間執(zhí)行。這樣既保證了預(yù)測系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的實時更新，又保證了內(nèi)部資源的安全訪問。

5 結(jié)語

針對我國客流量變化的特點(diǎn)，選取適當(dāng)?shù)目土髦笜?biāo)建立正確的預(yù)測模型是提高預(yù)測結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。由于我國在各個時期的客流量有著不同的變化規(guī)律，提出了基于不同的影響因素建立不同的預(yù)測模型，使預(yù)測效果得到了顯著的提高，對于鐵路運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)與發(fā)展具有重大意義。