基於rfid技術的軌道交通網絡客流實時統計系統及方法
2023-12-05 12:21:31
專利名稱：基於rfid技術的軌道交通網絡客流實時統計系統及方法
技術領域：
本發明屬於交通信息技術領域，涉及RFID技術在軌道交通網絡客流指標分析中的應用，特別是一種基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計系統與方法。
背景技術：
客流是軌道交通行車組織和客運組織的基礎，是實現軌道交通票款收入科學合理清分的前提，也是網絡運營計劃制定和協調的重要依據。實時掌握軌道交通客流狀態可以為軌道交通系統的能力適應性評價、列車運營調度、車站客流組織、網絡乘客出行誘導、突發事件(包括大客流)條件下的應急方案制定等提供強有力的技術支持。在網絡化運營條件下，由於存在不同的換乘選擇，乘客在軌道交通系統中的出行路徑具有明顯的多樣性。目前從軌道交通自動售檢票系統(AFC系統)只能獲取乘客出行的OD(Origin-Destination，起訖點)和進出站時刻信息，而無法獲知乘客在軌道交通系統內部的整個運行過程。由於乘客的D站信息需要等乘客完成整個出行過程後才能獲取，整個軌道交通網絡中的斷面流量、換乘流量、各班次列車滿載率、站臺候車人數等相關客流指標均不能實時得到。目前軌道交通客流指標計算方法是在每天運營結束後，AFC系統以網絡全天已產生的OD客流為分配對象，以OD間不同路徑的旅行時間和距離為交通阻抗，採用多路徑分配的方法進行軌道交通客流分配和指標計算。現有方法的缺陷主要表現為兩個方面(1)現有的方法只能得到軌道交通系統的前一天(或歷史)的客流指標數據，無法得到網絡的實時客流指標，無法為實時運營決策提供支持；(2)影響乘客的路徑選擇的因素非常多，目前以OD間旅行時間或距離等因素多路徑分配的方法不能完全體現乘客實際的走行路徑，尤其是系統發生較長時間延誤或線路運營中斷條件下的這種誤差會更大，從而產生客流指標統計與實際客流的差異。RFID技術是一種非接觸式的自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)或雷達反射的傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。RFID技術可識別高速運動物體並可同時識別多個標籤，識別工作方便簡單，無須人工幹預，可工作於各種惡劣環境。一個完整RFID系統至少由標籤(Tag)、閱讀器(Reader)、天線(Antenna)，以及數據傳輸和處理系統組成。(1)標籤(Tag)由耦合組件及晶片組成，每個標籤具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；(2)閱讀器(Reader):又稱讀寫器、讀寫器，讀取(有時還可以寫入)標籤信息的設備，可設計為手持式或固定式；(3)天線(Antenna)在標籤和讀取器間傳遞射頻信號。由於在讀寫功能、數據安全、可重複使用等方面的顯著特性，RFID不僅廣泛應用於在物流、零售業、製造業、服裝業等行業，而且也對道路電子收費，計程車管理，公交車樞紐
5管理，鐵路機車識別、航空行李包裹處理等交通運輸領域的信息化起到重要作用。
發明內容
為了克服現有的客流指標統計方法的缺點，本發明提出了一種基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計系統及方法，實現依據RFID技術獲取乘客在軌道交通系統中整個出行鏈過程和實時空間狀態數據信息，並以此為依據實現對軌道交通列車、車站、線路及網絡層面上的各類客流指標進行實時計算。為達到以上目的，本發明所採用的解決方案是一種基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計系統，其包括多個射頻電子標籤，分別設置於乘車卡及列車車頭處；多個乘客進出站RFID讀寫器，依次設置於車站進出站檢票口處；多個站臺上下車RFID讀寫器，依次設置於站臺上下車位置或屏蔽門處；多個列車進出站RFID讀寫器，依次設置於車站列車進出站位置處；信息傳輸系統，將乘客進出站RFID讀寫器、站臺上下車RFID讀寫器及列車進出站 RFID讀寫器讀取的信息傳輸至中心處理系統；中心處理系統，對乘客進出站RFID讀寫器、站臺上下車RFID讀寫器及列車進出站 RFID讀寫器讀取的信息處理，統計實時客流。進一步，所述乘客進出站RFID讀寫器的編號與其所在的該車站檢票口的編號一致。所述站臺上下車RFID讀寫器的編號與其所在的該車站站臺的編號一致，並區分上下行。所述列車進出站RFID讀寫器的編號與其所在的該車站標號一致，並區分上下行。一種基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計方法，乘客進出站RFID讀寫器和站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡的射頻電子標籤的數據信息，並通過信息傳輸系統發送給中心處理系統；列車進出站RFID讀寫器讀取列車的射頻電子標籤的數據信息，並通過信息傳輸系統發送給中心處理系統；中心處理系統處理該數據信息，得到任意時刻乘客和列車的空間信息，獲得每個乘客進出軌道交通車站、區間的一個完整的出行時間鏈，實現軌道交通網絡客流各項指標的實時統計計算。所述載有射頻電子標籤的乘車卡，應答乘客進出站RFID讀寫器的射頻信號的過程，用「進站」、「出站」兩種狀態描述，「進站」表示乘客進入該乘客進出站RFID讀寫器所在車站，「出站」表示乘客離開該乘客進出站RFID讀寫器所在車站；所述載有射頻電子標籤的乘車卡，應答站臺上下車RFID讀寫器的射頻信號的過程，用「上車離開」、「下車到達」兩種狀態描述，「上車離開」表示乘客乘坐列車離開該站臺上下車RFID讀寫器所在車站，「下車到達」表示乘客乘坐列車到達該站臺上下車RFID讀寫器所在車站；所述載有射頻電子標籤的列車，應答列車進出站RFID讀寫器的射頻信號的過程， 用「列車進站」、「列車出站」兩種狀態描述，「列車進站」表示列車進入該列車進出站RFID讀寫器所在車站，「列車出站」表示列車離開該列車進出站RFID讀寫器所在車站。當乘客從車站出入口閘機通過時，乘客進出站RFID讀寫器η自動讀取乘車卡射頻電子標籤數據信息，並將數據表示為Ti (t，i，sn, Ci)，其中i為射頻電子標籤的編號，t為信息讀取時間、sn為RFID讀寫器η所在車站，Ci為電子標籤應答過程；當乘客在站臺上下車時，站臺上下車RFID讀寫器η自動讀取乘車卡射頻電子標籤 i數據信息，並將數據表示為Ti (t，i，sn，η" Traini)，其中i為射頻電子標籤的編號，t為信息讀取時間、sn為RFID讀寫器η所在車站，Ni為乘客進站後站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡射頻電子標籤的次數，Traini為載有射頻電子標籤i的乘車卡的乘客乘坐的列車車號； 且中心處理系統根據站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡射頻電子標籤的次數判斷乘客通過屏蔽門的過程狀態，若讀卡次數為奇數，則該過程為「上車離開」，若為偶數，則該過程為 「下車到達」；乘客乘坐的列車為t時刻停靠該站臺的列車，車號根據該車站列車進出站RFID 讀寫器的讀取數據確定；當列車通過車站進出站位置時，列車進出站RFID讀寫器η自動讀取列車車載射頻電子標籤i數據信息，並將數據表示為Ti (t，i，sn, Ci)，其中i為電子標籤的編號，t為信息讀取時間、sn為RFID讀寫器η所在車站，Ci為電子標籤應答過程。所述中心處理系統根據接收到的數據信息進行處理，得到以下各項客流指標(1)斷面客流斷面客流按線別，分上下行方向；區間S1^2在時間區間[t，t+5]的 5min斷面客流量等於該時段內所有從車站S1進入區間S1^2的列車上載客量之和，可表示為
ηp{s,, & 5) = Z f(s\, ^2, g(/))
i=l其中η為在時間區間[t，t+5]進入區間S1-S2的列車數，g(i)為列車i的車號， f(si; s2, g(i))為列車g(i)在區間S1^2的載客量；(2)換乘客流若車站為換乘站，車站換乘客流分不同線路之間的換乘量，分線換乘量之和等於該站的換乘量；分線換乘量，以P線在車站S1換至q線為例，即該時段依次經過該車站的P線列車的停靠站臺和q線列車的停靠站臺的站臺上下車RFID讀寫器讀取數
據的電子標籤數量。車站分線換乘量和車站總換乘量可分別表示為
2 2Qt(sx,p,q,t,5) = HQt O1, P1 ,q」t,S)
'=\ ；=1Qt (s1 t,5) = Qt (s1 ρ, q, t,5)+Qt(si; q, ρ, t,5)其中i，j = 1或2，分別表示下行和上行，01(81，？1，(1」4，5)表示車站S1在時間區間[t，t+5]從ρ線方向i換至q線方向j的5!^11分線分方向換乘客流量4(81，？，93，5) 表示車站S1在時間區間[t，t+5]從ρ線換至q線的5min分線換乘客流量，Qt (S1, t，5)表示車站總換乘量，等於P線換至q線、q線換至P線換乘量之和。(3)列車滿載率列車滿載率等於列車實際載客數與列車定員的比值；列車i在t 時刻實際載客量以通過站臺上下車RFID讀寫器和列車進出站RFID讀寫器讀取的數據信息獲得，可表示為α i t = f (i, t)/Ci其中f (i，t)表示t時刻列車i的實際載客量，Ci表示列車i的定員；
(4)進出站客流車站的進站客流和出站客流的統計是分時段進、出站客流量分別等於該時段該車站所有乘客進出站RFID讀寫器讀取的進站和出站電子標籤個數；(5)車站上行或下行的上車或下車人數分時段車站上行或下行的上車人數和車站上行或下行的下車人數等於該時段上行或下行所有站臺上下車RFID讀寫器讀取的上車和下車的電子標籤個數；(6)車站人數車站t時刻在站人數根據上一時間點、的在站人數以及在時間區間[tQ，t]內該車站的乘客進出站RFID讀寫器和站臺上下車RFID讀卡器讀取的進出站客流量和上下車客流量確定，可表示為
%，t=qhA> + ，進 0。,0—ι，出 0。,0—A，上 0。,0+1，下 Οο,Ο其中 q仏為車站Sl在％時刻的車站人數， %，進(『0、A，出隊,0、％，上(『0、％，下隊,0分別表示在時間區間[tQ，t]期間車站81的進
站量、出站量、上車量、下車量；(7)線路客流包括全日的線路客運量、線路換乘客流量。線路客運量由四部分構成本線進出客流、本線進他線出客流、他線進本線出客流和途經客流；線路的本線進出客流為起點0站發生在該線，終點D站也在該線的那部分客流；線路的本線進他線出客流為起點0站發生在該線，終點D站在不在該線的那部分客流；線路的他線進本線出客流為起點 0站不在該線，終點D站發生在該線的那部分客流；線路的途經客流為起點0站不在該線， 終點D站也不在該線的那部分客流；線路換乘客流量等於他線進本線出客流和途經客流之和。(8)路網客流包括路網運送乘客量、路網客運量、路網換乘客流量。路網運送乘客量等於路網全部進站或出站客流之和，或表示為路網的起訖點OD客流之和；路網客運量等於路網中各線客運量之和；路網換乘客流量等於路網中各線換乘客流量之和。由於採用了上述方案，本發明具有以下特點(1)本發明的基礎數據在乘客在車站出入口、站臺上下車時就由RFID讀寫器射頻獲取乘客出行的數據信息，而不是在乘客出站後才獲得，因此可以做到實時統計；(2)乘客在軌道交通系統的每一個環節的數據信息，都由RFID讀寫器讀取電子標籤直接獲得，因此統計的數據精確；(3)由於RFID讀寫器獲得的是乘客在軌道交通系統的每一個環節的實時信息，可以進行軌道交通系統的短時交通流預測；(4)所作的實時統計信息可以作為實施信息誘導、客流服務的依據。
圖1為基於RFID技術軌道交通網絡實時客流指標計算的實現方法硬體系統工作
原理圖。圖2為車站換乘客流計算示意圖。圖3為客流指標計算流程圖。圖4為軌道交通網絡網絡拓撲結構示意圖。
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具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。本發明該系統包括多個依次編號的乘客進出站RFID讀寫器、多個依次編號的站臺上下車RFID讀寫器，多個依次編號的列車進出站RFID讀寫器、多個射頻電子標籤、信息傳輸系統和中心處理系統。電子由耦合組件及晶片組成，每個標籤具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。記錄乘客在軌道交通系統行蹤的電子標籤設置在乘車卡上，記錄列車運行過程的電子標籤安裝在列車車頭擋風玻璃上不影響乘務員行車視線處。乘客進出站RFID讀寫器設置於車站進出站檢票口處，站臺上下車RFID讀寫器設置於站臺上下車的上下車位置(或屏蔽門)處，列車進出站RFID讀寫器設置於車站列車進出站位置處。系統的原理如圖1所示，各RFID讀寫器不斷發送RFID射頻信號，當攜有乘車卡的乘客或再有電子標籤的列車進入RFID讀寫器的有效範圍內時，RFID電子標籤接收到讀寫器的指令信息，發送響應數據到讀寫器，讀寫器接收到電子標籤的應答數據後經過處理，通過信息傳輸系統傳送到中心處理系統。本發明系統的中心處理系統根據客流統計方法，對所有信息進行處理，實現對具體乘客在軌道交通系統中的整個出行鏈過程和當前實時狀態，軌道交通線路客流分布狀況、車站客流人數、各站臺上下車狀況等實時信息和其他統計指標進行計算分析。一種基於RFID技術軌道交通網絡實時客流指標計算的實現方法，(1)該系統包括多個依次編號的乘客進出站RFID讀寫器、多個依次編號的站臺上下車RFID讀寫器，多個依次編號的列車進出站RFID讀寫器、多個射頻電子標籤、信息傳輸系統和中心處理系統；(2)RFID的電子標籤設置於軌道交通乘車卡上，RFID的電子標籤設置於列車上， 乘客進出站RFID讀寫器設置於車站進出站檢票口處，站臺上下車RFID讀寫器設置於站臺上下車的屏蔽門處，列車進出站RFID讀寫器設置於車站到發列車進出站位置處，RFID讀寫器通過信息傳輸網絡和中心處理系統相連。前述的基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計方法，(1)所述RFID的電子標籤設置於乘車卡上。(2)所述RFID的電子標籤設置於列車車頭處。(3)所述乘客進出站RFID讀寫器依次設置於車站進出站檢票口處，每個乘客進出站RFID讀寫器的編號與該車站該檢票口編號一致。(4)所述站臺上下車RFID讀寫器依次設置於站臺上下車位置(或屏蔽門)處，每個站臺上下車RFID讀寫器的編號與該車站站臺的編號(區分上下行)一致。(5)所述列車進出站RFID讀寫器依次設置於車站列車進出站位置，每個列車進出站RFID讀寫器的編號與該車站編號(區分上下行)一致。(6)所述RFID的讀寫器將讀取的乘車卡和列車的電子標籤的信息傳輸系統傳遞到中心處理系統資料庫，作為客流指標統計計算的依據。如圖3所示，前述的基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計方法，(1)任何時刻所有乘客和列車的空間信息是這樣形成的根據以下方法獲得。軌道交通系統內載有RFID電子標籤的乘車卡應答RFID射頻信號的過程可以用四種狀態的有限狀態機描述，即「進站」、「出站」、「上車離開」、「下車到達」。其中，「進站」表示乘客進入該 RFID接收器所在車站；「出站」表示乘客離開該RFID接收器所在車站；「上車離開」表示乘客乘坐列車離開該RFID接收器所在車站；「下車到達」表示乘客乘坐列車到達該RFID接收器所在車站。設置在列車車載的RFID電子標籤的乘車卡應答列車進出站RFID讀寫器的射頻信號的過程可以用「列車進站」、「列車出站」兩種狀態的有限狀態機描述。(2)當乘客從車站出入口閘機通過時，進出站RFID讀寫器η自動讀取乘車卡RFID 電子標籤數據信息，並將數據表示為Kt，i，sn, Ci)，通過信息傳輸系統傳遞到中心處理系統。其中i為電子標籤的編號，t為信息讀取時間、\為RFID讀寫器η所在車站，Ci為電子標籤應答過程。(3)當列車通過車站進出站位置時，列車進出站RFID讀寫器η自動讀取列車車載 RFID電子標籤i數據信息，並將數據表示為Ti (t，i，sn, Ci)，通過信息傳輸系統傳遞到中心處理系統。其中i為電子標籤的編號，t為信息讀取時間、Sn為RFID讀寫器η所在車站，Ci 為電子標籤應答過程。(4)當乘客在站臺上下車時，站臺上下車RFID讀寫器η自動讀取乘車卡RFID電子標籤i數據信息，並將數據表示為Ti (t，i，sn, Ni, Traini)，通過信息傳輸系統傳遞到中心處理系統。其中i為電子標籤的編號，t為信息讀取時間、^1SRFID讀寫器η所在車站，隊為乘客進站後站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡RFID電子標籤的次數，Traini為載有RFID 電子標籤i的乘車卡的乘客乘坐的列車車號。中心處理系統根據站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡RFID電子標籤的次數判斷乘客通過屏蔽門的過程狀態，若讀卡次數為奇數，則該過程為「上車離開」；若為偶數，則該過程為「下車到達」。乘客乘坐的列車為t時刻停靠該站臺的列車，車號根據該車站列車RFID讀寫器的讀取數據確定。上述的進出站RFID讀寫器、站臺上下車RFID讀寫器以及列車進出站RFID讀寫器傳輸的數據信息經過中心處理系統的軟體模塊計算，可以得到任意時刻乘客和列車的空間信息，即可獲得每個乘客進出軌道交通車站、區間的一個完整的出行時間鏈，從而實現軌道交通網絡客流各項指標的實時統計計算。(1)斷面客流(5min)斷面客流按線別，一般分上下行方向。區間S1-S2 (相鄰車站 S1和S2之間S1 — S2方向的線路)在時間區間[t，t+5]的5min斷面客流量就等於該時段內所有從車站Sl進入區間的列車上載客量之和，其計算如式(1)所示。
權利要求
1.一種基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計系統，其特徵在於其包括 多個射頻電子標籤，分別設置於乘車卡及列車車頭處；多個乘客進出站RFID讀寫器，依次設置於車站進出站檢票口處； 多個站臺上下車RFID讀寫器，依次設置於站臺上下車位置或屏蔽門處； 多個列車進出站RFID讀寫器，依次設置於車站列車進出站位置處； 信息傳輸系統，將乘客進出站RFID讀寫器、站臺上下車RFID讀寫器及列車進出站RFID 讀寫器讀取的信息傳輸至中心處理系統；中心處理系統，對乘客進出站RFID讀寫器、站臺上下車RFID讀寫器及列車進出站RFID 讀寫器讀取的信息處理，統計實時客流。
2.如權利要求1所述的基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計系統，其特徵在於所述乘客進出站RFID讀寫器的編號與其所在的該車站檢票口的編號一致。
3.如權利要求1所述的基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計系統，其特徵在於所述站臺上下車RFID讀寫器的編號與其所在的該車站站臺的編號一致，並區分上下行。
4.如權利要求1所述的基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計系統，其特徵在於所述列車進出站RFID讀寫器的編號與其所在的該車站標號一致，並區分上下行。
5.一種基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計方法，其特徵在於乘客進出站RFID讀寫器和站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡的射頻電子標籤的數據信息，並通過信息傳輸系統發送給中心處理系統；列車進出站RFID讀寫器讀取列車的射頻電子標籤的數據信息，並通過信息傳輸系統發送給中心處理系統；中心處理系統處理該數據信息，得到任意時刻乘客和列車的空間信息，獲得每個乘客進出軌道交通車站、區間的一個完整的出行時間鏈，實現軌道交通網絡客流各項指標的實時統計計算。
6.如權利要求5所述的基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計方法，其特徵在於所述載有射頻電子標籤的乘車卡，應答乘客進出站RFID讀寫器的射頻信號的過程，用 「進站」、「出站」兩種狀態描述，「進站」表示乘客進入該乘客進出站RFID讀寫器所在車站， 「出站」表示乘客離開該乘客進出站RFID讀寫器所在車站；所述載有射頻電子標籤的乘車卡，應答站臺上下車RFID讀寫器的射頻信號的過程，用 「上車離開」、「下車到達」兩種狀態描述，「上車離開」表示乘客乘坐列車離開該站臺上下車 RFID讀寫器所在車站，「下車到達」表示乘客乘坐列車到達該站臺上下車RFID讀寫器所在車站；所述載有射頻電子標籤的列車，應答列車進出站RFID讀寫器的射頻信號的過程，用 「列車進站」、「列車出站」兩種狀態描述，「列車進站」表示列車進入該列車進出站RFID讀寫器所在車站，「列車出站」表示列車離開該列車進出站RFID讀寫器所在車站。
7.如權利要求5所述的基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計方法，其特徵在於當乘客從車站出入口閘機通過時，乘客進出站RFID讀寫器η自動讀取乘車卡射頻電子標籤數據信息，並將數據表示為Ti (t，i，sn, Ci)，其中i為射頻電子標籤的編號，t為信息讀取時間、sn為RFID讀寫器η所在車站，Ci為電子標籤應答過程；當乘客在站臺上下車時，站臺上下車RFID讀寫器η自動讀取乘車卡射頻電子標籤i數據信息，並將數據表示為Tia^^NpTrairO，其中i為射頻電子標籤的編號，t為信息讀取時間、sn為RFID讀寫器η所在車站，Ni為乘客進站後站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡射頻電子標籤的次數，Traini為載有射頻電子標籤i的乘車卡的乘客乘坐的列車車號；且中心處理系統根據站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡射頻電子標籤的次數判斷乘客通過屏蔽門的過程狀態，若讀卡次數為奇數，則該過程為「上車離開」，若為偶數，則該過程為「下車到達」；乘客乘坐的列車為t時刻停靠該站臺的列車，車號根據該車站列車進出站RFID讀寫器的讀取數據確定；當列車通過車站進出站位置時，列車進出站RFID讀寫器η自動讀取列車車載射頻電子標籤i數據信息，並將數據表示為Ti (t，i，sn, Ci)，其中i為電子標籤的編號，t為信息讀取時間、sn為RFID讀寫器η所在車站，Ci為電子標籤應答過程。
8.如權利要求5所述的基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計方法，其特徵在於所述中心處理系統根據接收到的數據信息進行處理，得到以下各項客流指標(1)斷面客流斷面客流按線別，分上下行方向；區間S1^2在時間區間[t，t+5]的5min 斷面客流量等於該時段內所有從車站S1進入區間S1I2的列車上載客量之和，表示為
全文摘要
一種基於RFID技術的軌道交通網絡客流實時統計系統及方法，該系統包括分別設置於乘車卡及列車車頭處的射頻電子標籤，設置於車站進出站檢票口處的乘客進出站RFID讀寫器，設置於站臺上下車位置或屏蔽門處的站臺上下車RFID讀寫器，設置於車站列車進出站位置處的列車進出站RFID讀寫器，信息傳輸系統和中心處理系統。該方法是乘客進出站RFID讀寫器和站臺上下車RFID讀寫器讀取乘車卡的電子標籤的數據信息，列車進出站RFID讀寫器讀取列車的電子標籤的數據信息，通過信息傳輸系統發送給中心處理系統處理該數據信息，對軌道交通網絡客流實時統計計算。本發明的系統和方法能夠快速且高精度的進行客流實時統計。
文檔編號G07C9/00GK102354406SQ201110150438
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者徐瑞華, 李鋒, 江志彬 申請人:同濟大學