Conceptual model of a web-based traffic flow management system in an urban environment based on microservice architecture

Abstract

Актуальність дослідження зумовлена зростанням навантаження на міську транспортну інфраструктуру, потребою у цифровій трансформації управління мобільністю та впровадженні інтелектуальних технологій аналізу даних у режимі реального часу. Така система дає змогу оперативно реагувати на зміни у русі транспорту, підвищувати ефективність маршрутної мережі та покращувати якість міських перевезень. Метою дослідження було формування архітектури веб-системи, яка забезпечує інтеграцію даних із міських інтерфейсів прикладного програмування, їх автоматизовану обробку, аналітичну інтерпретацію, візуалізацію результатів та централізоване керування конфігураціями. Методологічну основу становили підходи системного аналізу, моделювання потоків даних, побудова діаграм «сутність-звʼязок» та застосування архітектурних шаблонів для відображення структурної та функціональної взаємодії компонентів. У статті розроблено концептуальну модель веб-системи управління транспортними потоками у міському середовищі, побудовану за принципами мікросервісної архітектури. Результатом роботи було створення структурної моделі системи, що включила п’ять взаємопов’язаних мікросервісів: інтеграції з міськими інтерфейсами прикладного програмування (Node.js), обробки та агрегації даних (Python, Redis Streams), аналітичного модуля з підтримкою алгоритмів машинного навчання (Scikit-learn), модуля візуалізації (React, Mapbox, Chart.js) та сервісу керування доступом і конфігураціями. Детально описано логіку їхньої взаємодії, механізми масштабування та забезпечення відмовостійкості. Практична цінність дослідження полягала у розробленні універсальної архітектонічної основи для впровадження систем аналітики й моніторингу міського транспорту, що можуть стати прототипом інтелектуальних платформ управління мобільністю в концепції Smart City

The relevance of the research arises from the growing load on urban transport infrastructure, the need for digital transformation of mobility management, and the implementation of intelligent data analytics technologies operating in real time. Such a system enables prompt responses to changes in traffic conditions, improves the efficiency of the route network, and enhances the overall quality of urban transportation services. The purpose of the study was to design the architecture of a web system that ensures the integration of data from city application programming interfaces, their automated processing, analytical interpretation, visualisation of results, and centralised configuration management. The methodological basis of the research included approaches of systems analysis, data flow modelling, the construction of entity-relationship diagrams, and the use of architectural design patterns to represent the structural and functional interaction of components. The article presented the development of a conceptual model of a web- based system for managing traffic flows in an urban environment, designed according to the principles of microservice architecture. The research outcome was the creation of a structural model of the system comprising five interrelated microservices: integration with city application programming interfaces (Node.js), data processing and aggregation (Python, Redis Streams), an analytical module with machine learning algorithms (Scikit-learn), a visualisation module (React, Mapbox, Chart.js), and a service for access control and configuration management. The paper provided a detailed description of their interaction logic, scaling mechanisms, and reliability assurance. The practical value of the study lied in the development of a universal architectural framework for implementing systems of analytics and monitoring of urban transport, which may serve as a prototype for intelligent mobility management platforms within the Smart City concept.