基于云平臺的城市軌道交通數(shù)據(jù)中心應(yīng)用

劉 微， 張 銘，劉陽學(xué)

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

基于云平臺的城市軌道交通數(shù)據(jù)中心應(yīng)用

劉 微， 張 銘，劉陽學(xué)

（中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

闡述了大數(shù)據(jù)與云平臺技術(shù)的概念及相互關(guān)系，結(jié)合城市軌道交通數(shù)據(jù)中心和云平臺的應(yīng)用現(xiàn)狀，從技術(shù)需求和業(yè)務(wù)需求的角度，詳細分析了城市軌道交通數(shù)據(jù)中心建設(shè)與云平臺技術(shù)結(jié)合的必要性和重要性，提出基于云平臺的數(shù)據(jù)中心建設(shè)思路及應(yīng)用場景。

大數(shù)據(jù)；云平臺；城市軌道交通；數(shù)據(jù)中心

城市軌道交通數(shù)據(jù)中心是地鐵企業(yè)運營監(jiān)視、應(yīng)急指揮和信息化管理的基礎(chǔ)平臺，主要完成對各類多元異構(gòu)數(shù)據(jù)、各專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、運營系統(tǒng)等不同平臺數(shù)據(jù)源的獲取與共享，以及信息查詢、交互等功能。大數(shù)據(jù)時代可以把云計算技術(shù)與服務(wù)引入到城市軌道交通數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用中。云平臺將企業(yè)的軟硬件資源進行有效整合，在使用計算機資源與技術(shù)時，不需要高昂的成本建立數(shù)據(jù)中心，降低了建設(shè)與運維成本。因此，云計算的應(yīng)用對軌道交通數(shù)據(jù)中心建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 大數(shù)據(jù)、云平臺技術(shù)概述

美國高德納（Gartner）公司將大數(shù)據(jù)定義為“需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)”[1]。大數(shù)據(jù)和云計算相輔相成，大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘依托云計算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫、云存儲和虛擬化技術(shù)。

云平臺又稱云計算平臺，分為數(shù)據(jù)存儲為主的存儲型云平臺，數(shù)據(jù)處理為主的計算型云平臺以及計算和數(shù)據(jù)存儲兼顧的智能云平臺。云計算在融合分布式計算、虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計算和Web服務(wù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，能使用戶不受時空的限制，通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地地按需獲取資源，從而對大規(guī)模的數(shù)據(jù)和計算問題進行處理[2]。

2 城市軌道交通數(shù)據(jù)中心與云平臺應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 城市軌道交通數(shù)據(jù)中心建設(shè)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)主要大城市，例如：北京、上海、深圳、廣州、天津等地的軌道交通企業(yè)陸續(xù)建立了數(shù)據(jù)中心、信息中心或同類系統(tǒng)，成都、南京、杭州、武漢等地的城市軌道交通企業(yè)正在籌建數(shù)據(jù)中心工程，以下是各城市軌道交通數(shù)據(jù)中心工程應(yīng)用簡介。

（1）北京市軌道交通指揮中心（TCC）二期工程建立了信息中心，搭建數(shù)據(jù)中心、信息統(tǒng)計分析平臺、運營評估平臺、應(yīng)急輔助決策支持系統(tǒng)，并建立了統(tǒng)一的業(yè)務(wù)管理平臺。數(shù)據(jù)中心是整個信息中心的基礎(chǔ)平臺，主要完成對各類多元異構(gòu)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有ACC/TCC等不同平臺數(shù)據(jù)源的抽取、轉(zhuǎn)換和加載，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準存儲，并通過數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)集市、數(shù)據(jù)挖掘和分析，為應(yīng)用層面提供統(tǒng)一的標準數(shù)據(jù)接口；同時為滿足應(yīng)用層面共性的基礎(chǔ)需求，搭建數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺。

（2）深圳市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營控制中心（NOCC）工程搭建線網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化運營管理和決策分析需求，對軌道交通全線網(wǎng)的基礎(chǔ)信息、行車、供電、視頻圖像、主要機電設(shè)備、調(diào)度指揮、突發(fā)事件、客流、清分清算、票卡、運營維護進行數(shù)據(jù)搜集、存儲、分析、挖掘，實現(xiàn)各專業(yè)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一整合，為政府科學(xué)決策提供支撐，提高企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化運營管理水平，同時提升乘客服務(wù)水平。

（3）天津市軌道交通綜合控制中心工程配套建設(shè)線網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（NDC）系統(tǒng)，基于對網(wǎng)絡(luò)化運營管理和決策分析的需要，建立面向多用戶的信息集中共享、資源高效利用、運行安全可靠的軌道交通線網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)和綜合信息統(tǒng)計分析的信息管理平臺，實現(xiàn)信息的統(tǒng)一采集、長期存儲、統(tǒng)計分析、業(yè)務(wù)接口的功能。搭建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺、數(shù)據(jù)中心平臺、信息管理平臺、統(tǒng)計分析平臺、信息發(fā)布平臺。

2.2 國內(nèi)城市軌道交通云平臺的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國許多較發(fā)達城市都在規(guī)劃建設(shè)智慧城市，政府也在積極推動交通云的規(guī)劃和建設(shè)，并且基于交通云構(gòu)建一系列的智慧交通信息系統(tǒng)，例如：深圳市建立了基于交通云的綜合交通信息平臺、決策支持平臺，實現(xiàn)了全面的云數(shù)據(jù)中心集群監(jiān)控、17大類數(shù)據(jù)（含視頻、鐵路、民航、GIS、港口水運、公交、地鐵、出租車、公安等）的采集與共享，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)深度挖掘，為交通規(guī)劃等業(yè)務(wù)提供決策支持。

國內(nèi)軌道交通工程領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)和云計算技術(shù)研究起步較晚，目前，北京、上海、深圳、南京、杭州等發(fā)達城市軌道交通企業(yè)正在規(guī)劃建立企業(yè)私有云，考慮到企業(yè)數(shù)據(jù)安全問題，正在探索將非地鐵內(nèi)部核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢功能、對公眾信息發(fā)布功能、乘客信息查詢功能部署到私有云。

未來的交通云不一定僅是私有云或公有云，應(yīng)該是混合云模式，通過私有云技術(shù)特點提供高保密性、高處理速度的企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用，同時，通過公有云發(fā)布公共信息、提供系統(tǒng)開發(fā)平臺服務(wù)模式[3]。

3 云平臺在城市軌道交通數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用需求

3.1 新技術(shù)需求

目前，大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)在各行業(yè)迅速興起，但在城市軌道交通領(lǐng)域搭建云平臺的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用較少，數(shù)據(jù)中心如果按照傳統(tǒng)的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)部署方式，將存在技術(shù)架構(gòu)落后，資源調(diào)配能力低、能耗大、運維成本高、海量數(shù)據(jù)增長帶來的設(shè)備擴展等問題。（1）供電問題：目前一個大型企業(yè)級數(shù)據(jù)中心3年的電能消費將超過該數(shù)據(jù)中心的建設(shè)費用，數(shù)據(jù)中心耗電量巨大。（2）運維成本：面對存儲需求的急劇膨脹，數(shù)據(jù)中心擴容建設(shè)的成本隨著數(shù)據(jù)量和存儲需求增長的速度不斷攀升，迅速抬升了數(shù)據(jù)中心的運維成本。（3）技術(shù)問題：隨著業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)集中管理所產(chǎn)生的需求急劇增加，業(yè)務(wù)模式的不斷變革，視頻信息等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的急劇膨脹，信息安全高等級要求以及數(shù)據(jù)實時備份需求，使得傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心在規(guī)模、能耗、效率、資源整合、信息安全等方面都受到更為嚴重的挑戰(zhàn)。

3.2 業(yè)務(wù)需求

城市軌道交通數(shù)據(jù)中心將依托線網(wǎng)指揮中心TCC、ACC業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)整合共享，提供靈活的數(shù)據(jù)查詢功能、強大的數(shù)據(jù)分析和挖掘功能以及可定制的報表報告功能，以支持政府主管部門科學(xué)決策線網(wǎng)規(guī)劃、運營管理、票制票價、財政補貼等工作，滿足指揮中心開展各項業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)需要，提高網(wǎng)絡(luò)化運營管理水平。

3.2.1 統(tǒng)計分析功能需求

主要包括基礎(chǔ)信息管理、指標管理、統(tǒng)計查詢分析、OD分析、票制票價管理、報表管理、報告管理及配置管理等。

3.2.2 運營評估管理需求

根據(jù)日常運營管理需要，為軌道交通指揮中心運營管理人員提供運營評估管理、路網(wǎng)運營仿真、客流預(yù)測、運輸計劃編制與管理、列車銜接評估等功能。

3.2.3 乘客信息服務(wù)需求

通過采集地鐵運營信息和外部服務(wù)信息（氣象、社會事件），利用大數(shù)據(jù)平臺分析和數(shù)據(jù)挖掘功能，提供用戶最優(yōu)的出行方案，并以有線或無線通信方式，通過語音、圖形、文字等形式實時向出行者提供相關(guān)信息查詢，包含路網(wǎng)運營情況、軌道站點信息、運營動態(tài)信息，基于手機定位的最近地鐵站、路徑查詢（路程公里數(shù)、所需時間、最佳換乘方式、所需費用以及目的地等）、列車狀況、列車時刻表（首末班車、發(fā)車間隔）等信息，從而指導(dǎo)出行者選擇合適的換乘方式和路徑，以最高的效率和最佳方式完成出行。

3.2.4 擴展業(yè)務(wù)需求

大數(shù)據(jù)背景下，未來將有越來越多的新業(yè)務(wù)需求，例如：軌道交通行車安全、客流量密度和環(huán)境情況實時回饋；通過某一站點附近的手機信號密度，便可以快速估計出客流量密度和擁堵程度，輔以監(jiān)測畫面便可以更加精準的判斷，為軌道交通的乘客避開擁堵的地段；用戶可登陸乘客信息服務(wù)平臺或手機APP隨時隨地的關(guān)注地鐵動態(tài)和查詢最佳出行方案；根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)GPRS定位技術(shù)，搜索距離乘客最近的地鐵站以及指導(dǎo)乘客去往地鐵站的路線。

4 基于云平臺的數(shù)據(jù)中心建設(shè)思路

4.1 IT環(huán)境搭建

主要包含計算資源池、統(tǒng)一存儲資源池以及數(shù)據(jù)資源池的建立，計算資源池及存儲資源池要根據(jù)實際的業(yè)務(wù)需求規(guī)模進行選型配置，數(shù)據(jù)資源池的建設(shè)內(nèi)容包含數(shù)據(jù)中心核心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、虛擬數(shù)據(jù)庫資源、數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、清洗、加載（ETL）、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理等。

4.2 虛擬化技術(shù)應(yīng)用

利用虛擬化技術(shù)，高度整合計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源，服務(wù)的部署完全不需要物理上的動作，資源在虛擬化平臺上可以與物理設(shè)施無關(guān)的進行分配和整合，只需要將一定的業(yè)務(wù)策略輸入給智能網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器，一切工作都可以按系統(tǒng)自身最優(yōu)化的方式進行計算、評估、決策和調(diào)配實現(xiàn)。

4.3 多租戶虛擬環(huán)境搭建

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中企業(yè)服務(wù)器位于一個區(qū)域，而網(wǎng)絡(luò)交換機和存儲陣列位于另一區(qū)域，在許多情況下，不同業(yè)務(wù)單位擁有大致相同類型的設(shè)備，使用方式也大致相同，但是需要單獨的物理系統(tǒng)以便將自己的流程和數(shù)據(jù)與其他業(yè)務(wù)單位分離。這種方式導(dǎo)致效率低下、 IT 提供服務(wù)更為復(fù)雜，并造成與業(yè)務(wù)活動不一致。

通過部署安全多租戶虛擬 IT 即服務(wù)，每個系統(tǒng)仍單獨使用自己的網(wǎng)絡(luò)和存儲；但不是靠服務(wù)器機架分離，而是靠安全多租戶環(huán)境。所有服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲仍是分離且安全的，在某種情況下，比傳統(tǒng)環(huán)境更加安全。

4.4 云部署模式

將軌道交通數(shù)據(jù)中心環(huán)境遷移至云架構(gòu)中，需要在提供共享資源的管理和靈活性優(yōu)勢的同時，還能夠提供安全隔離。因此建議前期先采用私有云部署模式，由軌道交通企業(yè)獨立組織運營和管理。對于 IaaS 部署，用戶通常可進行更廣泛的計算資源控制。安全云架構(gòu)將用戶的控制權(quán)限進一步擴展到整個環(huán)境：計算平臺、網(wǎng)絡(luò)連接、存儲資源和數(shù)據(jù)管理。獨特的隔離技術(shù)結(jié)合廣泛的管理靈活性，可為用戶提供云計算優(yōu)勢。

4.5 應(yīng)用示例探索

通過建立軌道交通企業(yè)私有云，可將非地鐵內(nèi)部的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢功能、公眾信息發(fā)布、乘客信息服務(wù)功能均部署到云平臺。當移動客戶端訪問量大規(guī)模增加時，方便系統(tǒng)的擴展升級。

應(yīng)用示例如圖1所示。

圖1 私有云平臺業(yè)務(wù)應(yīng)用示例

城市軌道交通企業(yè)可將面向公眾發(fā)布信息的功能部署到云平臺，用戶登錄網(wǎng)站或手機APP后，可以實時查看列車運行狀況，包含正常、突發(fā)事件、封站、限流、施工、運營調(diào)整等信息，進行實時和常態(tài)的信息公告，包括出入口封閉、常態(tài)限流、施工活動、計劃封站、臨時限流、運營調(diào)整、運營快報、換乘通道封閉、臨時封站、延誤、中斷運營等。

乘客信息服務(wù)（查詢）功能也可以部署到云平臺，用戶登錄手機端乘客查詢系統(tǒng)后，根據(jù)輸入始發(fā)站、目的站查詢出合理的推薦行車路線，并包含每條線路的詳細信息；可以查看各線路各站點的首末班車時刻表；各線路始發(fā)站的發(fā)車間隔；各線路站點名稱、換乘信息；列車距離進站的時間等；可通過電子地圖展示和查詢乘車路徑、時長、里程、票價信息等。

5 結(jié)束語

本文對基于云平臺的軌道交通數(shù)據(jù)中心應(yīng)用需求進行分析，并提出建設(shè)思路。為了提高軌道交通企業(yè)信息化管理水平，基于大數(shù)據(jù)和云計算思想，提高軌道交通數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)存儲、處理能力是亟待解決的問題，而研究如何將軌道交通企業(yè)業(yè)務(wù)與云平臺深度結(jié)合將是下一步需要更深層次研究的問題。

[1] 李翔敏.基于大數(shù)據(jù)的道路交通管理反思—小即是美[J].城市交通，2015，13（3）：72-76.

[2] 孟存善.大數(shù)據(jù)、云計算在軌道交通工程中的應(yīng)用需求[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2015，7（5）：62-66.

[3] 陳 源.基于Cloud Foundry 的智慧交通云計算平臺設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2014.

責任編輯 陳 蓉

Data center of Urban Transit based on cloud platform

LIU Wei,ZHANG Ming,LIU Yangxue
( Institute of Computing and Technologies,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

This article expounded the concepts and relations of big data and cloud technology.Combined with the application of data center and cloud platform of Urban Transit,from the perspective of technical requirements and business needs,the necessity and importance for the combination of the construction of the data center and the cloud platform technology were analyzed in detail.Based on cloud platform,the construction of data center and application scenarios were proposed.

big data;cloud platform;Urban Transit;data center

U231：TP39

A

1005-8451（2016）09-0072-04

2016-06-15

劉 微，助理工程師； 張 銘，副研究員。