軌道交通云平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用分析

賈曉菲

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司天津分院 300070）

引言

城市軌道交通行業(yè)經(jīng)過(guò)了100多年的發(fā)展，已進(jìn)入信息化、數(shù)字化運(yùn)營(yíng)時(shí)代，軌道交通信息化系統(tǒng)通過(guò)對(duì)收集的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，為城市軌道交通正常運(yùn)行和管理層提供科學(xué)依據(jù)。將云平臺(tái)引入軌道交通數(shù)據(jù)中心，可以實(shí)現(xiàn)軌道交通各系統(tǒng)軟、硬件資源整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在一定程度上降低建設(shè)成本和運(yùn)維成本。

1 軌道交通信息化建設(shè)存在問(wèn)題

1.1 信息化系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃周期長(zhǎng)，集成難度大

傳統(tǒng)軌道交通數(shù)據(jù)中心建設(shè)，通常都需要1～2年時(shí)間，在數(shù)據(jù)信息化建設(shè)過(guò)程中存在大量異構(gòu)系統(tǒng)的集成風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)，建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，也將會(huì)增加建設(shè)成本，延長(zhǎng)建設(shè)時(shí)間。另外軌道交通信息化系統(tǒng)通常按8～10年進(jìn)行規(guī)劃，在規(guī)劃期間軌道交通內(nèi)外部環(huán)境和信息技術(shù)也在不斷發(fā)生變化，任何情況的變化都會(huì)給軌道交通信息化規(guī)劃帶來(lái)很大困難。

1.2 信息化投資大，資源利用率低

在我國(guó)城市軌道交通運(yùn)行過(guò)程中，由于運(yùn)營(yíng)管理模式具有非常相似的特點(diǎn)，信息需求也基本相同（例如工程管理系統(tǒng)、設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)等），每家軌道交通運(yùn)營(yíng)公司在管理過(guò)程中，都創(chuàng)建一套功能基本一致的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并且硬件設(shè)備采購(gòu)?fù)ǔ０凑兆罡哳A(yù)估峰值配置，從而造成設(shè)備資源的巨大浪費(fèi)。

1.3 信息化運(yùn)維難度大、成本高

軌道交通各自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件功能單一，并且各系統(tǒng)往往設(shè)置在各自機(jī)房，給設(shè)備維護(hù)人員帶來(lái)了很大工作量。如果發(fā)生故障，各個(gè)部門(mén)的工作人員須相互協(xié)調(diào)后再到各系統(tǒng)機(jī)房進(jìn)行故障排除，這樣就很難保證各系統(tǒng)的運(yùn)維效率。

1.4 數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題嚴(yán)重

城市軌道交通信息化系統(tǒng)集成了客流信息、行車(chē)信息、運(yùn)營(yíng)指標(biāo)、客運(yùn)業(yè)務(wù)等重要運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，由于每個(gè)系統(tǒng)都分別具有獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)備，所以會(huì)存在很多數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間重復(fù)存儲(chǔ)的情況，這樣不僅浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間，還不利于各種數(shù)據(jù)的收集、分析和有效管理。

由于以上問(wèn)題的出現(xiàn)，在城市軌道交通數(shù)據(jù)中心應(yīng)用云平臺(tái)，能促進(jìn)軌道交通更有益的發(fā)展。

2 城市軌道交通數(shù)據(jù)中心云平臺(tái)應(yīng)用需求

2.1 業(yè)務(wù)構(gòu)成

城市軌道交通數(shù)據(jù)中心云平臺(tái)，將集成傳統(tǒng)軌道交通系統(tǒng)中的ATS（信號(hào)系統(tǒng)）、CCTV系統(tǒng)（視頻監(jiān)控）、ACS（門(mén)禁系統(tǒng)）、AFC（自動(dòng)售檢票系統(tǒng)）、通信集中網(wǎng)管系統(tǒng)等。通過(guò)對(duì)中國(guó)各大城市軌道交通業(yè)務(wù)的分析發(fā)現(xiàn)，軌道交通傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)具備云計(jì)算處理基礎(chǔ)，理論上均可由云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一承載。

2.2 功能需求

云平臺(tái)主要功能是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通數(shù)據(jù)中心跨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)整合共享，提供數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘以及制定相應(yīng)報(bào)表，保證控制中心開(kāi)展各項(xiàng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)需求，提高網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)水平。

云平臺(tái)的另一作用是對(duì)軌道交通的基本信息、指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢(xún)分析、OD分析，同時(shí)對(duì)制票、售票、報(bào)表等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和管理。云平臺(tái)還可以根據(jù)日常運(yùn)營(yíng)管理的需要，為軌道交通運(yùn)營(yíng)管理人員提供運(yùn)營(yíng)評(píng)估管理、路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)仿真、運(yùn)營(yíng)計(jì)劃編制等功能。

云平臺(tái)還可以為乘客提供信息查詢(xún)服務(wù)。通過(guò)對(duì)地鐵有關(guān)信息（包括站點(diǎn)信息、路徑查詢(xún)信息、列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，列車(chē)時(shí)刻表等信息）進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)挖掘，指導(dǎo)乘客選擇合適的搭乘方式，提高乘客的出行效率。

3 城市軌道交通數(shù)據(jù)中心云平臺(tái)構(gòu)建分析

3.1 資源池搭建

以往軌道交通各系統(tǒng)硬件和軟件資源相互獨(dú)立，無(wú)法根據(jù)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)的需求變化實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整，資源的使用效率低下。云平臺(tái)將各資源池化，打破各系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)的方式，把所有系統(tǒng)的硬件資源和存儲(chǔ)資源都統(tǒng)一整合，再在各系統(tǒng)整合的資源池上建設(shè)應(yīng)用，以服務(wù)的方式去交付資源。

建立資源池應(yīng)從以下幾點(diǎn)入手：①將每個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備和硬件資源整合成存儲(chǔ)資源池；②對(duì)存儲(chǔ)資源池中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，并創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型的處理體系；③設(shè)置數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，統(tǒng)一管理每個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)資源池的訪問(wèn)，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與調(diào)用接口，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)在云平臺(tái)外的調(diào)用，滿(mǎn)足軌道交通大數(shù)據(jù)的決策和分析需求。

3.2 節(jié)點(diǎn)、接口虛擬化

軌道交通云平臺(tái)虛擬化，主要是將每個(gè)軌道交通系統(tǒng)的物理節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為虛擬空間云平臺(tái)的節(jié)點(diǎn)。云平臺(tái)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器將各系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行虛擬化，不僅具有互不干擾的性能，還將各系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的虛擬化管理。云平臺(tái)虛擬化節(jié)點(diǎn)存在不局限于物理空間的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具備在虛擬空間中平滑遷移的功能，使得軌道交通信息化系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)物理硬件遷移的問(wèn)題。

目前軌道交通各自動(dòng)化系統(tǒng)間都設(shè)置了接口服務(wù)器，主要目的是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸共享的目的，利用網(wǎng)線(xiàn)和通信接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令互聯(lián)。系統(tǒng)接口會(huì)因施工質(zhì)量影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性、穩(wěn)定性和實(shí)用性，物理端口或電纜的損壞也會(huì)影響接口間的正常功能。將接口服務(wù)器設(shè)置在云平臺(tái)架構(gòu)上，調(diào)試人員可通過(guò)接口服務(wù)器虛擬化，將硬件接口脫離物理瓶頸制約。雖然接口節(jié)點(diǎn)存在于虛擬平臺(tái)，但并未降低系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，同時(shí)還因?yàn)楦飨到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)虛擬在云平臺(tái)的內(nèi)部，降低了系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)攻擊的可能性。

3.3 多租戶(hù)虛擬環(huán)境搭建

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備一般分開(kāi)設(shè)置，對(duì)兩者進(jìn)行關(guān)聯(lián)時(shí)需要采用附加條件來(lái)完成，采用這種方法不僅效率低，也降低了經(jīng)濟(jì)效益。多租戶(hù)虛擬環(huán)境的搭建，每個(gè)系統(tǒng)仍然使用相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)在各自的領(lǐng)域進(jìn)行獨(dú)立工作，這樣不僅提供了更大的便利性，還實(shí)現(xiàn)了兩者之間即分離又相互聯(lián)系的目的，保證了軌道交通數(shù)據(jù)能被用戶(hù)安全使用和信息共享。

3.4 云平臺(tái)安全措施

（1）在使用云平臺(tái)時(shí)應(yīng)明確安全管理責(zé)任，并全面檢查和加固云平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、虛擬服務(wù)器操作系統(tǒng)、應(yīng)用中間件和系統(tǒng)源代碼，提高系統(tǒng)整體的安全性，保證軌道交通的正常運(yùn)行。

（2）在云平臺(tái)系統(tǒng)中設(shè)置入侵監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)服務(wù)器操作系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，防止木馬病毒進(jìn)入服務(wù)器而影響云平臺(tái)的正常工作，阻止非法人員操作，并定期分析、查看報(bào)警信息。

（3）要加強(qiáng)本地網(wǎng)絡(luò)的安全性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理規(guī)劃，按照信息重要性對(duì)信息系統(tǒng)進(jìn)行分層，采用邏輯隔離的方法分離一般服務(wù)器和核心服務(wù)器，在控制過(guò)程中采用更高的安全策略，設(shè)置相應(yīng)的訪問(wèn)控制規(guī)則，降低云平臺(tái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）根據(jù)軌道交通的實(shí)際需求，對(duì)云平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行配置和優(yōu)化，在云平臺(tái)上部署一些安全軟件對(duì)云平臺(tái)系統(tǒng)的相關(guān)信息進(jìn)行保護(hù)。

（5）加強(qiáng)內(nèi)部審計(jì)工作，建立健全的應(yīng)用安全審計(jì)平臺(tái)，確保對(duì)非法操作進(jìn)行追蹤、追查和取證。

4 應(yīng)用示例

隨著軌道交通運(yùn)營(yíng)公司對(duì)運(yùn)營(yíng)模式的優(yōu)化和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的收集，運(yùn)營(yíng)公司數(shù)據(jù)化的運(yùn)營(yíng)決策和風(fēng)險(xiǎn)控制策略方案日益得到積累，例如列車(chē)晚點(diǎn)策略調(diào)控、車(chē)站節(jié)能策略調(diào)控、大事件與應(yīng)急突發(fā)事件策略調(diào)控等，都是運(yùn)營(yíng)公司在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)。云平臺(tái)通過(guò)將各種策略調(diào)控轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮踊A(yù)案，結(jié)合大數(shù)據(jù)的整合實(shí)踐，對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警，并提供各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)策略預(yù)案，為軌道交通安全有效運(yùn)營(yíng)提供有利保障。

通過(guò)建立軌道交通云平臺(tái)，增加地鐵內(nèi)外部信息查詢(xún)、公眾信息發(fā)布、乘客信息服務(wù)功能等，乘客可登錄網(wǎng)站或下載手機(jī)APP，實(shí)時(shí)查看軌道交通線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)營(yíng)狀況等信息。另外在云平臺(tái)處理系統(tǒng)中，會(huì)不斷完善和改進(jìn)對(duì)正常、突發(fā)事件、限流和運(yùn)行調(diào)整等信息的發(fā)布，通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，為乘客提供更多的便利條件。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)當(dāng)前云平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，其開(kāi)發(fā)和部署工具日趨成熟，利用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通信息化系統(tǒng)的建設(shè)是可行和值得推廣的。軌道交通云平臺(tái)的建設(shè)將會(huì)成為軌道交通數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展的新趨勢(shì)。下階段要更深層次的研究軌道交通業(yè)務(wù)與云平臺(tái)的應(yīng)用結(jié)合，使軌道交通云平臺(tái)得到更實(shí)際有效的推廣和發(fā)展。