對(duì)于云架構(gòu)的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

趙越超 高昊 曹凱遠(yuǎn)

摘 要：現(xiàn)階段，各地區(qū)通過大力發(fā)展地鐵交通業(yè)，擴(kuò)大地鐵工程建設(shè)覆蓋面，有效緩解城市人口增加帶來的交通運(yùn)輸壓力。為確保地鐵建設(shè)及后期運(yùn)行能夠得到根本管控，需要利用云架構(gòu)技術(shù)，設(shè)計(jì)出功能完善的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)，確保該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控以及決策功能，可有效預(yù)防火災(zāi)等嚴(yán)重事故出現(xiàn)。基于此，本文以云平臺(tái)為切入點(diǎn)，分析云架構(gòu)下地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)要求，提出地鐵綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：云架構(gòu);地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計(jì)

0 前言

綜合監(jiān)控系統(tǒng)是保障地鐵安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵工具，在當(dāng)前綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過程中，經(jīng)常會(huì)受到各類因素影響，造成軟件、硬件失效或故障問題，嚴(yán)重影響到地鐵安全管控水平。因此為充分發(fā)揮出地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)重要作用，需要結(jié)合云架構(gòu)技術(shù)，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部功能進(jìn)行不斷完善。

1 概述云平臺(tái)技術(shù)

云計(jì)算就是指動(dòng)態(tài)伸縮虛擬化資源，借助互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)方式，為用戶提供更加精準(zhǔn)高效的計(jì)算服務(wù)?！霸啤敝复\(yùn)行及分布式系統(tǒng)，此系統(tǒng)由虛擬計(jì)算機(jī)構(gòu)成，在服務(wù)級(jí)別協(xié)議下被動(dòng)部署，成為一個(gè)或多個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算資源。

云平臺(tái)，是提供云計(jì)算服務(wù)的工具，可以在不受到物理資源限制的情況下，依照用戶需求對(duì)資源進(jìn)行計(jì)算以及動(dòng)態(tài)部署?，F(xiàn)階段我國地鐵監(jiān)控系統(tǒng)具有更加顯著的綜合性特征，原有分島控制自動(dòng)化形式被打破，使地鐵在線監(jiān)控功能日漸完善。而通過將云計(jì)算及云平臺(tái)應(yīng)用在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，能夠使火災(zāi)報(bào)警、環(huán)境監(jiān)控、供電系統(tǒng)等多個(gè)檢測(cè)子系統(tǒng)集中到同一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)管與控制目標(biāo)。

2 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

地鐵運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)控工作主要就是在地鐵安裝在線監(jiān)控裝置后，依照監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)地鐵內(nèi)部設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，確保地鐵運(yùn)行全過程能夠受到科學(xué)管控?，F(xiàn)階段國內(nèi)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)大多只能夠根據(jù)單個(gè)監(jiān)控參數(shù)的閾值開展實(shí)時(shí)狀態(tài)評(píng)估工作，評(píng)估結(jié)果較為單一。同時(shí)，地鐵狀態(tài)評(píng)估研究沒有考慮多個(gè)因素共同作用，需要在未來地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)過程中，重點(diǎn)研究多屬性地鐵設(shè)施狀態(tài)評(píng)估方式，對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的輔助決策功能進(jìn)行不斷完善。

2.1 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)地鐵內(nèi)部各子系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理，確保這些子系統(tǒng)能夠集成到同一系統(tǒng)界面管控。在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，該系統(tǒng)應(yīng)具備信息處理功能，采用最優(yōu)化方式采集設(shè)備運(yùn)行各類信息，對(duì)這些信息進(jìn)行快速分析及處理，形成一個(gè)更加綜合開放的工作平臺(tái)，使各系統(tǒng)之間的信息資源實(shí)現(xiàn)公開共享目標(biāo)。建立起各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，節(jié)省地鐵系統(tǒng)日常管控成本，確保地鐵能夠安全高效運(yùn)行。

單服務(wù)器環(huán)中，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的容積應(yīng)達(dá)120萬點(diǎn)。開關(guān)量變化反應(yīng)時(shí)間與報(bào)警響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于1秒，模擬量變化響應(yīng)時(shí)間需小于2秒，車站與中心控制系統(tǒng)發(fā)出到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施響應(yīng)時(shí)間的返回時(shí)間也許不超過2秒。服務(wù)器可選用工業(yè)級(jí)集成專用服務(wù)器，總控中心可采用具備切換供能的中央大屏幕顯示。

2.2 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

借助云架構(gòu)建立起的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)分為設(shè)備層、監(jiān)控層、應(yīng)用層三種形式。其中，設(shè)備層包括水平綜合布線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電力監(jiān)管以及預(yù)警等系統(tǒng);控制層包括BMS計(jì)算系統(tǒng);應(yīng)用層屬于智能化集成模塊，應(yīng)當(dāng)具備信息共享以及應(yīng)用功能，確保地鐵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)能夠更加直觀地呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上，用戶可通過應(yīng)用層對(duì)各子系統(tǒng)的功能進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)地鐵綜合管理目標(biāo)。

要求地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)采用主備冗余方式，通過中心實(shí)時(shí)服務(wù)器、歷史服務(wù)器、操作工作臺(tái)中使用硬件冗余方式，使系統(tǒng)內(nèi)各故障或交叉故障均可避免對(duì)車輛正常運(yùn)行造成的不利影響。

3 云架構(gòu)下地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

3.1 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)置

在將云架構(gòu)技術(shù)應(yīng)用在車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中，需要將無線傳感網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)優(yōu)化組合，確保這些終端節(jié)點(diǎn)能夠合理布置在地鐵關(guān)鍵設(shè)備周邊，由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)匯總監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，傳至終端。同時(shí)，在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)置期間，還需要選擇適宜的電源。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行能耗較低，可以選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的蓄電池，保障供電可靠。

3.2 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

綜合控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。在控制界面中添加工程變量數(shù)值，確保用戶可以直接利用該界面更改此系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。繪制人機(jī)交互畫面，要求畫面中的圖形、顏色、文字及數(shù)據(jù)分布清晰，方便相關(guān)操作人員使用。

報(bào)表設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。需要借助先進(jìn)的BMS系統(tǒng)，制作自由報(bào)表，確保報(bào)表設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)管理工作的功能能夠結(jié)合在一起。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。要求地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)具有一定仿真功能，可在系統(tǒng)運(yùn)行期間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)處理。在原數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上配置底層設(shè)備運(yùn)行信號(hào)仿真軟件，模擬監(jiān)控系統(tǒng)底層設(shè)備反饋數(shù)據(jù)信息。配備驅(qū)動(dòng)文件，確保數(shù)據(jù)庫具有數(shù)據(jù)導(dǎo)入以及集中管控功能。借助分布式儲(chǔ)存架構(gòu)，使數(shù)據(jù)庫的虛擬化功能能夠被充分發(fā)揮出來，提供虛擬機(jī)HA、儲(chǔ)存熱遷移功能，確保綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行更加可靠。

3.3 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警設(shè)計(jì)

在地鐵實(shí)際運(yùn)行期間，內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行負(fù)荷、日常管理水平等因素影響，因此綜合監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)測(cè)值與各影響因素之間具有多變量、非線性關(guān)聯(lián)。由于此種關(guān)聯(lián)較為動(dòng)態(tài)，傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警模型難以對(duì)此類因素進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，導(dǎo)致地鐵在線監(jiān)控功能與實(shí)際預(yù)期目標(biāo)存在較大差異。

為切實(shí)提升地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行能力，可在構(gòu)建預(yù)警模型過程中，應(yīng)用具有先進(jìn)自學(xué)習(xí)性、自適應(yīng)性功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)復(fù)雜非線性關(guān)系進(jìn)行高效處理，確保在線監(jiān)控預(yù)測(cè)問題更加精準(zhǔn)。

利用云平臺(tái)HA、熱遷移功能，縮短地鐵內(nèi)部設(shè)施故障發(fā)生時(shí)間，確保系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵任務(wù)能夠連續(xù)使用，在對(duì)故障問題進(jìn)行及時(shí)預(yù)警的情況下，避免單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷問題出現(xiàn)。

3.4 地鐵綜合監(jiān)控決策功能設(shè)計(jì)

就目前來看，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在狀態(tài)預(yù)測(cè)功能不完善、狀態(tài)評(píng)估功能不強(qiáng)、告警信息統(tǒng)計(jì)利用率不足等問題。為從根本上提升地鐵在線監(jiān)控實(shí)際運(yùn)行效益，需在傳統(tǒng)決策功能基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出更加完善的在線監(jiān)控預(yù)測(cè)評(píng)估輔助決策系統(tǒng)，對(duì)地鐵的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面預(yù)估。

借助云管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)云平臺(tái)資料管理、彈性調(diào)度與操作維護(hù)等功能，確保整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)均能夠通過云管理平臺(tái)呈現(xiàn)，具備用戶管理、集群管理以及業(yè)務(wù)模板管理等功能，配合地鐵輔助決策系統(tǒng)，提升綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用率。

4 總結(jié)

總而言之，利用云架構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)出功能完善的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能夠切實(shí)提升系統(tǒng)運(yùn)行期間的質(zhì)量及效率，幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)車站設(shè)施運(yùn)行故障問題，為制定出專項(xiàng)的故障運(yùn)維方案提供重要理論依據(jù)。為充分發(fā)揮出云架構(gòu)技術(shù)的可行性，相關(guān)工作人員還積極引進(jìn)先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，不斷優(yōu)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行期間的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)適用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫超.城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)信息安全保護(hù)[J].城市軌道交通研究，2018，21（S2）：47-49.

[2]王明.基于云架構(gòu)的近場(chǎng)內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].北京郵電大學(xué)，2014.

[3]楊國元.鐵路客運(yùn)管理信息系統(tǒng)總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國鐵道科學(xué)研究院，2016.

[4]黃志威.城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)路網(wǎng)播控平臺(tái)若干技術(shù)研究[D].中國鐵道科學(xué)研究院，2015.

[5]陳瀟.網(wǎng)絡(luò)化信息發(fā)布平臺(tái)系統(tǒng)升級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)管理[D].中國科學(xué)院大學(xué)（工程管理與信息技術(shù)學(xué)院），2016.