城市軌道交通線網(wǎng)指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺方案探討
——以云平臺、大數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ)

王圣煒

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州510010）

1 引言

國內(nèi)城市軌道交通隨著網(wǎng)絡(luò)化運營、跨線路協(xié)調(diào)的需要，各個城市逐步開始建立線網(wǎng)指揮系統(tǒng)，目前北京、上海、廣州、深圳、成都、西安、蘇州等地已建立了線網(wǎng)指揮系統(tǒng)。各大城市早年建立的線網(wǎng)指揮系統(tǒng)是構(gòu)建在各線路中心之上的線網(wǎng)中心，形成了線網(wǎng)—線路—車站的三級管理、線路—車站—現(xiàn)場的三級控制模式，早期線網(wǎng)指揮系統(tǒng)大多以“只監(jiān)不控”的方式構(gòu)建[1]。

2020年8月6日，交通運輸部印發(fā)《關(guān)于推動交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（交規(guī)劃發(fā)〔2020〕75號），圍繞加快建設(shè)交通強國總體目標(biāo)，推動交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級，建設(shè)便捷順暢、經(jīng)濟高效、綠色集約、智能先進、安全可靠的交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施。

國務(wù)院《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》和黨的十九大均提出了對云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)推廣應(yīng)用戰(zhàn)略；工信部《云計算發(fā)展三年行動計劃（2017—2019年）》（工信部信軟〔2017〕49號）、科技部和交通運輸部《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》（科技部交通運輸部國科發(fā)高〔2017〕121號）的發(fā)布表明信息化與自動化兩化融合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為新時代技術(shù)發(fā)展的趨勢，多層域感知、人工智能、移動互聯(lián)、主動協(xié)同等技術(shù)的應(yīng)用，推動了智能軌道交通系統(tǒng)的全面創(chuàng)新[2]。

2020年3月，《中國城市軌道交通智慧城軌建設(shè)綱要》正式發(fā)布，開啟了城市軌道交通行業(yè)交通強國建設(shè)的新征程。中國城市軌道交通行業(yè)以強國建設(shè)為戰(zhàn)略導(dǎo)向，以推進城軌信息化、發(fā)展智能系統(tǒng)、建設(shè)智慧城軌為主題，以城軌交通的關(guān)鍵核心業(yè)務(wù)為主線，以數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化為手段，構(gòu)建高度集成的城軌云與大數(shù)據(jù)平臺。

國家政策支持、信息技術(shù)發(fā)展趨勢、軌道交通行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)均推動了軌道交通由傳統(tǒng)的智能化向智慧化演變。作為可以統(tǒng)籌全線路的線網(wǎng)指揮系統(tǒng)，也逐步承擔(dān)起城軌智慧大腦的角色。單一的“只監(jiān)不控”模式需進行改變，演變成“又監(jiān)又控”的模式[3]。線網(wǎng)指揮系統(tǒng)在新時代軌道交通的發(fā)展下也由傳統(tǒng)的線網(wǎng)綜合監(jiān)控及應(yīng)用系統(tǒng)、線網(wǎng)通信系統(tǒng)擴充到由線網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、線網(wǎng)通信系統(tǒng)、線網(wǎng)智能客服、線網(wǎng)安防平臺、線網(wǎng)電力調(diào)度系統(tǒng)、線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)、綜合應(yīng)用系統(tǒng)、線網(wǎng)安檢系統(tǒng)、線網(wǎng)門禁授權(quán)系統(tǒng)等共同構(gòu)建的8大中心，分別是：線網(wǎng)運營數(shù)據(jù)中心、線網(wǎng)日常行車協(xié)調(diào)指揮中心、線網(wǎng)電力調(diào)度與能耗管理中心、線網(wǎng)機電設(shè)備調(diào)度中心、線網(wǎng)運營消防與安防中心、線網(wǎng)運營信息集中發(fā)布中心、線網(wǎng)突發(fā)事件處置中心、線網(wǎng)對外協(xié)同中心。

傳統(tǒng)的小型機架構(gòu)下的線網(wǎng)指揮系統(tǒng)隨著線網(wǎng)智慧化功能的不斷擴充將面臨計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等瓶頸，改造費用將隨著智慧化的引入變得越來越高，工程實施將越來越困難。

隨著技術(shù)的發(fā)展，云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到城市軌道交通中。智慧化功能的增加需對傳統(tǒng)的線網(wǎng)數(shù)據(jù)處理平臺進行改進。

2 數(shù)據(jù)處理平臺方案

2.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺方案

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建在小型機服務(wù)器上，在數(shù)據(jù)處理平臺架構(gòu)上采用多服務(wù)器分擔(dān)處理業(yè)務(wù)技術(shù)，由服務(wù)器完成從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、人機界面顯示的全部流程。線網(wǎng)指揮系統(tǒng)分別設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器處理各線路系統(tǒng)上傳的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；設(shè)置應(yīng)用服務(wù)器負擔(dān)應(yīng)用服務(wù)（含應(yīng)急指揮、信息發(fā)布、KPI指標(biāo)統(tǒng)分等）功能；設(shè)置防病毒服務(wù)器和WEB服務(wù)器實現(xiàn)其他系統(tǒng)安全訪問和信息的發(fā)布；同時系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺還設(shè)置有高效的存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。

軟件體系上采用數(shù)據(jù)直通應(yīng)用的方式，數(shù)據(jù)專用，數(shù)據(jù)通過采集經(jīng)過數(shù)據(jù)庫直接到達應(yīng)用，實時性強，系統(tǒng)相對獨立，可實施性強[4]。

1）優(yōu)點：該數(shù)據(jù)處理平臺模式符合當(dāng)時對系統(tǒng)可靠性、實時性、穩(wěn)定性、安全性等要求，是城市軌道交通應(yīng)用最多的信息化處理平臺模式。在該模式下，硬件設(shè)備、軟件、數(shù)據(jù)等均為專用。

2）缺點：軟件開發(fā)難度隨數(shù)據(jù)量的增加而增加，軟件拓展性弱，二次開發(fā)難度大，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性弱，軟件開發(fā)隨著數(shù)據(jù)量越來越大將遇到硬件性能不足的瓶頸。

2.2 集中處理平臺+實時數(shù)據(jù)庫方案

數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)：分為實時處理部分（數(shù)據(jù)庫）和非實時（含近線）處理部分，其中，非實時處理部分采用大數(shù)據(jù)平臺。

實時處理采用云架構(gòu)，并設(shè)置實時數(shù)據(jù)庫和實時監(jiān)控軟件，在數(shù)據(jù)處理速度上能滿足各系統(tǒng)工業(yè)級響應(yīng)。離線應(yīng)用均采用大數(shù)據(jù)平臺進行分布式計算，具有更快的響應(yīng)性能和統(tǒng)計分析性能。

軟件體系：采用數(shù)據(jù)到服務(wù)平臺后由應(yīng)用選擇服務(wù)方式。

數(shù)據(jù)采用服務(wù)方式，業(yè)務(wù)微服務(wù)化，由服務(wù)平臺開放給上層應(yīng)用。可實現(xiàn)跨專業(yè)調(diào)用數(shù)據(jù)。各類應(yīng)用相同的部分下沉至中臺，并以服務(wù)方式提供給應(yīng)用，減少應(yīng)用重復(fù)開發(fā)。平臺擴展性較好，擴充中臺和服務(wù)的方式能更快速適應(yīng)上層應(yīng)用的變化[5]。架構(gòu)如圖1所示。

圖1 集中處理平臺+實時數(shù)據(jù)庫方案

1）優(yōu)點：將實時與非實時部分處理平臺分開，實時部分處理平臺滿足部分工業(yè)控制系統(tǒng)對實時性高要求的需求，可用于進行實時監(jiān)控，如ATS（列車自動監(jiān)控系統(tǒng)）、SCADA（電力監(jiān)控系統(tǒng)）。非實時部分數(shù)據(jù)大多為分析型數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)分析、挖掘，該部分數(shù)據(jù)沒有調(diào)度類系統(tǒng)對實時性要求那么高，但需要進行亞秒級的數(shù)據(jù)分析和呈現(xiàn)。在傳統(tǒng)的小型機架構(gòu)下，一經(jīng)部署，隨著功能的擴充會遇到硬件的計算瓶頸，采用云技術(shù)后，計算資源可做到按需分配、對各類接口及上層功能模塊進行容器化、微服務(wù)化改造，加上大數(shù)據(jù)平臺對于海量數(shù)據(jù)（PB級）的快速分析及響應(yīng)能力可滿足城市軌道交通對數(shù)據(jù)分析處理、統(tǒng)計等需求。系統(tǒng)擴展性好，新增數(shù)據(jù)接入可直接擴充存儲節(jié)點，統(tǒng)計分析能力不夠可橫向擴充計算節(jié)點，上層應(yīng)用需求改變，可僅改變服務(wù)平臺，無需對上層應(yīng)用進行大幅度改動。

2）缺點：城市軌道交通行業(yè)內(nèi)應(yīng)用案例較少，但在其他行業(yè)已有應(yīng)用案例，大數(shù)據(jù)平臺及云平臺的引入會增加工程投資。

2.3 數(shù)據(jù)集中處理方案

數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)：分為實時處理部分和非實時（含近線）處理2部分，均納入線網(wǎng)智能調(diào)度平臺。

線網(wǎng)智能調(diào)度平臺為各應(yīng)用提供用于實施數(shù)據(jù)監(jiān)控用的實時數(shù)據(jù)庫，根據(jù)其他應(yīng)用特點提供所需關(guān)系數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、MPP數(shù)據(jù)倉庫等。

軟件體系：采用數(shù)據(jù)到服務(wù)平臺后由應(yīng)用選擇服務(wù)方式。

數(shù)據(jù)采用服務(wù)方式，由服務(wù)平臺開放給上層應(yīng)用?？蓪崿F(xiàn)跨專業(yè)調(diào)用數(shù)據(jù)。各類應(yīng)用相同的部分下沉至數(shù)據(jù)處理平臺，并以服務(wù)方式提供給應(yīng)用，減少應(yīng)用重復(fù)開發(fā)。平臺擴展性較好，擴充中臺和服務(wù)的方式能更快速適應(yīng)上層應(yīng)用的變化。架構(gòu)如圖2所示。

圖2 集中處理平臺方案

1）優(yōu)點：實時與非實時部分合并處理平臺，利用容器及微服務(wù)技術(shù)對應(yīng)用進行部署，快速適應(yīng)需求端、接口端、處理端的變化。利用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)系統(tǒng)在實時部分和非實時處理部分均能靈活地進行系統(tǒng)擴展。

2）缺點：城市軌道交通行業(yè)內(nèi)應(yīng)用案例很少，但在其他行業(yè)已有應(yīng)用案例，大數(shù)據(jù)平臺及云平臺的引入會增加工程投資。

3 數(shù)據(jù)處理平臺的選型

因大數(shù)據(jù)平臺的處理能力，目前暫未達到工業(yè)級系統(tǒng)（SCADA、ATS等）對實時性的響應(yīng)要求。建議數(shù)據(jù)處理平臺可分步走，按近期和遠期進行部署。因集中處理平臺+實時數(shù)據(jù)庫方案和集中處理平臺方案均采用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，方案具有延續(xù)性?？筛鶕?jù)目前的技術(shù)發(fā)展情況選擇數(shù)據(jù)處理平臺。近期采用集中處理平臺+實時數(shù)據(jù)庫方案，后續(xù)隨著技術(shù)的發(fā)展逐步將實時處理平臺遷移至集中處理平臺。

4 結(jié)語

本文通過對傳統(tǒng)線網(wǎng)指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺進行分析，運用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理平臺進行了改進，使數(shù)據(jù)處理平臺具有更好的擴展性、更好的處理分析能力、更強的迭代升級能力，以適應(yīng)新時代軌道交通發(fā)展要求。