基于云平臺的軌道交通網(wǎng)絡化管理分析

王 鵬，侯佳麗

0 引言

我國城市軌道交通各項業(yè)務運作主要采用“網(wǎng)絡-線路-車站”的三級管理模式，相應地形成了“網(wǎng)絡集中管理級、線路控制級、車站執(zhí)行級”三級管理架構(gòu)。在系統(tǒng)配置方面，分為綜合監(jiān)控、通信、信號、電力監(jiān)控、AFC 等“兩級管理、三級控制”的分層分布式結(jié)構(gòu)，“兩級管理”分別是中央級和車站級（集中站管轄區(qū)或者中心站管轄區(qū)）管理，“三級控制”分別是中央級、車站級和現(xiàn)場級控制。目前，除AFC 全線網(wǎng)清分中心和乘客信息全線網(wǎng)編播中心外，其他線路業(yè)務基本相對獨立。云平臺技術(shù)的應用打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)相互獨立設置的局面，為網(wǎng)絡化業(yè)務提供了整合基礎(chǔ)。

1 云平臺承載業(yè)務

隨著軌道交通行業(yè)技術(shù)裝備水平及管理水平的持續(xù)提升，云計算平臺已經(jīng)成為軌道交通建設的必然發(fā)展方向。軌道交通領(lǐng)域不同的系統(tǒng)由于功能定位、服務對象、系統(tǒng)架構(gòu)不同，對是否云化部署的需求也不盡相同。目前，深圳、武漢、呼和浩特、太原等城市軌道交通線網(wǎng)均開始進行多系統(tǒng)云化部署。

1.1 呼和浩特地鐵1、2 號線云平臺系統(tǒng)

呼和浩特地鐵1、2 號線布置搭建線網(wǎng)級運營生產(chǎn)中心云平臺（圖1），采用主中心、災備中心兩地部署的容災設計方案。生產(chǎn)中心云平臺主要為運營生產(chǎn)系統(tǒng)（包括綜合監(jiān)控、自動售檢票、乘客信息、門禁、公務電話、通信集中告警、列車自動監(jiān)控、數(shù)據(jù)挖掘等系統(tǒng)）、企業(yè)管理信息系統(tǒng)（包括資產(chǎn)管理一體化平臺、運營一體化平臺、協(xié)同辦公一體化平臺）、乘客服務管理系統(tǒng)（包括郵件系統(tǒng)、外部網(wǎng)站、互聯(lián)網(wǎng)購票子系統(tǒng)手機APP 平臺）提供IaaS 服務，統(tǒng)一部署各業(yè)務系統(tǒng)傳統(tǒng)模式下中心級硬件所需的計算、存儲資源，并將車站、場段傳統(tǒng)應用服務功能上移至中心虛擬資源中，為運營生產(chǎn)系統(tǒng)提供資源滿足地鐵日常運營生產(chǎn)的需求，為企業(yè)管理信息系統(tǒng)提供資源滿足企業(yè)辦公、建設、運營的現(xiàn)代化和高效運作的需求，為乘客服務管理系統(tǒng)提供資源滿足面向乘客服務的精細化服務的需求。另外，云平臺同時為運營生產(chǎn)系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)提供云桌面服務，滿足線網(wǎng)中心調(diào)度員、車站調(diào)度員、站長與值班員、運營團隊的云桌面服務需求。

生產(chǎn)中心云平臺將運營生產(chǎn)系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)、乘客服務管理系統(tǒng)傳統(tǒng)架構(gòu)下中心級、車站級資源云化統(tǒng)一部署，應用架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)一致，系統(tǒng)層級扁平化，簡化數(shù)據(jù)業(yè)務處理流程，實現(xiàn)資源有效利用、運維集中化管理。同時，利用服務器虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)和云計算管理等技術(shù)構(gòu)建易于管理、動態(tài)高效、擴展靈活、穩(wěn)定可靠、按需使用的云計算模式的數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一提供計算、存儲網(wǎng)絡資源。滿足業(yè)界通用虛擬化、彈性計算、高等級安全、跨地理位置分布、大規(guī)模性、一致性等要求，并為后續(xù)智慧地鐵系統(tǒng)各業(yè)務子系統(tǒng)智能聯(lián)動、大數(shù)據(jù)分析等智能應用提供基礎(chǔ)平臺支撐[1]。

圖1 呼和浩特地鐵1、2 號線云平臺系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

1.2 太原軌道交通1、2 號線云平臺系統(tǒng)

太原軌道交通云平臺采用“13531”信息化規(guī)劃，即搭建1 個平臺（軌道交通云平臺）、依托3張網(wǎng)絡（安全生產(chǎn)網(wǎng)、內(nèi)部管理網(wǎng)、外部服務網(wǎng)）、拓展5 大領(lǐng)域（乘客服務、運營生產(chǎn)、安全管控、企業(yè)管理、建設管理）、構(gòu)建3 個中心（生產(chǎn)指揮中心、乘客服務中心、企業(yè)管理中心）、打造1 個門戶（城市軌道交通門戶）。生產(chǎn)指揮中心承擔城市軌道交通安全生產(chǎn)、應急指揮功能，主要包括通信、信號、自動售檢票（AFC）、綜合調(diào)度指揮（IDCS）、乘客信息（PIS）等系統(tǒng)的中心系統(tǒng)功能。乘客服務中心承擔對外公眾服務功能，主要包括智慧出行、智慧商務等智慧應用。企業(yè)管理中心承擔城市軌道交通企業(yè)內(nèi)部信息化功能，主要包括各類管理系統(tǒng)，如人事、財務、資產(chǎn)、檔案管理等系統(tǒng)。各中心、領(lǐng)域的應用在門戶統(tǒng)一呈現(xiàn)[2]。同時為建設全網(wǎng)開放式的大數(shù)據(jù)平臺，便于太原市城市軌道交通在建線路和規(guī)劃線路的各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入和功能擴展量數(shù)據(jù)接入和功能擴展，大數(shù)據(jù)平臺將完成各線路數(shù)據(jù)的匯集和統(tǒng)一化處理，包括采集線路的數(shù)據(jù)、線網(wǎng)中心運營業(yè)務產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、積累處理后統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)；還將實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，將業(yè)務系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)進行有效集成，滿足結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理、存儲、分析的需求，具備數(shù)據(jù)存儲、分析、輸出的功能，同時通過數(shù)據(jù)接口提供給數(shù)據(jù)分析、挖掘、應用系統(tǒng)，滿足各級人員及各應用系統(tǒng)使用需求。太原地鐵1、2 號線云平臺系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 太原軌道交通1、2 號線云平臺系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

在云平臺大數(shù)據(jù)應用下，智能運維、一體化安 防平臺、信息化建設等業(yè)務均可適當配置。

2 網(wǎng)絡化管理分析

基于云平臺的生產(chǎn)業(yè)務布署后，需要立足于網(wǎng)絡層面，對各線路與各專業(yè)系統(tǒng)及各個建設與資源運作項目的管理業(yè)務進行集中管理和統(tǒng)一協(xié)調(diào)，制定全網(wǎng)必須遵循的運行標準。針對網(wǎng)絡化管理業(yè)務，從管理架構(gòu)和模式上，主要存在“網(wǎng)絡-車站”兩級管理模式和“網(wǎng)絡-線路-車站”三級管理模式兩種。軌道交通的運營初期均采用“網(wǎng)絡-線路-車站”三級管理模式，其主要區(qū)別體現(xiàn)在管理架構(gòu)的層次、管理跨度與體量、管理工具的技術(shù)水平等方面。隨著軌道交通網(wǎng)絡化的形成，“網(wǎng)絡-車站”兩級管理模式已成為研究的必要，兩級管理模式淡化線路概念，將網(wǎng)絡視為一個整體，充分發(fā)揮網(wǎng)絡集中管控功能與站站協(xié)同運行的效果，但對網(wǎng)絡管理條件與設備系統(tǒng)條件具有較高的要求，比如，上海軌道交通通過研究已形成自己的建設體系和標準。

構(gòu)建以城軌云平臺為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡級管理平臺，通過信息化、自動化、智能化方式支撐網(wǎng)絡化管理業(yè)務高效運作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、信息交互、設備控制、綜合分析等不同管理功能。網(wǎng)絡級管理平臺項目應能夠服務于建設管理、運維管理、成本管理、資源應用與基礎(chǔ)支撐等各板塊網(wǎng)絡化管理業(yè)務。各項網(wǎng)絡化業(yè)務管理系統(tǒng)可按信息安全等級保護的要求分為3 類，其中，網(wǎng)絡生產(chǎn)管理系統(tǒng)應主要包括構(gòu)建在線路運行控制系統(tǒng)之上的網(wǎng)絡層平臺系統(tǒng)中與線路運行控制系統(tǒng)有直接指令交互，并對線路運行產(chǎn)生直接影響的平臺系統(tǒng)；網(wǎng)絡生產(chǎn)輔助系統(tǒng)應主要包括構(gòu)建在線路運行控制系統(tǒng)之上的網(wǎng)絡層平臺系統(tǒng)中與線路運行控制系統(tǒng)有少量的信息交互，不對線路運行產(chǎn)生直接影響或與運營指揮沒有直接關(guān)系的平臺系統(tǒng)；網(wǎng)絡管理支撐系統(tǒng)應主要包括服務于整個網(wǎng)絡的企業(yè)管理平臺系統(tǒng)[3]。

3 各系統(tǒng)業(yè)務網(wǎng)絡化分析

網(wǎng)絡化管理需要各業(yè)務層面的整合，達到標準統(tǒng)一，可從以下幾個方面進行重點研究分析。

3.1 行車組織

從線網(wǎng)角度研究運營行車組織，滿足運能及服務水平需求；從工程投資、能耗、資源共享等多方面比選，盡量采用運行速度、車輛制式、限界標準等一致的運營組織模式；配線設計滿足網(wǎng)絡化運營的行車組織要求，列車存車線間距、單渡線間距滿足運營要求；制定的旅行速度、全日計劃應滿足網(wǎng)絡化需求；研究網(wǎng)絡化列車運行圖的分類，提出運行圖統(tǒng)一的原則和分類標準；為方便乘客出行，線路的首末班車時間設置應匹配乘客出行特征，盡量滿足乘客乘坐換乘線路的出行需求，同時考慮與線網(wǎng)其他線路的協(xié)調(diào)匹配。

3.2 車輛基地資源共享

車輛基地既是軌道交通車輛的檢修基地，也是軌道交通各類設施、設備和系統(tǒng)的綜合維修中心，是網(wǎng)絡化建設的一個基礎(chǔ)平臺。車輛基地應立足網(wǎng)絡規(guī)模統(tǒng)籌考慮，在互聯(lián)互通基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡統(tǒng)籌、系統(tǒng)整合優(yōu)化資源配置、充分共享集約。車輛基地的網(wǎng)絡化具體需求可分解為以下幾項：車輛標準化、系列化、互聯(lián)互通；集中車輛大架修；集中化、自動化倉儲。

3.3 線網(wǎng)綜合維修

隨著軌道交通網(wǎng)絡規(guī)模的逐步擴大，網(wǎng)絡綜合維修工作量以及維護維修難度均呈上升趨勢。同時，隨著軌道交通從單線建設與運營階段進入網(wǎng)絡化建設與運營階段，凸顯出線路之間維護與應急搶修作業(yè)協(xié)調(diào)配合、統(tǒng)籌共享、集中管理、標準統(tǒng)一等新問題，衍生出不同于以往的網(wǎng)絡化維護與應急搶修新特征和新需求，對城市軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)的維護與應急搶修設施設備配置和功能提出了新的要求。

3.4 線網(wǎng)級列車自動監(jiān)控系統(tǒng)、電力調(diào)度系統(tǒng)

對于采用網(wǎng)絡化運營的軌道交通網(wǎng)絡，應建立線網(wǎng)級列車自動監(jiān)控系統(tǒng)平臺，以滿足跨線運營組織需求。

軌道交通共享主變電所同時為2 條或2 條以上軌道交通線路供電，變電所有關(guān)的信息必須傳送到各條線的控制中心，同時又只能接受其中一個控制中心的遙控、遙調(diào)。針對線路級電力調(diào)度而言，在該共享模式下，當共享主變電所供電運行方式調(diào)整或供電系統(tǒng)故障時，后建線路的調(diào)度員無法直接操作，必須通過電話等方式與管轄該主變電所的線路電力調(diào)度員進行溝通確認，該電力調(diào)度模式效率較低，線路間相互影響較大，倒切電源及運營恢復供電時操作的時效性差。為了適應以資源共享為主的供電方式，可以專門設置網(wǎng)絡化電調(diào)大廳對整個軌道交通供電網(wǎng)絡設備進行集中調(diào)度指揮，建立基于全網(wǎng)電力統(tǒng)一調(diào)度的網(wǎng)絡化電力調(diào)度平臺。

3.5 弱電業(yè)務分析

隨著線網(wǎng)的不斷建設，網(wǎng)絡化管理需求逐漸突顯，一般需要建設運營調(diào)度及應急指揮平臺、設備監(jiān)測平臺等網(wǎng)絡化應用管理平臺，而這些應用平臺需要采集線路側(cè)ISCS、FAS、BAS、ATS、門禁、PIS、CCTV、AFC 等系統(tǒng)的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為支撐。采集的數(shù)據(jù)集中存儲后根據(jù)業(yè)務種類、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)含義等歸類匯總，供后續(xù)各平臺應用系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)用。通過對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取的線路各專業(yè)系統(tǒng)及其他數(shù)據(jù)信息進行整理、分析、綜合，形成供線網(wǎng)調(diào)度人員日常監(jiān)視、應急處置所需的行車、客流、視頻圖像、設施設備運行狀態(tài)和布局、車站及區(qū)間運行環(huán)境等綜合集成信息，并通過大屏幕、電子沙盤等互動展示系統(tǒng)予以顯示呈現(xiàn)，滿足網(wǎng)絡化運營管理需求。

網(wǎng)絡化管理的一個重點是各條線路需互聯(lián)互通，工程中還需對其進行重點研究。互聯(lián)互通是一項系統(tǒng)工程，信號系統(tǒng)互聯(lián)互通作為其中關(guān)鍵的一環(huán)，涉及需求、產(chǎn)品、工程、運行、維護等各方面內(nèi)容，需要整體規(guī)劃、點面結(jié)合、分步實施。重點解決實現(xiàn)互聯(lián)互通中關(guān)鍵的車-地通信接口以及不同線路的地面設備之間的接口等。

各軌道公司結(jié)合自身建設、運營特點及需求，確定城軌云的頂層規(guī)劃初步方案，以及生產(chǎn)云承載線網(wǎng)調(diào)度指揮平臺、清分中心ACC、多線路售檢票中心CLC、各線路生產(chǎn)業(yè)務系統(tǒng)（如線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)）等初步方案。生產(chǎn)云總體架構(gòu)包含IaaS、DaaS、PaaS、SaaS 四層架構(gòu)。

IaaS 層提供基礎(chǔ)設施服務，包括計算、網(wǎng)絡、存儲、安全的基礎(chǔ)設施資源池，提供云主機、云存儲、云安全等服務。

DaaS 層作為地鐵線網(wǎng)級的數(shù)據(jù)采集、處理、服務和運營的平臺，通過“統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運營和統(tǒng)一服務”，形成線網(wǎng)級的數(shù)據(jù)和服務共享能力。數(shù)據(jù)湖歸整了結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)服務的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接入方式與訪問協(xié)議，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)安全認證接口，整合多種數(shù)據(jù)形式的訪問模式，屏蔽了底層異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)存儲體系差異，向外部應用系統(tǒng)提供統(tǒng)一標準接口用于數(shù)據(jù)訪問。

PaaS 層的核心價值是將面向數(shù)字化、智能化地鐵運營及服務于地鐵運行體系的企業(yè)級IT 支撐能力體系進行有機整合，為SaaS 層云應用提供各種核心技術(shù)能力支撐服務和進行應用支撐集群的管理，PaaS 云平臺是一個支持分布式計算、分布式存儲、多租戶共享、可靈活擴展的云架構(gòu)基礎(chǔ)支撐平臺，是連接IaaS、DaaS 和SaaS 的生態(tài)平臺，支持快速云化傳統(tǒng)應用、快速高效開發(fā)和部署云應用的綜合性平臺。

SaaS 層依托底層架構(gòu)支撐，構(gòu)建線網(wǎng)級指揮平臺NCC、清分中心ACC、多線路售檢票中心CLC以及智慧運維、智慧車站、智慧客服相關(guān)能力構(gòu)建。

3.6 容災機制及方案

雙數(shù)據(jù)中心容災機制包括以下幾項：（1）數(shù)據(jù)容災：包括同步遠程復制、異步遠程復制；（2）數(shù)據(jù)庫容災：通常采用日志復制功能，依靠本地和遠程主機間的日志歸檔與傳遞來實現(xiàn)兩端的數(shù)據(jù)一致；（3）存儲容災：包括LUN 同步遠程復制、LUN異步遠程復制。

線路業(yè)務系統(tǒng)包括ATS、ISCS、PIS、乘客信息、安防等，云化后由云平臺的先進性確保其RAMS 高于傳統(tǒng)IT 架構(gòu)，可不按照應用雙活方式構(gòu)建，由云平臺支持業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)容災和數(shù)據(jù)庫容災。

4 結(jié)語

城市軌道交通線網(wǎng)可結(jié)合線網(wǎng)云的建設時序，在網(wǎng)絡化成型階段完成各項目的專項研究，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施，強化網(wǎng)絡級管理主體管控能力、統(tǒng)一網(wǎng)絡技術(shù)標準、預留互聯(lián)互通條件以及智慧軌道交通建設，充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，積極探索“網(wǎng)絡-車站”兩級管理模式的實施路徑，部分業(yè)務系統(tǒng)推行兩級管理模式，提升線網(wǎng)網(wǎng)絡化管理水平[4]。