軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)應(yīng)用方案研究

邱鵬 夏斌

【摘要】 ? ?城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，對設(shè)備系統(tǒng)級的信息處理能力與統(tǒng)籌管理性等方面提出了更高的要求。云技術(shù)就是在這種背景下被引入到軌道交通信號系統(tǒng)當中，旨在能夠提高信號系統(tǒng)的管理效率，確保軌道交通的安全性，目前云技術(shù)的方案及標準正在由中國城市軌道交通協(xié)會大力推廣。本文在總結(jié)目前城市軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)運用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析其優(yōu)勢與不足，同時對城市軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)未來可能的發(fā)展趨勢進行分析與探討。

【關(guān)鍵詞】 ? ?軌道交通信號系統(tǒng) ? ?云技術(shù) ? ?應(yīng)用方案 ? ?發(fā)展趨勢

引言：

高速發(fā)展的經(jīng)濟促進了城市軌道交通系統(tǒng)向著高速化、密集化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的信號管理系統(tǒng)也需要與之匹配，因而需要一個能夠更加有效進行信息共享，具有更好擴展性與可靠性，同時又能夠降低成本的信息集中管理系統(tǒng)。隨著云技術(shù)的快速發(fā)展與在各行業(yè)中的普遍使用，其靈活擴展、數(shù)據(jù)共享與響應(yīng)及時性的優(yōu)點日益凸顯，云技術(shù)逐漸被引入到了城市軌道交通信號系統(tǒng)中，2019年和2020年由中國城市軌道交通協(xié)會編寫的《智慧城市軌道交通信息技術(shù)架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范》和《城市軌道交通云平臺建設(shè)實踐經(jīng)驗白皮書》先后發(fā)布，軌道交通云平臺涉及的技術(shù)、應(yīng)用與平臺的搭建進入了有序規(guī)劃與推廣的新階段。城市軌道交通云平臺（下稱：城軌云）技術(shù)的使用有了行業(yè)規(guī)范，城軌云搭建在全國各地被迅速地提上日程。

一、現(xiàn)階段城市軌道交通云技術(shù)的現(xiàn)狀分析

1.1城市軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)使用的必要性

云計算依賴的技術(shù)是已經(jīng)成熟發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)、虛擬化技術(shù)及分布式計算技術(shù)，其特點是在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的前提下，各計算機終端與設(shè)備都可以根據(jù)自身的需求獲得“云平臺”中共享的所有軟硬件資源和信息。其優(yōu)點是能夠集中有效并及時處理龐大的數(shù)據(jù)，無需大量的機房空間與人力管理。相比傳統(tǒng)服務(wù)器平臺，成本較低，而且具有很好的擴展性。

我國城市軌道交通傳統(tǒng)信號系統(tǒng)是以本地服務(wù)器為基礎(chǔ)，本地服務(wù)器不僅在運營承載方面具有單一性，而且資源利用率不均衡，無良好的擴展性，不能很好適配運營后期的增車數(shù)據(jù)且接入線網(wǎng)指揮中心的改造技術(shù)難度較高，此外，本地服務(wù)器之間是獨立的，因此，對機柜與機房空間的需求很大，連帶著也需要更多的人力對其進行維護，從而導致總體成本偏高。

云技術(shù)的優(yōu)勢與當前城市軌道交通信號系統(tǒng)的優(yōu)化需求相契合，使得在信號系統(tǒng)中運用或升級云技術(shù)成為了優(yōu)選項。從技術(shù)本質(zhì)來上說，云技術(shù)是對眾多虛擬資源進行整合，然后作為一種具有共享性的資源池對數(shù)據(jù)進行處理并提供服務(wù)，云計算如圖1所示。

1.2我國城市軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀

目前我國有多地都在積極進行城軌云平臺的搭建，如呼和浩特、太原、溫州、深圳、廣州、昆明與武漢等地已正在部署或已經(jīng)完成部署，投入使用;西安、濟南與南寧等多個城市確定了城軌云平臺建設(shè)的計劃。如，深圳地鐵6、10號線采用單線路綜合云技術(shù)方案，綜合云平臺融合CCTV、ACS等多個系統(tǒng)，武漢地鐵建設(shè)采用了城軌線網(wǎng)云平臺建設(shè)方案。溫州S1線路部署了單線路、單專業(yè)的城軌系統(tǒng)云平臺。呼和浩特地鐵1、2號線搭建了云平臺系統(tǒng)，主要是線網(wǎng)運營生產(chǎn)中心云平臺。城市軌道交通云技術(shù)已經(jīng)在快速發(fā)展，但是整體上全國各地城軌的“云率”仍然偏低，還處于初步階段。

1.3城軌交通云平臺搭建

城軌云是以安全生產(chǎn)網(wǎng)、內(nèi)部管理網(wǎng)、外部服務(wù)網(wǎng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建運營生產(chǎn)中心、企業(yè)管理中心及乘客服務(wù)管理中心的門戶網(wǎng)站（圖2）。

通常情況下，城軌云平臺系統(tǒng)架構(gòu)是在云管理平臺統(tǒng)一管理的情況下，設(shè)置中心和車站兩級模式。為了能夠保證業(yè)務(wù)的可靠性，在規(guī)劃生產(chǎn)中心的基礎(chǔ)上設(shè)立災(zāi)備中心，再依據(jù)業(yè)務(wù)種類的重要程度與實際需求確定信號、AFC、CCTV等多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

中心級云平臺是城市軌道交通線網(wǎng)級云平臺的主服務(wù)中心，也是主要服務(wù)提供的承擔者，其包含的生產(chǎn)中心與災(zāi)備中心各自屬于控制中心與車輛段。借助于骨干環(huán)網(wǎng)與接入交換機的連接，城市軌道交通中的各車站與車輛段能夠與中心云平臺實現(xiàn)信息的傳遞（圖3）。

城軌云的業(yè)務(wù)分配，是基于云平臺進行的，首先是部署多條地鐵線路系統(tǒng)軟件，然后，依據(jù)業(yè)務(wù)種類確定多個虛擬數(shù)據(jù)中心，也即同一個虛擬數(shù)據(jù)中心包含的是相同專業(yè)或業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件，專業(yè)與業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件可以是來自不同的線路，最后，在同一個虛擬數(shù)據(jù)中心內(nèi)部再可以根據(jù)線路進行劃分。

二、在城市軌道交通信號系統(tǒng)中云技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

2.1城市軌道交通信號系統(tǒng)中云技術(shù)應(yīng)用的問題和不足

任何技術(shù)絕非完美，云技術(shù)也是如此。雖然云技術(shù)具有大量的優(yōu)點，但是不可否認的是其缺點也很明顯。而且，云技術(shù)在城市交通信號系統(tǒng)中的運用實踐不多，時間也短，因此，如何充分利用云技術(shù)的優(yōu)點，改善其存在的不足，是目前等待解決的問題。

1.外部網(wǎng)絡(luò)的依賴性。云技術(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起來的，因此，云技術(shù)能夠正常運行的前提是擁有穩(wěn)定的外部網(wǎng)絡(luò)（私有云除外）。如果出現(xiàn)斷網(wǎng)或者網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，那么云平臺就會出現(xiàn)癱瘓或者不能正常使用。但是城市交通的運營時間是固定的，不會因為網(wǎng)絡(luò)問題就沒有了交通需求，因此這對城市交通的正常運營來說存在著很大的潛在風險。雖然我國有著全球最為先進的光纖和5G技術(shù)，能夠確保網(wǎng)速與網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性等，但是依然存在諸多的斷網(wǎng)因素，如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損毀與故障、電網(wǎng)系統(tǒng)故障造成的斷電等等。因此，在部署城軌云時需要綜合考慮這些因素，做好應(yīng)急預(yù)案與數(shù)據(jù)備份等，確保城市軌道交通的安全有效運營。

2.數(shù)據(jù)安全風險。云計算高效率和海量數(shù)據(jù)存儲是依賴于虛擬化技術(shù)的運用。但是因為虛擬化，造成傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離安全防護措施（如網(wǎng)絡(luò)防火墻等）會失效，傳統(tǒng)使用的網(wǎng)絡(luò)入侵檢測技術(shù)也不再適用。此外，任何軟件都可能存在安全漏洞，網(wǎng)絡(luò)安全一直都是黑客與軟件技術(shù)人員之間的博弈，因此云技術(shù)的安全漏洞是城軌云數(shù)據(jù)安全的一個風險口。此外，在虛擬化的情況下，某一虛擬機的安全漏洞或網(wǎng)絡(luò)入侵都可能會在整個虛擬化平臺中進行擴散。因此，城軌云部署中需要足夠的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與人才作為支撐，構(gòu)建從云到端的一整套完備的安全防護機制，并在運營中時刻做好安全檢測。

2.2在城市軌道交通信號系統(tǒng)中應(yīng)用云技術(shù)的安全性

在云技術(shù)還沒有出現(xiàn)之前，城市軌道交通各系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)儲存在本地，雖然都有雙機備份與冗余，因為一些天氣原因或者是人為等原因，電氣火災(zāi)等事故頻繁發(fā)生，這種情況仍存在著安全隱患，數(shù)據(jù)信息易被損壞和丟失。同時，數(shù)據(jù)信息的讀取和處理工作非常耗時。經(jīng)過近些年來云技術(shù)的發(fā)展，采用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等方法，可以對線路和用電安全設(shè)備進行仔細的檢查，機房電源設(shè)備和環(huán)境的監(jiān)控得到了有效的加強，從而降低了機電設(shè)備的故障率，讓機電設(shè)備的穩(wěn)定運行得到了保障，生命周期得到了延長。

隨著云技術(shù)的應(yīng)用，不但能夠?qū)C電設(shè)備的數(shù)據(jù)信息起到保護的作用，而且還能幫助現(xiàn)有各家信號系統(tǒng)集成商在中央控制級實現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)不同廠商系統(tǒng)和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交流，同時便于對不同設(shè)備開展集中的運營管理和維護，能夠?qū)崿F(xiàn)城市軌道交通的智能運維，從而提升運營線網(wǎng)整體的安全性，降低運營成本?？茖W有效地應(yīng)用云技術(shù)，可以應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件的停產(chǎn)升級，保證了城市軌道交通信號系統(tǒng)長期而穩(wěn)定地運行。在城市軌道交通信號系統(tǒng)中的一些信息是比較分散的，并且具有著一定的龐雜性，所以需要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信息，采用不同的處理方法，但是這種情況是非常耗時的，而且信號系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)承擔著傳輸數(shù)據(jù)和圖像等綜合性信息的任務(wù)，發(fā)揮指揮列車和傳遞信息的重要作用。隨著云技術(shù)的有效融合，有利于匯總信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)至大數(shù)據(jù)平臺，并以此成為信號系統(tǒng)進一步智能化研發(fā)的基礎(chǔ)。

2.3云技術(shù)在城市軌道交通信號系統(tǒng)中的未來發(fā)展

在城市軌道交通機電系統(tǒng)中應(yīng)用云技術(shù)，具備著較多的優(yōu)點，可以讓各個專業(yè)之間彼此獨立，但又有著密切的關(guān)聯(lián)，為了確保系統(tǒng)的高效運行，需要對各個專業(yè)的信息開展采集工作，并且做好信息的儲存、分析與管理。

城軌建設(shè)中可以先部署一個城軌云，然后把城市軌道交通信號系統(tǒng)之中的一些子系統(tǒng)連接到云平臺之中。例如，把云技術(shù)運用到信號ATS子系統(tǒng)之中，讓信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理以及分析效率得到有效的提高，能夠把行車調(diào)度信息進行有效的整合，并且提供豐富的運營調(diào)度的界面，以此可以方便調(diào)度更快的運營決策。如果把ATS子系統(tǒng)接入到數(shù)據(jù)共享平臺之中，在云平臺設(shè)置了災(zāi)備中心，可以給信號系統(tǒng)提供應(yīng)用級的服務(wù)，給其他的專業(yè)提供了數(shù)據(jù)級災(zāi)備的服務(wù)，可以讓資源得到最大限度的整合，讓資源的利用率得到有效的提高。與此同時，可以對服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及存儲設(shè)備等進行統(tǒng)一的監(jiān)管和綜合性的運維，這種情況可以讓運營維護的效率得到有效的提高，讓維護的成本得到有效的降低?？茖W有效地運用云技術(shù)的優(yōu)越性，可以保證城市軌道交通信號系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在我國，城市軌道交通機電系統(tǒng)在不斷創(chuàng)新，而且隨著人們出行需求的增加，多元化的客流、安防、氣象等信息系統(tǒng)被新推出，也存在新接入信號系統(tǒng)的可能性，云平臺將令新系統(tǒng)接入信號系統(tǒng)變得更加便捷、安全性更高，改造成本更低。

三、結(jié)束語

在城市軌道交通信號系統(tǒng)中應(yīng)用云技術(shù)和云計算（Cloud Computing），符合城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢，但也存在著一些不足和問題，需要在應(yīng)用的過程中，深化研究彌補云技術(shù)短板的霧計算（Fog Computing）和邊緣計算（Edge Computing）等新技術(shù)，從而使我國的城市軌道交通信號系統(tǒng)得以跨越式的發(fā)展。

參 ?考 ?文 ?獻

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