基于云平臺(tái)的有軌電車智能控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

文/吳正中，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)部技術(shù)副總、北京城建智控科技有限公司總工程師

2020年3月，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，《綱要》中明確指出城軌云大數(shù)據(jù)是未來(lái)智慧城軌建設(shè)的主要趨勢(shì)。2018年，在北京城建智控科技有限公司承擔(dān)的青海德令哈有軌電車建設(shè)中，就采用了基于云平臺(tái)的有軌電車智能控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)解決方案

多年來(lái)，有軌電車的發(fā)展歷經(jīng)變遷，最早有軌電車控制系統(tǒng)采用的是道岔控制系統(tǒng)，比如說(shuō)大連和長(zhǎng)春的54路；沈陽(yáng)渾南建設(shè)時(shí)，開始采用地鐵的控制系統(tǒng)建設(shè)模式，也就是有了通信、信號(hào)系統(tǒng)，到現(xiàn)在，控制系統(tǒng)基本已發(fā)展成為弱電集成系統(tǒng)，即有軌電車智能控制系統(tǒng)。

有軌電車智能控制系統(tǒng)采用的是調(diào)度運(yùn)營(yíng)綜合一體化應(yīng)用平臺(tái)，采用了融合和集成的方法，平臺(tái)融合了運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，集成了電力監(jiān)控、辦公自動(dòng)化等系統(tǒng)。系統(tǒng)基于云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了全專業(yè)上云。利用云計(jì)算的虛擬化技術(shù)，對(duì)所有硬件資源進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)IT設(shè)備集約化設(shè)計(jì)。

·在IaaS層，開發(fā)了云管平臺(tái)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求彈性分配資源，進(jìn)行動(dòng)態(tài)遷移管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)維。·在PaaS層，采用微服務(wù)架構(gòu)，向業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供各種數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、消息隊(duì)列等服務(wù)，同時(shí)設(shè)置大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

·在DaaS層，采集了全系統(tǒng)、全類型的數(shù)據(jù)，為智慧指揮、智慧運(yùn)營(yíng)和服務(wù)提供全時(shí)空的數(shù)據(jù)。

·在SaaS層，采用微服務(wù)架構(gòu)，對(duì)所有弱電子系統(tǒng)的功能進(jìn)行顆粒化拆分，通過(guò)微服務(wù)化的設(shè)計(jì)方案提取通用功能，對(duì)專用功能進(jìn)行更小的顆?；途?xì)化設(shè)計(jì)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行功能系統(tǒng)重構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)打破所有系統(tǒng)的邊界，改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)只把弱電子系統(tǒng)進(jìn)行界面集成，信息交互不及時(shí)；硬件上采用傳統(tǒng)服務(wù)器，資源利用率不高等現(xiàn)狀。

系統(tǒng)其他特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益

基于云平臺(tái)的有軌電車智能控制系統(tǒng)，最大程度對(duì)硬件資源池進(jìn)行了整合，利用云計(jì)算技術(shù)把所有的服務(wù)器進(jìn)行了集約化管理，形成一個(gè)統(tǒng)一的硬件資源池。同時(shí)，引入大數(shù)據(jù)的技術(shù)，取代傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的挖掘和分析。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 傳統(tǒng)系統(tǒng)與基于云架構(gòu)的有軌電車智能控制系統(tǒng)對(duì)比圖

為了實(shí)現(xiàn)硬件資源池的最大合理化應(yīng)用，北京城建智控科技有限公司自研了智能控制一體機(jī)，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，利用計(jì)算單元、交換單元、存儲(chǔ)單元、擴(kuò)展單元取代了傳統(tǒng)的服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)，所有的供電和通訊通過(guò)“背板”設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，大量減少各設(shè)備間通信、供電的線纜，同時(shí)各功能模塊支持熱插拔，方便運(yùn)維。一體機(jī)實(shí)現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)、調(diào)試階段，大量縮短安裝和調(diào)試的時(shí)間，減少故障源，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，采用熱插拔方式提升設(shè)備的可維護(hù)性。

德令哈有軌電車在控制中心采用了一套公司自研的智能控制一體機(jī)，取代了傳統(tǒng)的12臺(tái)服務(wù)器、2臺(tái)萬(wàn)兆核心交換機(jī)和2臺(tái)千兆匯聚交換機(jī)，以及若干存儲(chǔ)設(shè)備和FEP設(shè)備。德令哈有軌電車項(xiàng)目中心一體機(jī)除了承載信號(hào)系統(tǒng)業(yè)務(wù)外，還主要承載了通信專業(yè)的PA、PIS、CCTV、數(shù)據(jù)承載網(wǎng)、電源和綜合網(wǎng)管業(yè)務(wù)，綜合監(jiān)控專業(yè)的電力監(jiān)控、充電樁業(yè)務(wù)等。

通過(guò)這套架構(gòu)可看出，如果需要增加新的業(yè)務(wù)需求，只需對(duì)硬件資源池進(jìn)行橫向擴(kuò)展，彈性分配一部分硬件資源給新增業(yè)務(wù)系統(tǒng)，就可以把業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)在云平臺(tái)資源池上。

德令哈有軌電車的某臺(tái)一體機(jī)虛擬機(jī)資料顯示，一體機(jī)上采用19臺(tái)虛擬機(jī)運(yùn)行各專業(yè)應(yīng)用，替代了12臺(tái)傳統(tǒng)服務(wù)器，把所有的服務(wù)運(yùn)行在一體機(jī)上。系統(tǒng)采用了微服務(wù)的架構(gòu)方式，其實(shí)是把所有的煙囪式子系統(tǒng)通過(guò)微服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，同時(shí)保證整個(gè)弱電子系統(tǒng)的全功能的存在，但是顯示上已經(jīng)沒有單獨(dú)的子系統(tǒng)了。因?yàn)橐寻阉械墓δ芪⒎?wù)化和模塊化，對(duì)所有子系統(tǒng)進(jìn)行了功能顆?；鸱?，然后再根據(jù)功能分類成兩部分，一部分是通用的微服務(wù)，一部分是專用的微服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)打破傳統(tǒng)系統(tǒng)之間的壁壘。

這樣改變的優(yōu)勢(shì)是除了能夠滿足傳統(tǒng)有軌電車智能控制系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)管理、設(shè)備維修需求，還能滿足未來(lái)智慧運(yùn)營(yíng)、智慧運(yùn)維的需求，一旦需求發(fā)生變化，可以靈活地通過(guò)微服務(wù)配置新聯(lián)動(dòng)、新業(yè)務(wù)需求，而不需要改動(dòng)硬件和軟件資源，靈活地把所有的主導(dǎo)權(quán)交到用戶手中。

同時(shí)，一體機(jī)在采集的時(shí)候就把所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，采用大數(shù)據(jù)取代了傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)從采集直接進(jìn)大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行使用，減少了中間環(huán)節(jié)，提升了實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)一次采集、多次運(yùn)用、一次存儲(chǔ)；大數(shù)據(jù)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)300萬(wàn)點(diǎn)秒級(jí)落盤要求，能滿足傳統(tǒng)一條線數(shù)據(jù)處理的6-10倍需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理。

基于云平臺(tái)的有軌電車智能控制系統(tǒng)可以在建設(shè)期、運(yùn)營(yíng)期和運(yùn)維期降低成本，安全性較高、兼容性較強(qiáng)，包容目前所有子系統(tǒng)設(shè)備公司的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和私有協(xié)議，非常符合現(xiàn)代有軌電車弱電系統(tǒng)小、全、活的特征。