云計(jì)算在城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

熊龍鵬

[摘? ? 要]? 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市現(xiàn)代化水平的提升，軌道交通成為城市交通的重要發(fā)展方向。軌道交通因其密集化、高速化的特性，離不開準(zhǔn)確、全面、高效的管理和調(diào)度。軌道交通自動(dòng)化與智能化飛速的發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)成為了城市軌道交通系統(tǒng)的核心。文章通過對(duì)云計(jì)算的討論，分析云計(jì)算在軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)中的體系架構(gòu)和應(yīng)用模式[1]。

[關(guān)鍵詞]云計(jì)算;軌道交通;自動(dòng)化系統(tǒng);城市交通

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]With the development of economy and the improvement of urban modernization level， urban rail transit has become an important development direction of urban transportation.Due to its dense and high-speed characteristics， rail transit cannot be separated from accurate， comprehensive and efficient management and scheduling.With the rapid development of rail transit automation and intelligence， the automation system is the core of the urban rail transit system.Through the discussion of cloud computing analyzes the architecture and application mode [1] of cloud computing in rail transit automation system.

[Keywords]cloud computing; rail transit; automation system; urban transportation

隨著我國城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，信息通信技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)趨于成熟，云計(jì)算技術(shù)也有了更廣泛的應(yīng)用。城市交通是一個(gè)城市發(fā)展的基礎(chǔ)，軌道交通更是加快城市現(xiàn)代化進(jìn)程的重要方式。對(duì)于軌道交通來說，自動(dòng)化和智能化是今后發(fā)展的大方向。城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，運(yùn)用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)來進(jìn)行計(jì)算可能無法支撐整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，云計(jì)算是基于虛擬化技術(shù)，進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算的新型計(jì)算方式，是自動(dòng)化系統(tǒng)未來長(zhǎng)足發(fā)展的基礎(chǔ)和支柱。

1 云計(jì)算的概念

云計(jì)算是一種整合計(jì)算資源，通過互聯(lián)網(wǎng)共享，任何人都可以使用的計(jì)算方式。就像一個(gè)大型的計(jì)算器，每個(gè)人都可以使用這個(gè)計(jì)算器，并且可以同時(shí)使用，云計(jì)算分別為他們計(jì)算然后返回每個(gè)人的結(jié)果。而這個(gè)計(jì)算器只需要很少的人為管理，云計(jì)算中的大部分計(jì)算資源通過軟件來進(jìn)行自動(dòng)化管理，并在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行流通。

根據(jù)權(quán)威定義，云計(jì)算的服務(wù)模式包括IaaS（基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)）、PaaS（平臺(tái)服務(wù)）和SaaS（軟件服務(wù)）。其中基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)提供的是給個(gè)人或組織提供基礎(chǔ)的計(jì)算資源，包括虛擬機(jī)、存儲(chǔ)服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)。平臺(tái)服務(wù)提供的是一種通過全球互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的應(yīng)用程序和服務(wù)的平臺(tái)，不需要管理底層的基礎(chǔ)設(shè)施，給予平臺(tái)開發(fā)、測(cè)試和管理應(yīng)用程序。軟件服務(wù)是云計(jì)算服務(wù)的最終形式，以各種設(shè)備終端為載體，通過安裝使用應(yīng)用程序，來進(jìn)行云計(jì)算服務(wù)的提供[2]。

2 軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)概述

由于當(dāng)前城市軌道交通的飛速發(fā)展，軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)研究變得十分重要。自動(dòng)化系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的軌道交通人工操作的方式，在軌道交通的運(yùn)營上有著十分高的效率[3]。利用自動(dòng)化技術(shù)，建立快速可靠的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)城市軌道交通進(jìn)行全線的整合監(jiān)控，保證城市軌道交通的安全高效。城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)利用云計(jì)算建立分層分布的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在運(yùn)行時(shí)具有較高的響應(yīng)性，同時(shí)基于系統(tǒng)的互聯(lián)，對(duì)資源進(jìn)行有效共享，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的監(jiān)控。

3 云計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)

3.1 節(jié)約運(yùn)行成本

云計(jì)算使用云端程序來進(jìn)行運(yùn)算，不需要下載傳統(tǒng)的應(yīng)用程序，減少終端設(shè)備的處理量，降低了對(duì)儲(chǔ)存空間的使用量。另外一些應(yīng)用程序在下載時(shí)需要昂貴的費(fèi)用，云計(jì)算可以依據(jù)在線平臺(tái)，使用大部分所需要的軟件。

云計(jì)算是通過云端服務(wù)器來進(jìn)行系統(tǒng)或網(wǎng)站的搭建的，在運(yùn)營時(shí)只需要很少的人工管理，降低了人工成本。同時(shí)云端服務(wù)器不需要額外采購專門的服務(wù)器設(shè)備，節(jié)約了設(shè)備成本，讓更多的成本投入到開發(fā)方向[4]。

另外在一些大型的云計(jì)算系統(tǒng)中，例如，軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)，在進(jìn)行設(shè)備的采購和人員工作分配時(shí)通過集中管理和動(dòng)態(tài)分配，提高了資源的利用率，減少了浪費(fèi)，節(jié)約了自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的成本。

3.2 方便靈活

云計(jì)算系統(tǒng)依托于云端服務(wù)器，整合了大量的計(jì)算資源，通過三層服務(wù)模式，在使用時(shí)反應(yīng)迅速準(zhǔn)確，方便快捷。同時(shí)云計(jì)算使用集中運(yùn)維管理，消除了因?yàn)榫S護(hù)管理水平不同造成的風(fēng)險(xiǎn)。

云計(jì)算的項(xiàng)目在進(jìn)行更改或者終止時(shí)，由于使用的是云端服務(wù)器，在反應(yīng)時(shí)快捷準(zhǔn)確，沒有設(shè)備、硬件方面的后顧之憂。

云計(jì)算的三層服務(wù)模式為不同的使用人群提供不同的服務(wù)，例如，在軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)中，云計(jì)算為乘客、管理以及開發(fā)人員分別提供SaaS、PaaS和IaaS的不同方式的服務(wù)，三層服務(wù)模式靈活運(yùn)用，使自動(dòng)化系統(tǒng)的使用更加方便快捷。

3.3 簡(jiǎn)化維護(hù)

在進(jìn)行程序修補(bǔ)時(shí)，云計(jì)算依托于共享的云端服務(wù)器，數(shù)據(jù)可以在云端進(jìn)行實(shí)時(shí)備份，在進(jìn)行升級(jí)或者更改時(shí)不需要對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行提前備份，只需要針對(duì)系統(tǒng)或軟件進(jìn)行升級(jí)或維護(hù)，簡(jiǎn)化了維護(hù)方式，節(jié)約了維護(hù)成本。

由于云計(jì)算是依托于虛擬云端服務(wù)器進(jìn)行的集中運(yùn)算，在進(jìn)行維護(hù)時(shí)只需要對(duì)線上系統(tǒng)或軟件進(jìn)行維護(hù)，沒有其他的硬件設(shè)備需要檢查更換，一定程度上節(jié)約了維護(hù)成本。

在軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)中，由于不同服務(wù)模式的聯(lián)系，在維護(hù)時(shí)可以進(jìn)行集中維護(hù)，錯(cuò)峰升級(jí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活調(diào)度。

4 云計(jì)算在軌道交通中的體系架構(gòu)

4.1 城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）要保證系統(tǒng)的先進(jìn)性。由于云計(jì)算是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展而衍生的先進(jìn)的提供計(jì)算資源的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此在進(jìn)行軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要保證系統(tǒng)的易操作、易改造、易維護(hù)的特性，同時(shí)還要保證終端程序用戶的使用感受，保證終端程序的便捷性和易操作性。

（2）在進(jìn)行軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要保證系統(tǒng)的擴(kuò)展性。云計(jì)算技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，根據(jù)社會(huì)發(fā)展的需求會(huì)有更多更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。在進(jìn)行軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到技術(shù)的發(fā)展和用戶對(duì)不同業(yè)務(wù)的需求，在搭建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)為未來業(yè)務(wù)的擴(kuò)展和技術(shù)的進(jìn)步留出改良的余地。

（3）在進(jìn)行軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要保證系統(tǒng)的安全可靠性。我國公民在使用軌道交通時(shí)要進(jìn)行實(shí)名購票，這就導(dǎo)致了軌道交通系統(tǒng)匯集了大量的用戶個(gè)人信息，軌道交通系統(tǒng)有義務(wù)保護(hù)用戶個(gè)人信息的安全，在保證系統(tǒng)的高可用性的同時(shí)，還要保證數(shù)據(jù)與應(yīng)用的安全。

（4）要保證軌道交通系統(tǒng)的前瞻性。在進(jìn)行系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)要考慮到系統(tǒng)未來的業(yè)務(wù)拓展和管理的變化，通過云端服務(wù)器建立數(shù)據(jù)庫，將之后可能會(huì)用到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來，為之后的系統(tǒng)升級(jí)提供便利。

4.2 設(shè)計(jì)方案

云計(jì)算的服務(wù)系統(tǒng)包括服務(wù)管理、平臺(tái)服務(wù)和用戶訪問服務(wù)，是根據(jù)用戶需求進(jìn)行多元化彈性設(shè)計(jì)的綜合系統(tǒng)。在將云計(jì)算應(yīng)用于軌道交通的架構(gòu)上時(shí)，要根據(jù)三層服務(wù)模式來進(jìn)行分布式設(shè)計(jì)，并且通過傳輸骨干網(wǎng)進(jìn)行連接。

建設(shè)云平臺(tái)控制中心時(shí)，在IaaS層使用虛擬機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)、計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和安全資源的存儲(chǔ)，在PaaS層建立分布式數(shù)據(jù)庫，在SaaS終端層建立調(diào)度員云桌面和業(yè)務(wù)系統(tǒng)桌面等各操作桌面。在建立災(zāi)備中心時(shí)，同樣使用三層服務(wù)模式，建立虛擬機(jī)，分布式數(shù)據(jù)庫，和各種操作桌面。

在各個(gè)車站建立SaaS層和感知層進(jìn)行兩層服務(wù)模式，在SaaS層建立值班員云桌面和站長(zhǎng)云桌面，感知層就是個(gè)人使用的終端設(shè)備。通過傳輸骨干網(wǎng)進(jìn)行連接建立城市軌道交通自動(dòng)化的云平臺(tái)架構(gòu)。

5 云計(jì)算在軌道交通中的應(yīng)用

5.1 加強(qiáng)軌道交通的管理

在進(jìn)行城市軌道交通的管理時(shí)，依據(jù)云計(jì)算建立城市軌道交通的移動(dòng)管理體系。在進(jìn)行設(shè)備管理時(shí)，將設(shè)備臺(tái)賬和設(shè)備運(yùn)行日志等數(shù)據(jù)資料儲(chǔ)存在云端服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合，加快故障設(shè)備的解決速度。

在進(jìn)行車輛運(yùn)營管理時(shí)，通過云計(jì)算將車輛調(diào)度、客流大小、運(yùn)價(jià)與票務(wù)管理等數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和整合，保證軌道交通系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行，建立完善的軌道交通運(yùn)輸計(jì)劃，減輕了人工作業(yè)量，降低對(duì)專業(yè)人才的需求，節(jié)約了運(yùn)維成本，提高了軌道交通的運(yùn)輸能力。

5.2 高效數(shù)據(jù)處理

高效的數(shù)據(jù)信息處理是以當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展為首要前提，城市軌道交通在數(shù)據(jù)處理方面要合理地設(shè)定服務(wù)基地，使信息采集和數(shù)據(jù)處理可以在移動(dòng)端完成，優(yōu)化數(shù)據(jù)的采集和處理過程。移動(dòng)端的信號(hào)是否穩(wěn)定取決于當(dāng)?shù)氐囊苿?dòng)服務(wù)基地建設(shè)情況。在進(jìn)行不同地區(qū)服務(wù)基地的建設(shè)時(shí)，要依據(jù)當(dāng)?shù)卣吆屯恋厍闆r，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)服務(wù)基地，實(shí)現(xiàn)用戶信息的云端存儲(chǔ)和處理，提高數(shù)據(jù)流通速度和數(shù)據(jù)處理速度。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，依托于云計(jì)算的云端服務(wù)器，可以通過骨干網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理的總中心，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的處理和分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)，了解用戶的真實(shí)需求，提高軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

5.3 乘客互聯(lián)

應(yīng)用云計(jì)算的城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)建立三層的服務(wù)模式，系統(tǒng)在SaaS層也就是軟件服務(wù)層提供軌道交通相應(yīng)的應(yīng)用軟件。在乘客進(jìn)行購票時(shí)，可以不使用傳統(tǒng)的人工購票或者購票機(jī)購票，只需要在進(jìn)站時(shí)掃描相應(yīng)的二維碼或者使用IC卡，就可以乘坐列車。

同時(shí)軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)云計(jì)算，建立乘客信息系統(tǒng)，為乘客提供實(shí)時(shí)列車時(shí)間、換乘信息等全面的、正確的服務(wù)信息引導(dǎo)，同時(shí)提供天氣、時(shí)間、政府公告等各種多媒體信息，以人性化服務(wù)為宗旨，幫助乘客實(shí)現(xiàn)便捷出行，提高軌道交通的幸福感和運(yùn)輸效率。

5.4 提高抗災(zāi)能力

應(yīng)用云計(jì)算的軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)，在火災(zāi)、阻塞以及恐怖襲擊等險(xiǎn)情到來時(shí)，使用三層服務(wù)模式對(duì)乘客進(jìn)行提醒和疏散。在平臺(tái)端迅速給工作人員發(fā)出警告，提醒工作人員迅速處理。給乘客個(gè)人終端軟件發(fā)送險(xiǎn)情信息，并配合工作人員為乘客提供動(dòng)態(tài)緊急疏散提示，提高人員疏散效率，減少疏散時(shí)危險(xiǎn)的發(fā)生。

軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)列車車廂進(jìn)行監(jiān)視，通過攝像頭觀察車廂內(nèi)情況，采集數(shù)據(jù)，并上傳云端服務(wù)器。數(shù)據(jù)信息通過云端服務(wù)器進(jìn)行列車和服務(wù)站進(jìn)行雙向傳輸，提高工作人員對(duì)險(xiǎn)情的反應(yīng)速度，降低災(zāi)害帶來的損失。

5.5 在自動(dòng)化駕駛上的應(yīng)用

當(dāng)前軌道交通大部分都是使用的ATO自動(dòng)駕駛，在進(jìn)行自動(dòng)駕駛列車定位時(shí)，運(yùn)用GPS導(dǎo)航技術(shù)，通過衛(wèi)星獲取軌道的電子圖形，再利用大數(shù)據(jù)云計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和處理，確定列車的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的自動(dòng)運(yùn)行和管控。

自動(dòng)化駕駛中也包括自動(dòng)監(jiān)視，城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)列車內(nèi)部和車站進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督和控制，利用云端服務(wù)器對(duì)監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的整合和傳輸，確保城市軌道交通能夠更好的運(yùn)營和發(fā)展。

6 結(jié)束語

云計(jì)算是城市軌道交通自動(dòng)化的一場(chǎng)變革，是促進(jìn)城市軌道交通自動(dòng)化發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，是?shí)現(xiàn)軌道交通智能化的重要手段。云計(jì)算技術(shù)通過整合軌道交通的數(shù)據(jù)資源，建立三層服務(wù)模式的城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的發(fā)展性和可用性，同時(shí)保證城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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