城市軌道交通行業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的研究與設(shè)計(jì)

陽夢華，盧樂天

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

目前，世界各國的軌道交通發(fā)展呈現(xiàn)百花齊放的局面，軌道交通運(yùn)輸具有流量大、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。城市軌道作為城市交通出行的重要工具，為城市居民的工作和生活帶來了諸多效益的同時(shí)，也使得城市軌道交通的建設(shè)與運(yùn)營部門面臨著巨大的挑戰(zhàn)[1-6]。隨著城市軌道建設(shè)的增多，城市軌道交通集團(tuán)的信息化手段在不斷增加，城市軌道業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)規(guī)模和種類也在不斷增加，需要借助云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，從技術(shù)驅(qū)動(dòng)到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，為城市軌道交通單位的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化等方面提供有力的支撐。

通過對城市軌道交通集團(tuán)信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸集和整合，并對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行治理和規(guī)劃，建立城市軌道交通大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，為城市軌道交通單位的業(yè)務(wù)管理、便民服務(wù)、廣告運(yùn)營、安全生產(chǎn)以及工程建設(shè)等業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)能力。

1 存在的問題

由于城市軌道交通集團(tuán)一般涉及多個(gè)部門、各類子公司等，業(yè)務(wù)復(fù)雜、數(shù)據(jù)分散，現(xiàn)有城市軌道交通單位應(yīng)用系統(tǒng)存在的問題主要包括以下幾點(diǎn)。

1.1 缺乏有效的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

由于國內(nèi)各個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)等方面存在著差異，因此對于軌道交通運(yùn)營和管理標(biāo)準(zhǔn)也存在著差異[7]。城市軌道交通集團(tuán)內(nèi)各部門和子公司的業(yè)務(wù)系統(tǒng)屬于各自獨(dú)立建設(shè)，部門間的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等不統(tǒng)一，導(dǎo)致數(shù)據(jù)交換存在一定的困難。沒有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，存在嚴(yán)重的數(shù)據(jù)壁壘。

1.2 數(shù)據(jù)資源分散，難以集中管控

由于城市軌道交通集團(tuán)各部門及子公司單獨(dú)建立業(yè)務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)資源暫時(shí)都是分布在各個(gè)業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，集團(tuán)不清楚現(xiàn)有數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)類型以及數(shù)據(jù)分布區(qū)域。此外，由于數(shù)據(jù)分散在各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，存在數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)則不規(guī)范以及數(shù)據(jù)安全不合規(guī)等現(xiàn)象，難以對內(nèi)部數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一管控和利用[8-10]。

1.3 部門間數(shù)據(jù)共享難度大

城市軌道交通集團(tuán)沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源集中平臺，各部門及子公司的數(shù)據(jù)交換共享只能點(diǎn)對點(diǎn)，有些業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間甚至沒有對接接口，只能通過拷貝方式，部門間數(shù)據(jù)共享難度大。在各部門間沒有渠道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享交換的情況下，數(shù)據(jù)平臺的建立對數(shù)據(jù)資源的共享交換提供了有力支持。

2 建設(shè)內(nèi)容

2.1 建立統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺

建立統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)及新增數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一梳理和整合，摸清軌道交通集團(tuán)內(nèi)部的數(shù)據(jù)資源情況，包括現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源情況、現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行情況、數(shù)據(jù)規(guī)模、使用的數(shù)據(jù)庫類型及數(shù)據(jù)分布情況等內(nèi)容，分析軌道交通集團(tuán)內(nèi)部部門間共享交換的需求和應(yīng)用場景，為數(shù)據(jù)共享交換提供條件，有助于對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，為軌道交通集團(tuán)的運(yùn)營和領(lǐng)導(dǎo)決策提供有力支撐。

2.2 建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源管理平臺

遵循國家、省市及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過對城市軌道交通集團(tuán)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定相應(yīng)的管理辦法和規(guī)章制度，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源管理平臺，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)及新增數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量檢測管理。建立元數(shù)據(jù)溯源管理系統(tǒng)，對發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題及時(shí)通知相應(yīng)的部門和源系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，出具數(shù)據(jù)質(zhì)量評估報(bào)告，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入和規(guī)范輸出，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，為軌道交通集團(tuán)內(nèi)部挖掘和分析數(shù)據(jù)打好基礎(chǔ)。

2.3 建立主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

城市軌道交通集團(tuán)各部門及子公司各業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在很多共享數(shù)據(jù)，如客戶、員工、物資等等數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)一由主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)實(shí)時(shí)或?qū)崟r(shí)更新到其他的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)主數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)性，便于數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理。

3 大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺

城市軌道交通集團(tuán)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的建設(shè)主要是實(shí)現(xiàn)企業(yè)各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、處理、存儲、加工、分析以及展現(xiàn)等，加強(qiáng)數(shù)據(jù)資源管理科學(xué)化，提升業(yè)務(wù)運(yùn)營支撐能力，強(qiáng)化信息資源梳理整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)歸集及整理、數(shù)據(jù)分析等功能，支撐集團(tuán)內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享與決策分析，全方位提升集團(tuán)在業(yè)務(wù)運(yùn)營管理、運(yùn)營評估優(yōu)化、應(yīng)急指揮協(xié)調(diào)、資源開發(fā)策略、公眾信息服務(wù)等方面的綜合分析支撐能力。

數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)來自于城市軌道交通部門的內(nèi)部數(shù)據(jù)，包括運(yùn)營管理數(shù)據(jù)、經(jīng)營管理數(shù)據(jù)、工程建設(shè)數(shù)據(jù)以及企業(yè)管理數(shù)據(jù)等，通過各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫將源數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)抽取轉(zhuǎn)換進(jìn)入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源庫中。

數(shù)據(jù)資源層包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源庫、數(shù)據(jù)倉庫、專題庫、全文庫、數(shù)據(jù)資源目錄以及數(shù)據(jù)資源管理工具等內(nèi)容，主要是用于對數(shù)據(jù)的存儲、計(jì)算和分析，通過對城市軌道業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的梳理、清洗、整合，建立運(yùn)營管理、維護(hù)保障、工程建設(shè)、人力資源以及財(cái)務(wù)保障等主題庫。

數(shù)據(jù)服務(wù)層包括數(shù)據(jù)服務(wù)接口、企業(yè)服務(wù)總線內(nèi)容，主要用于對上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)服務(wù)提供支撐服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)接口主要包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)交換等接口，通過接口配置功能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源庫的訪問；企業(yè)服務(wù)總線主要包括服務(wù)注冊、服務(wù)提供者和服務(wù)需求者，服務(wù)提供者將服務(wù)注冊到企業(yè)服務(wù)總線上，由服務(wù)總線進(jìn)行服務(wù)接口的統(tǒng)一管理和調(diào)度。

應(yīng)用展示是對上層應(yīng)用業(yè)務(wù)需求功能的展示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)的能力，包括數(shù)據(jù)查詢、分類統(tǒng)計(jì)、報(bào)表展示等內(nèi)容，并及時(shí)建立城市軌道交通行業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，包括客流預(yù)測、設(shè)備故障預(yù)測、運(yùn)營仿真預(yù)測等。

4 數(shù)據(jù)資源管理平臺

數(shù)據(jù)資源管理平臺主要包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、元數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)資源監(jiān)控，通過制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和質(zhì)量檢測規(guī)則，幫助城市軌道集團(tuán)對內(nèi)部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和質(zhì)量提升，并通過元數(shù)據(jù)管理確定數(shù)據(jù)資源之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)城市軌道數(shù)據(jù)資源的資產(chǎn)化和價(jià)值化。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理是基于城市軌道交通部門內(nèi)部業(yè)務(wù)情況，在國家、省、市及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上建立內(nèi)部的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、共享交換標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)等，為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理提供依據(jù)。數(shù)據(jù)質(zhì)量管理基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理對數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)則進(jìn)行規(guī)范，并對各業(yè)務(wù)部門提供的數(shù)據(jù)提出要求，檢查歸集到大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)，在發(fā)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)后及時(shí)進(jìn)行反饋和改進(jìn)，定時(shí)出具質(zhì)量檢查報(bào)告，不斷提升大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的質(zhì)量。元數(shù)據(jù)管理主要是通過對歸集到大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)以及管理數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，確定元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)的源頭，為數(shù)據(jù)血緣、數(shù)據(jù)地圖分析提供支撐。數(shù)據(jù)資源監(jiān)控是實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)入大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)資源情況，對采集的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)進(jìn)行告警和反饋，同時(shí)統(tǒng)計(jì)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺現(xiàn)有數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)質(zhì)量等情況，掌握企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)資產(chǎn)情況。

5 主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

企業(yè)需要重點(diǎn)管理主數(shù)據(jù)，對主數(shù)據(jù)的管理相當(dāng)于抓住了數(shù)據(jù)管理的主線，能起到事半功倍的效果。基于城市軌道交通集團(tuán)的業(yè)務(wù)發(fā)展和管理需要，分析數(shù)據(jù)架構(gòu)與業(yè)務(wù)應(yīng)用、集成架構(gòu)之間流轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)，識別出部分城市軌道交通集團(tuán)內(nèi)部的主數(shù)據(jù)及主要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。主數(shù)據(jù)管理信息流如圖1所示。

圖1 主數(shù)據(jù)管理信息流

主 數(shù) 據(jù) 管 理（Master Data Management，MDM）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要是偏交易型的操作數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源來自于各個(gè)操作業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。主數(shù)據(jù)信息如表1所示。

表1 主數(shù)據(jù)信息表

主數(shù)據(jù)管理的信息流是某個(gè)業(yè)務(wù)庫的主數(shù)據(jù)進(jìn)行更新后，通過抽取、轉(zhuǎn)換、加載（Extract-Transform-Load，ETL）后進(jìn)入主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)通過元數(shù)據(jù)管理、質(zhì)量檢測、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范后，對主數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，通過企業(yè)服務(wù)總線將統(tǒng)一后的主數(shù)據(jù)分發(fā)給其他含有主數(shù)據(jù)內(nèi)容的業(yè)務(wù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)一致性。主數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)可以互相調(diào)用，主數(shù)據(jù)更新后同步到數(shù)據(jù)倉庫，數(shù)據(jù)倉庫新生成的一些歷史數(shù)據(jù)也可以同步到主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中。主數(shù)據(jù)屬于業(yè)務(wù)操作型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)面向主題，主要用于分析應(yīng)用，2者相輔相成，缺一不可。

6 大數(shù)據(jù)應(yīng)用

6.1 設(shè)備故障預(yù)測

通過大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺采集和整合各車輛設(shè)備、運(yùn)維設(shè)備以及監(jiān)控設(shè)備等設(shè)備數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析工具建立設(shè)備故障預(yù)測模型，幫助運(yùn)維人員預(yù)測設(shè)備告警級別，在設(shè)備出現(xiàn)故障之前迅速且準(zhǔn)確地定位問題并排除故障，達(dá)到智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的目的，降低設(shè)備故障率。

6.2 客流預(yù)測

客流預(yù)測是大數(shù)據(jù)技術(shù)在軌道交通中的另一個(gè)應(yīng)用，根據(jù)現(xiàn)有的軌道客流數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出各線路、各站點(diǎn)的客流量、斷面客流以及各站間和各區(qū)域的客流數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)挖掘分析能力有效獲取關(guān)鍵信息，迅速且較準(zhǔn)確地找出其內(nèi)部規(guī)律。分析各個(gè)節(jié)假日、各個(gè)條線的軌道交通客流變化趨勢，提前做好客流預(yù)測，不僅能合理規(guī)劃其他線網(wǎng)，還能為軌道運(yùn)營管理和行車組織提供重要的依據(jù)。

6.3 運(yùn)營仿真預(yù)測

基于大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和分析模型，建立車站仿真、線路仿真以及路網(wǎng)仿真平臺，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)層次軌道交通運(yùn)營環(huán)節(jié)的仿真和3個(gè)層次之間的交互，實(shí)現(xiàn)對軌道系統(tǒng)有機(jī)整體的全面描述與展現(xiàn)。

7 結(jié) 論

城市軌道交通行業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺主要通過對城市軌道交通集團(tuán)內(nèi)部復(fù)雜的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、清洗和匯聚，通過數(shù)據(jù)資源的治理，規(guī)范數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，對主數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，為業(yè)務(wù)部門間數(shù)據(jù)共享和交換提供便利，為集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)提供決策支撐，更好地服務(wù)公眾。