基于云平臺的電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)部署研究

盧 鑫吳 昊

(1．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

基于云平臺的電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)部署研究

盧 鑫1，2吳 昊1，2

(1．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

從電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)出發(fā)，主要研究電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)部署和現(xiàn)場試驗，系統(tǒng)基于云平臺架構(gòu)。現(xiàn)場的示范應(yīng)用表明，系統(tǒng)能夠完成高鐵信號系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)督，電務(wù)安全生產(chǎn)指揮管理，輔助電務(wù)人員進(jìn)行維護(hù)維修工作。

電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)云平臺部署；云平臺；系統(tǒng)布置

1　概述

高速鐵路的快速發(fā)展，鐵路通信信號系統(tǒng)規(guī)模日趨龐大，數(shù)字化、精密化程度越來越高，對高速鐵路信號設(shè)備維護(hù)技術(shù)要求也越來越高；隨著時間的推移，高速鐵路信號設(shè)備在高速條件下運用的故障率明顯增大。隨著高鐵維護(hù)期的到來，信號系統(tǒng)的維護(hù)需求日益迫切，需要的維護(hù)技術(shù)支持也將越來越多。綜合來看，在高速鐵路信號系統(tǒng)領(lǐng)域，迫切需要一套具有較高智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的基于云平臺的綜合運維系統(tǒng)，來解決系統(tǒng)運行維護(hù)所面臨的問題：1）對信號設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)督；2）對信號設(shè)備的運行風(fēng)險進(jìn)行及時預(yù)警；3）輔助電務(wù)人員對信號設(shè)備進(jìn)行維護(hù)維修；4）實現(xiàn)電務(wù)維修應(yīng)急指揮；5）支撐電務(wù)維修模式由傳統(tǒng)的“車站分散自治”向未來的“中心調(diào)度集中”轉(zhuǎn)變；6）降低設(shè)備故障率，縮短維修時間，減少故障停車時間；7）滿足鐵路科技發(fā)展創(chuàng)新的長遠(yuǎn)要求。基于云平臺的電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)正是在這個背景和需求下應(yīng)運而生的，來支持日益擴(kuò)大的高鐵信號設(shè)備的維護(hù)維修工作。

電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)用于鐵路電務(wù)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)督以及電務(wù)安全生產(chǎn)指揮管理，其系統(tǒng)是基于云平臺的。云平臺是由底層軟件以及運行在其上的云計算分布式軟件系統(tǒng)組成。電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)充分利用云平臺各種優(yōu)勢，主要是數(shù)據(jù)的處理能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)存儲的能力大、索引的能力強(qiáng)，穩(wěn)定性和可靠性高，這些特性都是電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)的重要依托。云平臺的服務(wù)特征為，平臺即服務(wù)。用戶決定應(yīng)用，云平臺就伴隨著開發(fā)出的各種基礎(chǔ)服務(wù)，供用戶使用。云平臺的本質(zhì)不是技術(shù)上的革命，而是一種管理模式的革命。所有資源虛擬化后，伴隨著動態(tài)可調(diào)的能力，大大加快了新應(yīng)用建設(shè)在平臺層的建設(shè)速度，這也是電務(wù)綜合監(jiān)督一個主要的特點，即部署速度快，功能拓展靈活。

2　系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)

2.1系統(tǒng)的功能

電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)主要功能為電務(wù)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)督、故障診斷、智能預(yù)警、設(shè)備管理和運維調(diào)度等，如圖1所示。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)督是運維系統(tǒng)的基礎(chǔ)；系統(tǒng)故障診斷是系統(tǒng)的重要功能；系統(tǒng)智能預(yù)警是系統(tǒng)綜合智能化運維的體現(xiàn)；系統(tǒng)設(shè)備管理和運維調(diào)度是系統(tǒng)功能的豐富和擴(kuò)展。

1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)督

監(jiān)督范圍覆蓋軌旁設(shè)備、車站設(shè)備、中心設(shè)備、車載設(shè)備，狀態(tài)信息類型包括設(shè)備板卡狀態(tài)、設(shè)備通信狀態(tài)、設(shè)備輸入輸出狀態(tài)、站場狀態(tài)、線路狀態(tài)等。通過三維場景重建技術(shù)實時復(fù)現(xiàn)設(shè)備工作狀態(tài)。通過集成類地理信息系統(tǒng)直觀展示設(shè)備的分布情況，并綜合展示區(qū)域、線路、車站、設(shè)備等各個層次的狀態(tài)。

2）系統(tǒng)故障診斷

故障診斷功能包含4個層次：一是基于設(shè)備的報警，直接獲取故障；二是從設(shè)備的狀態(tài)信息中識別故障特征，間接確定故障；三是利用設(shè)備間的冗余信息校驗，識別并定位故障；四是利用設(shè)備應(yīng)用信息之間的相關(guān)性，識別并定位故障。系統(tǒng)基于上述4個層次，對電務(wù)設(shè)備的故障進(jìn)行綜合診斷并報警。

3）系統(tǒng)智能預(yù)警

智能預(yù)警包含4方面的功能：一是根據(jù)應(yīng)用邏輯中的安全原則，對危害行車安全的風(fēng)險進(jìn)行識別并預(yù)告；二是對設(shè)備發(fā)生的異常情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)而對設(shè)備可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)警；三是根據(jù)設(shè)備性能衰退模型，對性能下降超過容忍范圍的設(shè)備進(jìn)行預(yù)警；四是根據(jù)設(shè)備電氣特性變化特征，對于電氣特性有異常的設(shè)備進(jìn)行預(yù)警。

4）設(shè)備管理

系統(tǒng)綜合采用條形碼/二維碼、數(shù)據(jù)總線等技術(shù)，支持在軌設(shè)備及備品備件信息的錄入、上架、下架、維修、盤點等操作，實現(xiàn)設(shè)備履歷管理、設(shè)備臺帳管理的信息化。根據(jù)設(shè)備實時狀態(tài)實現(xiàn)設(shè)備故障、異常信息的自動登記，并建立維修工單進(jìn)行問題跟蹤和監(jiān)督。根據(jù)設(shè)備歷史運行情況建立問題庫，實現(xiàn)故障處理輔助決策。

5）運維調(diào)度

采用流程引擎技術(shù)，實現(xiàn)維護(hù)信息的入庫、統(tǒng)計、分析，自動制定維護(hù)計劃，優(yōu)化維護(hù)工作流程。采用多目標(biāo)動態(tài)規(guī)劃算法，通過集成類地理信息系統(tǒng)，自動生成維修任務(wù)及維修路徑。采用綜合定位技術(shù)，通過集成類呼叫中心系統(tǒng)，實時追蹤維修人員的位置，通過維修人員的手持終端及時獲知現(xiàn)場情況。完成安全調(diào)度及應(yīng)急指揮的智能化、自動化管理，提供及時準(zhǔn)確的調(diào)度信息，實現(xiàn)敏捷運維的功能。

2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)為云平臺架構(gòu)，即需要相應(yīng)云架構(gòu)的軟硬件實體來承載，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)層，數(shù)據(jù)層包含車站內(nèi)和中心的云前端來完成信息的采集，數(shù)據(jù)層通過車站監(jiān)測網(wǎng)與業(yè)務(wù)層通信。業(yè)務(wù)層主要包含系統(tǒng)的各類云服務(wù)器、核心交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)安全隔離系統(tǒng)、云存儲單元、平臺監(jiān)測系統(tǒng)、云終端顯示器等，同時通過監(jiān)測網(wǎng)，把信息同時傳到路局、車間、工區(qū)的云前段。

業(yè)務(wù)層功能主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯集處理、數(shù)據(jù)的集成處理、數(shù)據(jù)的綜合分析、數(shù)據(jù)的存儲和運維的管理，包含網(wǎng)絡(luò)安全隔離，防病毒/身份認(rèn)證，平臺監(jiān)測系統(tǒng)、備份系統(tǒng)。同時還有系統(tǒng)針對各種需求，在路局、車間、工區(qū)、中心等完成系統(tǒng)相關(guān)顯示功能。

系統(tǒng)部署于車站（含中心設(shè)備機(jī)房）及電務(wù)段，可根據(jù)需要在路局、車間、工區(qū)設(shè)置云終端。系統(tǒng)從車站、車載數(shù)據(jù)中心采集各設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)。對于新建線路，各設(shè)備維護(hù)機(jī)按照與系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一實施，CSM由系統(tǒng)自帶,車載ATP上加裝車載數(shù)據(jù)中心；對于既有線路，各設(shè)備維護(hù)機(jī)、CSM按照與系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一修改,車載ATP上加裝車載數(shù)據(jù)中心。

3　部署研究

3.1系統(tǒng)部署的依據(jù)

電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)部署最根本依據(jù)是系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)，根據(jù)線路和車站的實際需求，按照維護(hù)中心、電務(wù)段、車站等現(xiàn)場情況靈活進(jìn)行部署。電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)集成、綜合分析、展現(xiàn)模塊和數(shù)據(jù)中心組成，分別部署于車站、電務(wù)段和區(qū)域維護(hù)中心，云前端是系統(tǒng)最小的單元，可以根據(jù)線路電務(wù)系統(tǒng)的設(shè)備實際情況靈活部署。數(shù)據(jù)采集模塊，通過與聯(lián)鎖維護(hù)機(jī)、TCC維護(hù)機(jī)、ZPW-2000A維護(hù)機(jī)、RBC維護(hù)機(jī)、TSRS維護(hù)機(jī)、數(shù)據(jù)安全網(wǎng)網(wǎng)管等車站相連接，（車站的數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)根據(jù)各車站被采集設(shè)備的具體配置，與相應(yīng)的維護(hù)機(jī)、維護(hù)終端或微機(jī)監(jiān)測連接）實現(xiàn)對車站設(shè)備數(shù)據(jù)的采集；數(shù)據(jù)匯集模塊接收各車站數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，將其匯集后發(fā)送給區(qū)域維護(hù)中心的數(shù)據(jù)集成模塊；數(shù)據(jù)集成模塊對區(qū)域內(nèi)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和存儲，將解析后的數(shù)據(jù)發(fā)送給綜合分析模塊；綜合分析模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)則集處理，展現(xiàn)模塊主要完成系統(tǒng)的展示功能，可以分為幾種模式，包含子系統(tǒng)級的展現(xiàn)，區(qū)域級的展現(xiàn)和系統(tǒng)級的展現(xiàn)。

3.2系統(tǒng)實際部署流程

通過對電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的研究和基本模式結(jié)構(gòu)的描述，結(jié)合現(xiàn)場試驗段相關(guān)經(jīng)驗，系統(tǒng)實際部署流程研究如圖3所示。

系統(tǒng)實際部署主要流程：現(xiàn)場需求的調(diào)研—設(shè)計方案制定—硬件設(shè)備采購準(zhǔn)備—工程實施—系統(tǒng)數(shù)據(jù)配置—軟件部署—系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試—系統(tǒng)正式使用。

*通過需要部署線路的實際情況，進(jìn)行現(xiàn)場需求的調(diào)研，主要分為3部分：一是線路情況包含車站分布和車站內(nèi)機(jī)房的位置；二是車站內(nèi)部設(shè)備的擺放位置；三是車站與線路網(wǎng)絡(luò)布置的情況。

*通過現(xiàn)場情況基本調(diào)研，制定設(shè)計方案，方案主要為中心、車站硬件設(shè)備的需求，設(shè)備空間的需求，網(wǎng)絡(luò)配線的需求，電源需求。

*硬件設(shè)備采購準(zhǔn)備為機(jī)柜、服務(wù)器、工作站、交換機(jī)、存儲系統(tǒng)、顯示器、網(wǎng)線和電源線等，按照電務(wù)監(jiān)督系統(tǒng)具體部署要求，不同的區(qū)域部署不同的設(shè)備。設(shè)備具體型號根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，云平臺機(jī)柜主要包含云存儲單元、云服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)的采集、匯集、集成、綜合分析，地理信息/時間同步/身份認(rèn)證等功能，交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)安全隔離系統(tǒng)、防雷單元。

*工程實施主要包含現(xiàn)場設(shè)備機(jī)柜的安裝部署，服務(wù)器的布置，工作站的布置，顯示器的布置等。同時包含系統(tǒng)各個設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)通信和系統(tǒng)與外部設(shè)備的通信，電源環(huán)境的搭建，電磁環(huán)境的滿足。重點在于設(shè)備上電，基本軟件的安裝工作，設(shè)備與設(shè)備網(wǎng)絡(luò)正常的通信。

*系統(tǒng)數(shù)據(jù)配置。在完成系統(tǒng)設(shè)計和硬件環(huán)境的搭建后，在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試前，需要對電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)各種靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的配置，包含線路數(shù)據(jù)、車站數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、互聯(lián)互通數(shù)據(jù)。同時還包含相應(yīng)各個展示圖的圖形文件。

*軟件的部署。完成以上工作，即開展系統(tǒng)的軟件部署，軟件部署分為基礎(chǔ)軟件的安裝、配置，和運維系統(tǒng)自身的軟件。不同的區(qū)域中相應(yīng)的硬件設(shè)備部署不同的軟件，主要包含數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)匯集模塊、數(shù)據(jù)集成模塊、綜合分析模塊和展現(xiàn)模塊。

*完成軟件的部署和與其他監(jiān)測設(shè)備互聯(lián)互通后，即對系統(tǒng)進(jìn)行全面的測試工作，主要測試系統(tǒng)互聯(lián)互通中的通信問題和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)配置相關(guān)問題。

*完成如上工作，完成系統(tǒng)的部署，為用戶提供用戶手冊和操作指導(dǎo)，同時交付現(xiàn)場試用，并提供售后服務(wù)。

3.3部署需要注意的問題

部署中需要注意的問題如下：

站機(jī)設(shè)備需要注意的問題：在各車站設(shè)備機(jī)房或中心設(shè)備機(jī)房設(shè)置站機(jī)設(shè)備，站機(jī)服務(wù)器進(jìn)行冗余設(shè)置，實現(xiàn)系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)連續(xù)運行。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)安全隔離系統(tǒng)保證維護(hù)機(jī)與站機(jī)設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)通信的安全性。當(dāng)采集條件不具備時，在該機(jī)房設(shè)置獨立的通信前置機(jī)，實現(xiàn)維護(hù)數(shù)據(jù)的采集。

中心系統(tǒng)設(shè)備需要注意的問題：在電務(wù)處或電務(wù)段中心設(shè)置中心系統(tǒng)設(shè)備，云服務(wù)器組成中心系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)運行的云計算平臺。云存儲單元及磁盤陣列組成原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，運維關(guān)鍵數(shù)據(jù)的云存儲平臺。局域網(wǎng)交換機(jī)為中心系統(tǒng)云平臺的數(shù)據(jù)交換提供高速網(wǎng)絡(luò)通道。

展示需要注意的問題：在車間、工區(qū)、電務(wù)段中心和電務(wù)處，可部署本系統(tǒng)的終端設(shè)備。終端設(shè)備根據(jù)用戶需求多種形式的信息展現(xiàn)，包含4種主要形式：1）大屏。全面展現(xiàn)中心管轄范圍內(nèi)信號設(shè)備、電務(wù)人員、維修進(jìn)度的狀態(tài)；2）多屏組合。多視角展現(xiàn)某一線路范圍內(nèi)信號設(shè)備的運行狀態(tài)和維修信息；3）工作臺。根據(jù)不同角色的業(yè)務(wù)需要定制；4）移動終端。用于輔助現(xiàn)場作業(yè)，實現(xiàn)人員管理、應(yīng)急指揮等.

4　示范應(yīng)用

目前，基于云平臺的電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)已經(jīng)在某高鐵線路進(jìn)行示范應(yīng)用。線路部署范圍包含兩個車站、兩個線路所、4個中繼站。系統(tǒng)用于高鐵信號系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)督以及電務(wù)安全生產(chǎn)指揮管理，輔助電務(wù)人員對信號設(shè)備進(jìn)行維護(hù)維修，實現(xiàn)電務(wù)管理信息化。

現(xiàn)場實際的設(shè)備部署方面，云平臺部署于中心機(jī)房，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)接收RBC維護(hù)機(jī)、TSRM、車站機(jī)房TCC維護(hù)機(jī)、聯(lián)鎖維護(hù)機(jī)、ZPW-2000A軌道電路維護(hù)機(jī)、CSM站機(jī)的監(jiān)測維護(hù)數(shù)據(jù)。通過專用網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備隔離監(jiān)督系統(tǒng)與各設(shè)備維護(hù)機(jī)，確保監(jiān)督系統(tǒng)不會對主系統(tǒng)產(chǎn)生影響。系統(tǒng)終端部署于中心，供中心的電務(wù)人員使用。

系統(tǒng)試驗共分為4個階段。一是系統(tǒng)部署階段，包括系統(tǒng)供電、網(wǎng)絡(luò)布線等現(xiàn)場施工工作以及系統(tǒng)軟硬件的安裝；二是系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段，包括系統(tǒng)與RBC、TCC、TSRS、聯(lián)鎖、ZPW-2000A軌道電路等設(shè)備維護(hù)機(jī)的接口調(diào)試，以及系統(tǒng)內(nèi)部接口調(diào)試；三是系統(tǒng)驗證階段，通過系統(tǒng)持續(xù)運行，驗證云平臺的性能，根據(jù)試驗情況修正系統(tǒng)缺陷，根據(jù)現(xiàn)場用戶的反饋進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能；四是系統(tǒng)推廣階段，通過系統(tǒng)在現(xiàn)場試驗產(chǎn)生的示范效應(yīng)，積極向電務(wù)段、路局推廣系統(tǒng)。

通過系統(tǒng)在現(xiàn)場的試驗，驗證了系統(tǒng)功能及設(shè)計理念，印證了鐵路電務(wù)部門對具有較高信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平的信號設(shè)備綜合運維系統(tǒng)的迫切需求。后期將在目前成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶反饋意見，擴(kuò)展系統(tǒng)監(jiān)督范圍、持續(xù)完善系統(tǒng)功能，將系統(tǒng)構(gòu)建為一個覆蓋信號系統(tǒng)絕大部分設(shè)備、滿足電務(wù)部門日常工作信息化需求的綜合性系統(tǒng)，成為電務(wù)維護(hù)部門的一個生產(chǎn)系統(tǒng)。

5　總結(jié)

本文從概述、系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)部署的研究、示范應(yīng)用等方面介紹電務(wù)綜合監(jiān)督系統(tǒng)的部署。電務(wù)綜合監(jiān)督的系統(tǒng)功能主要解決如以下問題：對信號設(shè)備的運行狀態(tài)全面監(jiān)督，對信號設(shè)備的故障進(jìn)行識別與定位，輔助電務(wù)維修工作，對信號設(shè)備的運行風(fēng)險進(jìn)行預(yù)判，降低事故發(fā)生概率，對電務(wù)維修工作進(jìn)行高效指揮，減少故障停車時間。

系統(tǒng)經(jīng)過近2年的研究，完成了樣機(jī)系統(tǒng)的研制。通過實驗室的試用，證明樣機(jī)功能達(dá)到了設(shè)計要求，同時能夠滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。目前系統(tǒng)樣機(jī)已通過第一階段在地鐵的試驗應(yīng)用和第二階段在某高鐵的車站現(xiàn)場試驗，試點情況良好，業(yè)主給予了較高的評價。后期主要進(jìn)一步豐富系統(tǒng)功能，持續(xù)按照業(yè)主的要求對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善。系統(tǒng)將進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化，工程化應(yīng)用在其他的高鐵線路中。

[1] Buyya R，Yeo C S，Venugopal S.Market-Oriented Cloud Computing:Vision，Hype，and Reality for Delivering IT Services as Computing Utilities[C]//HPCC2008-10TH IEEE International Conferece on Derformance Computing and Communications. IEEE Computer Society.2008.

[2]梁勇，張攀翔，陳秋華.企業(yè)級數(shù)據(jù)庫云平臺的建設(shè)與運維方案[J].電信科學(xué)，2012（2）：146-148.

[3]李萍.鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

[4]鐵道部勞動和衛(wèi)生司鐵道部衛(wèi)生局.高速鐵路現(xiàn)場信號設(shè)備維修崗位[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

[5]岳春華，郭頌章.高速鐵路信號設(shè)備典型故障案例[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

From the function and structure of the comprehensive monitoring system, this paper mainly studies the system deployment and fi eld test. The system is formed based on the cloud platform architecture. On-site demonstration application of the system shows that the system can complete operation status monitoring of high-speed signal systems, administration of safe production and auxiliary maintenance work.

comprehensive monitoring system; cloud Platform; system deployment

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.004

2014-09-11）