軌道交通云平臺建設

竇海月

摘要 本文針對軌道交通目前各信息化系統建設需求，提出在云平臺系統架構下，如何解決與避免目前軌道交通系統建設中存在的問題，并簡述云平臺虛擬化、池化、自動化技術特點如何與軌道交通運營模式進行契合，提高軌道交通運營可靠性、靈活性。

【關鍵詞】軌道交通 云平臺 運營

1 軌道交通信息化發展概況

目前隨著軌道交通各信息系統的日益發展，數字化運營的理念逐步成型，信息化系統通過全面的信息收集和快速分析，為運營與建設管理層提供經營決策和風險控制的依據。未來的大規模線網建設與運營工作的開展需求，以及其他多元化發展業務的目標制訂，都對信息化建設提出了越來越高的要求。經過多年的軌道交通信息化建設，運營生產領域、建設領域、運營管理領域、附屬資源開發及企業管理領域都已逐步構建了成熟的信息化系統。

2 軌道交通信息化發展建設瓶頸

為了滿足日益增長的運營需求，各色信息化系統如清算、資產管理、客流等數據也在不斷上線，但隨著各系統不斷擴增并且建設的周期日益縮短、應用配置需求的日益增多，信息化系統的建設規劃暴漏了越來越多的問題。

2.1 控制中心建成周期晚于線路建設周期

在線路投入運營使用時需要軌道交通線路控制中心投人使用。根據既有城市軌道交通建設經驗，很多城市在第一條線路建成時，往往由于征地等各種原因導致控制中心樓宇無法投入使用，故建設公司需要購入一套臨時中心級設備，以承擔線路的前期運營管理，而在控制中心投入運營后，此套臨時中心設備又面臨著遭到棄用的命運，對建設成本造成了極大的浪費。

2.2 線路分段開通或二期線路的貫通導致系統銜接困難

有時隨著城市建設的規劃，亦需建設新的線路作為既有軌道交通線路的延長線與其銜接，完善城市的路網規模。線路分期、分段建設對軌道交通自動化系統線路間的銜接造成了巨大的困難，往往對既有系統的升級改造均是建設方一個極為痛苦的過程，既要保證既有線路的安全運營，又要保證新線路的無縫銜接，也要保證既有線路數據接入的完整。

2.3 各自動化系統間接口數據繁雜、界面混亂

接口是自動化系統間實現共享信息的關鍵環節，包括現場設備的數據采集，調度命令的數據傳遞等。運營信息化的日益發展對各自動化系統間的信息交換技術提出了更高的要求，面臨目前接口內容多、類型復雜、協議各異等情況，各自動化系統間除配置專用數據處理服務器進行協議數據轉化外，還需嚴格定制接口劃分界面、接口形式、接口協議、責任分工、測試要求等。根據以往經驗，各系統間的接口調試均是各線路建設過程中的重點、難點，施工接口界面的混亂將對建設工期造成巨大的影響。

2.4 系統網絡過于龐大導致設備維護管理困難

軌道交通各自動化系統硬件設備功能單一且數量龐大，且往往分布在各個機房，帶給運營機房維護維修人員龐大的工作量。當故障發生時，需要各部門工作人員協同到各系統機房排查故障，不利于降低運營維修維護成本。目前由于各系統均獨立組網，導致全系統網絡節點過多，各系統間的網絡安全很難得到有效保障。

2.5 數據孤島問題嚴重，數據得不到有效匯集、分析、管理

軌道交通信息化系統匯集了從客流信息、行車信息到運營指標、運力配置，再到客運服務和運營大事件等重要的運營數據，但由于各系統分別建設數據的實時處理與歷史存儲設備，系統間存在物理接口瓶頸，只能將關鍵數據通過網口或通訊口進行傳遞，數據傳輸容量小、速率慢且容易產生錯誤。目前各系統均獨立建設數據存儲設備，大量數據在各系統數據庫重復存儲，浪費物理存儲空間，且各項數據難以得到有效的匯集、分析、管理。

3 軌道交通云平臺規劃概述

目前對于提高軌道交通運營效率的三個關鍵問題在于增加各系統協作性、加強數據的信息交換、更加靈活的節點部署方案。隨著目前計算機系統的研究深入，云平臺的建設規劃方案逐漸浮出到軌道交通行業的視界，目前唯有通過云平臺，才能讓資源分配快速適應運營公司日益增長的信息化需求，才能加速系統間信息共享的速度，提高運營管理效率。

云平臺方案的規劃為解決軌道交通目前的發展建設瓶頸提出了一種全新的方案，根據其自身特性，云平臺應滿足虛擬化、池化、自動化三大特征。

3.1 云平臺虛擬化

虛擬化技術繼其自身技術與應用越發成熟后，己逐步在各行業得到廣泛應用，是軌道交通云平臺發展中的關鍵技術層面，針對軌道交通特點，虛擬化又分為節點虛擬化與接口虛擬化。

3.1.1 節點虛擬化

軌道交通云平臺節點虛擬化方案建議將各系統物理節點轉變為云平臺虛擬空間中的虛擬節點。節點服務器虛擬化將各系統軟件運行在不同的虛擬操作平臺中，保留了原物理服務器各系統間互不干擾的運行環境的特點。節點虛擬化利用網絡不局限于物理空間的優點，提供節點服務器在虛擬空間中平滑遷移的特性，使系統建設脫離物理硬件遷移與改造的困擾。例如線路控制中心無法在前期投入運營使用時，云平臺可在各系統建成初期將中心級節點虛擬部署到車站或車輛段云平臺硬件資源池中，待后期控制中心建成時，調試人員只需將其虛擬節點平滑遷移到控制中心硬件資源池進行部署即可完成中心級的投入使用。例如在線路后期延長時，往往采取新增服務器的方案己避免對既有線路運營的影響，但如果系統將新增服務器作為虛擬節點部署在云平臺中，不但減少新增服務器的投資，又可減少改造時施工與調試對既有線路機房的影響，實現了線路間數據的無縫對接。

3.1.2 接口虛擬化

目前軌道交通各自動化系統間設置接口服務器，接口服務器間利用網線或通訊接口實現數據與指令的互聯，但其數據傳輸的實用性、靈活性、穩定性依賴于系統接口間協議與接口施工質量，往往物理端口或線纜的損壞均會影響到系統間的正常功能。

如果將接口服務器設置在云平臺架構，調試人員可通過接口服務器虛擬化，將硬件接口脫離物理瓶頸制約。雖然接口節點存在于虛擬平臺，但并未降低系統間的網絡安全防護，系統間數據仍需虛擬節點進行處理，且由于各系統節點都虛擬在云平臺內部，也減少了系統間數據鏈路層的網絡攻擊。

3.2 云平臺池化

以往軌道交通各系統硬件、軟件資源獨立建設，無法根據運營業務的需求變化實現動態調整，利用率較低，云平臺池化則打破各系統獨立建設的方式，把所有系統的計算資源整合成硬件資源池、把所有存儲的資源整合成存儲資源池。云平臺池化將全系統所有設備資源都變成一個個池子，再基于這些基礎架構的資源池上面去建設應用，以服務的方式去交付資源。

3.2.1 資源池化

在傳統的軌道交通系統架構中，如果自動化系統需要增加服務器或計算資源，則需要在線路機房內增設服務器或硬件設備，不但對既有運營系統造成影響，也會增加建設投資成本。資源池化將計算資源如CPU、內存、存儲設備、網卡等重構成新的結構，該結構稱為資源池。

3.2.2 數據池化

軌道交通數據化運營模式中如何對運營大數據的整合實踐是最需要重視的問題，但根據目前各自動化系統的設計模式，雖然各系統逐步進行整合，但隨著海量數據、信息的逐步形成，各系統數據存儲結構仍存在大片數據孤島，整合實踐效率較低。

云平臺數據池化第一步先將各系統存儲設備池化為存儲資源池，整合硬件資源。池化第二步對存儲資源池內各系統數據進行結構化整合，建立統一的數據模型標準體系。池化第三步建立數據管理服務器，將各自動化系統對存儲資源池的訪問進行統一管理，并提供標準化的數據存儲與調用接口，實現運營數據在云平臺外的調用，滿足軌道交通大數據的決策與分析需求。

3.2.3 策略池化

隨著軌道交通運營公司對運營模式的逐步優化與大數據的逐漸整合實踐，運營公司數據化的運營決策和風險控制策略方案亦日益得到積累，例如列車晚點的策略調控、車站節能的策略調控、大事件與應急突發事故的策略調控等，都是運營公司在運營工程中積累的寶貴財富。云平臺通過將各種策略調控轉變為電子化預案，結合大數據的整合實踐，對突發事件如大客流、列車晚點等進行預警，并提供各項運營策略預案，為運營公司安全運營提供有利支撐。

3.3 云平臺自動化

云平臺自動化提供了對各系統硬件和軟件資源的自動化管理，提高各系統資源的總體利用率，提高運營數據容量規劃能力，同時有效控制建設與運營成本。

4 軌道交通云平臺規劃展望

目前各地軌道交通對于云平臺的建設規劃還停留在私有云平臺的建設方案中，但隨著網絡傳輸技術穩定性的逐步提升、數據加密技術的日益完善、云平臺異地容災和彈性調度能力的全面升級，將軌道交通信息化系統逐步遷移到公有云平臺將大量減少建設與運營成本，是軌道交通云化發展的一種全新趨勢。

參考文獻

[1]施仲衡，周慶瑞，鄭曉薇.GB.5015 7-2013.地鐵設計規范[S].北京：中國計劃出版社.2013：158-223.

[2]張曉莉，城市軌道交通發展模式研究（第一版）[M].北京：中國鐵道出版社.2010： 3-41.

[3]李偉章，徐幼銘，林瑜筠等，城市軌道交通通信系統（第一版）[M].北京：中國鐵道出版社，2008： 20-75，

[4]樊平毅，網絡信息論（第一版）[M].北京：清華大學出版社，2009：12-31.