城市軌道交通綜合業務云平臺方案研究

楊揚

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州510010）

1 引言

隨著城市軌道交通快速發展進入新常態，新一代信息技術從根本上變革了軌道交通的運行、管理、服務方式，使城市軌道交通更加智能、智慧。我國城市軌道交通建設初期，多采用一線一批、一批一建的方式，信息系統基本上也是隨用隨建設，缺少統籌規劃，導致系統相對獨立，應用、數據、網絡、設備設施等資源集約利用率不高。隨著國民經濟和社會發展，城鎮化進程加快的需要，城市及城際軌道交通成網絡化運營局面逐漸形成。同時，伴隨著云計算平臺在各行業的廣泛應用，其數據集中共享、業務快速響應和靈活擴展的優勢日趨明顯，云計算部署速率、安全性大幅度提升，部署成本逐漸被軌道交通行業接收。

2 傳統的系統構架方案

城市軌道交通傳統的系統架構主要采用以線路為單位，線網和線路兩級管理的建設模式。系統架構層次復雜，建設和運維成本較高。由于系統專業分工細，各自獨立建設，數據格式無法統一，實現數據共享和挖掘應用難度很大。且各系統平臺自成體系，后期開發對既有廠商依賴性強，較難適應運營不同時期的需求變化。

3 云平臺的系統架構方案

當城市軌道交通建設不斷加快，運營效率逐步提升，各業務系統之間的信息交互必將更加頻繁、實時性要求更高。伴隨軌道交通管理水平的提升以及新技術的應用，構建以云計算為核心的軌道交通線網綜合業務平臺，是城市軌道交通可持續發展的關鍵和提高運營管理、服務水平的重要載體。

綜合業務云平臺采用虛擬化技術、分布式存儲技術、云資源管理技術、信息安全技術等，搭建適應地鐵綜合生產業務基礎云平臺，實現計算、存儲、網絡資源按需分配、統一管理和集中監測，提高資源利用率，便于業務快速部署和擴展。

3.1 云平臺總體框架

綜合業務云平臺總體框架由“四個層面、三大體系”構成[1]。“四個層面”即感知層、網絡層、數據平臺層和應用層；“三大體系”即標準規范體系、信息安全體系以及運維管理體系。以感知網、車載網、車地通信網和地面網絡、數據采集平臺、云計算平臺、大數據平臺和存儲資源池等為基礎，圍繞決策管理、運營管理、安全防范、乘客服務、維修、資源開發6 大業務領域。

各層級的功能如下：

1）感知層具備源數據的采集功能，源數據在各系統的運行過程中直接產生。源數據的采集通過數據平臺及各應用系統的傳感器等實現，感知層既能獲取標量信息，又能獲取視頻、音頻和圖像等矢量信息。

2）網絡層具有信息系統層級間的信息傳輸功能。

3）數據平臺層具有信息系統基礎數據、共享數據、源數據的采集、存儲和交換功能；平臺層具有信息的數據處理、統計、分析等功能。為數據的全生命周期管理和實時數據、歷史、周期性數據分析、挖掘提供技術支撐；可構建生成軌道交通企業所需要各種指標及分析模型。

4）應用層主要包括運營生產、運營管理等領域的應用。應用層可根據需要，擴展各領域的新應用。

3.2 系統融合實施方案

結合網絡化運營管理和決策分析需要，對軌道交通全線網的行車、設備、調度指揮、客流等進行數據收集、存儲、分析、挖掘，形成融合生產網。通過構建融合生產網，將軌道交通線網投融資、建設、運營及管理數據進行合理統計和分析，探尋軌道交通建設、運營及管理的規律，從而科學指導軌道交通后期的規劃、建設和網絡化運營管理。

系統融合方案（見圖1）將生產系統共建統一綜合業務云平臺，包括綜合監控ISCS、乘客信息系統PIS、門禁系統ACS、集中告警系統、線網指揮系統、線網視頻、智能運維、智能客服、安檢系統等。綜合業務云平臺前期考慮與清分中心云平臺信息互通，后期可考慮將清分中心云平臺相關業務逐步飄移至綜合業務云平臺。

云平臺為每條線路承載業務劃分為一個VDC 資源池。考慮整體業務系統的穩定性，和后續業務上線速度，支撐云平臺資源需要根據業務應用工作負荷需求進行彈性伸縮，IT 基礎架構應與業務系統耦合。在業務系統進行容量擴展時，只需增加相應數量的IT 硬件設備。

圖1 系統融合實施方案示意圖

3.3 云平臺網絡方案

根據軌道交通控制中心的規劃，建議各線路的主用資源池設置在本線路的控制中心，備用資源池設置在臨近的控制中心。主中心的數據中心網絡架構采用分層分域設計，其中層次上劃分為核心交換、業務分區以及存儲分區。主中心的數據中心網絡由核心交換、業務分區網絡以及存儲網絡構成。核心交換設置數據中心交換機；各業務分區根據實際業務訴求分別采用匯聚、接入2 層或單接入網絡架構。根據實際業務需求，存儲網絡分別采用FC 交換機、以太網交換機構建不同的網絡存儲資源池。云平臺網絡方案示意圖如圖2 所示。

圖2 云平臺網絡方案示意圖

3.4 系統主要功能

根據綜合業務云平臺業務部署，綜合業務云平臺主要功能分為運營生產功能、安全保障功能、乘客服務功能、建設管理業務等幾部分內容。

綜合業務云平臺運營生產功能包括運營生產管理功能以及各條線路通信、行車、電力、環境與設備監控、防災、票務管理、乘客服務和動態管理、設備維修及信息管理等運營調度和指揮功能，對地鐵運行的全過程進行集中監控和管理；在非常情況下，也是對各類事件處理的指揮中心；同時還是全線所有相關運營管理信息的集散地和交換樞紐。

建設管理業務包括工程項目和職能管理兩大類型業務。工程項目業務包括新線規劃、前期管理、設計管理、施工管理、驗交管理、后續管理等模塊；職能管理業務包括綜合管理、總體管理、質量安全管理、合同/投資管理、技術/科研管理等模塊。

3.5 云平臺系統接口方案

云平臺的系統接口分為內部接口和外部接口。由于線路信號系統ATS、自動售檢票系統AFC、視頻監控系統CCTV、乘客服務系統PIS、綜合監控系統ISCS、門禁系統ACS、電力監控系統PSCADA 統一由云平臺納管。各系統之間數據接口不再像以往的物理接口，而是邏輯接口。系統數據之間的交互為東西流向，資源池在不同的VPC 之間交互[2]。

云平臺與外部系統，如公安部門、氣象部門、交通運輸部門、地震局等相關部門進行接口，負責采集相關數據信息，進行信息交換，實現信息共享。云平臺與外部系統（公安、氣象、交通、地震等）接口界面在云平臺對外接口交換機側，經互聯網通過千兆或萬兆接口與外部系統通過標準的、通用的、開放的、軟件解碼的協議進行傳輸，將外部系統信息接入云平臺接口交換機中。

3.6 云平臺的運維管理模式及挑戰

既有運營維護模式的現狀是各專業運維的業務即管理硬件資源，同時也管理軟件應用。在云架構下的運營維護模式，云平臺專業運維業務人員對于硬件資源統一管理，各專業運維人員僅需管理軟件應用。因此，運維業務分工由原來的設備資源和業務統一維護模式，變為云架構下的設備資源和業務分開的維護模式。

由于云計算帶來運維模式、運維職責、運維流程、組織和分工變化調整，因此，運維的管理架構需要同步調整。云平臺的運維管理模式變化示意圖如圖3 所示。

圖3 云平臺運維管理模式變化示意圖

1）運維模式：由煙囪式垂直分散維護向平臺化橫向集中維護轉變；

2）維護界面：資源平臺劃歸專門的云運維部門；云平臺運維團隊雖然不管理業務，但要支撐業務整體的穩定性；

3）人員技能：云維護人員技能要求更加專業化，精細化，平臺管理人員素質要求更高。

4 結語

隨著城市軌道交通信息化發展及云技術的成熟，基于新IT 架構的軌道交通線網管理模式已在積極探索[3]。單系統云平臺的建設成本較高，隨著云技術的發展和成熟，多系統綜合部署的云平臺，是實現線網全面融合重要技術支撐[4]。為全面完成軌道交通綜合業務云平臺建設，目前仍面臨不少挑戰。如何處理好軟件平臺與硬件設備兼容性問題、各專業系統信息安全等級保護與云平臺信息安全之間的關系都將是未來云平臺能否順利建設的關鍵因素。