基于云平臺的軌道交通網絡化管理分析

王 鵬，侯佳麗

0 引言

我國城市軌道交通各項業(yè)務運作主要采用“網絡-線路-車站”的三級管理模式，相應地形成了“網絡集中管理級、線路控制級、車站執(zhí)行級”三級管理架構。在系統(tǒng)配置方面，分為綜合監(jiān)控、通信、信號、電力監(jiān)控、AFC 等“兩級管理、三級控制”的分層分布式結構，“兩級管理”分別是中央級和車站級（集中站管轄區(qū)或者中心站管轄區(qū)）管理，“三級控制”分別是中央級、車站級和現(xiàn)場級控制。目前，除AFC 全線網清分中心和乘客信息全線網編播中心外，其他線路業(yè)務基本相對獨立。云平臺技術的應用打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)相互獨立設置的局面，為網絡化業(yè)務提供了整合基礎。

1 云平臺承載業(yè)務

隨著軌道交通行業(yè)技術裝備水平及管理水平的持續(xù)提升，云計算平臺已經成為軌道交通建設的必然發(fā)展方向。軌道交通領域不同的系統(tǒng)由于功能定位、服務對象、系統(tǒng)架構不同，對是否云化部署的需求也不盡相同。目前，深圳、武漢、呼和浩特、太原等城市軌道交通線網均開始進行多系統(tǒng)云化部署。

1.1 呼和浩特地鐵1、2 號線云平臺系統(tǒng)

呼和浩特地鐵1、2 號線布置搭建線網級運營生產中心云平臺（圖1），采用主中心、災備中心兩地部署的容災設計方案。生產中心云平臺主要為運營生產系統(tǒng)（包括綜合監(jiān)控、自動售檢票、乘客信息、門禁、公務電話、通信集中告警、列車自動監(jiān)控、數(shù)據(jù)挖掘等系統(tǒng)）、企業(yè)管理信息系統(tǒng)（包括資產管理一體化平臺、運營一體化平臺、協(xié)同辦公一體化平臺）、乘客服務管理系統(tǒng)（包括郵件系統(tǒng)、外部網站、互聯(lián)網購票子系統(tǒng)手機APP 平臺）提供IaaS 服務，統(tǒng)一部署各業(yè)務系統(tǒng)傳統(tǒng)模式下中心級硬件所需的計算、存儲資源，并將車站、場段傳統(tǒng)應用服務功能上移至中心虛擬資源中，為運營生產系統(tǒng)提供資源滿足地鐵日常運營生產的需求，為企業(yè)管理信息系統(tǒng)提供資源滿足企業(yè)辦公、建設、運營的現(xiàn)代化和高效運作的需求，為乘客服務管理系統(tǒng)提供資源滿足面向乘客服務的精細化服務的需求。另外，云平臺同時為運營生產系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)提供云桌面服務，滿足線網中心調度員、車站調度員、站長與值班員、運營團隊的云桌面服務需求。

生產中心云平臺將運營生產系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)、乘客服務管理系統(tǒng)傳統(tǒng)架構下中心級、車站級資源云化統(tǒng)一部署，應用架構與傳統(tǒng)架構一致，系統(tǒng)層級扁平化，簡化數(shù)據(jù)業(yè)務處理流程，實現(xiàn)資源有效利用、運維集中化管理。同時，利用服務器虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化、網絡虛擬化技術和云計算管理等技術構建易于管理、動態(tài)高效、擴展靈活、穩(wěn)定可靠、按需使用的云計算模式的數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一提供計算、存儲網絡資源。滿足業(yè)界通用虛擬化、彈性計算、高等級安全、跨地理位置分布、大規(guī)模性、一致性等要求，并為后續(xù)智慧地鐵系統(tǒng)各業(yè)務子系統(tǒng)智能聯(lián)動、大數(shù)據(jù)分析等智能應用提供基礎平臺支撐[1]。

圖1 呼和浩特地鐵1、2 號線云平臺系統(tǒng)邏輯架構

1.2 太原軌道交通1、2 號線云平臺系統(tǒng)

太原軌道交通云平臺采用“13531”信息化規(guī)劃，即搭建1 個平臺（軌道交通云平臺）、依托3張網絡（安全生產網、內部管理網、外部服務網）、拓展5 大領域（乘客服務、運營生產、安全管控、企業(yè)管理、建設管理）、構建3 個中心（生產指揮中心、乘客服務中心、企業(yè)管理中心）、打造1 個門戶（城市軌道交通門戶）。生產指揮中心承擔城市軌道交通安全生產、應急指揮功能，主要包括通信、信號、自動售檢票（AFC）、綜合調度指揮（IDCS）、乘客信息（PIS）等系統(tǒng)的中心系統(tǒng)功能。乘客服務中心承擔對外公眾服務功能，主要包括智慧出行、智慧商務等智慧應用。企業(yè)管理中心承擔城市軌道交通企業(yè)內部信息化功能，主要包括各類管理系統(tǒng)，如人事、財務、資產、檔案管理等系統(tǒng)。各中心、領域的應用在門戶統(tǒng)一呈現(xiàn)[2]。同時為建設全網開放式的大數(shù)據(jù)平臺，便于太原市城市軌道交通在建線路和規(guī)劃線路的各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入和功能擴展量數(shù)據(jù)接入和功能擴展，大數(shù)據(jù)平臺將完成各線路數(shù)據(jù)的匯集和統(tǒng)一化處理，包括采集線路的數(shù)據(jù)、線網中心運營業(yè)務產生的數(shù)據(jù)、積累處理后統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)；還將實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，將業(yè)務系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)進行有效集成，滿足結構化和非結構化數(shù)據(jù)管理、存儲、分析的需求，具備數(shù)據(jù)存儲、分析、輸出的功能，同時通過數(shù)據(jù)接口提供給數(shù)據(jù)分析、挖掘、應用系統(tǒng)，滿足各級人員及各應用系統(tǒng)使用需求。太原地鐵1、2 號線云平臺系統(tǒng)邏輯架構如圖2 所示。

圖2 太原軌道交通1、2 號線云平臺系統(tǒng)邏輯架構

在云平臺大數(shù)據(jù)應用下，智能運維、一體化安 防平臺、信息化建設等業(yè)務均可適當配置。

2 網絡化管理分析

基于云平臺的生產業(yè)務布署后，需要立足于網絡層面，對各線路與各專業(yè)系統(tǒng)及各個建設與資源運作項目的管理業(yè)務進行集中管理和統(tǒng)一協(xié)調，制定全網必須遵循的運行標準。針對網絡化管理業(yè)務，從管理架構和模式上，主要存在“網絡-車站”兩級管理模式和“網絡-線路-車站”三級管理模式兩種。軌道交通的運營初期均采用“網絡-線路-車站”三級管理模式，其主要區(qū)別體現(xiàn)在管理架構的層次、管理跨度與體量、管理工具的技術水平等方面。隨著軌道交通網絡化的形成，“網絡-車站”兩級管理模式已成為研究的必要，兩級管理模式淡化線路概念，將網絡視為一個整體，充分發(fā)揮網絡集中管控功能與站站協(xié)同運行的效果，但對網絡管理條件與設備系統(tǒng)條件具有較高的要求，比如，上海軌道交通通過研究已形成自己的建設體系和標準。

構建以城軌云平臺為基礎的網絡級管理平臺，通過信息化、自動化、智能化方式支撐網絡化管理業(yè)務高效運作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、信息交互、設備控制、綜合分析等不同管理功能。網絡級管理平臺項目應能夠服務于建設管理、運維管理、成本管理、資源應用與基礎支撐等各板塊網絡化管理業(yè)務。各項網絡化業(yè)務管理系統(tǒng)可按信息安全等級保護的要求分為3 類，其中，網絡生產管理系統(tǒng)應主要包括構建在線路運行控制系統(tǒng)之上的網絡層平臺系統(tǒng)中與線路運行控制系統(tǒng)有直接指令交互，并對線路運行產生直接影響的平臺系統(tǒng)；網絡生產輔助系統(tǒng)應主要包括構建在線路運行控制系統(tǒng)之上的網絡層平臺系統(tǒng)中與線路運行控制系統(tǒng)有少量的信息交互，不對線路運行產生直接影響或與運營指揮沒有直接關系的平臺系統(tǒng)；網絡管理支撐系統(tǒng)應主要包括服務于整個網絡的企業(yè)管理平臺系統(tǒng)[3]。

3 各系統(tǒng)業(yè)務網絡化分析

網絡化管理需要各業(yè)務層面的整合，達到標準統(tǒng)一，可從以下幾個方面進行重點研究分析。

3.1 行車組織

從線網角度研究運營行車組織，滿足運能及服務水平需求；從工程投資、能耗、資源共享等多方面比選，盡量采用運行速度、車輛制式、限界標準等一致的運營組織模式；配線設計滿足網絡化運營的行車組織要求，列車存車線間距、單渡線間距滿足運營要求；制定的旅行速度、全日計劃應滿足網絡化需求；研究網絡化列車運行圖的分類，提出運行圖統(tǒng)一的原則和分類標準；為方便乘客出行，線路的首末班車時間設置應匹配乘客出行特征，盡量滿足乘客乘坐換乘線路的出行需求，同時考慮與線網其他線路的協(xié)調匹配。

3.2 車輛基地資源共享

車輛基地既是軌道交通車輛的檢修基地，也是軌道交通各類設施、設備和系統(tǒng)的綜合維修中心，是網絡化建設的一個基礎平臺。車輛基地應立足網絡規(guī)模統(tǒng)籌考慮，在互聯(lián)互通基礎上，通過網絡統(tǒng)籌、系統(tǒng)整合優(yōu)化資源配置、充分共享集約。車輛基地的網絡化具體需求可分解為以下幾項：車輛標準化、系列化、互聯(lián)互通；集中車輛大架修；集中化、自動化倉儲。

3.3 線網綜合維修

隨著軌道交通網絡規(guī)模的逐步擴大，網絡綜合維修工作量以及維護維修難度均呈上升趨勢。同時，隨著軌道交通從單線建設與運營階段進入網絡化建設與運營階段，凸顯出線路之間維護與應急搶修作業(yè)協(xié)調配合、統(tǒng)籌共享、集中管理、標準統(tǒng)一等新問題，衍生出不同于以往的網絡化維護與應急搶修新特征和新需求，對城市軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)的維護與應急搶修設施設備配置和功能提出了新的要求。

3.4 線網級列車自動監(jiān)控系統(tǒng)、電力調度系統(tǒng)

對于采用網絡化運營的軌道交通網絡，應建立線網級列車自動監(jiān)控系統(tǒng)平臺，以滿足跨線運營組織需求。

軌道交通共享主變電所同時為2 條或2 條以上軌道交通線路供電，變電所有關的信息必須傳送到各條線的控制中心，同時又只能接受其中一個控制中心的遙控、遙調。針對線路級電力調度而言，在該共享模式下，當共享主變電所供電運行方式調整或供電系統(tǒng)故障時，后建線路的調度員無法直接操作，必須通過電話等方式與管轄該主變電所的線路電力調度員進行溝通確認，該電力調度模式效率較低，線路間相互影響較大，倒切電源及運營恢復供電時操作的時效性差。為了適應以資源共享為主的供電方式，可以專門設置網絡化電調大廳對整個軌道交通供電網絡設備進行集中調度指揮，建立基于全網電力統(tǒng)一調度的網絡化電力調度平臺。

3.5 弱電業(yè)務分析

隨著線網的不斷建設，網絡化管理需求逐漸突顯，一般需要建設運營調度及應急指揮平臺、設備監(jiān)測平臺等網絡化應用管理平臺，而這些應用平臺需要采集線路側ISCS、FAS、BAS、ATS、門禁、PIS、CCTV、AFC 等系統(tǒng)的大量基礎數(shù)據(jù)作為支撐。采集的數(shù)據(jù)集中存儲后根據(jù)業(yè)務種類、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)含義等歸類匯總，供后續(xù)各平臺應用系統(tǒng)統(tǒng)一調用。通過對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取的線路各專業(yè)系統(tǒng)及其他數(shù)據(jù)信息進行整理、分析、綜合，形成供線網調度人員日常監(jiān)視、應急處置所需的行車、客流、視頻圖像、設施設備運行狀態(tài)和布局、車站及區(qū)間運行環(huán)境等綜合集成信息，并通過大屏幕、電子沙盤等互動展示系統(tǒng)予以顯示呈現(xiàn)，滿足網絡化運營管理需求。

網絡化管理的一個重點是各條線路需互聯(lián)互通，工程中還需對其進行重點研究。互聯(lián)互通是一項系統(tǒng)工程，信號系統(tǒng)互聯(lián)互通作為其中關鍵的一環(huán)，涉及需求、產品、工程、運行、維護等各方面內容，需要整體規(guī)劃、點面結合、分步實施。重點解決實現(xiàn)互聯(lián)互通中關鍵的車-地通信接口以及不同線路的地面設備之間的接口等。

各軌道公司結合自身建設、運營特點及需求，確定城軌云的頂層規(guī)劃初步方案，以及生產云承載線網調度指揮平臺、清分中心ACC、多線路售檢票中心CLC、各線路生產業(yè)務系統(tǒng)（如線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)）等初步方案。生產云總體架構包含IaaS、DaaS、PaaS、SaaS 四層架構。

IaaS 層提供基礎設施服務，包括計算、網絡、存儲、安全的基礎設施資源池，提供云主機、云存儲、云安全等服務。

DaaS 層作為地鐵線網級的數(shù)據(jù)采集、處理、服務和運營的平臺，通過“統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運營和統(tǒng)一服務”，形成線網級的數(shù)據(jù)和服務共享能力。數(shù)據(jù)湖歸整了結構化、半結構化、非結構化數(shù)據(jù)服務的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接入方式與訪問協(xié)議，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)安全認證接口，整合多種數(shù)據(jù)形式的訪問模式，屏蔽了底層異構分布式數(shù)據(jù)存儲體系差異，向外部應用系統(tǒng)提供統(tǒng)一標準接口用于數(shù)據(jù)訪問。

PaaS 層的核心價值是將面向數(shù)字化、智能化地鐵運營及服務于地鐵運行體系的企業(yè)級IT 支撐能力體系進行有機整合，為SaaS 層云應用提供各種核心技術能力支撐服務和進行應用支撐集群的管理，PaaS 云平臺是一個支持分布式計算、分布式存儲、多租戶共享、可靈活擴展的云架構基礎支撐平臺，是連接IaaS、DaaS 和SaaS 的生態(tài)平臺，支持快速云化傳統(tǒng)應用、快速高效開發(fā)和部署云應用的綜合性平臺。

SaaS 層依托底層架構支撐，構建線網級指揮平臺NCC、清分中心ACC、多線路售檢票中心CLC以及智慧運維、智慧車站、智慧客服相關能力構建。

3.6 容災機制及方案

雙數(shù)據(jù)中心容災機制包括以下幾項：（1）數(shù)據(jù)容災：包括同步遠程復制、異步遠程復制；（2）數(shù)據(jù)庫容災：通常采用日志復制功能，依靠本地和遠程主機間的日志歸檔與傳遞來實現(xiàn)兩端的數(shù)據(jù)一致；（3）存儲容災：包括LUN 同步遠程復制、LUN異步遠程復制。

線路業(yè)務系統(tǒng)包括ATS、ISCS、PIS、乘客信息、安防等，云化后由云平臺的先進性確保其RAMS 高于傳統(tǒng)IT 架構，可不按照應用雙活方式構建，由云平臺支持業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)容災和數(shù)據(jù)庫容災。

4 結語

城市軌道交通線網可結合線網云的建設時序，在網絡化成型階段完成各項目的專項研究，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施，強化網絡級管理主體管控能力、統(tǒng)一網絡技術標準、預留互聯(lián)互通條件以及智慧軌道交通建設，充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，積極探索“網絡-車站”兩級管理模式的實施路徑，部分業(yè)務系統(tǒng)推行兩級管理模式，提升線網網絡化管理水平[4]。