基于云平臺的地鐵綜合自動化系統研究

胡少杰

（1.北京城建設計發展集團股份有限公司；2.云南京建軌道交通投資建設有限公司 ）

1 引言

基于云平臺的地鐵綜合自動化系統利用云平臺的理念，通過集約的思路，實現城軌信號系統與傳統綜合監控系統深度有機的融合，系統向模塊化、顆粒化、扁平化和標準化方向發展，真正實現系統的模塊化、即插即用、高效互聯，降低建設、運營和維保的技術難度，提高線路/線網運行的自動化、智能化水平，實現更加智能的軌道交通體系。系統采用了創新的面向智慧地鐵的開放式統一融合架構，打破原有弱電系統架構，建立了新的軌道交通弱電自動化系統，替代了傳統的綜合監控，列車自動監控、廣播、乘客信息、集中告警、自動售檢票、站臺門等系統，與通信、信號系統深度融合。采用平臺扁平化、功能顆粒化、數據分析可視化、交互操作可視化理念，通過集約化、網絡化、功能化的思路，利用云計算、大數據等技術對系統進行重新整合構建、深度融合，功能顆粒化，同時互聯辦公自動化、乘客服務等系統。并對其數據進行深度開發和運用，系統顛覆了傳統軌道交通設備的運維理念和運維方式，是軌交領域系統科技創新的全新嘗試。對城軌各弱電自動化系統而言，可大幅減低建設成本、縮短建設工期、便于運營維護。

2 基于云平臺的地鐵綜合自動化系統的特性

2.1 高度集成性

合理使用云計劃系統完成多個系統匯集，在通過儲存以及數據查詢等方式做好預處理工作。系統中底層到上層數據之間具有逐漸上升特點。在這種情況下需要在車站中心傳出數據，在綜合實際情況背景下進行數據過濾和聚集，通過這種方式提升寬帶以及中心數據實際利用效果。利用優化數據建模方式和數據清洗等方式，在保障數據平衡的情況下實施了參數設置，對平衡系統也實施了整體優化，對于服務器集群和結構優化都有著很大幫助。通過以上介紹可以看出，使用云平臺應用自動化系統可以建立集中子系統，在保持系統穩定運行的情況實施邏輯聯動，同時也為數據挖掘和數據分析創造了最佳環境，對于智能系統運行而言也起到了促進作用。

2.2 系統的可用性與可靠性

在傳統地鐵運行管理系統中主要使用雙機熱備方式增加系統穩定性以及可靠性。在這種情況下系統若是出現故障，那么就能及時更換服務裝置，確保了服務具有不間斷特點。傳統控制系統中每一級服務器都需要得到節點裝置支持，運行每一刻都需要有一臺熱設備不斷輸出，雙機和系統之間具有同步性。在主系統出現問題的情況下，雙機也會進行及時檢測，交替工作進行的時間非常短，不會對工作造成任何影響。基于云平臺自動化系統在運行過程中不需要得到雙機熱設備支持，只需要使用數據備份方式就能實現虛擬設備移位，對于服務數據也能靈活調配，從而完成了無休止業務升級和服務。

2.3 云架構可擴展性

和一般的地鐵交通系統相比，云構架方案對于提升系統擴容性有很大幫助，在傳統程序中，大部分開發的程序和構架都需要得到網絡資源支持。在軟件升級或者擴容過程中面臨著多種難題，大部分情況下硬件無法滿足擴容需求，造成整體結構無法滿足設計標準，在后期運行過程中需要重新采購商品。其次，系統設計過程中出現大規模浪費情況，導致大部分資源擱置。在合理使用云平臺之后，系統擴容性和結構合理性都得到了很大提升。系統中大部分數據都需要在云平臺幫助下進行整合，直接了解應用資源這樣才能確保云平臺資源分配效果。在系統容量逐漸提升的情況下，需要增加服務裝置儲存空間，建立更多的網絡節點資源，之后在對資源實施統一分配和處理。

3 基于云平臺的地鐵綜合自動化系統

3.1 項目概況

昆明地鐵4號線有著連接多個城區的重要作用，同時也是非常重要的快速路線，4號線路經過了高新區、經濟開發區、盤龍區、官渡區，此條線路起點為陳佳營站，終點為昆明市火車站，線路整體長度為43.422km，所有線路都建設在地下。線路中包含了29個站點，站點之間最長距離為3.523km，站點之間最小距離為0.762km，站點之間平均距離為1.5km。在云平臺背景下進行了地鐵綜合系統研究，為4號線順利開展提供了穩定基礎。云平臺地鐵自動化系統已經整體替代了傳統自動體系，在結構和綜合監控影響下實現了地鐵運行最佳效益。

3.2 面向智慧城軌的開放式統一融合架構

在昆明地鐵4號線進行過程中，設計全新構架和智慧系統，具有統一融合、軟硬件解耦、數據標準統一且開放的特點：新架構打破傳統弱電系統綜合監控、通信、信號、自動售檢票、站臺門等分系統相互獨立的“煙囪”式架構，采用統一的標準接口及協議對現場所有弱電設備進行信息采集，保證所有采集信息的實時性、完整性，實現了一份數據、一次采集，并對外提供統一的數據接口以供利用。在擁有新框架的情況下，地鐵運行多個部分都可以采用統一標準進行管理，為數據采集也提供了良好環境和基礎，確保數據使用具有實際性和準確性[1]。

3.3 統一標準的數據采集

為保障系統采集的穩定性，本系統使用了智能控制設備，對于傳統系統裝置而言有著替代性作用，自動提供相匹配計算、存儲、網絡等資源。智能控制系統可以轉化資源狀態，也能為業務系統提供穩定運行環境，確保資源分配。智能控制系統具有獨立處理效果，在沒有得到控制中心指令的情況也能順利運行[2]。

3.4 控制中心、車站的融合城軌云

本系統實現了對底層差異化基礎架構的納管，統一對跨線網、控制中心、車站的所有的計算資源、存儲資源、通訊資源進行調用，形成統一的虛擬化資源池，通過建立資源池方式可以增加硬件使用效率，對于降低閑置資源也有著很大幫助。資源池可以逐漸拓展，在這種情況下用戶可以根據業務需求實現資源配置。在平臺建設中使用了耦合結構，降低了后期維護難度。

3.5 實時高性能的全面大數據應用

在城市地鐵調度和指揮過程中，需要保障業務具有實際性和穩定性。云交自動化系統平臺接收底層上傳的多維數據后，構建了相應的數據倉庫及數據集市，在此基礎上開展算法和模型的開發。云平臺系統利用服務系統進行數據接收，其中還包含了處理引擎，對于數據處理和接收都有著很大幫助。交自動化系統的大數據方案可在實現實時完成每小時150萬次數據處理性能的同時，支持實時補回數據，并支持大數據分析、挖掘的相關操作[4]。

3.6 關鍵設備的旁路監控智能感知系統

云平臺自動控制系統和地鐵運行安全性之間有著直接關系，所以需要在多個方面進行研究，這樣才能保障內容具有可靠性、穩定性和安全性。在這種情況下，系統設計過程中采用了監控感知程序和重要設備。在智能控制系統中使用穩定的硬件結構，在內部還需要對節點進行運算，預防出現故障問題。利用多個模式和物理隔離方式，智能控制設備需要布置在集群范圍內，在不對業務造成任何影響的情況下監測設備，依據不同環境和算法要求找出誤差，對于不同的故障類型需要制定針對性解決方案。

4 基于云平臺的地鐵綜合自動化系統的應用效果分析

4.1 與傳統模式對比

與傳統的系統架構相比，云交自動化系統摒棄系統間彼此隔絕、數據分散、資源冗余、軟硬件強耦合、服務開發封閉等缺點，提出了新一代面向智慧城軌的開放式統一融合架構。為了支撐該架構的部署，在硬件層面自主研發了統一數據采集的智能控制一體機，軟件層面則分別構建了跨線網、控制中心、車站的融合城軌云，以及實時高性能的全面大數據應用，并通過關鍵設備的旁路監控智能感知系統和雙活雙中心的穩定性方案保障系統的安全可靠運行。

4.2 綜合效益分析

在云平臺基礎上研發的綜合自動化系統屬于城市軌道交通行業內首次嘗試，所以需要不斷進行完善加入新型科技產品，對于地鐵項目發展有著促進作用。在地鐵項目實施過程中可以逐漸降低建設成本，在運行過程中還能實現節能減排，海量數據處理分析降低運營成本的作用。通過研發地鐵綜合自動化系統的方式，可以逐漸增加自主創新能力，并且還打破了已有的技術限制，對地鐵智能化發展而言有著促進效果，所以需要建設完善的自動化控制平臺。在研究過程中還需要不斷培養技術人才，只有在擁有頂尖技術的情況下才能引領行業科技發展的軌道交通自動化專業人才隊伍，為打造面向全國乃至全世界的地鐵自動控制系統產業鏈奠定堅實基礎。

5 結語

綜上所述，本文首先對云平臺地鐵綜合自動化系統特征進行介紹，之后對云平臺的地鐵綜合自動化系統的應用效果進行了深入分析，通過研究的方式得出，若想保障云平臺地鐵綜合自動化系統質量，那么就要轉化資源狀態，為業務系統提供穩定運行環境，確保資源分配。增加硬件使用效率，根據業務需求實現資源配置，應用大數據系統的情況下完成了數據采集以及處理，這樣才能保障內容具有可靠性，同時也為地鐵事業發展提供了良好基礎。