軌道交通信號系統云技術應用方案研究

邱鵬 夏斌

【摘要】 ? ?城市軌道交通建設的快速發展，對設備系統級的信息處理能力與統籌管理性等方面提出了更高的要求。云技術就是在這種背景下被引入到軌道交通信號系統當中，旨在能夠提高信號系統的管理效率，確保軌道交通的安全性，目前云技術的方案及標準正在由中國城市軌道交通協會大力推廣。本文在總結目前城市軌道交通信號系統云技術運用現狀的基礎上，分析其優勢與不足，同時對城市軌道交通信號系統云技術未來可能的發展趨勢進行分析與探討。

【關鍵詞】 ? ?軌道交通信號系統 ? ?云技術 ? ?應用方案 ? ?發展趨勢

引言：

高速發展的經濟促進了城市軌道交通系統向著高速化、密集化和網絡化的方向發展，傳統的信號管理系統也需要與之匹配，因而需要一個能夠更加有效進行信息共享，具有更好擴展性與可靠性，同時又能夠降低成本的信息集中管理系統。隨著云技術的快速發展與在各行業中的普遍使用，其靈活擴展、數據共享與響應及時性的優點日益凸顯，云技術逐漸被引入到了城市軌道交通信號系統中，2019年和2020年由中國城市軌道交通協會編寫的《智慧城市軌道交通信息技術架構及網絡安全規范》和《城市軌道交通云平臺建設實踐經驗白皮書》先后發布，軌道交通云平臺涉及的技術、應用與平臺的搭建進入了有序規劃與推廣的新階段。城市軌道交通云平臺（下稱：城軌云）技術的使用有了行業規范，城軌云搭建在全國各地被迅速地提上日程。

一、現階段城市軌道交通云技術的現狀分析

1.1城市軌道交通信號系統云技術使用的必要性

云計算依賴的技術是已經成熟發展的網絡計算技術、虛擬化技術及分布式計算技術，其特點是在網絡互聯的前提下，各計算機終端與設備都可以根據自身的需求獲得“云平臺”中共享的所有軟硬件資源和信息。其優點是能夠集中有效并及時處理龐大的數據，無需大量的機房空間與人力管理。相比傳統服務器平臺，成本較低，而且具有很好的擴展性。

我國城市軌道交通傳統信號系統是以本地服務器為基礎，本地服務器不僅在運營承載方面具有單一性，而且資源利用率不均衡，無良好的擴展性，不能很好適配運營后期的增車數據且接入線網指揮中心的改造技術難度較高，此外，本地服務器之間是獨立的，因此，對機柜與機房空間的需求很大，連帶著也需要更多的人力對其進行維護，從而導致總體成本偏高。

云技術的優勢與當前城市軌道交通信號系統的優化需求相契合，使得在信號系統中運用或升級云技術成為了優選項。從技術本質來上說，云技術是對眾多虛擬資源進行整合，然后作為一種具有共享性的資源池對數據進行處理并提供服務，云計算如圖1所示。

1.2我國城市軌道交通信號系統云技術應用的現狀

目前我國有多地都在積極進行城軌云平臺的搭建，如呼和浩特、太原、溫州、深圳、廣州、昆明與武漢等地已正在部署或已經完成部署，投入使用;西安、濟南與南寧等多個城市確定了城軌云平臺建設的計劃。如，深圳地鐵6、10號線采用單線路綜合云技術方案，綜合云平臺融合CCTV、ACS等多個系統，武漢地鐵建設采用了城軌線網云平臺建設方案。溫州S1線路部署了單線路、單專業的城軌系統云平臺。呼和浩特地鐵1、2號線搭建了云平臺系統，主要是線網運營生產中心云平臺。城市軌道交通云技術已經在快速發展，但是整體上全國各地城軌的“云率”仍然偏低，還處于初步階段。

1.3城軌交通云平臺搭建

城軌云是以安全生產網、內部管理網、外部服務網為基礎，構建運營生產中心、企業管理中心及乘客服務管理中心的門戶網站（圖2）。

通常情況下，城軌云平臺系統架構是在云管理平臺統一管理的情況下，設置中心和車站兩級模式。為了能夠保證業務的可靠性，在規劃生產中心的基礎上設立災備中心，再依據業務種類的重要程度與實際需求確定信號、AFC、CCTV等多種業務系統。

中心級云平臺是城市軌道交通線網級云平臺的主服務中心，也是主要服務提供的承擔者，其包含的生產中心與災備中心各自屬于控制中心與車輛段。借助于骨干環網與接入交換機的連接，城市軌道交通中的各車站與車輛段能夠與中心云平臺實現信息的傳遞（圖3）。

城軌云的業務分配，是基于云平臺進行的，首先是部署多條地鐵線路系統軟件，然后，依據業務種類確定多個虛擬數據中心，也即同一個虛擬數據中心包含的是相同專業或業務應用軟件，專業與業務應用軟件可以是來自不同的線路，最后，在同一個虛擬數據中心內部再可以根據線路進行劃分。

二、在城市軌道交通信號系統中云技術的應用和發展

2.1城市軌道交通信號系統中云技術應用的問題和不足

任何技術絕非完美，云技術也是如此。雖然云技術具有大量的優點，但是不可否認的是其缺點也很明顯。而且，云技術在城市交通信號系統中的運用實踐不多，時間也短，因此，如何充分利用云技術的優點，改善其存在的不足，是目前等待解決的問題。

1.外部網絡的依賴性。云技術是基于網絡發展起來的，因此，云技術能夠正常運行的前提是擁有穩定的外部網絡（私有云除外）。如果出現斷網或者網絡不穩定，那么云平臺就會出現癱瘓或者不能正常使用。但是城市交通的運營時間是固定的，不會因為網絡問題就沒有了交通需求，因此這對城市交通的正常運營來說存在著很大的潛在風險。雖然我國有著全球最為先進的光纖和5G技術，能夠確保網速與網絡的穩定性等，但是依然存在諸多的斷網因素，如網絡設備損毀與故障、電網系統故障造成的斷電等等。因此，在部署城軌云時需要綜合考慮這些因素，做好應急預案與數據備份等，確保城市軌道交通的安全有效運營。

2.數據安全風險。云計算高效率和海量數據存儲是依賴于虛擬化技術的運用。但是因為虛擬化，造成傳統網絡隔離安全防護措施（如網絡防火墻等）會失效，傳統使用的網絡入侵檢測技術也不再適用。此外，任何軟件都可能存在安全漏洞，網絡安全一直都是黑客與軟件技術人員之間的博弈，因此云技術的安全漏洞是城軌云數據安全的一個風險口。此外，在虛擬化的情況下，某一虛擬機的安全漏洞或網絡入侵都可能會在整個虛擬化平臺中進行擴散。因此，城軌云部署中需要足夠的網絡安全技術與人才作為支撐，構建從云到端的一整套完備的安全防護機制，并在運營中時刻做好安全檢測。

2.2在城市軌道交通信號系統中應用云技術的安全性

在云技術還沒有出現之前，城市軌道交通各系統的信息數據儲存在本地，雖然都有雙機備份與冗余，因為一些天氣原因或者是人為等原因，電氣火災等事故頻繁發生，這種情況仍存在著安全隱患，數據信息易被損壞和丟失。同時，數據信息的讀取和處理工作非常耗時。經過近些年來云技術的發展，采用物聯網和大數據等方法，可以對線路和用電安全設備進行仔細的檢查，機房電源設備和環境的監控得到了有效的加強，從而降低了機電設備的故障率，讓機電設備的穩定運行得到了保障，生命周期得到了延長。

隨著云技術的應用，不但能夠對機電設備的數據信息起到保護的作用，而且還能幫助現有各家信號系統集成商在中央控制級實現軌道交通系統的互聯互通，實現不同廠商系統和設備之間的數據交流，同時便于對不同設備開展集中的運營管理和維護，能夠實現城市軌道交通的智能運維，從而提升運營線網整體的安全性，降低運營成本。科學有效地應用云技術，可以應對網絡設備硬件的停產升級，保證了城市軌道交通信號系統長期而穩定地運行。在城市軌道交通信號系統中的一些信息是比較分散的，并且具有著一定的龐雜性，所以需要根據不同的數據信息，采用不同的處理方法，但是這種情況是非常耗時的，而且信號系統中的數據通信系統承擔著傳輸數據和圖像等綜合性信息的任務，發揮指揮列車和傳遞信息的重要作用。隨著云技術的有效融合，有利于匯總信號系統數據至大數據平臺，并以此成為信號系統進一步智能化研發的基礎。

2.3云技術在城市軌道交通信號系統中的未來發展

在城市軌道交通機電系統中應用云技術，具備著較多的優點，可以讓各個專業之間彼此獨立，但又有著密切的關聯，為了確保系統的高效運行，需要對各個專業的信息開展采集工作，并且做好信息的儲存、分析與管理。

城軌建設中可以先部署一個城軌云，然后把城市軌道交通信號系統之中的一些子系統連接到云平臺之中。例如，把云技術運用到信號ATS子系統之中，讓信號系統的數據采集、處理以及分析效率得到有效的提高，能夠把行車調度信息進行有效的整合，并且提供豐富的運營調度的界面，以此可以方便調度更快的運營決策。如果把ATS子系統接入到數據共享平臺之中，在云平臺設置了災備中心，可以給信號系統提供應用級的服務，給其他的專業提供了數據級災備的服務，可以讓資源得到最大限度的整合，讓資源的利用率得到有效的提高。與此同時，可以對服務器和網絡設備以及存儲設備等進行統一的監管和綜合性的運維，這種情況可以讓運營維護的效率得到有效的提高，讓維護的成本得到有效的降低。科學有效地運用云技術的優越性，可以保證城市軌道交通信號系統的穩定運行，在我國，城市軌道交通機電系統在不斷創新，而且隨著人們出行需求的增加，多元化的客流、安防、氣象等信息系統被新推出，也存在新接入信號系統的可能性，云平臺將令新系統接入信號系統變得更加便捷、安全性更高，改造成本更低。

三、結束語

在城市軌道交通信號系統中應用云技術和云計算（Cloud Computing），符合城市軌道交通網絡化的發展趨勢，但也存在著一些不足和問題，需要在應用的過程中，深化研究彌補云技術短板的霧計算（Fog Computing）和邊緣計算（Edge Computing）等新技術，從而使我國的城市軌道交通信號系統得以跨越式的發展。

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