基于業(yè)務系統(tǒng)的軌道交通云平臺規(guī)劃與實現(xiàn)研究

王永強

（北京軌道交通路網(wǎng)管理有限公司，北京 100101）

1 緒論

《北京城市總體規(guī)劃（2016年-2035年）》明確提出提高公共交通服務水平和改善交通出行環(huán)境，發(fā)揮面向區(qū)域協(xié)同發(fā)展的前沿作用。加強大型居住組團和主要功能區(qū)之間交通聯(lián)系大幅提升通勤主導方向上的軌道交通和大容量公交供應，完善城市大型居住組團、主要功能區(qū)之間公共交通網(wǎng)絡，縮短通勤時間、提高服務水平。推進（TOD）模式，圍繞交通廊道等換乘節(jié)點，強化居住用地就業(yè)崗位集中與投放，建設能夠就近居住、工作、生活的城市組團。

《北京市指揮交通提升行動計劃（2019年-2021年）》旨在建設具有自組織能力、創(chuàng)新能力、判斷能力、持續(xù)進化的先進軌道交通，打造——一“腦”決策、依“人”運營、倚“臉”出行、以“云”支撐的首都“智慧化名片”，使北京軌道交通成為國內(nèi)領先、國際一流的智慧軌道交通。構建軌道交通行業(yè)云平臺、數(shù)據(jù)中心、基礎承載網(wǎng)3類智慧地鐵基礎平臺；建設覆蓋新建線、在建線、指揮中心、既有線改造的4類智慧地鐵示范工程，最終形成涵蓋應用、基礎支撐、信息安全等方面的智慧地鐵業(yè)務服務體系。

北京市軌道交通指揮中心作為北京軌道交通云平臺的建設者和運營者，應于軌道云平臺建設期考慮引進先進信息技術，構建信息動感感知、全面共享、穩(wěn)定可靠的北京軌道交通云平臺服務體系，實現(xiàn)資源共用、信息共享和協(xié)同作業(yè)。一方面滿足公眾高品質(zhì)出行服務的新需求，以及不斷涌現(xiàn)的新技術、新業(yè)態(tài)。另一方面通過整合提升智能交通設施，深化數(shù)據(jù)開放應用，從而推動交通運輸服務的協(xié)同創(chuàng)新，統(tǒng)一建設規(guī)劃，提供標準化數(shù)據(jù)、資源和安全服務，減少重復建設投資，支撐軌道交通的高效運行、安全運作、優(yōu)質(zhì)服務、精細管理，提質(zhì)增效。

本文以北京軌道交通云平臺建設項目為例，全面論述了軌道交通系統(tǒng)資源和服務的統(tǒng)一建設、納管、提供方式和使用這種建設模式帶來的社會效益和經(jīng)濟效益。

2 北京軌道交通傳統(tǒng)建設模式分析

經(jīng)過多年的工程實踐應用，北京軌道交通傳統(tǒng)建設模式存在一定的局限性：

（1）系統(tǒng)資源需求合理性無法保證，存在投資風險。現(xiàn)有線路系統(tǒng)均為一次性設計和建設，各線路、專業(yè)獨享軟硬件資源，由于客流發(fā)展存在不確定性，系統(tǒng)建設規(guī)模合理性無法有效保證，存在一定的投資建設風險。

（2）系統(tǒng)資源需求無法靈活調(diào)配。現(xiàn)有系統(tǒng)布設采用傳統(tǒng)方式，性能和資源在建設時就已確定。在后續(xù)實際使用過程中，存在資源過剩或不足的情況，系統(tǒng)資源間無法實現(xiàn)動態(tài)調(diào)配、共享。

（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)分散，無法共享，數(shù)據(jù)利用率低。目前北京軌道交通沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)集中存儲中心，各線路諸如視頻圖像等非結構化數(shù)據(jù)以及其他生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息各自保存。存儲量大，存取效率不高。數(shù)據(jù)互聯(lián)互通尚未形成，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，數(shù)據(jù)未得到綜合利用，后續(xù)大數(shù)據(jù)挖掘存在一定的困難，數(shù)據(jù)優(yōu)勢未得到體現(xiàn)。

3 軌道交通云平臺簡介

隨著云計算架構和技術在各個行業(yè)信息化建設和大數(shù)據(jù)中心應用中的變革演進，以及更加廣泛和全面地落地應用與部署，北京軌道交通云平臺以“數(shù)據(jù)智能化與價值轉換”“基礎設施軟件定義與管理自動化”以及“應用架構開源化及分布式無狀態(tài)化”為特征開展建設。

軌道交通云平臺向下集成各類基礎設施即平臺即服務管理組件、服務管理組件、桌面云管理軟件的核心主體功能，將各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集起來構建整體化的北京軌道交通云平臺業(yè)務，向上提供所有北京軌道交通云平臺的接口和相關界面，以支持與整體運維管理的集成和對接，支撐北京軌道交通云平臺作為軌道交通信息化領域統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理中心、統(tǒng)一的應用部署中心、統(tǒng)一的服務開發(fā)平臺、統(tǒng)一的安全監(jiān)控中心、統(tǒng)一的資源調(diào)度中心對外提供服務。

圖1 北京軌道交通云平臺拓撲圖

4 軌道交通規(guī)劃與建設

4.1 北京軌道交通云平臺整體規(guī)劃

根據(jù)北京軌道交通云平臺整體規(guī)劃及各線路建設時序，由11號線西段工程負責建設生產(chǎn)業(yè)務軌道交通云平臺，后續(xù)新建、改造線路陸續(xù)接入11號線軌道交通云平臺，擴展成為“北京軌道交通云平臺”。

原則上線路全專業(yè)均入云，包括：通信、信號、綜合監(jiān)控、自動售檢票、乘客服務、門禁、數(shù)據(jù)分析、MBAS/MFAS/MSCADA系統(tǒng)等。

（1）近期規(guī)劃。近期接入的線路為目前在建新線，包含二期規(guī)劃中的3號線、12號線、17號線、19號線，二期規(guī)劃調(diào)整中的11號線、22號線、28號線、13號線（擴能提升部分），共計8條線路。

（2）遠期規(guī)劃。遠期接入的線路為北京市軌道交通全部線路及路網(wǎng)中心各生產(chǎn)業(yè)務系統(tǒng)，其中規(guī)劃線路建設時遵照相應規(guī)范直接接入軌道交通云平臺；已建成運營線路在更新改造時逐步接入軌道交通云平臺；路網(wǎng)中心級生產(chǎn)業(yè)務系統(tǒng)在更新改造時逐步接入軌道交通云平臺。

4.2 北京軌道交通云平臺總體框架

北京軌道交通云平臺涵蓋北京軌道交通云平臺智能運維系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、信息安全系統(tǒng)，采用行業(yè)領先的平臺及產(chǎn)品，結合業(yè)務特性進行二次開發(fā)，突破原有信息化管理領域，實現(xiàn)運營、運維、安全等高度融合的綜合管理平臺。北京軌道交通云平臺總體架構分近期和遠期兩階段實施。

4.2.1 近期總體架構

目前云平臺上層業(yè)務系統(tǒng)主要包括行車、供電、通信、票務等核心業(yè)務，以及乘客服務、智能客服、設備管理、綜合發(fā)布等創(chuàng)新業(yè)務。其中供電（MSCADA）、票務（AFC2.0）業(yè)務系統(tǒng)及其他創(chuàng)新業(yè)務使用了PaaS容器平臺的能力。

以此階段云平臺來說，打破了設備層面的煙筒，實現(xiàn)了物理上的集中；但是在數(shù)據(jù)層面仍然是獨立、不透明的。軌道云規(guī)劃的最終目標是徹底打破煙囪的存在，實現(xiàn)完全的互聯(lián)互通，因此，有必要在現(xiàn)有云平臺規(guī)劃基礎上，進行一定的演進優(yōu)化。

圖2 北京軌道交通云平臺近期總體架構圖

4.2.2 遠期總體架構

圖3 北京軌道交通云平臺遠期總體架構圖

為滿足和支撐整體業(yè)務發(fā)展要求，北京軌道交通云平臺架構需進行不斷完善優(yōu)化，在保留原有云服務能力的基礎之上，進行統(tǒng)一規(guī)劃擴充。

4.2.2.1 M13到M28、M22

（1）安全中臺。為業(yè)務系統(tǒng)提供基于云平臺的業(yè)務安全防護能力，改變了目前云平臺安全只管平臺本身、業(yè)務系統(tǒng)單獨采購部署安全設備解決業(yè)務自己安全防護/信息安全等級保護需求的模式，避免安全建設重復投入、降低網(wǎng)絡安全運維難度與風險，同時有利于系統(tǒng)化得加強業(yè)務系統(tǒng)安全防護體系能力。

（2）技術、數(shù)據(jù)、業(yè)務中臺。為今后業(yè)務系統(tǒng)研發(fā)、建設，提供統(tǒng)一的、標準化的平臺和基礎能力，讓業(yè)務系統(tǒng)能夠更加專注于業(yè)務價值、數(shù)據(jù)價值的創(chuàng)造，避免在底層技術上重復造輪子、浪費精力與資源。其中技術中臺和數(shù)據(jù)中臺偏重于通用、無業(yè)務屬性的技術能力，而業(yè)務中臺是在技術中臺和數(shù)據(jù)中臺的基礎上，結合軌道交通業(yè)務共性特點，提煉出的業(yè)務系統(tǒng)可直接調(diào)用的、具有業(yè)務屬性的服務能力。

（3）業(yè)務系統(tǒng)。在中臺基本構建完成后，業(yè)務的總體專業(yè)劃分可能沒有太大變化，但技術實現(xiàn)方式和內(nèi)涵都會有較大的提升；通過將業(yè)務研發(fā)、部署發(fā)布所必須的基礎能力，由云平臺各中臺統(tǒng)一提供，大大提高了業(yè)務間的標準化以及從中心到線路的標準化；可以更少的代價打破業(yè)務間的壁壘，更便捷得實現(xiàn)業(yè)務間的功能協(xié)同聯(lián)動（如乘客服務集成PIS、PA）與數(shù)據(jù)交換，也更便于業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)中心對線路的統(tǒng)一管理，以及讓更多專業(yè)實現(xiàn)中心發(fā)布應用到線路車站（類似于AFC2.0、MPA）業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)代化應用架構，形成SaaS化業(yè)務服務或跨中心/線路業(yè)務生命周期管理，推動企業(yè)數(shù)字化轉型，推進全路網(wǎng)業(yè)務一盤棋。

（4）仿真測試：提供1～2條線路業(yè)務入云前測試環(huán)境能力，2022年M3、M12接入前完成測試云平臺的搭建。

（5）AI中臺：針對未來基于大數(shù)據(jù)的智能分析類業(yè)務，提供專門的中臺能力AI視覺服務，統(tǒng)一標準化，統(tǒng)一訓練庫，可以把機器視覺標準能力統(tǒng)一提供給業(yè)務使用，降低業(yè)務研發(fā)門檻；數(shù)字孿生、深度學習、算法訓練等能力，作為AI基礎能力，也可以標準化后，作為云平臺PaaS服務提供給需要的業(yè)務系統(tǒng)。

4.2.2.2 最終規(guī)劃

（1）云災備服務建設云平臺災備中心，實現(xiàn)重要業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)級災備，以及其中最關鍵業(yè)務系統(tǒng)的業(yè)務級災備。

（2）IoT、邊緣計算、邊緣網(wǎng)管物聯(lián)管理平臺（IoT）可提供對線路車站、列車現(xiàn)場設備的統(tǒng)一管理，包括設備接入、物聯(lián)數(shù)據(jù)、物聯(lián)應用管理等功能；其中，和云平臺提供的邊緣計算、邊緣網(wǎng)關能力一起，可幫助業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)從設備發(fā)現(xiàn)、注冊接入、數(shù)據(jù)管理、設備維護、邊緣應用下發(fā)，標準化統(tǒng)一管理，形成云內(nèi)中心、車站、列車的有機聯(lián)動，業(yè)務處理各司其職，更好地發(fā)揮各自的重要作用。

圖4 北京軌道交通云平臺近期部署架構

圖5 北京軌道交通云平臺遠期部署架構

圖6 北京軌道交通云平臺管理系統(tǒng)架構圖

4.3 北京軌道交通云平臺部署

北京軌道交通云平臺系統(tǒng)原型依附于成熟的云管理平臺、自動化運維平臺、PaaS平臺、安全態(tài)勢感知平臺，并在這幾大平臺原有功能基礎上，定制化開發(fā)平臺業(yè)務、功能、數(shù)據(jù)層面的打通與融合，同時對接網(wǎng)絡系統(tǒng)及業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)云網(wǎng)融合、云安融合、網(wǎng)安融合，配套相應的智能運維系統(tǒng)提供一站式運維管理，為業(yè)務系統(tǒng)運行提供高效、智能、便捷的運營和運維服務。

4.4 北京軌道交通云管平臺

北京軌道交通云平臺管理平臺通過設置統(tǒng)一入口，將軌道交通領域多個線路中心的資源整合，統(tǒng)一調(diào)度管理，并封裝成標準的云服務業(yè)務。對內(nèi)部軌道交通提供基礎云服務，對外部軌道交通用戶提供云服務。

北京軌道交通云平臺資源管理模塊從邏輯層面來講劃分為四層，分為業(yè)務邏輯層、用戶層、業(yè)務中間件層、數(shù)據(jù)層。用戶層包括管理員訪問服務和用戶訪問服務、CLI以及第三方外部應用服務；業(yè)務邏輯層主要包含資源、設備、運維、統(tǒng)一認證、系統(tǒng)5個管理、接口功能及異常、故障管理體系和全局安全管理；業(yè)務中間件層屬于整個資源池的業(yè)務基礎平臺，所有的上層業(yè)務功能全都是基于業(yè)務中間件層構建設計完成，而且為上層應用模塊提供相對便捷的基礎運行環(huán)境；數(shù)據(jù)層主要是對資源池系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)提供存儲管理，從而完成資源池數(shù)據(jù)的管理與存儲工作。

北京軌道交通云平臺提供云安聯(lián)動，實現(xiàn)虛擬機安全部署策略定制化設置及安全攻擊阻斷機制運行，保護業(yè)務系統(tǒng)免受外部攻擊；提供云網(wǎng)聯(lián)動，實現(xiàn)一鍵開通網(wǎng)絡功能的便捷服務；與運維融合實現(xiàn)重啟等相關聯(lián)動，根據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)報警實現(xiàn)云主機資源重啟聯(lián)動功能；與數(shù)據(jù)中心融合提供基于大數(shù)據(jù)分析的功能以及經(jīng)過數(shù)據(jù)中心建模后的相關軌道交通業(yè)務數(shù)據(jù)整理與服務。

4.5 北京軌道交通云平臺智能運維體系介紹

大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術的高速發(fā)展，為信息化、模塊化運維領域帶來了系統(tǒng)性變革。在信息化運維的發(fā)展進程當中，運維對象從底層面向業(yè)務的應用升級，由間接服務于業(yè)務轉變?yōu)橄蛑苯臃沼跇I(yè)務升級，實現(xiàn)運維管理價值的不斷升華，從而推動從“信息化運維”升級為“信息化運營”，信息化運維的最終發(fā)展方向為：智能運維+自動化運維相結合。智能運維包括流程管理、監(jiān)控管理、配置數(shù)據(jù)庫。

圖7 軌道交通云平臺智能運維體系功能特點圖

4.6 北京軌道交通云平臺信息安全體系

北京軌道交通云平臺依據(jù)《信息安全等級保護管理辦法》、《中華人民共和國網(wǎng)絡安全法》等的要求設計與實施建設。北京軌道交通云平臺信息安全體系的框架如下圖所示：

圖8 北京軌道交通云平臺信息安全系統(tǒng)架構構成圖

從管理制度上講，建立信息安全管理保證體系，建立健全安全管理策略和管理相關制度，配置合格的安全管理機構和人員。

對信息系統(tǒng)安全域進行劃分，在區(qū)域邊界部署安全設備，并制定安全合理的策略。

建設相關的安全態(tài)勢管理平臺，提供可視化感知界面，對大數(shù)據(jù)分析平臺輸出的各類價值信息、實時告警信息等進行多維度全方位的展示，提供安全態(tài)勢呈現(xiàn)和趨勢預警功能；提供自動化的安全聯(lián)動功能，在監(jiān)測預警系統(tǒng)內(nèi)發(fā)現(xiàn)威脅之后，對明確的威脅自動與網(wǎng)絡設備和主機安全軟件進行聯(lián)動，及時阻斷威脅；對疑似的告警威脅由運維人員進行人工確認和處理，提高針對已知和未知威脅的發(fā)現(xiàn)能力和應急處置能力。

5 軌道交通云平臺環(huán)境下的管理

5.1 系統(tǒng)特點

由傳統(tǒng)的“一線一中心”架構系統(tǒng)管理向軌道交通云平臺運營轉化，將極大發(fā)生多方面轉變。具體特點如下：

圖9 北京軌道交通云平臺特點

5.2 管理模式

對云平臺中用戶進行分權、分域管理，限制管理員權限，保證租戶資源安全設備管控平臺集中管控。軌道交通云平臺環(huán)境下的管理模式轉變—由“條狀管理”向“塊狀管理”轉型，具體變化如下：

圖10 運營模式轉變

5.3 管理能力支持

設備管控平臺實現(xiàn)集中管控。

（1）垂直角度。以“組織、流程、服務商、工具”為四要素的治理與管控，管理方法貫穿于云平臺管理的各個領域、層級。

（2）水平角度。中心云平臺按運維層級劃分為一線、二線、三線；一線由城軌云服務臺的7*24小時運維團隊擔任，作為北京城軌云平臺（中心云平臺、車站云節(jié)點）的統(tǒng)一技術報障入口；集中云管監(jiān)視，可以統(tǒng)一監(jiān)控車站云節(jié)點（可以設置），二線負責云平臺、云主機、云存儲、數(shù)據(jù)庫、資源池調(diào)整等業(yè)務領域的日常運維，包括日常維護、變更、故障處理等；三線由各專業(yè)廠商的專業(yè)技術支持組成，主要負責二線解決不了的升級后的故障處理。其中一線、二線可以實現(xiàn)主動式運維，主動式運維也是方案的亮點，是工具配合流程的理念，包括：日常維護，自動巡檢，定期評估，定期保養(yǎng)與檢測，應急演練，服務報告，具體包括通過ITSM模塊實現(xiàn)多流程互動，流程之間聯(lián)系更加緊密，自動關聯(lián)服務臺、事件、問題，實現(xiàn)流程一體化；支持主動式知識推送、支持根據(jù)流程自動生成知識，提升服務效率；同時通過CMDB模塊自動發(fā)現(xiàn)功能，快速采集多個數(shù)據(jù)源的配置信息并對比調(diào)整，維持CMDB中每個配置項數(shù)據(jù)源的完整性。

（3）簡單來說就是實現(xiàn)：系統(tǒng)級監(jiān)控狀態(tài)，人工不用進機房，主動定期出具報告，比人工巡檢要客觀、有質(zhì)量、定期。監(jiān)控看到全覆蓋狀態(tài)；分析變化趨勢，提前處置，實現(xiàn)狀態(tài)修的支持；有故障時與工單關聯(lián)主動關聯(lián)形成閉環(huán)。

5.4 標準化

隨著生產(chǎn)業(yè)務軌道交通云平臺的建設，針對軌道交通云平臺及業(yè)務系統(tǒng)制定標準化規(guī)范，為未來城軌云建設提供指導。

標準化體系包括標準規(guī)范和管理體系文件兩部分，《北京軌道交通生產(chǎn)業(yè)務云計算平臺測試規(guī)范》、《北京軌道交通生產(chǎn)業(yè)務云計算平臺技術規(guī)范》、《北京軌道交通生產(chǎn)業(yè)務云計算平臺接入規(guī)范》和《北京軌道交通生產(chǎn)業(yè)務全網(wǎng)網(wǎng)絡地址規(guī)范》。

文件架構是管理體系的文件展現(xiàn)，也是管理模式轉變的抓手。縱向“一階總綱、二階制度與規(guī)范、三階操作手冊、運行指南、四階執(zhí)行記錄及表單”的分層設計，并為軌指云平臺定制了包括“總體策劃、北京城軌云服務規(guī)劃、北京城軌云服務設計、北京城軌云服務轉換、北京城軌云服務運營、北京城軌云服務改進”等橫向管理領域，通過橫縱體系把管理模式規(guī)范化、文件化。

6 收益及應用前景

北京軌道交通云平臺能夠為路網(wǎng)中心以及運營單位、運維部門的相關業(yè)務系統(tǒng)提供統(tǒng)一的云平臺資源及災備體系和安全體系，全面解放運維團隊的生產(chǎn)力，統(tǒng)一高效地管理開發(fā)、測試、準生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)環(huán)境，大大降低IT運維和管理成本，節(jié)省硬件采購成本，提升效率，給業(yè)務部署提供可靠性和靈活性。

（1）軌道交通設備系統(tǒng)資源統(tǒng)一建設，節(jié)省投資、建設投入。建立了統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計、分步實施、按需使用、靈活擴容新模式，避免重復建設，提高更新改造針對性和靈活性，節(jié)省建設投資。

（2）系統(tǒng)資源按需提供，提高資源利用率。云平臺將系統(tǒng)資源池化，根據(jù)實際使用配置資源，并可對資源靈活調(diào)配，避免資源浪費，提高資源利用率。

（3）助力軌道交通行業(yè)服務轉型和應用創(chuàng)新。云平臺提供更加靈活高效的基礎資源平臺，為數(shù)據(jù)集中分析和專業(yè)整合（M）提供基礎保障。用戶需求響應更加及時，應用上線時間縮短，對業(yè)務支撐能力大幅提高。

（4）整體提升運維管理水平。實現(xiàn)資源集中，提供自動化運維，全面系統(tǒng)監(jiān)視，準確風險預警，快速故障處置，完善安全服務，整體提升運維管理水平。

圖11 運維管理體系

7 結束語

北京軌道交通云平臺為全路網(wǎng)各線路專業(yè)信息系統(tǒng)提供靈活便捷的基礎設施服務，能夠滿足各專業(yè)系統(tǒng)在可用性、可靠性、性能等方面的要求，實現(xiàn)資源共享、按需分配、動態(tài)調(diào)度、快速部署等功能。作為國內(nèi)首個全專業(yè)入云的生產(chǎn)業(yè)務云平臺全面實現(xiàn)承載軌道交通核心應用的業(yè)務云，提升軌道交通云平臺的運營、運維水平，進一步提高硬件資源共享能力，增強云計算技術平臺對軌道交通信息化建設的支撐配合能力，促進實現(xiàn)資源共享，實現(xiàn)軌道交通智慧化建設和發(fā)展。