基于云平臺的電務綜合監督系統部署研究

盧 鑫吳 昊

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

基于云平臺的電務綜合監督系統部署研究

盧 鑫1，2吳 昊1，2

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

從電務綜合監督系統的功能和結構出發，主要研究電務綜合監督系統部署和現場試驗，系統基于云平臺架構。現場的示范應用表明，系統能夠完成高鐵信號系統運行狀態的監督，電務安全生產指揮管理，輔助電務人員進行維護維修工作。

電務綜合監督系統云平臺部署；云平臺；系統布置

1　概述

高速鐵路的快速發展，鐵路通信信號系統規模日趨龐大，數字化、精密化程度越來越高，對高速鐵路信號設備維護技術要求也越來越高；隨著時間的推移，高速鐵路信號設備在高速條件下運用的故障率明顯增大。隨著高鐵維護期的到來，信號系統的維護需求日益迫切，需要的維護技術支持也將越來越多。綜合來看，在高速鐵路信號系統領域，迫切需要一套具有較高智能化、信息化、網絡化的基于云平臺的綜合運維系統，來解決系統運行維護所面臨的問題：1）對信號設備的運行狀態進行全面監督；2）對信號設備的運行風險進行及時預警；3）輔助電務人員對信號設備進行維護維修；4）實現電務維修應急指揮；5）支撐電務維修模式由傳統的“車站分散自治”向未來的“中心調度集中”轉變；6）降低設備故障率，縮短維修時間，減少故障停車時間；7）滿足鐵路科技發展創新的長遠要求。基于云平臺的電務綜合監督系統正是在這個背景和需求下應運而生的，來支持日益擴大的高鐵信號設備的維護維修工作。

電務綜合監督系統用于鐵路電務設備運行狀態監督以及電務安全生產指揮管理，其系統是基于云平臺的。云平臺是由底層軟件以及運行在其上的云計算分布式軟件系統組成。電務綜合監督系統充分利用云平臺各種優勢，主要是數據的處理能力強、數據存儲的能力大、索引的能力強，穩定性和可靠性高，這些特性都是電務綜合監督系統的重要依托。云平臺的服務特征為，平臺即服務。用戶決定應用，云平臺就伴隨著開發出的各種基礎服務，供用戶使用。云平臺的本質不是技術上的革命，而是一種管理模式的革命。所有資源虛擬化后，伴隨著動態可調的能力，大大加快了新應用建設在平臺層的建設速度，這也是電務綜合監督一個主要的特點，即部署速度快，功能拓展靈活。

2　系統功能和結構

2.1系統的功能

電務綜合監督系統主要功能為電務設備的狀態監督、故障診斷、智能預警、設備管理和運維調度等，如圖1所示。設備狀態監督是運維系統的基礎；系統故障診斷是系統的重要功能；系統智能預警是系統綜合智能化運維的體現；系統設備管理和運維調度是系統功能的豐富和擴展。

1）設備狀態監督

監督范圍覆蓋軌旁設備、車站設備、中心設備、車載設備，狀態信息類型包括設備板卡狀態、設備通信狀態、設備輸入輸出狀態、站場狀態、線路狀態等。通過三維場景重建技術實時復現設備工作狀態。通過集成類地理信息系統直觀展示設備的分布情況，并綜合展示區域、線路、車站、設備等各個層次的狀態。

2）系統故障診斷

故障診斷功能包含4個層次：一是基于設備的報警，直接獲取故障；二是從設備的狀態信息中識別故障特征，間接確定故障；三是利用設備間的冗余信息校驗，識別并定位故障；四是利用設備應用信息之間的相關性，識別并定位故障。系統基于上述4個層次，對電務設備的故障進行綜合診斷并報警。

3）系統智能預警

智能預警包含4方面的功能：一是根據應用邏輯中的安全原則，對危害行車安全的風險進行識別并預告；二是對設備發生的異常情況進行統計分析，進而對設備可能發生的故障進行預警；三是根據設備性能衰退模型，對性能下降超過容忍范圍的設備進行預警；四是根據設備電氣特性變化特征，對于電氣特性有異常的設備進行預警。

4）設備管理

系統綜合采用條形碼/二維碼、數據總線等技術，支持在軌設備及備品備件信息的錄入、上架、下架、維修、盤點等操作，實現設備履歷管理、設備臺帳管理的信息化。根據設備實時狀態實現設備故障、異常信息的自動登記，并建立維修工單進行問題跟蹤和監督。根據設備歷史運行情況建立問題庫，實現故障處理輔助決策。

5）運維調度

采用流程引擎技術，實現維護信息的入庫、統計、分析，自動制定維護計劃，優化維護工作流程。采用多目標動態規劃算法，通過集成類地理信息系統，自動生成維修任務及維修路徑。采用綜合定位技術，通過集成類呼叫中心系統，實時追蹤維修人員的位置，通過維修人員的手持終端及時獲知現場情況。完成安全調度及應急指揮的智能化、自動化管理，提供及時準確的調度信息，實現敏捷運維的功能。

2.2系統的結構

系統整體結構為云平臺架構，即需要相應云架構的軟硬件實體來承載，系統結構如圖2所示，系統主要分為數據層和業務層，數據層包含車站內和中心的云前端來完成信息的采集，數據層通過車站監測網與業務層通信。業務層主要包含系統的各類云服務器、核心交換機、網絡安全隔離系統、云存儲單元、平臺監測系統、云終端顯示器等，同時通過監測網，把信息同時傳到路局、車間、工區的云前段。

業務層功能主要進行數據的匯集處理、數據的集成處理、數據的綜合分析、數據的存儲和運維的管理，包含網絡安全隔離，防病毒/身份認證，平臺監測系統、備份系統。同時還有系統針對各種需求，在路局、車間、工區、中心等完成系統相關顯示功能。

系統部署于車站（含中心設備機房）及電務段，可根據需要在路局、車間、工區設置云終端。系統從車站、車載數據中心采集各設備的監測數據。對于新建線路，各設備維護機按照與系統的接口標準統一實施，CSM由系統自帶,車載ATP上加裝車載數據中心；對于既有線路，各設備維護機、CSM按照與系統的接口標準統一修改,車載ATP上加裝車載數據中心。

3　部署研究

3.1系統部署的依據

電務綜合監督系統部署最根本依據是系統的功能和結構，根據線路和車站的實際需求，按照維護中心、電務段、車站等現場情況靈活進行部署。電務綜合監督系統由數據采集、數據匯集、數據集成、綜合分析、展現模塊和數據中心組成，分別部署于車站、電務段和區域維護中心，云前端是系統最小的單元，可以根據線路電務系統的設備實際情況靈活部署。數據采集模塊，通過與聯鎖維護機、TCC維護機、ZPW-2000A維護機、RBC維護機、TSRS維護機、數據安全網網管等車站相連接，（車站的數據采集模塊應根據各車站被采集設備的具體配置，與相應的維護機、維護終端或微機監測連接）實現對車站設備數據的采集；數據匯集模塊接收各車站數據采集模塊采集的數據，將其匯集后發送給區域維護中心的數據集成模塊；數據集成模塊對區域內各類數據進行解析和存儲，將解析后的數據發送給綜合分析模塊；綜合分析模塊對數據進行規則集處理，展現模塊主要完成系統的展示功能，可以分為幾種模式，包含子系統級的展現，區域級的展現和系統級的展現。

3.2系統實際部署流程

通過對電務綜合監督系統數據流的研究和基本模式結構的描述，結合現場試驗段相關經驗，系統實際部署流程研究如圖3所示。

系統實際部署主要流程：現場需求的調研—設計方案制定—硬件設備采購準備—工程實施—系統數據配置—軟件部署—系統聯調測試—系統正式使用。

*通過需要部署線路的實際情況，進行現場需求的調研，主要分為3部分：一是線路情況包含車站分布和車站內機房的位置；二是車站內部設備的擺放位置；三是車站與線路網絡布置的情況。

*通過現場情況基本調研，制定設計方案，方案主要為中心、車站硬件設備的需求，設備空間的需求，網絡配線的需求，電源需求。

*硬件設備采購準備為機柜、服務器、工作站、交換機、存儲系統、顯示器、網線和電源線等，按照電務監督系統具體部署要求，不同的區域部署不同的設備。設備具體型號根據現場的實際情況，云平臺機柜主要包含云存儲單元、云服務器，完成數據的采集、匯集、集成、綜合分析，地理信息/時間同步/身份認證等功能，交換機、網絡安全隔離系統、防雷單元。

*工程實施主要包含現場設備機柜的安裝部署，服務器的布置，工作站的布置，顯示器的布置等。同時包含系統各個設備之間的網絡通信和系統與外部設備的通信，電源環境的搭建，電磁環境的滿足。重點在于設備上電，基本軟件的安裝工作，設備與設備網絡正常的通信。

*系統數據配置。在完成系統設計和硬件環境的搭建后，在系統聯調聯試前，需要對電務綜合監督系統各種靜態數據進行全面的配置，包含線路數據、車站數據、設備數據、互聯互通數據。同時還包含相應各個展示圖的圖形文件。

*軟件的部署。完成以上工作，即開展系統的軟件部署，軟件部署分為基礎軟件的安裝、配置，和運維系統自身的軟件。不同的區域中相應的硬件設備部署不同的軟件，主要包含數據采集模塊、數據匯集模塊、數據集成模塊、綜合分析模塊和展現模塊。

*完成軟件的部署和與其他監測設備互聯互通后，即對系統進行全面的測試工作，主要測試系統互聯互通中的通信問題和系統的數據配置相關問題。

*完成如上工作，完成系統的部署，為用戶提供用戶手冊和操作指導，同時交付現場試用，并提供售后服務。

3.3部署需要注意的問題

部署中需要注意的問題如下：

站機設備需要注意的問題：在各車站設備機房或中心設備機房設置站機設備，站機服務器進行冗余設置，實現系統核心業務連續運行。網絡交換機和網絡安全隔離系統保證維護機與站機設備之間網絡通信的安全性。當采集條件不具備時，在該機房設置獨立的通信前置機，實現維護數據的采集。

中心系統設備需要注意的問題：在電務處或電務段中心設置中心系統設備，云服務器組成中心系統核心業務運行的云計算平臺。云存儲單元及磁盤陣列組成原始監測數據，運維關鍵數據的云存儲平臺。局域網交換機為中心系統云平臺的數據交換提供高速網絡通道。

展示需要注意的問題：在車間、工區、電務段中心和電務處，可部署本系統的終端設備。終端設備根據用戶需求多種形式的信息展現，包含4種主要形式：1）大屏。全面展現中心管轄范圍內信號設備、電務人員、維修進度的狀態；2）多屏組合。多視角展現某一線路范圍內信號設備的運行狀態和維修信息；3）工作臺。根據不同角色的業務需要定制；4）移動終端。用于輔助現場作業，實現人員管理、應急指揮等.

4　示范應用

目前，基于云平臺的電務綜合監督系統已經在某高鐵線路進行示范應用。線路部署范圍包含兩個車站、兩個線路所、4個中繼站。系統用于高鐵信號系統運行狀態監督以及電務安全生產指揮管理，輔助電務人員對信號設備進行維護維修，實現電務管理信息化。

現場實際的設備部署方面，云平臺部署于中心機房，通過內部網絡接收RBC維護機、TSRM、車站機房TCC維護機、聯鎖維護機、ZPW-2000A軌道電路維護機、CSM站機的監測維護數據。通過專用網絡安全設備隔離監督系統與各設備維護機，確保監督系統不會對主系統產生影響。系統終端部署于中心，供中心的電務人員使用。

系統試驗共分為4個階段。一是系統部署階段，包括系統供電、網絡布線等現場施工工作以及系統軟硬件的安裝；二是系統聯調階段，包括系統與RBC、TCC、TSRS、聯鎖、ZPW-2000A軌道電路等設備維護機的接口調試，以及系統內部接口調試；三是系統驗證階段，通過系統持續運行，驗證云平臺的性能，根據試驗情況修正系統缺陷，根據現場用戶的反饋進一步完善系統功能；四是系統推廣階段，通過系統在現場試驗產生的示范效應，積極向電務段、路局推廣系統。

通過系統在現場的試驗，驗證了系統功能及設計理念，印證了鐵路電務部門對具有較高信息化、網絡化、智能化水平的信號設備綜合運維系統的迫切需求。后期將在目前成果的基礎上，根據用戶反饋意見，擴展系統監督范圍、持續完善系統功能，將系統構建為一個覆蓋信號系統絕大部分設備、滿足電務部門日常工作信息化需求的綜合性系統，成為電務維護部門的一個生產系統。

5　總結

本文從概述、系統功能和結構、系統部署的研究、示范應用等方面介紹電務綜合監督系統的部署。電務綜合監督的系統功能主要解決如以下問題：對信號設備的運行狀態全面監督，對信號設備的故障進行識別與定位，輔助電務維修工作，對信號設備的運行風險進行預判，降低事故發生概率，對電務維修工作進行高效指揮，減少故障停車時間。

系統經過近2年的研究，完成了樣機系統的研制。通過實驗室的試用，證明樣機功能達到了設計要求，同時能夠滿足相關的標準規范。目前系統樣機已通過第一階段在地鐵的試驗應用和第二階段在某高鐵的車站現場試驗，試點情況良好，業主給予了較高的評價。后期主要進一步豐富系統功能，持續按照業主的要求對系統進行優化完善。系統將進一步產業化，工程化應用在其他的高鐵線路中。

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From the function and structure of the comprehensive monitoring system, this paper mainly studies the system deployment and fi eld test. The system is formed based on the cloud platform architecture. On-site demonstration application of the system shows that the system can complete operation status monitoring of high-speed signal systems, administration of safe production and auxiliary maintenance work.

comprehensive monitoring system; cloud Platform; system deployment

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.004

2014-09-11）