軌道交通云平臺建設(shè)

竇海月

摘要 本文針對軌道交通目前各信息化系統(tǒng)建設(shè)需求，提出在云平臺系統(tǒng)架構(gòu)下，如何解決與避免目前軌道交通系統(tǒng)建設(shè)中存在的問題，并簡述云平臺虛擬化、池化、自動化技術(shù)特點(diǎn)如何與軌道交通運(yùn)營模式進(jìn)行契合，提高軌道交通運(yùn)營可靠性、靈活性。

【關(guān)鍵詞】軌道交通 云平臺 運(yùn)營

1 軌道交通信息化發(fā)展概況

目前隨著軌道交通各信息系統(tǒng)的日益發(fā)展，數(shù)字化運(yùn)營的理念逐步成型，信息化系統(tǒng)通過全面的信息收集和快速分析，為運(yùn)營與建設(shè)管理層提供經(jīng)營決策和風(fēng)險控制的依據(jù)。未來的大規(guī)模線網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)營工作的開展需求，以及其他多元化發(fā)展業(yè)務(wù)的目標(biāo)制訂，都對信息化建設(shè)提出了越來越高的要求。經(jīng)過多年的軌道交通信息化建設(shè)，運(yùn)營生產(chǎn)領(lǐng)域、建設(shè)領(lǐng)域、運(yùn)營管理領(lǐng)域、附屬資源開發(fā)及企業(yè)管理領(lǐng)域都已逐步構(gòu)建了成熟的信息化系統(tǒng)。

2 軌道交通信息化發(fā)展建設(shè)瓶頸

為了滿足日益增長的運(yùn)營需求，各色信息化系統(tǒng)如清算、資產(chǎn)管理、客流等數(shù)據(jù)也在不斷上線，但隨著各系統(tǒng)不斷擴(kuò)增并且建設(shè)的周期日益縮短、應(yīng)用配置需求的日益增多，信息化系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)劃暴漏了越來越多的問題。

2.1 控制中心建成周期晚于線路建設(shè)周期

在線路投入運(yùn)營使用時需要軌道交通線路控制中心投人使用。根據(jù)既有城市軌道交通建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，很多城市在第一條線路建成時，往往由于征地等各種原因?qū)е驴刂浦行臉怯顭o法投入使用，故建設(shè)公司需要購入一套臨時中心級設(shè)備，以承擔(dān)線路的前期運(yùn)營管理，而在控制中心投入運(yùn)營后，此套臨時中心設(shè)備又面臨著遭到棄用的命運(yùn)，對建設(shè)成本造成了極大的浪費(fèi)。

2.2 線路分段開通或二期線路的貫通導(dǎo)致系統(tǒng)銜接困難

有時隨著城市建設(shè)的規(guī)劃，亦需建設(shè)新的線路作為既有軌道交通線路的延長線與其銜接，完善城市的路網(wǎng)規(guī)模。線路分期、分段建設(shè)對軌道交通自動化系統(tǒng)線路間的銜接造成了巨大的困難，往往對既有系統(tǒng)的升級改造均是建設(shè)方一個極為痛苦的過程，既要保證既有線路的安全運(yùn)營，又要保證新線路的無縫銜接，也要保證既有線路數(shù)據(jù)接入的完整。

2.3 各自動化系統(tǒng)間接口數(shù)據(jù)繁雜、界面混亂

接口是自動化系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)共享信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，調(diào)度命令的數(shù)據(jù)傳遞等。運(yùn)營信息化的日益發(fā)展對各自動化系統(tǒng)間的信息交換技術(shù)提出了更高的要求，面臨目前接口內(nèi)容多、類型復(fù)雜、協(xié)議各異等情況，各自動化系統(tǒng)間除配置專用數(shù)據(jù)處理服務(wù)器進(jìn)行協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化外，還需嚴(yán)格定制接口劃分界面、接口形式、接口協(xié)議、責(zé)任分工、測試要求等。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，各系統(tǒng)間的接口調(diào)試均是各線路建設(shè)過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，施工接口界面的混亂將對建設(shè)工期造成巨大的影響。

2.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)過于龐大導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)管理困難

軌道交通各自動化系統(tǒng)硬件設(shè)備功能單一且數(shù)量龐大，且往往分布在各個機(jī)房，帶給運(yùn)營機(jī)房維護(hù)維修人員龐大的工作量。當(dāng)故障發(fā)生時，需要各部門工作人員協(xié)同到各系統(tǒng)機(jī)房排查故障，不利于降低運(yùn)營維修維護(hù)成本。目前由于各系統(tǒng)均獨(dú)立組網(wǎng)，導(dǎo)致全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)過多，各系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)安全很難得到有效保障。

2.5 數(shù)據(jù)孤島問題嚴(yán)重，數(shù)據(jù)得不到有效匯集、分析、管理

軌道交通信息化系統(tǒng)匯集了從客流信息、行車信息到運(yùn)營指標(biāo)、運(yùn)力配置，再到客運(yùn)服務(wù)和運(yùn)營大事件等重要的運(yùn)營數(shù)據(jù)，但由于各系統(tǒng)分別建設(shè)數(shù)據(jù)的實(shí)時處理與歷史存儲設(shè)備，系統(tǒng)間存在物理接口瓶頸，只能將關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口或通訊口進(jìn)行傳遞，數(shù)據(jù)傳輸容量小、速率慢且容易產(chǎn)生錯誤。目前各系統(tǒng)均獨(dú)立建設(shè)數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，大量數(shù)據(jù)在各系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫重復(fù)存儲，浪費(fèi)物理存儲空間，且各項(xiàng)數(shù)據(jù)難以得到有效的匯集、分析、管理。

3 軌道交通云平臺規(guī)劃概述

目前對于提高軌道交通運(yùn)營效率的三個關(guān)鍵問題在于增加各系統(tǒng)協(xié)作性、加強(qiáng)數(shù)據(jù)的信息交換、更加靈活的節(jié)點(diǎn)部署方案。隨著目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研究深入，云平臺的建設(shè)規(guī)劃方案逐漸浮出到軌道交通行業(yè)的視界，目前唯有通過云平臺，才能讓資源分配快速適應(yīng)運(yùn)營公司日益增長的信息化需求，才能加速系統(tǒng)間信息共享的速度，提高運(yùn)營管理效率。

云平臺方案的規(guī)劃為解決軌道交通目前的發(fā)展建設(shè)瓶頸提出了一種全新的方案，根據(jù)其自身特性，云平臺應(yīng)滿足虛擬化、池化、自動化三大特征。

3.1 云平臺虛擬化

虛擬化技術(shù)繼其自身技術(shù)與應(yīng)用越發(fā)成熟后，己逐步在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，是軌道交通云平臺發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)層面，針對軌道交通特點(diǎn)，虛擬化又分為節(jié)點(diǎn)虛擬化與接口虛擬化。

3.1.1 節(jié)點(diǎn)虛擬化

軌道交通云平臺節(jié)點(diǎn)虛擬化方案建議將各系統(tǒng)物理節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樵破脚_虛擬空間中的虛擬節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)服務(wù)器虛擬化將各系統(tǒng)軟件運(yùn)行在不同的虛擬操作平臺中，保留了原物理服務(wù)器各系統(tǒng)間互不干擾的運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)虛擬化利用網(wǎng)絡(luò)不局限于物理空間的優(yōu)點(diǎn)，提供節(jié)點(diǎn)服務(wù)器在虛擬空間中平滑遷移的特性，使系統(tǒng)建設(shè)脫離物理硬件遷移與改造的困擾。例如線路控制中心無法在前期投入運(yùn)營使用時，云平臺可在各系統(tǒng)建成初期將中心級節(jié)點(diǎn)虛擬部署到車站或車輛段云平臺硬件資源池中，待后期控制中心建成時，調(diào)試人員只需將其虛擬節(jié)點(diǎn)平滑遷移到控制中心硬件資源池進(jìn)行部署即可完成中心級的投入使用。例如在線路后期延長時，往往采取新增服務(wù)器的方案己避免對既有線路運(yùn)營的影響，但如果系統(tǒng)將新增服務(wù)器作為虛擬節(jié)點(diǎn)部署在云平臺中，不但減少新增服務(wù)器的投資，又可減少改造時施工與調(diào)試對既有線路機(jī)房的影響，實(shí)現(xiàn)了線路間數(shù)據(jù)的無縫對接。

3.1.2 接口虛擬化

目前軌道交通各自動化系統(tǒng)間設(shè)置接口服務(wù)器，接口服務(wù)器間利用網(wǎng)線或通訊接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的互聯(lián)，但其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)用性、靈活性、穩(wěn)定性依賴于系統(tǒng)接口間協(xié)議與接口施工質(zhì)量，往往物理端口或線纜的損壞均會影響到系統(tǒng)間的正常功能。

如果將接口服務(wù)器設(shè)置在云平臺架構(gòu)，調(diào)試人員可通過接口服務(wù)器虛擬化，將硬件接口脫離物理瓶頸制約。雖然接口節(jié)點(diǎn)存在于虛擬平臺，但并未降低系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)仍需虛擬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，且由于各系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)都虛擬在云平臺內(nèi)部，也減少了系統(tǒng)間數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

3.2 云平臺池化

以往軌道交通各系統(tǒng)硬件、軟件資源獨(dú)立建設(shè)，無法根據(jù)運(yùn)營業(yè)務(wù)的需求變化實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，利用率較低，云平臺池化則打破各系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)的方式，把所有系統(tǒng)的計(jì)算資源整合成硬件資源池、把所有存儲的資源整合成存儲資源池。云平臺池化將全系統(tǒng)所有設(shè)備資源都變成一個個池子，再基于這些基礎(chǔ)架構(gòu)的資源池上面去建設(shè)應(yīng)用，以服務(wù)的方式去交付資源。

3.2.1 資源池化

在傳統(tǒng)的軌道交通系統(tǒng)架構(gòu)中，如果自動化系統(tǒng)需要增加服務(wù)器或計(jì)算資源，則需要在線路機(jī)房內(nèi)增設(shè)服務(wù)器或硬件設(shè)備，不但對既有運(yùn)營系統(tǒng)造成影響，也會增加建設(shè)投資成本。資源池化將計(jì)算資源如CPU、內(nèi)存、存儲設(shè)備、網(wǎng)卡等重構(gòu)成新的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)稱為資源池。

3.2.2 數(shù)據(jù)池化

軌道交通數(shù)據(jù)化運(yùn)營模式中如何對運(yùn)營大數(shù)據(jù)的整合實(shí)踐是最需要重視的問題，但根據(jù)目前各自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，雖然各系統(tǒng)逐步進(jìn)行整合，但隨著海量數(shù)據(jù)、信息的逐步形成，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)仍存在大片數(shù)據(jù)孤島，整合實(shí)踐效率較低。

云平臺數(shù)據(jù)池化第一步先將各系統(tǒng)存儲設(shè)備池化為存儲資源池，整合硬件資源。池化第二步對存儲資源池內(nèi)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化整合，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)體系。池化第三步建立數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，將各自動化系統(tǒng)對存儲資源池的訪問進(jìn)行統(tǒng)一管理，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)存儲與調(diào)用接口，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營數(shù)據(jù)在云平臺外的調(diào)用，滿足軌道交通大數(shù)據(jù)的決策與分析需求。

3.2.3 策略池化

隨著軌道交通運(yùn)營公司對運(yùn)營模式的逐步優(yōu)化與大數(shù)據(jù)的逐漸整合實(shí)踐，運(yùn)營公司數(shù)據(jù)化的運(yùn)營決策和風(fēng)險控制策略方案亦日益得到積累，例如列車晚點(diǎn)的策略調(diào)控、車站節(jié)能的策略調(diào)控、大事件與應(yīng)急突發(fā)事故的策略調(diào)控等，都是運(yùn)營公司在運(yùn)營工程中積累的寶貴財(cái)富。云平臺通過將各種策略調(diào)控轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮踊A(yù)案，結(jié)合大數(shù)據(jù)的整合實(shí)踐，對突發(fā)事件如大客流、列車晚點(diǎn)等進(jìn)行預(yù)警，并提供各項(xiàng)運(yùn)營策略預(yù)案，為運(yùn)營公司安全運(yùn)營提供有利支撐。

3.3 云平臺自動化

云平臺自動化提供了對各系統(tǒng)硬件和軟件資源的自動化管理，提高各系統(tǒng)資源的總體利用率，提高運(yùn)營數(shù)據(jù)容量規(guī)劃能力，同時有效控制建設(shè)與運(yùn)營成本。

4 軌道交通云平臺規(guī)劃展望

目前各地軌道交通對于云平臺的建設(shè)規(guī)劃還停留在私有云平臺的建設(shè)方案中，但隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)穩(wěn)定性的逐步提升、數(shù)據(jù)加密技術(shù)的日益完善、云平臺異地容災(zāi)和彈性調(diào)度能力的全面升級，將軌道交通信息化系統(tǒng)逐步遷移到公有云平臺將大量減少建設(shè)與運(yùn)營成本，是軌道交通云化發(fā)展的一種全新趨勢。

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