基于業務系統的軌道交通云平臺規劃與實現研究

王永強

（北京軌道交通路網管理有限公司，北京 100101）

1 緒論

《北京城市總體規劃（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境，發揮面向區域協同發展的前沿作用。加強大型居住組團和主要功能區之間交通聯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、主要功能區之間公共交通網絡，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點，強化居住用地就業崗位集中與投放，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、創新能力、判斷能力、持續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領先、國際一流的智慧軌道交通。構建軌道交通行業云平臺、數據中心、基礎承載網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、穩定可靠的北京軌道交通云平臺服務體系，實現資源共用、信息共享和協同作業。一方面滿足公眾高品質出行服務的新需求，以及不斷涌現的新技術、新業態。另一方面通過整合提升智能交通設施，深化數據開放應用，從而推動交通運輸服務的協同創新，統一建設規劃，提供標準化數據、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、優質服務、精細管理，提質增效。

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資源和服務的統一建設、納管、提供方式和使用這種建設模式帶來的社會效益和經濟效益。

2 北京軌道交通傳統建設模式分析

經過多年的工程實踐應用，北京軌道交通傳統建設模式存在一定的局限性：

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

（2）系統資源需求無法靈活調配。現有系統布設采用傳統方式，性能和資源在建設時就已確定。在后續實際使用過程中，存在資源過剩或不足的情況，系統資源間無法實現動態調配、共享。

（3）系統數據分散，無法共享，數據利用率低。目前北京軌道交通沒有統一數據集中存儲中心，各線路諸如視頻圖像等非結構化數據以及其他生產數據信息各自保存。存儲量大，存取效率不高。數據互聯互通尚未形成，無法實現數據融合，數據未得到綜合利用，后續大數據挖掘存在一定的困難，數據優勢未得到體現。

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信息化建設和大數據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“數據智能化與價值轉換”“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，將各子系統的數據匯集起來構建整體化的北京軌道交通云平臺業務，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一的數據管理中心、統一的應用部署中心、統一的服務開發平臺、統一的安全監控中心、統一的資源調度中心對外提供服務。

圖1 北京軌道交通云平臺拓撲圖

4 軌道交通規劃與建設

4.1 北京軌道交通云平臺整體規劃

根據北京軌道交通云平臺整體規劃及各線路建設時序，由11號線西段工程負責建設生產業務軌道交通云平臺，后續新建、改造線路陸續接入11號線軌道交通云平臺，擴展成為“北京軌道交通云平臺”。

原則上線路全專業均入云，包括：通信、信號、綜合監控、自動售檢票、乘客服務、門禁、數據分析、MBAS/MFAS/MSCADA系統等。

（1）近期規劃。近期接入的線路為目前在建新線，包含二期規劃中的3號線、12號線、17號線、19號線，二期規劃調整中的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）遠期規劃。遠期接入的線路為北京市軌道交通全部線路及路網中心各生產業務系統，其中規劃線路建設時遵照相應規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；路網中心級生產業務系統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、管理系統、信息安全系統，采用行業領先的平臺及產品，結合業務特性進行二次開發，突破原有信息化管理領域，實現運營、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

目前云平臺上層業務系統主要包括行車、供電、通信、票務等核心業務，以及乘客服務、智能客服、設備管理、綜合發布等創新業務。其中供電（MSCADA）、票務（AFC2.0）業務系統及其他創新業務使用了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，實現了物理上的集中；但是在數據層面仍然是獨立、不透明的。軌道云規劃的最終目標是徹底打破煙囪的存在，實現完全的互聯互通，因此，有必要在現有云平臺規劃基礎上，進行一定的演進優化。

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務發展要求，北京軌道交通云平臺架構需進行不斷完善優化，在保留原有云服務能力的基礎之上，進行統一規劃擴充。

4.2.2.1 M13到M28、M22

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

（2）技術、數據、業務中臺。為今后業務系統研發、建設，提供統一的、標準化的平臺和基礎能力，讓業務系統能夠更加專注于業務價值、數據價值的創造，避免在底層技術上重復造輪子、浪費精力與資源。其中技術中臺和數據中臺偏重于通用、無業務屬性的技術能力，而業務中臺是在技術中臺和數據中臺的基礎上，結合軌道交通業務共性特點，提煉出的業務系統可直接調用的、具有業務屬性的服務能力。

（3）業務系統。在中臺基本構建完成后，業務的總體專業劃分可能沒有太大變化，但技術實現方式和內涵都會有較大的提升；通過將業務研發、部署發布所必須的基礎能力，由云平臺各中臺統一提供，大大提高了業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務間的壁壘，更便捷得實現業務間的功能協同聯動（如乘客服務集成PIS、PA）與數據交換，也更便于業務系統實現中心對線路的統一管理，以及讓更多專業實現中心發布應用到線路車站（類似于AFC2.0、MPA）業務系統實現現代化應用架構，形成SaaS化業務服務或跨中心/線路業務生命周期管理，推動企業數字化轉型，推進全路網業務一盤棋。

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

（5）AI中臺：針對未來基于大數據的智能分析類業務，提供專門的中臺能力AI視覺服務，統一標準化，統一訓練庫，可以把機器視覺標準能力統一提供給業務使用，降低業務研發門檻；數字孿生、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務系統。

4.2.2.2 最終規劃

（1）云災備服務建設云平臺災備中心，實現重要業務系統的數據級災備，以及其中最關鍵業務系統的業務級災備。

（2）IoT、邊緣計算、邊緣網管物聯管理平臺（IoT）可提供對線路車站、列車現場設備的統一管理，包括設備接入、物聯數據、物聯應用管理等功能；其中，和云平臺提供的邊緣計算、邊緣網關能力一起，可幫助業務系統實現從設備發現、注冊接入、數據管理、設備維護、邊緣應用下發，標準化統一管理，形成云內中心、車站、列車的有機聯動，業務處理各司其職，更好地發揮各自的重要作用。

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、安全態勢感知平臺，并在這幾大平臺原有功能基礎上，定制化開發平臺業務、功能、數據層面的打通與融合，同時對接網絡系統及業務系統實現云網融合、云安融合、網安融合，配套相應的智能運維系統提供一站式運維管理，為業務系統運行提供高效、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一入口，將軌道交通領域多個線路中心的資源整合，統一調度管理，并封裝成標準的云服務業務。對內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，分為業務邏輯層、用戶層、業務中間件層、數據層。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；業務邏輯層主要包含資源、設備、運維、統一認證、系統5個管理、接口功能及異常、故障管理體系和全局安全管理；業務中間件層屬于整個資源池的業務基礎平臺，所有的上層業務功能全都是基于業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境；數據層主要是對資源池系統各類數據提供存儲管理，從而完成資源池數據的管理與存儲工作。

北京軌道交通云平臺提供云安聯動，實現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，保護業務系統免受外部攻擊；提供云網聯動，實現一鍵開通網絡功能的便捷服務；與運維融合實現重啟等相關聯動，根據智能監控系統報警實現云主機資源重啟聯動功能；與數據中心融合提供基于大數據分析的功能以及經過數據中心建模后的相關軌道交通業務數據整理與服務。

4.5 北京軌道交通云平臺智能運維體系介紹

大數據、云計算、人工智能等技術的高速發展，為信息化、模塊化運維領域帶來了系統性變革。在信息化運維的發展進程當中，運維對象從底層面向業務的應用升級，由間接服務于業務轉變為向直接服務于業務升級，實現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、監控管理、配置數據庫。

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《信息安全等級保護管理辦法》、《中華人民共和國網絡安全法》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。

對信息系統安全域進行劃分，在區域邊界部署安全設備，并制定安全合理的策略。

建設相關的安全態勢管理平臺，提供可視化感知界面，對大數據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，提供安全態勢呈現和趨勢預警功能；提供自動化的安全聯動功能，在監測預警系統內發現威脅之后，對明確的威脅自動與網絡設備和主機安全軟件進行聯動，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現能力和應急處置能力。

5 軌道交通云平臺環境下的管理

5.1 系統特點

由傳統的“一線一中心”架構系統管理向軌道交通云平臺運營轉化，將極大發生多方面轉變。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、車站云節點）的統一技術報障入口；集中云管監視，可以統一監控車站云節點（可以設置），二線負責云平臺、云主機、云存儲、數據庫、資源池調整等業務領域的日常運維，包括日常維護、變更、故障處理等；三線由各專業廠商的專業技術支持組成，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，定期保養與檢測，應急演練，服務報告，具體包括通過ITSM模塊實現多流程互動，流程之間聯系更加緊密，自動關聯服務臺、事件、問題，實現流程一體化；支持主動式知識推送、支持根據流程自動生成知識，提升服務效率；同時通過CMDB模塊自動發現功能，快速采集多個數據源的配置信息并對比調整，維持CMDB中每個配置項數據源的完整性。

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

5.4 標準化

隨著生產業務軌道交通云平臺的建設，針對軌道交通云平臺及業務系統制定標準化規范，為未來城軌云建設提供指導。

標準化體系包括標準規范和管理體系文件兩部分，《北京軌道交通生產業務云計算平臺測試規范》、《北京軌道交通生產業務云計算平臺技術規范》、《北京軌道交通生產業務云計算平臺接入規范》和《北京軌道交通生產業務全網網絡地址規范》。

文件架構是管理體系的文件展現，也是管理模式轉變的抓手。縱向“一階總綱、二階制度與規范、三階操作手冊、運行指南、四階執行記錄及表單”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中心以及運營單位、運維部門的相關業務系統提供統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力，統一高效地管理開發、測試、準生產環境及生產環境，大大降低IT運維和管理成本，節省硬件采購成本，提升效率，給業務部署提供可靠性和靈活性。

（1）軌道交通設備系統資源統一建設，節省投資、建設投入。建立了統一規劃、統一設計、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，節省建設投資。

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

（3）助力軌道交通行業服務轉型和應用創新。云平臺提供更加靈活高效的基礎資源平臺，為數據集中分析和專業整合（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，對業務支撐能力大幅提高。

（4）整體提升運維管理水平。實現資源集中，提供自動化運維，全面系統監視，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各線路專業信息系統提供靈活便捷的基礎設施服務，能夠滿足各專業系統在可用性、可靠性、性能等方面的要求，實現資源共享、按需分配、動態調度、快速部署等功能。作為國內首個全專業入云的生產業務云平臺全面實現承載軌道交通核心應用的業務云，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，促進實現資源共享，實現軌道交通智慧化建設和發展。