云計算在城市軌道交通自動化系統中的應用研究

熊龍鵬

[摘? ? 要]? 隨著經濟的發展，城市現代化水平的提升，軌道交通成為城市交通的重要發展方向。軌道交通因其密集化、高速化的特性，離不開準確、全面、高效的管理和調度。軌道交通自動化與智能化飛速的發展，自動化系統成為了城市軌道交通系統的核心。文章通過對云計算的討論，分析云計算在軌道交通自動化系統中的體系架構和應用模式[1]。

[關鍵詞]云計算;軌道交通;自動化系統;城市交通

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]With the development of economy and the improvement of urban modernization level， urban rail transit has become an important development direction of urban transportation.Due to its dense and high-speed characteristics， rail transit cannot be separated from accurate， comprehensive and efficient management and scheduling.With the rapid development of rail transit automation and intelligence， the automation system is the core of the urban rail transit system.Through the discussion of cloud computing analyzes the architecture and application mode [1] of cloud computing in rail transit automation system.

[Keywords]cloud computing; rail transit; automation system; urban transportation

隨著我國城市現代化進程的加快，信息通信技術的發展，互聯網行業趨于成熟，云計算技術也有了更廣泛的應用。城市交通是一個城市發展的基礎，軌道交通更是加快城市現代化進程的重要方式。對于軌道交通來說，自動化和智能化是今后發展的大方向。城市軌道交通自動化系統是一個龐大的系統，運用傳統的計算機來進行計算可能無法支撐整個系統的運轉，云計算是基于虛擬化技術，進行大規模計算的新型計算方式，是自動化系統未來長足發展的基礎和支柱。

1 云計算的概念

云計算是一種整合計算資源，通過互聯網共享，任何人都可以使用的計算方式。就像一個大型的計算器，每個人都可以使用這個計算器，并且可以同時使用，云計算分別為他們計算然后返回每個人的結果。而這個計算器只需要很少的人為管理，云計算中的大部分計算資源通過軟件來進行自動化管理，并在互聯網上進行流通。

根據權威定義，云計算的服務模式包括IaaS（基礎架構服務）、PaaS（平臺服務）和SaaS（軟件服務）。其中基礎架構服務提供的是給個人或組織提供基礎的計算資源，包括虛擬機、存儲服務器以及網絡和操作系統。平臺服務提供的是一種通過全球互聯網構建的應用程序和服務的平臺，不需要管理底層的基礎設施，給予平臺開發、測試和管理應用程序。軟件服務是云計算服務的最終形式，以各種設備終端為載體，通過安裝使用應用程序，來進行云計算服務的提供[2]。

2 軌道交通自動化系統概述

由于當前城市軌道交通的飛速發展，軌道交通自動化系統研究變得十分重要。自動化系統有別于傳統的軌道交通人工操作的方式，在軌道交通的運營上有著十分高的效率[3]。利用自動化技術，建立快速可靠的監控網絡，通過對城市軌道交通進行全線的整合監控，保證城市軌道交通的安全高效。城市軌道交通自動化系統利用云計算建立分層分布的計算機網絡，在運行時具有較高的響應性，同時基于系統的互聯，對資源進行有效共享，實現綜合自動化的監控。

3 云計算的優點

3.1 節約運行成本

云計算使用云端程序來進行運算，不需要下載傳統的應用程序，減少終端設備的處理量，降低了對儲存空間的使用量。另外一些應用程序在下載時需要昂貴的費用，云計算可以依據在線平臺，使用大部分所需要的軟件。

云計算是通過云端服務器來進行系統或網站的搭建的，在運營時只需要很少的人工管理，降低了人工成本。同時云端服務器不需要額外采購專門的服務器設備，節約了設備成本，讓更多的成本投入到開發方向[4]。

另外在一些大型的云計算系統中，例如，軌道交通自動化系統，在進行設備的采購和人員工作分配時通過集中管理和動態分配，提高了資源的利用率，減少了浪費，節約了自動化系統運行的成本。

3.2 方便靈活

云計算系統依托于云端服務器，整合了大量的計算資源，通過三層服務模式，在使用時反應迅速準確，方便快捷。同時云計算使用集中運維管理，消除了因為維護管理水平不同造成的風險。

云計算的項目在進行更改或者終止時，由于使用的是云端服務器，在反應時快捷準確，沒有設備、硬件方面的后顧之憂。

云計算的三層服務模式為不同的使用人群提供不同的服務，例如，在軌道交通自動化系統中，云計算為乘客、管理以及開發人員分別提供SaaS、PaaS和IaaS的不同方式的服務，三層服務模式靈活運用，使自動化系統的使用更加方便快捷。

3.3 簡化維護

在進行程序修補時，云計算依托于共享的云端服務器，數據可以在云端進行實時備份，在進行升級或者更改時不需要對數據資料進行提前備份，只需要針對系統或軟件進行升級或維護，簡化了維護方式，節約了維護成本。

由于云計算是依托于虛擬云端服務器進行的集中運算，在進行維護時只需要對線上系統或軟件進行維護，沒有其他的硬件設備需要檢查更換，一定程度上節約了維護成本。

在軌道交通自動化系統中，由于不同服務模式的聯系，在維護時可以進行集中維護，錯峰升級，實現系統的靈活調度。

4 云計算在軌道交通中的體系架構

4.1 城市軌道交通自動化系統設計原則

（1）要保證系統的先進性。由于云計算是當前互聯網快速發展而衍生的先進的提供計算資源的網絡技術，因此在進行軌道交通自動化系統的設計時要保證系統的易操作、易改造、易維護的特性，同時還要保證終端程序用戶的使用感受，保證終端程序的便捷性和易操作性。

（2）在進行軌道交通自動化系統的設計時，要保證系統的擴展性。云計算技術作為一種新型的技術，根據社會發展的需求會有更多更長遠的發展。在進行軌道交通自動化系統的設計時，要考慮到技術的發展和用戶對不同業務的需求，在搭建系統結構時為未來業務的擴展和技術的進步留出改良的余地。

（3）在進行軌道交通自動化系統的設計時，要保證系統的安全可靠性。我國公民在使用軌道交通時要進行實名購票，這就導致了軌道交通系統匯集了大量的用戶個人信息，軌道交通系統有義務保護用戶個人信息的安全，在保證系統的高可用性的同時，還要保證數據與應用的安全。

（4）要保證軌道交通系統的前瞻性。在進行系統的建設時要考慮到系統未來的業務拓展和管理的變化，通過云端服務器建立數據庫，將之后可能會用到的業務數據儲存起來，為之后的系統升級提供便利。

4.2 設計方案

云計算的服務系統包括服務管理、平臺服務和用戶訪問服務，是根據用戶需求進行多元化彈性設計的綜合系統。在將云計算應用于軌道交通的架構上時，要根據三層服務模式來進行分布式設計，并且通過傳輸骨干網進行連接。

建設云平臺控制中心時，在IaaS層使用虛擬機進行數據、計算資源、網絡資源和安全資源的存儲，在PaaS層建立分布式數據庫，在SaaS終端層建立調度員云桌面和業務系統桌面等各操作桌面。在建立災備中心時，同樣使用三層服務模式，建立虛擬機，分布式數據庫，和各種操作桌面。

在各個車站建立SaaS層和感知層進行兩層服務模式，在SaaS層建立值班員云桌面和站長云桌面，感知層就是個人使用的終端設備。通過傳輸骨干網進行連接建立城市軌道交通自動化的云平臺架構。

5 云計算在軌道交通中的應用

5.1 加強軌道交通的管理

在進行城市軌道交通的管理時，依據云計算建立城市軌道交通的移動管理體系。在進行設備管理時，將設備臺賬和設備運行日志等數據資料儲存在云端服務器，進行數據的整合，加快故障設備的解決速度。

在進行車輛運營管理時，通過云計算將車輛調度、客流大小、運價與票務管理等數據進行解析和整合，保證軌道交通系統的自動化運行，建立完善的軌道交通運輸計劃，減輕了人工作業量，降低對專業人才的需求，節約了運維成本，提高了軌道交通的運輸能力。

5.2 高效數據處理

高效的數據信息處理是以當前移動通信網絡快速發展為首要前提，城市軌道交通在數據處理方面要合理地設定服務基地，使信息采集和數據處理可以在移動端完成，優化數據的采集和處理過程。移動端的信號是否穩定取決于當地的移動服務基地建設情況。在進行不同地區服務基地的建設時，要依據當地政策和土地情況，科學合理地設計服務基地，實現用戶信息的云端存儲和處理，提高數據流通速度和數據處理速度。

在進行數據處理時，依托于云計算的云端服務器，可以通過骨干網將數據傳送到數據處理的總中心，對數據進行科學的處理和分析，實現數據的安全存儲，了解用戶的真實需求，提高軌道交通自動化系統的服務質量。

5.3 乘客互聯

應用云計算的城市軌道交通自動化系統建立三層的服務模式，系統在SaaS層也就是軟件服務層提供軌道交通相應的應用軟件。在乘客進行購票時，可以不使用傳統的人工購票或者購票機購票，只需要在進站時掃描相應的二維碼或者使用IC卡，就可以乘坐列車。

同時軌道交通自動化系統通過大數據云計算，建立乘客信息系統，為乘客提供實時列車時間、換乘信息等全面的、正確的服務信息引導，同時提供天氣、時間、政府公告等各種多媒體信息，以人性化服務為宗旨，幫助乘客實現便捷出行，提高軌道交通的幸福感和運輸效率。

5.4 提高抗災能力

應用云計算的軌道交通自動化系統，在火災、阻塞以及恐怖襲擊等險情到來時，使用三層服務模式對乘客進行提醒和疏散。在平臺端迅速給工作人員發出警告，提醒工作人員迅速處理。給乘客個人終端軟件發送險情信息，并配合工作人員為乘客提供動態緊急疏散提示，提高人員疏散效率，減少疏散時危險的發生。

軌道交通自動化系統對列車車廂進行監視，通過攝像頭觀察車廂內情況，采集數據，并上傳云端服務器。數據信息通過云端服務器進行列車和服務站進行雙向傳輸，提高工作人員對險情的反應速度，降低災害帶來的損失。

5.5 在自動化駕駛上的應用

當前軌道交通大部分都是使用的ATO自動駕駛，在進行自動駕駛列車定位時，運用GPS導航技術，通過衛星獲取軌道的電子圖形，再利用大數據云計算進行數據收集和處理，確定列車的位置，實現對列車的自動運行和管控。

自動化駕駛中也包括自動監視，城市軌道交通自動化系統對列車內部和車站進行實時的監督和控制，利用云端服務器對監視數據進行實時的整合和傳輸，確保城市軌道交通能夠更好的運營和發展。

6 結束語

云計算是城市軌道交通自動化的一場變革，是促進城市軌道交通自動化發展的主要動力，是實現軌道交通智能化的重要手段。云計算技術通過整合軌道交通的數據資源，建立三層服務模式的城市軌道交通自動化系統，提高系統的發展性和可用性，同時保證城市軌道交通自動化系統的可持續發展。

參考文獻

[1] 梁坤紅，井長惠.云計算在城市軌道交通中的運用[J].通訊世界，2020（3）：92-93.

[2] 楊承東，徐余明.基于云計算技術的城市軌道交通綜合監控系統架構方案[J].城市軌道交通研究，2020（5）：6-9.

[3] 周超，林湛，李樊，等.城市軌道交通視頻監控系統云邊協同技術應用研究[J].鐵道運輸與經濟，2020，42（12）：6.

[4] 劉芽，劉占英，麻永華，等.基于云計算技術的城市軌道交通信息化平臺發展探索[J].現代城市軌道交通，2019（9）：126-130.