基于云服務的地鐵綜合監控系統構建

王 冠

（深圳地鐵運營集團有限公司，廣東 深圳518000）

隨著社會的發展，地下資源被進一步開發利用，城市軌道交通系統逐漸完善，在其運行過程中，需要加強運維監控，且隨著城市軌道交通系統的發展和先進技術的應用，對綜合監控系統的要求越來越高。為了能實現有效的系統運維監控，云服務逐漸走進大眾視野，在綜合監控系統中引入云服務應用模式，通過技術方式解決監控不力等問題，從而進一步提高綜合監控系統的利用程度，實現地鐵的可持續發展。作為地鐵綜合監控系統的操作人員，必須重視加深對云服務技術的研究，推動其與地鐵綜合監控系統實現更加深入的融合。

1 城市地鐵綜合監控系統架構

城市地鐵綜合監控系統是在一定的發展歷程下形成的，在此之前，對地鐵運維進行監控主要依托混合半自動化監控系統，該系統主要包括三個模塊，即電話調度系統、分立電氣元件控制設備和手工操作模塊。現階段，我國城市地鐵綜合控制系統中較為常用的監控模式為分立自動化監控系統ATS、PSCADA、FAS、AFC等各專業分別建網的計算機多島監控系統。基于上述系統模式，結合當代計算機信息技術和大數據技術、云服務架構等，進一步對地鐵綜合監控系統進行優化，由此形成分層分布式計算機網絡，實現統一綜合自動化監控系統ISCS軟件體系。該體系已經成為較為成熟的體系之一，主要架構包括中央級綜合監控系統、車站級綜合監控系統等，在管理方面包括中央和車站兩個層級，在控制方面則表現為中央、車站及就地控制三種模式，上述體系的信息管理層、控制層、設備層構成完善，具有較高的應用價值，其構成詳見圖1。

圖1 綜合監控系統架構圖

2 城市地鐵綜合監控系統信息化建設現狀

2.1 系統數據采集不全面、效率和精度低

我國當前交通設施不斷完善，社會大眾出行需求擴增，對鐵路交通和軌道交通等也提出了提速、穩健等更高要求。現階段，我國地鐵行業已經進入高速發展階段，在安全運輸方面則要始終保持警惕，并結合信息化手段提高系統運維監控實效。當前我國的視頻監控系統的重點集中在部分重點區域，強調實現安全防護監控管理，同時輔助其他運維需求。而當前的綜合監控系統存在分辨率低、存儲分散等較為突出的問題，尤其對于需重點監控的區域和場所而言，更要著力優化視頻監控系統和相關設備，確保不出現監控盲區和監控失職現象。

2.2 存在信息孤島現象

在綜合監控系統聯網方面，當前大部分業務需要三級聯網，并且要向上級推送視頻資源，在實際聯網過程中，存在部分業務監控系統獨立聯網的現象，導致出現信息孤島，不利于信息資源的共享，從而會影響管理實效。

2.3 關鍵數據跨業務融合不到位

地鐵綜合監控系統需要實現多業務融合，而現階段形成的監控資源已經產生多維數據，亟待進行綜合業務數據的立體化分析評估，而地鐵綜合監控系統運維人員缺乏業務融合互通能力，沒有做到對動態數據和靜態數據的深度挖掘，導致無法實現關鍵數據的跨業務融合。

3 云服務在地鐵綜合監控系統應用的多重價值

3.1 實現數據庫同步運行

云服務的應用，為監控系統增添了集中數據處理中心系統，借助云服務資源集中優勢，實現“車站數據庫+中心數據庫”，合并后的數據庫去除了應用層，實現了雙庫同步，避免了傳統監控系統中數據容易出現不一致的問題。此外，基于實時應用集群技術，雙活數據庫利用Oracle的ADG技術可對數據與生產系統進行調控，實現一致性，即使數據庫出現故障或問題，也可自動切換到備用庫。這種操作系統對應的單庫，操作便捷。數據同步由數據庫完成。此外，云服務可在數據庫和備用庫中實現雙活，繼而保障數據庫內的數據，及其存儲的2個層次的數據。

3.2 增強系統操作便捷性與實用性

綜合監控平臺主備機與云平臺虛擬機在操作上均較為冗雜，從而為系統的操作可用性提供了保障。基于云服務，借助HA機制，可對物理機故障進行檢測，同時遷移虛擬機，正常物理機上可對原先的虛擬機進行重啟，通過自適應啟動綜合監控系統，可在3-5秒恢復業務，從而減少故障時間，有效增強了系統的適應性與實用性。

3.3 提高數據信息應用質量

一是確保信息安全。云服務另一重要特點是安全性能高，能夠實現數據信息的儲存和備份，在管理地鐵綜合監控系統的數據和信息時，可以減少數據信息出現遺失的情況。同時，借助于云服務管理平臺，能實現各子系統的管理、儲存和通信保持獨立，對信息數據進行另一層安全保障；二是實現信息可擴展性應用。云服務的可擴展性良好，能通過獨立分層的方式，實現信息數據的分層儲存和擴展，從而確保地鐵綜合監控系統的整體性能和價值，為了使系統功能和業務能力運行良好，利用相關軟件系統和服務設備，進而達到預期目的。

4 基于云服務的城市地鐵綜合監控系統構建

4.1 “云服務+”綜合監控系統建設

基于云服務對地鐵綜合監控系統進行構建，需要著力完善綜合監控系統云架構，技術人員應從云平臺管理和云架構數據方面做好完善。在云平臺管理方面，應結合地鐵綜合監控系統運維要求，可適當新增視頻云平臺和局內補點資源，對視頻云存儲進行統一建設，從而實現新增資源的有效整合。基于此，要對云平臺進行針對性建設，實現對業務部門相關資源的優化配置，對業務進行集成化管理，并實現對業務的即時分配。在云架構數據方面，技術人員則要關注視頻云存儲業務。現階段，隨著城市地鐵建設規模的不斷增加和地鐵線路的不斷增多，地鐵綜合監控系統的視頻采集點規模不斷增多，對于原有的監控系統和安防系統，在存儲系統容量、數據讀寫能力等方面提出了更高要求，必須基于新的要求建設新一代視頻云存儲系統，確保其具備PB級別數據備份、節點級別硬盤容錯以及較高的數據讀寫性能，同時可滿足無限彈性擴展要求和海量數據視頻結構化分析，基于此，將不斷提升地鐵綜合監控系統云架構運維水平。

4.2 “云服務+”綜合監控信息系統構建

4.2.1 構建物聯大數據庫

現階段，地鐵綜合監控系統在視頻感知數據和業務數據融合的需求方面表現得更加明顯，技術人員在結構化處理方式下對客運人像數據、車輛數據以及其他數據進行收集，并分析關鍵特征，挖掘數據價值，統一納入云應用架構系統，從而可逐漸形成地鐵業務的物聯大數據資源池，基于此，在進行綜合監控時，可提供監測管理基礎數據。其中客運人像數據主要包括特征提取、人臉圖譜、人流量態勢等，車輛數據則主要包括車次、風壓、管壓以及車輛上行、下行數據等，通過對上述數據的收集和分析，可對地鐵交通的運輸狀態進行評估，并及時發現風險點，提高運行安全性和可靠性。在獲取上述數據的基礎上，技術人員可對數據進行結構化處理，同時，要重視對數據進行統一匯聚管理，并同步實現設備管理、數據存儲、數據分析等，真正發揮出云架構的效應。此外，在構建地鐵綜合監控系統物聯大數據庫的基礎上，系統運維人員可基于云服務中心進一步開放數據和加強系統運維管理，可集成AR、電子地圖、動力環境監測等技術，實現對全線的安全監控、安全事件預警和事故調查分析、事件憑證提取等，同時可為客運端提供參考，進一步融合列車信息，優化資源配置，減輕交通負擔。

4.2.2 搭建虛擬化監控平臺

在建設地鐵工程過程中，地鐵綜合監控系統能實現對地鐵自動扶梯系統、通風系統、屏蔽門系統、自動售票系統、照明系統等進行監控，為了達到地鐵運營穩定安全的目的，往往是通過檢測工程的實際情況和效果，從而為后期的維護保養提供技術數字方面的幫助。云服務包含PaaS、SaaS、laaS等服務平臺，為了滿足用戶的實際需求，提供優質的服務，借助于資源池，搭建一個數據中心，并結合負載的實際情況實現調整資源的目的，通過構建虛擬化模塊的方式，從而在地鐵綜合監控系統中建立一個虛擬平臺。與此同時，在實際應用過程中，為了搭建虛擬資源中心，利用虛擬技術，實現分層模擬網絡的效果，在模擬工作完成后，再結合內存容量、磁盤空間、運行環境、資源等內容，搭建一個資源池，從而確保地鐵綜合系統能夠正常有效的運行。

4.3 “云服務+”綜合監控系統性能提升

4.3.1 分布式技術

在地鐵綜合監控系統中，分布式技術可謂是其中一項重點工作，分布式技術可有效防范在網絡出現問題的情況下，能確保不影響地鐵綜合監控系統整體運行的效果，通過搭建虛擬化平臺的模式，在網絡中心進行應用，往往把服務器放置在地鐵車站的位置，借助于云服務的方式，實現對地鐵綜合監控系統的操作，并確保其穩定性和科學性。

4.3.2 監視技術

在云服務中，監視技術利用實時數據庫，實現對地鐵綜合監控系統中信息數據的控制，主要從圖層功能、設備圖元、設備面板等方面進行論述。一是圖層功能。借助于HMI支持云層的模式，實現對云服務的實際利用，當圖層處于運行的狀態下，所有的圖層具有獨立性的特點，同時能達到控制顯示和隱藏作用的功能。在應用其圖層功能時，能達到分層顯示的效果，畫面中的信息，包括名稱、地址等，都能自由選擇，從而確保其整體功能的有效性。二是設備圖元。在應用設備圖元時，通常能滿足地鐵綜合監控系統的多種要求，通過轉動、移位、放大、縮小、填充、可見、不可見等方式，實現對其動態應用的目的，從而達到服務城市地鐵的目的。三是設備面板。設備面板在地鐵綜合監控系統中并不罕見，每個系統設備幾乎都配備了設備面板，用戶可通過查看設備面板各類信息數據的方式進一步熟悉實際的操作模式等，從而達到對地鐵綜合監控系統掌握準確的目的。

4.3.3 集中技術

在地鐵綜合監控系統中，往往能看到配備多臺服務器的情況，而通常情況下包括主服務器、備用服務器兩種，為了能達到統一管理的目的，通常需要給每臺服務器配備兩臺中心實時服務器，為了能達到信息溝通交流的目的，往往需要利用虛擬化技術，在地鐵綜合監控系統中，搭建一個集中式管理平臺，從而滿足實際操作和應用的目的。與此同時，借助于中心通信系統和交換機，在地鐵車站設置前段處理設備，從而達到綜合管理以及穩定有效運行的目的。

5 基于云服務的綜合監控系統方案的應用優勢

較之傳統綜合監控系統方案，利用云服務打造的綜合監控系統，實現了進一步優化，具有如下優勢：

5.1 數據有效同步，應用層簡化

云服務具有資源集中的特點，數據中心中集中了綜合監控服務器，并將車站及數據中心庫合并其中，將應用層有效去除，可實現車站數據庫與中心數據庫同步運行，避免數據出現不一致的情況。備用中心利用Oracle的RAC（實時應用集群）技術保證，實現數據與生產系統的統一性與一致性，倘若生產系統數據庫發生故障，則可自動切換至備用庫。其中綜合監控應用軟件數據庫為單庫，操作應用簡單。數據同步主要歸于數據庫。云服務搭載云平臺實現數據中心與備用中心的存儲雙活，進而實現對數據的雙向保障。

5.2 系統可用性強

綜合監控平臺支撐業務所用主備機較為冗余，且云服務系統下的虛擬機冗余，從而為保障系統運行的可靠性，提供雙重保險。云服務系統中，借助HA機制，對于物理機故障的檢測，可在虛擬機上遷移，從而在物理機上重新啟動，綜合監控業務系統在自適應啟動條件下，恢復業務，僅僅需要3～5min，有效減少了故障時間，增強了系統的實用性。

5.3 減少建設與運營成本

當前，國內綜合監控系統車站服務器為4核32G內存配置的機器，綜合監控應用軟件在使用CPU等資源上大幅減少，資源浪費現象嚴重。在云服務系統下，基于現有資源的一半配置虛擬機，其數據中心服務器運維成本將大幅減少，且站點數據有效增加，此外，數據中心云平臺單價成本也會降低。對于綜合監控系統的維護通常由每條線路自動化班組承擔，配置5-6人，以輪班制模式維護控制中心及車站服務器，過去的運維工作中存在諸多不可預知性，運維人員主要采取就地處理方式，且經常往返于不同站點，人力成本較大。而云服務系統下，服務器集中于控制中心，運維工作可在控制中心完成，降低了人力資源成本；并且可視化操作界面，有效提升了運維效率，降低了運營成本。

6 結束語

在現代化的信息技術中，云服務為較為先進的技術代表之一，在現代化城市建設過程中發揮著越來越重要的作用。對于城市軌道交通而言，云服務可與其多項業務相融合，其中在地鐵綜合監控系統運維方面發揮著較為重要的作用。作為地鐵綜合監控系統構建和運維人員，要更新工作理念，加深對云服務技術的研究，把握云服務技術要點，并結合地鐵綜合監控系統運維實際需求，不斷優化地鐵綜合監控系統云服務架構，綜合應用分布式技術、監控技術以及集中技術等，在虛擬化運維操作平臺下不斷優化實際操作要點，同時注重根據監控需求調整系統構造，不斷提高地鐵綜合監控系統性能，為城市地鐵軌道交通的發展提供強大支持。