基于智慧城軌建設(shè)的研究分析

杜海源

（石家莊市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司，石家莊 050000）

1 引言

近年來，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、VR、AR、BIM、人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，以及國(guó)家對(duì)于“新基建”布局的加速，如何建設(shè)智慧城軌成為全國(guó)地鐵建設(shè)的熱點(diǎn)話題。作為智慧城軌發(fā)展的基礎(chǔ)平臺(tái)與技術(shù)底座，城軌云的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，城軌云的價(jià)值也被高度認(rèn)可，各大城市摩拳擦掌，紛紛部署和推動(dòng)城軌云的建設(shè)。

2 智慧城軌建設(shè)的必要性

2020 年3 月12 日，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布了《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，城市軌道交通是全面開啟建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)的重要支撐，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的先行領(lǐng)域，也是建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)和智慧城市的重要組成部分。

城軌云與大數(shù)據(jù)平臺(tái)是建設(shè)智慧城軌的關(guān)鍵、也是根本。建設(shè)一個(gè)自主可控、功能完備、技術(shù)領(lǐng)先、安全可靠、可持續(xù)發(fā)展的城軌云與大數(shù)據(jù)平臺(tái)[1]，一是可以統(tǒng)一部署城軌各專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)分配，定制化運(yùn)營(yíng)部署運(yùn)行環(huán)境，為城軌各專業(yè)信息系統(tǒng)提供運(yùn)行環(huán)境，加快城軌智能化、智慧化推行進(jìn)度；二是可以建設(shè)數(shù)據(jù)融合共享平臺(tái)。

2.1 傳統(tǒng)模式的軌道

傳統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)下，每個(gè)車站均設(shè)置有各業(yè)務(wù)系統(tǒng)車站級(jí)服務(wù)器、終端，需設(shè)置綜合監(jiān)控、通信、AFC 機(jī)房，對(duì)地下車站的機(jī)房空間、電力、環(huán)控、消防等資源占用大；服務(wù)器及終端分布式設(shè)置方式存在運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)維管理不便；地下車站機(jī)房環(huán)境較差，受地鐵運(yùn)行震動(dòng)影響，致使設(shè)備故障率較高等。

2.2 城軌云的優(yōu)勢(shì)

1）城軌云是智慧地鐵建設(shè)的基礎(chǔ)。作為新型技術(shù)手段，城軌云對(duì)于大數(shù)據(jù)平臺(tái)和大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、打破信息孤島、優(yōu)化現(xiàn)有三級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)、承載智慧地鐵業(yè)務(wù)等方面將帶來顛覆性變革。

2）城軌云技術(shù)采用統(tǒng)一的基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，線網(wǎng)級(jí)城軌云架構(gòu)更能實(shí)現(xiàn)建設(shè)和運(yùn)維成本的降低。基于城軌云技術(shù)的分布式硬件資源分配可賦予智慧地鐵系統(tǒng)低能耗、大容量、高可靠等特點(diǎn)。

3）城軌云進(jìn)行多線路、多專業(yè)的統(tǒng)一規(guī)劃和部署，可以實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)、跨系統(tǒng)、跨功能、跨線路的整合聯(lián)動(dòng)，系統(tǒng)應(yīng)用更加靈活，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。不僅如此，云方案將進(jìn)一步加速多專業(yè)的深度融合與集成創(chuàng)新。

4）隨著城軌云與大數(shù)據(jù)、人工智能等高科技應(yīng)用的結(jié)合，會(huì)誕生出更多創(chuàng)新性業(yè)務(wù)，如智慧車站、智慧運(yùn)維、智慧乘客服務(wù)，使業(yè)務(wù)辦理更加靈活，服務(wù)更加智能，依托云架構(gòu)可研究微服務(wù)和模塊化服務(wù)，帶來新的架構(gòu)變革。

5）基于城軌云架構(gòu)的智慧城軌創(chuàng)新應(yīng)用，為地鐵安全、乘客服務(wù)、智慧運(yùn)維、精準(zhǔn)調(diào)度等提供基礎(chǔ)條件，結(jié)合人工智能、VR、AR、大數(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生系統(tǒng)等技術(shù)的應(yīng)用，最終價(jià)值不僅僅是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化的展現(xiàn)，更多的是數(shù)據(jù)服務(wù)化的應(yīng)用。

3 城軌云的建設(shè)方案

3.1 城軌信息技術(shù)系統(tǒng)總架構(gòu)

城市軌道交通信息技術(shù)系統(tǒng)總體架構(gòu)是通過搭建城市軌道交通統(tǒng)一云平臺(tái)，納管主用中心、災(zāi)備中心、站段云，依托安全生產(chǎn)網(wǎng)、內(nèi)部管理網(wǎng)、外部管理網(wǎng)，拓展運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)管理、企業(yè)管理、建設(shè)管理、資源管理等領(lǐng)域，構(gòu)建運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)中心、企業(yè)管理中心和乘客服務(wù)管理中心，打造軌道交通企業(yè)的門戶網(wǎng)站。

3.2 城軌云計(jì)算總體設(shè)計(jì)方案

云平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案示意圖如圖1 所示。

圖1 云平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案示意圖

通俗來講就是將計(jì)算及存儲(chǔ)能力更加精細(xì)化地賦予每個(gè)使用個(gè)體的一種服務(wù)方案，多臺(tái)物理服務(wù)器通過軟件邏輯上組合成為一臺(tái)大型服務(wù)器，再通過虛擬化分解成個(gè)體的小型計(jì)算單元，通過網(wǎng)絡(luò)按需分配給每個(gè)需求用戶。

在基于云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)上，統(tǒng)一部署各業(yè)務(wù)系統(tǒng)傳統(tǒng)模式下的中心級(jí)硬件所需的計(jì)算、存儲(chǔ)資源，并將車站、場(chǎng)段傳統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)功能上移至中心虛擬資源中[2]。另外，云平臺(tái)同時(shí)為運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)提供云桌面服務(wù)，滿足線網(wǎng)中心調(diào)度員、車站調(diào)度員、站長(zhǎng)與值班員、運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)的云桌面服務(wù)需求。按照重要性、安全性、功能性，劃分為3 張業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

安全生產(chǎn)網(wǎng)包含大數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)、信號(hào)ATS 系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、LTE-M 系統(tǒng)、車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)和線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)指揮中心系統(tǒng)等。

內(nèi)部管理網(wǎng)包含運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)、建設(shè)管理系統(tǒng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)站、協(xié)同辦公系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)、BIM 管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)、站務(wù)管理系統(tǒng)和乘務(wù)管理系統(tǒng)。

外部服務(wù)網(wǎng)包含乘客服務(wù)管理系統(tǒng)、線網(wǎng)智慧客流組織系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、企業(yè)門戶系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)售檢票系統(tǒng)。

4 城軌云應(yīng)用存在的主要問題

當(dāng)前城軌云在應(yīng)用推廣過程中，存在諸多現(xiàn)實(shí)問題，使各大城市業(yè)主在建設(shè)選擇上都抱著觀望和試試的態(tài)度。首先，選擇構(gòu)建專業(yè)“小云”，產(chǎn)生了諸多的問題，主要原因在于：（1）缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和統(tǒng)一的頂層規(guī)劃，即使當(dāng)前城市軌道交通協(xié)會(huì)進(jìn)行規(guī)范編制工作，但從頒布規(guī)范到宣貫還存在較長(zhǎng)的時(shí)間周期，各個(gè)地鐵業(yè)務(wù)能否按照此規(guī)范落實(shí)是一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。（2）缺乏有力的指導(dǎo)和統(tǒng)籌管理部門，缺乏能讓行業(yè)短期看到應(yīng)用價(jià)值和效果的、較為成熟且可供大多數(shù)城市參考和借鑒的應(yīng)用案例。（3）過往，城軌各個(gè)專業(yè)獨(dú)立建設(shè)，難以實(shí)現(xiàn)專業(yè)之間的融合與整合，這是生產(chǎn)系統(tǒng)上云的最大障礙，尤其是傳統(tǒng)已運(yùn)行線路，在傳統(tǒng)管理模式下比較難以改變。

5 城軌云建設(shè)探討

5.1 整體發(fā)展方向建議

1）政府機(jī)構(gòu)、專業(yè)協(xié)會(huì)牽頭，城軌業(yè)主、設(shè)計(jì)單位和廠商共同參與，出臺(tái)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將城軌云的設(shè)計(jì)、建設(shè)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化，針對(duì)不同城市級(jí)別，明確城軌云的建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容，盡快推動(dòng)行業(yè)先行試點(diǎn)和示范工程項(xiàng)目的實(shí)施落地。

2）從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，制定完善的城軌云建設(shè)和運(yùn)維模式。云是一種實(shí)現(xiàn)手段，是計(jì)算網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等資源的匯聚整合，但云底座承載的業(yè)務(wù)需要同步規(guī)劃、同步思考、同步管理，需要對(duì)云方案研究部門、配合部門等各部門的職責(zé)、運(yùn)營(yíng)架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，技術(shù)層和管理層都需要慎重設(shè)計(jì)和規(guī)劃。

3）從對(duì)資源的云化管理向應(yīng)用和數(shù)據(jù)的云化管理方向發(fā)展。

4）探索適合城軌行業(yè)的技術(shù)路線，完善云產(chǎn)品技術(shù)，推動(dòng)云產(chǎn)品與城軌行業(yè)各系統(tǒng)設(shè)備的融合。

5.2 城軌云建設(shè)細(xì)節(jié)探討

5.2.1 針對(duì)外部服務(wù)網(wǎng)建設(shè)探討

目前，全國(guó)各大城市地鐵運(yùn)營(yíng)大多處于虧損狀態(tài)，如何開發(fā)外部服務(wù)網(wǎng)的拓展業(yè)務(wù)，增加地鐵運(yùn)營(yíng)收入，減輕地方政府壓力，同時(shí)提升對(duì)乘客的服務(wù)質(zhì)量是值得深入探討的話題。

1）加強(qiáng)門戶網(wǎng)站信息與開發(fā)地鐵周邊資源互動(dòng)。豐富門戶網(wǎng)站內(nèi)容，同步建設(shè)地鐵服務(wù)App，與周邊行政機(jī)構(gòu)、商超、便民市場(chǎng)及餐飲娛樂建立互通聯(lián)系，以外部服務(wù)網(wǎng)為紐帶向乘客全方位展示。商超新品、打折信息推薦，在幫助各大商家推送新品的同時(shí)，也方便了乘客了解最新的信息。

2）充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，建立便民服務(wù)設(shè)施。在地鐵各個(gè)站點(diǎn)建設(shè)便民服務(wù)智能柜，同時(shí)與洗衣店、擦鞋店、便民代購、蔬菜配送、藥店等涉及乘客日常生活需要的相關(guān)店鋪建立信息關(guān)聯(lián)。例如，乘客上班時(shí)將自己需要服務(wù)的物品放入柜內(nèi)或通過地鐵服務(wù)App 向店家下單，下班時(shí)直接去對(duì)應(yīng)地點(diǎn)將物品取回，既節(jié)約了乘客的時(shí)間，提升了服務(wù)質(zhì)量，還能為地鐵創(chuàng)收。

3）建立城市交通服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。建立地鐵、公交、出租車、共享單車等城市公共交通信息互通網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)乘客全方位、立體化交通服務(wù)。

5.2.2 內(nèi)部管理網(wǎng)建設(shè)探討

隨著城軌云內(nèi)部管理網(wǎng)的建設(shè)，以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)設(shè)備全壽命周期管理系統(tǒng)，在建設(shè)初期設(shè)計(jì)階段就將地鐵車站、區(qū)間、附屬的設(shè)備清單化，同時(shí)使用BIM 軟件將設(shè)備布置到位，以此為清單指導(dǎo)設(shè)備到貨及設(shè)備安裝工作，確保合同執(zhí)行階段從設(shè)備到貨—安裝—清點(diǎn)—竣工移交—合同結(jié)算—審計(jì)數(shù)量的一致性；同時(shí)在設(shè)備出廠前采用RFID 技術(shù)將設(shè)備標(biāo)簽化，與BIM 技術(shù)相結(jié)合，到場(chǎng)前就將設(shè)備位置化，尤其是確保定制化設(shè)備（電梯、水泵、風(fēng)管、消聲器）正確到達(dá)安裝位置；在后期資產(chǎn)清點(diǎn)過程中使用RFID 讀取設(shè)備與BIM 數(shù)據(jù)庫設(shè)備清單相結(jié)合，可以在很短時(shí)間內(nèi)完成物資資產(chǎn)的月度、季度、年度的盤點(diǎn)工作，省去因不熟悉現(xiàn)場(chǎng)而造成的時(shí)間浪費(fèi)。

5.2.3 安全生產(chǎn)網(wǎng)建設(shè)探討

城市軌道交通中的系統(tǒng)較為繁雜，有涉及人身安全的、有保障乘客舒適度的，還有輔助運(yùn)營(yíng)管理的，不同用途的設(shè)備所需要的穩(wěn)定性及后備需求也都不太一樣，這就需要在前期建設(shè)階段做好規(guī)劃，合理集成。

6 結(jié)語

綜上所述，未來是一個(gè)信息的時(shí)代，任何人掌握了最前端的信息，也就握住了成功脈搏，信息的互通、信息的傳遞將切實(shí)關(guān)乎每個(gè)人，所以，促進(jìn)城軌云平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能聯(lián)動(dòng)，增進(jìn)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)融合，加快城市軌道交通智能化、智慧化建設(shè)，為提升城軌服務(wù)質(zhì)量，降低建設(shè)成本，全面構(gòu)建便民、綠色、安全、智能的立體化智能軌道交通奠定基礎(chǔ)。