基于云平臺的軌道交通綜合監控部署方案研究

王 彬

（中交機電工程局有限公司，北京 100000）

0 引言

傳統軌道交通綜合監控系統在一定程度上能夠解決交通監控中存在的問題，但是已經不符合當下社會的發展需求。交通行業要更好地發展，必須要緊跟時代，更新系統，用新型軌道交通綜合監控系統即基于云平臺的軌道交通綜合監控系統替代傳統系統，以彌補傳統軌道交通綜合監控系統中存在的不足，促使交通部門綜合監控水平能夠不斷提升。

1 傳統軌道交通綜合監控系統的局限性

傳統軌道交通綜合監控系統的監控方式為兩級管理三級控制的分層分布式結構。兩級管理指中央級和車站級，三級控制指中央級、車站級以及現場級。中央級的作用是通過網絡收集所有車站級監控系統的相關信息［1］。傳統軌道交通綜合監控系統能夠為交通部門工作人員的監控工作提供數據支撐，并在此基礎上為共享平臺提供信息，降低各系統直接接口數量，但是傳統軌道交通綜合監控系統仍存在一定局限性，主要體現在以下幾點。

1.1 冗余數據庫存在差異

各級車站及控制中心可能會出現冗余主備數據庫存在差異的問題，主要因為監控系統的應用層軟件和系統受技術及各方面因素的限制，主備數據庫存在差異的可能性非常大。主備數據庫出現差異，意味著各級車站的數據可能會出現偏差，繼而使車站控制中心控制出現問題［2］。

1.2 冗余設備成本較高

傳統軌道交通綜合監控系統中，車站以及控制中心的服務器主要用的是冗余配置和支持數據，用其保存及傳輸數據，成本較高，如果監控需求升級，交通部門需要設備擴容，成本會增加［3］。

1.3 CPU利用率不高

傳統軌道交通綜合監控系統的軟件存在CPU性能低的問題，這一點是因為傳統軌道交通綜合監控系統本身配置不高，需要技術人員進行升級。但是由于系統限制，即使技術人員在為服務器配置CPU的時候一般都會選擇標準比較高的CPU，CPU在實際正常運行過程中的利用率也非常低。這會導致系統出現卡頓，進而使信息傳達出現滯后，對交通部門的工作效率以及工作質量造成影響［4］。

2 基于云平臺的軌道交通綜合監控系統的優勢

2.1 系統較為可靠

傳統軌道交通綜合監控系統使用的是雙機熱備的方式［5］，這一方式的工作原理為在系統出現故障或發生問題時，工作人員能夠馬上切換到另外一臺服務器，以此確保系統能一直處于工作狀態［6］。

傳統軌道交通綜合監控系統中，各級系統包括綜合服務器、網絡以及車站服務器等節點在運行的時候，需要兩臺服務器同時運行，但如果因為一些原因導致其中一臺設備無法輸出，則另一臺可以發揮作用。兩臺服務器通過網絡同時運行，如果主機發生故障，則系統會通過雙機診斷機制，將備用機進行升級，使其成為主機，代替原先的主機完成后續工作。因為系統運行處在同頻狀態，所以即使前后兩臺服務器不同，相關數據也不會丟失，客觀上不會對系統運行造成太大影響。但從主觀上看，因為兩臺服務器不同，所以信息保存以及傳輸之間可能存在滯后性，這會對交通部門處理問題的效率以及速度造成一定影響［7］。

基于云平臺的軌道交通綜合監控系統的運行方式并不是雙機熱備，而是依照系統自帶的數據中心備份以及虛擬機遷移機制。通過完成虛擬機遷移，對服務器集群的資源進行調度及調整，觸發冗余保護機制，確保服務器運行不會中斷以及業務水平不斷提升［8］。

2.2 云架構的擴展性

基于云平臺的軌道交通綜合監控系統使用云架構的方式，與傳統軌道交通綜合監控系統相比，云架構方案在一定程度提升了系統的可擴展性。

傳統軌道交通綜合監控系統受信息以及技術的限制，其程序和架構完全依靠固定資源以及網絡結構，應用程序運行需要建立在固定的資源實體上，系統要進行軟件升級以及擴容比較困難。如果原先硬件資源無法實現擴容需求，則只能由專業技術人員重新設計系統架構或再次購買相應規模設備或在設計系統的時候，預備足夠程度余量，但是無論是哪種解決方式，都會存在系統資源浪費的情況。系統運行是一個動態過程，相關人員只能對可能發生的問題進行預設，至于問題之后是否會發生，發生之后應當如何解決只能具體問題具體分析。所以傳統系統對這一問題在短時間無法解決。軌道交通綜合監控系統的云架構如表1所示。

表1 軌道交通綜合監控系統的云架構

軌道交通綜合監控系統的云架構

基于云平臺的軌道交通綜合監控系統使用云架構的方式，意味著系統在擴展時非常靈活。因為云平臺是系統中各類資源的運行基礎，技術人員通過平臺能夠了解數據，依靠云平臺靈活地分配應用程序需要的資源。在擴展系統的總容量時，技術人員只需補充基礎設施，適當擴大計算資源服務器存儲空間以及網絡節點，即使是擴展之后的資源，也是完全依靠云平臺完成管理及再分配。這種形式下，擴展資源無法影響已經設計好的應用程序。因為新型的軌道交通綜合監控系統擴展性非常靈活，所以能夠滿足當下城市軌道交通運營系統的發展需求，并發揮相當重要的作用。

2.3 高度集成性

基于云平臺的軌道交通綜合監控系統利用云計算，能夠保證各子系統在匯聚后，云數據中心通過實時存儲保存子系統的各類數據，為交通部門提供數據查詢及信息監控的同時處理相關數據。從底層數據向上，數據價值不斷增加。因此，從車站級向線路級傳遞的數據依照應用需求和特征適當進行過濾及聚集，這意味著網絡帶寬以及數據中心的資源利用率會不斷增加。依靠數學建模以及分析優化，可以完善數據單元的參數配置，實現發展路徑的同時升級負載平衡系統的調度方法，繼而提升數據服務器集群數量，完善工作方法。因此，基于云平臺的軌道交通綜合監控系統能夠從根本上解決問題。

3 基于云平臺的軌道交通綜合監控部署方案

3.1 綜合自動化系統云數據中心方案

基于云平臺的軌道交通綜合監控的核心是云數據中心，從城市軌道交通綜合自動化發展要求出發，研究設計需要兼具可擴展性以及可伸縮性的云數據體系架構。

不同專業應用的要求不同，這意味著數據中心需要有較高的靈活性、較強的擴展以及訪問能力，確保系統可以應對多種訪問的需求。這一點主要體現在數據中心有效數據及特殊加工，發現數據中的關聯，對結構化數據以及非結構化數據進行區分等，云數據的存儲涵蓋范圍一定要非常廣，其需要包含所有系統涵蓋車站的海量過程數據，做好實時的數據更新和信息監控工作，更好地為交通部門工作提供數據支撐。

云數據中心的主要功能包括數據清洗和預處理單元、負載平衡系統以及數據服務器集群系統等。其中數據清洗和預處理單元指處理和清洗存儲數據并進行預處理，確保數據符合規范，數據格式符合要求。負載平衡系統需要依照后臺數據服務器集群和服務器資源狀態，實時讀取資源信息，明確系統狀態，合理分配數據的流量，確保系統整體資源的優化以及相關資源的利用。數據服務器集群系統需要將相關數據流存儲到實時數據庫，并確保相關人員能夠查詢歷史數據的同時更改相關信息。

3.2 兩種基于云平臺的軌道交通綜合監控部署方案

3.2.1 集中式綜合監控云平臺

綜合監控系統能夠對中心、車站、場段等的所有服務器進行控制并實現虛擬化，同時由控制中心的資源池進行資源劃分。計算能力、存儲能力、信息能力到達一定水平的云平臺資源集群，可以依靠云平臺管理找到滿足不同要求的信息群。車站和場段不需要配置車站服務器。云平臺數據中心資源池包括綜合監控系統虛擬化兩臺實時服務器和兩臺歷史服務器，控制中心配置與此相同。每個車站都有虛擬化兩臺實時服務器，二者互為主備。數據中心以及車站的工作站部署云桌面，需要安裝相關服務器軟件。集中式綜合監控云平臺優勢和不足之處主要表現如下：

(1）成本不高。傳統架構下車站物理服務器需要進行精密部署，部署會耗費大量人力以及物力，以云數據為支撐的系統不再需要進行相關部署，相應的資源消耗也會降低。

(2）業務部署速度快。依照云平臺進行數據遷移以及系統技術，車站相關業務能夠在數據中心迅速完成部署，無論是項目實施難度還是設備管理，其難度會相對降低。

(3）降級能力不高。在車站進入降級模式的時候，工作站需進行必要功能，系統穩定程度比較低。

3.2.2 分布式綜合監控云平臺

分布式綜合監控云平臺部署方案仍然是由中心的資源池作為控制中心，場段和車站分配服務器資源，虛擬化的服務器數量與集中式方案相同。分布式綜合監控云平臺部署方案與集中式綜合監控云平臺的不同之處主要在于：分布式綜合監控系統云平臺在車站有云節點，云節點在每個車站都有1臺虛擬服務，它是作為車站備用服務器存在的。分布式綜合監控云平臺的特點如下：

(1）車站級綜合監控系統降級能力高。

在車站綜合監控系統采用降級模式的時候，云節點的主用服務器成為備用服務器，原本需要虛擬服務器進行的工作在這種模式下需要依靠車站自身進行。車站、場段的工作站仍采用終端加云桌面的方法，在降級模式時，相關人員需要通過服務終端訪問車站云節點的實時服務器。

(2）車站內數據采集和控制不受其他因素干擾。

在網絡出現故障時，集成互聯的系統會停止實時數據更新以及歷史數據錄入，但是其仍舊能夠聯系虛擬服務器進行通信，在網絡恢復后車站服務器和中心實時服務器會進行數據同步。同時，車站的控制命令是受云節點的車站服務器控制的，控制機制在這個過程中不會被影響。

4 基于云平臺的軌道交通綜合監控系統的未來發展方向

云計算需要將海量數據于云數據中集中存放，基于云平臺的軌道交通綜合監控系統屬于密集型計算應用，云計算在這類系統中起著相當關鍵的作用。當下大部分數據密集型計算應用都需要完成大量數據的傳輸，同時將這些數據傳輸到云數據中心存儲系統，同時分析處理后的數據。面對傳輸量巨大的網絡寬帶流量，云數據中心的傳輸數據需要耗費大量的時間以及物力，因為當下網絡發展速度往往跟不上時代對網絡的發展速度要求。所以未來發展需要從基礎設施的網絡體系結構出發，更改網絡組織方式和運行模式，不斷提升網絡吞吐量，容納更多數據。

5 結語

因此，在當下交通部門發展進入新階段、信息技術在部門發展過程中的地位越來越關鍵的背景下，交通部門需要在發展過程中融入信息技術，軌道交通綜合監控部署作為部門發展重點。相關人員要找到其與信息技術的融合點，做出基于云平臺的軌道交通綜合監控部署方案，從形式及內容上提高交通部門的監控水平以及監控效率，繼而促進交通部門更好地發展。