城市軌道交通智慧運營平臺的應用研究

摘要：從智慧運營中存在的重難點出發(fā)，以敏捷、高效、友好、覆蓋生產(chǎn)業(yè)務全鏈條為建設目標，運用云平臺、中臺、低代碼編排等新技術，提出高可用性、高擴展性、高兼容性的智慧運營平臺范例。創(chuàng)新提出軌道交通數(shù)字底座、運營數(shù)據(jù)總線、生產(chǎn)業(yè)務一體化平臺的設計思路，提升運營生產(chǎn)平臺的系統(tǒng)能級，促進運營管理模式的變革和智慧場景應用的進步，為企業(yè)和軌道交通行業(yè)的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展奠定良好的數(shù)字化基礎。

關鍵詞：智慧運營平臺數(shù)字底座云平臺中臺一體化平臺

中圖分類號：U29

DesignSchemeforSmartOperationPlatformofUrbanRailTransit

WUJiankai

XiamenMetroConstructionandDevelopmentGroupXiamenMetroOperationCo.，Ltd.，Xiamen，F(xiàn)ujianProvince，361000China

Abstract：Startingfromthekeyanddifficultpointsinsmartoperation，withtheconstructiongoalofagility，efficiency，friendliness，andcoveringtheentireproductionbusinesschain，newtechnologiessuchascloudplatform，middleplatform，andlowcodeorchestrationareusedtoproposeahighavailability，highscalability，andhighcompatibilitysmartoperationplatformexample.Innovativelyproposethedesignconceptofadigitalbase，operationaldatabus，andintegratedproductionandbusinessplatformforrailtransit，enhancethesystemleveloftheoperationalproductionplatform，promotethetransformationofoperationalmanagementmodelsandtheprogressofintelligentsceneapplications，andlayagooddigitalfoundationforthehigh-qualityandsustainabledevelopmentofenterprisesandtherailtransitindustry.

KeyWords：Smartoperationplatform;Digitalbase;Cloudplatform;MiddlegroundIntegratedplatform

2020年3月，中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，統(tǒng)籌擘畫智慧城軌的發(fā)展藍圖。北京、上海、廣州、深圳、鄭州等地相繼出臺智慧城軌指導文件，西安、成都、青島、南寧等城市開展智慧城軌試點及建設。

智慧城軌面臨以下重難點：一是生產(chǎn)網(wǎng)與管理網(wǎng)數(shù)據(jù)隔離，形成信息孤島，而應用系統(tǒng)割裂，煙囪現(xiàn)象明顯，導致業(yè)務流程碎片化、業(yè)務鏈非閉環(huán)；二是各生產(chǎn)系統(tǒng)之間接口不靈活，而各管理系統(tǒng)業(yè)務面向單一，數(shù)據(jù)共享、融合欠缺，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務；三是數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證，有用數(shù)據(jù)沉沒在海量數(shù)據(jù)中；四是建成的系統(tǒng)僅代表系統(tǒng)能力，與業(yè)務脫節(jié)，無法高效應對多元業(yè)務并舉發(fā)展、網(wǎng)絡化運營調(diào)整等[1]。

因此有必要構建敏捷、高效、友好，覆蓋軌道交通運營生產(chǎn)和運營管理全鏈條的智慧運營平臺，確保運營數(shù)字基礎設施具備高可用性、高擴展性和高兼容性，支撐未來各種復雜應用場景快速接入和穩(wěn)定運行。

智慧運營平臺覆蓋運行控制中心（行車及調(diào)度管理）、車站管理、場段管理、設備管理4大業(yè)務。平臺架構如圖1所示，自下而上包括設備層、數(shù)字底座、前臺應用3個層級，其中運營生產(chǎn)業(yè)務一體化平臺是前臺應用重要組成。

1數(shù)字底座

數(shù)字底座[2]是數(shù)字化、智能化的基座，具備多個中臺連接能力，快速集成硬件、軟件資源輸出各類場景數(shù)字化解決方案與應用平臺。

數(shù)字底座包括云平臺、數(shù)據(jù)中臺、業(yè)務中臺三大部分。其中，云平臺提供計算、存儲、網(wǎng)絡基礎服務；數(shù)據(jù)中臺采集、治理數(shù)據(jù)，加工生產(chǎn)為標準數(shù)據(jù)并存儲到數(shù)據(jù)倉庫，打破數(shù)據(jù)的系統(tǒng)界限實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為業(yè)務提供數(shù)據(jù)服務；業(yè)務中臺是抽象業(yè)務流程的共性形成通用業(yè)務服務能力，即通過重構業(yè)務模型，將分散的業(yè)務能力沉淀到企業(yè)級中臺業(yè)務模型，實現(xiàn)業(yè)務復用和各業(yè)務板塊之間的聯(lián)通和協(xié)同。

1.1云平臺

云平臺實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡資源按需分配、統(tǒng)一管理和集中監(jiān)測，提高資源利用率，便于業(yè)務快速部署和擴展。實現(xiàn)硬件資源統(tǒng)一管理、合理動態(tài)分配，滿足未來不同時期系統(tǒng)靈活應用開發(fā)的需求[3]。

1.2生產(chǎn)網(wǎng)與管理網(wǎng)互通

目前云平臺已在多地落地應用，云架構、上云系統(tǒng)等方案形式多樣，從網(wǎng)絡安全考慮，建議生產(chǎn)系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)部署在不同云平臺或云資源池。

云平臺可通過單向網(wǎng)閘實現(xiàn)生產(chǎn)網(wǎng)向管理網(wǎng)的單向數(shù)據(jù)傳輸，通過互聯(lián)網(wǎng)接口實現(xiàn)管理網(wǎng)向生產(chǎn)網(wǎng)的少量數(shù)據(jù)傳輸。打破了既有生產(chǎn)網(wǎng)與管理網(wǎng)信息孤島的桎梏，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與運營管理業(yè)務的融合交互，為運營業(yè)務鏈升級、生產(chǎn)體系革新創(chuàng)造可能。

1.3數(shù)據(jù)中臺

數(shù)據(jù)中臺是抽象數(shù)據(jù)能力的共性形成通用數(shù)據(jù)服務能力。簡單來講就是提取各個業(yè)務的數(shù)據(jù)，對業(yè)務數(shù)據(jù)進行采集、計算、存儲、加工，同時統(tǒng)一標準和口徑，通過數(shù)據(jù)計算和加工，為用戶提供高效的數(shù)據(jù)服務。其核心就是構建一個共享數(shù)據(jù)服務體系。包括大數(shù)據(jù)平臺和運營綜合數(shù)據(jù)總線（簡稱“總線”）兩個部分。

1.3.1大數(shù)據(jù)平臺

大數(shù)據(jù)平臺業(yè)務內(nèi)容包括數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、大數(shù)據(jù)集成開發(fā)、算法平臺、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)標簽管理等。

大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全量、準實時、實時入庫，以及數(shù)據(jù)的清洗與融合，為線網(wǎng)數(shù)據(jù)資源全量與增量匯聚、各業(yè)務應用與數(shù)據(jù)分析挖掘、全網(wǎng)數(shù)據(jù)共享及基于數(shù)據(jù)平臺的全局決策應用打下基礎。大數(shù)據(jù)平臺功能作用[4]如下。

（1）大數(shù)據(jù)平臺作為線網(wǎng)級云平臺的數(shù)據(jù)采集、處理、服務和運營的平臺，通過“統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運營和統(tǒng)一服務”，形成線網(wǎng)級的數(shù)據(jù)和服務共享能力。

（2）大數(shù)據(jù)平臺規(guī)整結構化、半結構化、非結構化數(shù)據(jù)服務的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接入方式與訪問協(xié)議，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)安全認證接入，整合多種的數(shù)據(jù)形式的訪問模式，向外部應用系統(tǒng)提供統(tǒng)一標準接口訪問數(shù)據(jù)。

（3）實施生產(chǎn)網(wǎng)與管理網(wǎng)數(shù)據(jù)融合互通及數(shù)據(jù)治理，對各類數(shù)據(jù)資源進行重構和跨專業(yè)融合，形成企業(yè)基礎數(shù)據(jù)資源庫和主題數(shù)據(jù)資源庫等各類公共數(shù)據(jù)集。

（4）大數(shù)據(jù)平臺向數(shù)據(jù)應用層提供多種類型服務的能力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、專題分析、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)挖掘、多維分析、數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)指標等應用支撐能力。

1.3.2運營綜合數(shù)據(jù)總線

傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)具備清晰的業(yè)務領域為劃分的接口邊界，各專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心（數(shù)據(jù)庫）分立煙囪式部署，以點對點進行數(shù)據(jù)交互，存在網(wǎng)絡節(jié)點多、接口多、層級多、架構臃腫、數(shù)據(jù)多源及重復、二次開發(fā)困難、變動難度大成本高等問題。

云平臺及大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)與管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)融合。但是大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)量大、類型繁多、業(yè)務復雜、數(shù)據(jù)鏈長（經(jīng)數(shù)據(jù)治理等多個環(huán)節(jié)），存在一定時延，不滿足高實時性要求生產(chǎn)業(yè)務（如系統(tǒng)聯(lián)動、應急處置等）的需求，可通過總線實現(xiàn)高實時數(shù)據(jù)匯聚交互。

運營數(shù)據(jù)綜合總線實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一、快速交互、融合共享，提高數(shù)據(jù)流通能力、拓展數(shù)據(jù)業(yè)務，實現(xiàn)靈活應用，發(fā)揮通信環(huán)節(jié)少、信息處理快的總線特點。

運營數(shù)據(jù)綜合總線應基于開放系統(tǒng)軟件結構和實時數(shù)據(jù)技術，提供通用性、開放式、標準化和安全性的接口服務，協(xié)調(diào)并提供每一個功能模塊的公用數(shù)據(jù)訪問方式。為支撐產(chǎn)品和應用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務管理、數(shù)據(jù)接口API、數(shù)據(jù)共享等服務。

（1）定位。①運營綜合數(shù)據(jù)總線向?qū)Ω邔崟r性要求的業(yè)務提供數(shù)據(jù)服務，重點提供實時數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)動、應急處置等；②大數(shù)據(jù)平臺提供對實時性要求不高的業(yè)務提供數(shù)據(jù)服務，如報表統(tǒng)計、維護維修等。

（2）功能作用。①各生產(chǎn)系統(tǒng)間的實時數(shù)據(jù)匯聚、交互，由端對端接口布局變?yōu)橐粋€中心，避免長鏈路、多層級、多轉(zhuǎn)接數(shù)據(jù)業(yè)務，簡化生產(chǎn)網(wǎng)絡；②便于建設統(tǒng)一生產(chǎn)應用平臺，避免業(yè)務鏈中多專業(yè)多系統(tǒng)協(xié)同難、效率低的問題；③解決需求變化下系統(tǒng)間接口調(diào)整困難問題；④提高數(shù)據(jù)流通能力、拓展數(shù)據(jù)業(yè)務應用。

（3）應用案例。

如圖3所示，生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)匯聚到總線，總線向運營生產(chǎn)業(yè)務一體化平臺提供生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。一體化平臺融合總線生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)以及運營管理類系統(tǒng)的生產(chǎn)支持數(shù)據(jù)，運用自動控制、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術進行分析、演算、判斷，提供生產(chǎn)及生產(chǎn)管理應用服務，并將全量數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)平臺。同時，大數(shù)據(jù)平臺將運營關鍵信息通過運營通App（運營通App是智慧運營中的智能手持終端App，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息到端部人員）推送到授權手持端，接收運營通App的決策命令后將聯(lián)動、決策結果反饋回大數(shù)據(jù)平臺，生產(chǎn)系統(tǒng)控制指令上傳至綜合數(shù)據(jù)中臺，控制各生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)場設備執(zhí)行動作，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的聯(lián)控。

對比傳統(tǒng)方案，除基于可靠性、安全等因素考慮以及工業(yè)控制技術限制而保留的硬線或控制總線等通信接口外，網(wǎng)絡（含串口）接口基本接入總線，由數(shù)據(jù)中臺作為中間載體實現(xiàn)各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互。由點對點多線接口變?yōu)橹行幕季?，避免長鏈路多層級數(shù)據(jù)流、多次轉(zhuǎn)接的數(shù)據(jù)業(yè)務，簡化生產(chǎn)網(wǎng)絡，提高可靠度。同時，接口談判不再以專業(yè)與專業(yè)之間作為分界展開，基于標準規(guī)約，主動權回到業(yè)主側(cè)，拓展數(shù)據(jù)流通能力。

總線強調(diào)了數(shù)據(jù)模型的標準化，通過標準化規(guī)約及建設，才能真正意義上掌握數(shù)據(jù)、軟件的產(chǎn)權，具備數(shù)據(jù)管理、軟件修改＼增加＼排障、二次開發(fā)等自主能力。

1.4業(yè)務中臺

在智能智慧化建設、數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，業(yè)務不斷迭代升級并更加依賴數(shù)據(jù)，企業(yè)對數(shù)據(jù)需求加倍增長。在不同的業(yè)務中，對組件、功能塊、模型、數(shù)據(jù)等存在相同需求，假如業(yè)務結果以及組件、功能塊、模型、數(shù)據(jù)等是可以向相關業(yè)務共享的，那可縮短業(yè)務鏈，提高業(yè)務流通效率，也減少資源建設的成本。

業(yè)務中臺是以業(yè)務領域劃分邊界，形成高內(nèi)聚、低耦合的面向業(yè)務領域的能力中心。具備業(yè)務屬性并支持多種業(yè)務屬性的共性能力組織，有助于業(yè)務的復用，對業(yè)務的快速響應能力[5]。

將分散在不同渠道和業(yè)務場景重復建設的標準化的業(yè)務邏輯和流程沉淀到企業(yè)級中臺業(yè)務模型，面向企業(yè)所有業(yè)務場景和領域，實現(xiàn)能力復用和各業(yè)務板塊之間的聯(lián)通和協(xié)同，確保關鍵業(yè)務鏈路的穩(wěn)定高效，提升業(yè)務創(chuàng)新效能。

通俗上講，業(yè)務中臺就是面向眾多的業(yè)務系統(tǒng)，提取出共有的業(yè)務集合進行重復利用，減少系統(tǒng)重復開發(fā)，幫助業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)快速地開發(fā)，滿足業(yè)務需求。

1.4.1功能

業(yè)務中臺將通用或核心的業(yè)務能力，抽象為業(yè)務塊，封裝、構建業(yè)務對象模型（領域模型）、微服務等業(yè)務模型并持續(xù)演進，對數(shù)字化業(yè)務進行標準化、統(tǒng)一化建設。將業(yè)務模型提供給多個前臺、其他中臺及第三方應用，可調(diào)用、復用業(yè)務模型對應的通用能力和核心能力，加快業(yè)務流程，聯(lián)通和融合不同業(yè)務板塊能力。

1.4.2作用

對比煙囪式系統(tǒng)，業(yè)務中臺避免系統(tǒng)組件、功能模塊等的重復開發(fā)，實現(xiàn)業(yè)務互聯(lián)互通、資源協(xié)調(diào)和共享。同時縮短數(shù)字化業(yè)務鏈，快速響應業(yè)務模式變化。實現(xiàn)前臺的輕量化、多端應用、靈活敏捷等發(fā)展需求，為移動應用的業(yè)務拓展、公共服務提供便利。

2運營生產(chǎn)業(yè)務一體化平臺

軌道交通各系統(tǒng)處于自行發(fā)展的多元異構狀態(tài)，應用界面風格差異大、信息資源共享難、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、服務水平不一致。運營各生產(chǎn)系統(tǒng)以及運營管理系統(tǒng)中生產(chǎn)支持類系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)及業(yè)務強關聯(lián)性，運營生產(chǎn)業(yè)務的執(zhí)行往往需要兩大族群系統(tǒng)中多個子系統(tǒng)協(xié)同運作。

標準化、精益化和高效化是系統(tǒng)業(yè)務的目標，建議建設運營生產(chǎn)業(yè)務一體化平臺，通過將生產(chǎn)系統(tǒng)、運營管理系統(tǒng)中生產(chǎn)支持系統(tǒng)（如維修維護管理系統(tǒng)、施工調(diào)度管理系統(tǒng)等）的數(shù)據(jù)資源、網(wǎng)絡資源、業(yè)務應用等整合集成在統(tǒng)一的應用平臺。

2.1建設需求

一體化平臺以高效連接、深度融合、一體協(xié)作為核心理念，整合運營各生產(chǎn)系統(tǒng)，接入運管管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，突破生產(chǎn)各系統(tǒng)間、生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)支持系統(tǒng)之間的邊界，服務運營生產(chǎn)。

實現(xiàn)統(tǒng)一的“用戶集成、界面集成、流程集成、業(yè)務集成、消息集成、應用集成”，屏蔽后臺復雜的業(yè)務邏輯、異構系統(tǒng)連接和工作流程貫通，解決傳統(tǒng)線路應用系統(tǒng)碎片化、“難找、難查、難用”和業(yè)務割離等問題。

采用開放性的構架及開發(fā)接口，如運用低代碼編排技術，使其具備良好的開放性與可擴展性，提供開放標準API接口，支持多應用及服務組件擴展。實現(xiàn)場景應用的快速開發(fā)，滿足未來大規(guī)模的信息化部署、持續(xù)迭代升級、按需定制的需要。

2.2功能作用

2.2.1化零為整，有效整合各業(yè)務系統(tǒng)

將孤立、分散、碎片化的各業(yè)務系統(tǒng)進行整合集成，避免各系統(tǒng)封閉式管理、生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)孤立造成的業(yè)務效率、數(shù)據(jù)傳遞失真問題。

2.2.2打破壁壘，生產(chǎn)業(yè)務閉環(huán)管理

突破生產(chǎn)各系統(tǒng)間、生產(chǎn)系統(tǒng)與管理類系統(tǒng)之間的邊界，銜接各業(yè)務系統(tǒng)并形成完整的業(yè)務流程，實現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)務的閉環(huán)管理。

2.2.3架構靈活，升級調(diào)整及擴展業(yè)務

穩(wěn)定靈活的構架，能夠跟隨業(yè)務及管理的變化不斷迭代升級，避免傳統(tǒng)封閉的生產(chǎn)應用系統(tǒng)限制功能的擴展升級。采用松耦合架構，能夠在不中斷業(yè)務的情況下平滑升級。

3結語

智慧運營平臺包含數(shù)字底座及運營生產(chǎn)業(yè)務一體化平臺。數(shù)字底座融合共享生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)支持數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)質(zhì)量并提供可復用業(yè)務模型、組件、能力，確保數(shù)字基礎設施高可用性、高擴展性和高兼容性。結合集成統(tǒng)一、穩(wěn)定靈活、友好高效的運營生產(chǎn)業(yè)務一體化平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)及流程快速流轉(zhuǎn)，多元生產(chǎn)業(yè)務高效協(xié)同閉環(huán)，降低煙囪協(xié)作成本，減少系統(tǒng)重復建設。

智慧運營平臺將助推運營數(shù)字化轉(zhuǎn)型、業(yè)務流程再造，促進管理模式的變革和智慧場景應用的進步，為軌道交通運營高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展奠定良好的數(shù)字化基礎。

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