地铁运营中云计算技术的应用分析

王 赫

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州510030）

引言

由于国内大力推行“互联网+城市轨道公共交通”工程建设的推行，配合“新基础建设”项目的要求和云计算、BIM、5G 网络等等新兴科技，搭建高质量的智慧型城市轨道交通网络成为各类大中城市公共交通发展和规划建设的关键。全方位监控系统是地铁运营系统中的关键性工业智能控制装置和系统，主流的特点是集中针对各类机械电子系统实施即时监控、各类专业装置间的联动和综合匹配。各个领域对相关设备的各项参数、状态参数等具备汇聚效果和接口要求。与此同时，云计算相关科技作为地铁相关系统装置的基础性结构，能够为地铁运营各个系统供应庞大的计算功能、存储能力及相应的信息数据管理功能，此类集中提供信息数据服务的系统，其能够为多条线路、多种专业、多类业务的轨道公共交通体系供应合理的数据支持。

1 地铁运营系统的信息相关技术发展概述

伴随着我国社会和经济的不断高速、平稳发展，新型的城镇化战略正在快速、平稳、有序地持续推动进行，国内各大城市的地铁运营网络正在进入积极发展的特殊机遇时期。地铁列车运行高速化、车次运行频率密集化、运营形式多样化、运营管理网络化及智能化的特性日益突出。地铁运营系统在公共交通运输系统中扮演着愈来愈关键的角色、起到了愈来愈重要的作用。国内地铁运营系统的建设周期的初始阶段使用的是一条线路一批复，一个批文下发建设一条线路的建设模式，因此地铁系统内的相关信息系统通常也是跟随着相关线路的建设进度来进行搭建，缺乏对于整体框架的统筹性规划和设计，这样做的一个问题就是各个地铁线路的信息系统处于一个相对独立的状况，应用程序、数据信息、网络交互、各类通讯设备等相关资源和信息的集成应用效率较为低下。现阶段，世界范围内多数国家普遍应用的以信息化技术加强地铁运营系统发展的长期战略，信息化相关技术已经涉及到了地铁系统整体的工程建设、日常运营、调度管理、安全生产、客户服务等等所有的相关领域。国内大力推行的“互联网+地铁”的主要战略，信息化网络的搭建工程也已经步入到大范围发展及实际应用的新阶段。其中云计算技术、大数据技术等信息科技在地铁运营行业已经逐步取得了长足的进步和实际推广应用，自动化运行、信息化管理及智能化操控现已成为相关地铁运营系统发展进步的必然发展趋势。

2 地铁运营自动化管理系统简述

地铁运营自动化管理系统的主要组成部分包含信号传输系统、全方位监控系统、电力控制系统、能源优化管理系统、外部环境和相关装置监控系统、火情全自动警报系统、图像监控系统、各个路口的门禁系统、乘客详细信息跟踪系统、全自动售票系统、全自动检票系统、广播通讯系统、有线电话通讯系统、专门线路的电话通讯系统、安全屏蔽门相关系统等等。经过针对上述自动化运行系统的深入研究和系统分析，可以发现从本质上来讲，它们均为针对不同装置的相关监控框架体系，其中以针对机械电子装置的监控系统为核心结构，也可以针对和相关地铁工程结构主体有关的各类装置、检测系统的仪器仪表实施有效的监控任务。电脑视频监控系统目前是地铁运营系统自动化监控体系的常规表现方式。

随着国内各大城市地铁运营系统的管理能力的大幅度提高及新兴科技的持续投入实际应用，地铁运营自动化管理系统的应用范围持续加大，功能也更加完善，带来了计算机等相关电子设备的应用数量的大量使用。电脑等相关装置作为一类商用级别的专业设备，其网络管理的能力较差，系统的相关配置、综合管理的操作比较复杂，而且因为相关的计算机操作系统通常是单独进行设置的，这样的情况为地铁运营系统的机电装置的综合系统的实际运营、日常维护保养及管理调控带来了许多的障碍和影响。例如地铁运营系统中的线路信号传输方案，地铁运营系统综合监控系统（ISCS）、地铁运营系统图监控系统（CCTV）、地铁运营系统自动售票、检票系统（AFC）、地铁运营系统乘客综合信息系统（PIS）、地铁运营系统停车场智能化管理系统、地铁运营系统资产管理等等系统全网共需要配置PC 服务器多达200 台以上，台式电脑多达200 台以上，数据存储装置30 多套。相关工程技术人员需要处在地铁运营系统的全方位视角考虑自动化信息系统的搭建工作，实现更大区域内的信息数据互联互通，更大程度的系统功能的集成化，这样操作将会提升整体地铁系统工程的建造水准，云计算技术的广泛使用现阶段已经成为地铁运营系统自动化控制系统的长远发展趋势[1]。

3 地铁运营系统原有线路各类自动化系统设备运行状态

经过对原有地铁运营系统的线路控制中心和重点车站、换乘车站所属的相关信号系统、全方位监控系统、乘客详细信息记录系统、图像监控系统服务器、服务器的CPU 型号、内存负载、硬盘的磁盘利用效率、增长率实行相关的统计，能够得出如下结论：

3.1 中央处理器使用率偏低

各个地铁站点都可能独立配备相关服务器，相关车站级的服务器必须占比达到总服务器数目的90%以上，然而其CPU 的实际利用效率不高，甚至有部分地铁站点的车站级服务器的CPU 的实际占用效率低于6%。并且由于相关系统级别是“容错级”，即相关信息系统能够容忍单点类型的设备故障，相关服务器等等核心设备都使用1+1 类型的数据备份模式，使得其CPU 资源受到比较严重的资源浪费。

3.2 某些装置中央处理器负载率偏高

某些装置中央处理器负载率偏高，平均数值已经大于65%，该装置长时间运行在高负载率条件下会导致使用寿命下降。但是常规硬件框架没有性能动态调整性能，只能通过更换高性能硬件装置来提高计算能力，该做法投资金额较大实施难度较高。

4 云平台网络系统整体框架规划

4.1 云平台网络系统框架和层级

依据城市地铁系统的发展进步，从相关试验运行数据分析得出，适合使用线网等级平台体系的标准进行建设，并且保证具备优良的系统软件与硬件的兼容性及相关数据端口的可扩展性。在服务方式层面进行分析研究得出，可以考虑初期设置安全生产私有云系统的管理模式，伴随着相关网络数据信息技术高速发展，进而再设置集团集中式混合云系统的工作模式[2]。

4.2 云平台网络系统主备中心使用的技术方案

主备中心使用的技术方案除去云平台系统的基本框架体系以外，还需要考虑主备中心使用的技术方案。能够使用的技术方案一般有下述两种：第一种技术方案是异地及同城双活灾备，主备中心都入云系统进行集中部局；第二种技术方案是单活中心配备常规物理灾备（依照系统具体技术要求实现相关业务或者数据信息灾备）。技术方案对比选择：第一种技术方案在系统风险投资、系统运行维护、系统存储利用及系统稳定性等层面拥有较大优势。短期线路建议使用第二种技术方案，长期建议使用第一种技术方案。根据城市地铁系统现阶段建设的先后顺序，推荐使用第二种技术方案，并且预留第一种方案过渡的有关装置用地用房区域和系统端口。

4.3 站级云平台配置解决方案

关于站段云节点的作业解决方案，从整体上建议下述三种方案。

a 方案：部局聚集交换装置、网络安全防火墙及桌面云/物理工作站（见图1）。

图1 云平台站段a 方案

b 方案：部局聚集交换装置、网络安全防火墙及车站备用服务器及桌面云/物理工作站（见图2）。

图2 云平台站段b 方案

c 方案：部局聚集交换装置、网络安全防火墙及车站边缘云资源及桌面云/物理工作站（见图3）。

图3 云平台站段c 方案

如果在已经招标线路使用云平台系统，可以考虑中心入云模式，站段维持传统框架结构。如果在未招标线路使用云平台系统，对于具有条件的业务工作，能够把车站业务在中心集中部局，搭建两层架构的体系平台架构，使用b 方案：站级部局汇聚交换装置、网络安全防火墙及车站备用服务器系统及桌面云或者物理工作站，待双中心体系投入应用以后，能够改进取消车站级的备用装置，用在扩大中心云资源。如果考虑智能车站、无感通过闸机及边缘视频监控和业务分级排布等边缘即时业务的需求，则建议使用c 方案：站级部局汇聚交换装置、网络安全防火墙及车站边缘云资源及桌面云或者物理工作站，符合车站本地化即时业务的需求。对于桌面云和物理工作站的挑选，车站关键业务推荐使用物理工作站；针对辅助车辆运行业务、网络业务等推荐使用桌面云[3]。

5 云计算技术在地铁系统中使用的紧迫性

使用云计算技术能够显著提升系统硬件资源配置的工作效率，可以大幅节约耗电成本及空间存储成本，减少工程整体造价。与此同时，如果地铁系统内各种业务使用的系统均依照云计算技术的标准统一实行开发实施、注册部局，能够非常便利地针对各种业务工作实施标准化管控与监督，从统一运维的层面对相关体系进行规范化把控，在大幅减少系统管理成本的同时，也能够最大限度地的节省系统的运营成本[4]，可以明显提升地铁项目的建设标准。今后基于现阶段结合的云平台框架，能够搭建基于云平台的信息数据服务，达成各种业务体系数据信息的智慧互动，行之有效地提高了城市轨道行业的信息化及智能化，为构建智慧地铁打下了坚实的基础。

6 结束语

综上所述，现阶段我国城市轨道交通系统云平台的建设仍处于规划制定及逐渐实施的层面，需要从多个层面、多种角度及多项维度进行设计方案的规划[5]。对于地铁系统各种业务体系参数信息孤岛化严重、基础技术装置分散、相关标准法规缺失等实际状况，以云计算技术、大数据中心共享为核心技术的云平台及中国城市协会联盟牵头的相关行业标准编制能够很顺利地解决上述难题。伴随着未来各种新型技术的持续出现，有关行业重点亟待突破的技术难题将逐一被攻破。以地铁云平台技术为代表的项目已经对于云平台技术在地铁行业的使用进行了论证，随着我国对于云计算技术、大数据中心技术的推广及使用，地铁行业云计算技术将得到越来越多的使用。