基于云平台的轨道交通网络化管理分析

王 鹏，侯佳丽

0 引言

我国城市轨道交通各项业务运作主要采用“网络-线路-车站”的三级管理模式，相应地形成了“网络集中管理级、线路控制级、车站执行级”三级管理架构。在系统配置方面，分为综合监控、通信、信号、电力监控、AFC 等“两级管理、三级控制”的分层分布式结构，“两级管理”分别是中央级和车站级（集中站管辖区或者中心站管辖区）管理，“三级控制”分别是中央级、车站级和现场级控制。目前，除AFC 全线网清分中心和乘客信息全线网编播中心外，其他线路业务基本相对独立。云平台技术的应用打破了传统系统相互独立设置的局面，为网络化业务提供了整合基础。

1 云平台承载业务

随着轨道交通行业技术装备水平及管理水平的持续提升，云计算平台已经成为轨道交通建设的必然发展方向。轨道交通领域不同的系统由于功能定位、服务对象、系统架构不同，对是否云化部署的需求也不尽相同。目前，深圳、武汉、呼和浩特、太原等城市轨道交通线网均开始进行多系统云化部署。

1.1 呼和浩特地铁1、2 号线云平台系统

呼和浩特地铁1、2 号线布置搭建线网级运营生产中心云平台（图1），采用主中心、灾备中心两地部署的容灾设计方案。生产中心云平台主要为运营生产系统（包括综合监控、自动售检票、乘客信息、门禁、公务电话、通信集中告警、列车自动监控、数据挖掘等系统）、企业管理信息系统（包括资产管理一体化平台、运营一体化平台、协同办公一体化平台）、乘客服务管理系统（包括邮件系统、外部网站、互联网购票子系统手机APP 平台）提供IaaS 服务，统一部署各业务系统传统模式下中心级硬件所需的计算、存储资源，并将车站、场段传统应用服务功能上移至中心虚拟资源中，为运营生产系统提供资源满足地铁日常运营生产的需求，为企业管理信息系统提供资源满足企业办公、建设、运营的现代化和高效运作的需求，为乘客服务管理系统提供资源满足面向乘客服务的精细化服务的需求。另外，云平台同时为运营生产系统、企业管理信息系统提供云桌面服务，满足线网中心调度员、车站调度员、站长与值班员、运营团队的云桌面服务需求。

生产中心云平台将运营生产系统、企业管理信息系统、乘客服务管理系统传统架构下中心级、车站级资源云化统一部署，应用架构与传统架构一致，系统层级扁平化，简化数据业务处理流程，实现资源有效利用、运维集中化管理。同时，利用服务器虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化技术和云计算管理等技术构建易于管理、动态高效、扩展灵活、稳定可靠、按需使用的云计算模式的数据中心，统一提供计算、存储网络资源。满足业界通用虚拟化、弹性计算、高等级安全、跨地理位置分布、大规模性、一致性等要求，并为后续智慧地铁系统各业务子系统智能联动、大数据分析等智能应用提供基础平台支撑[1]。

图1 呼和浩特地铁1、2 号线云平台系统逻辑架构

1.2 太原轨道交通1、2 号线云平台系统

太原轨道交通云平台采用“13531”信息化规划，即搭建1 个平台（轨道交通云平台）、依托3张网络（安全生产网、内部管理网、外部服务网）、拓展5 大领域（乘客服务、运营生产、安全管控、企业管理、建设管理）、构建3 个中心（生产指挥中心、乘客服务中心、企业管理中心）、打造1 个门户（城市轨道交通门户）。生产指挥中心承担城市轨道交通安全生产、应急指挥功能，主要包括通信、信号、自动售检票（AFC）、综合调度指挥（IDCS）、乘客信息（PIS）等系统的中心系统功能。乘客服务中心承担对外公众服务功能，主要包括智慧出行、智慧商务等智慧应用。企业管理中心承担城市轨道交通企业内部信息化功能，主要包括各类管理系统，如人事、财务、资产、档案管理等系统。各中心、领域的应用在门户统一呈现[2]。同时为建设全网开放式的大数据平台，便于太原市城市轨道交通在建线路和规划线路的各个系统数据接入和功能扩展量数据接入和功能扩展，大数据平台将完成各线路数据的汇集和统一化处理，包括采集线路的数据、线网中心运营业务产生的数据、积累处理后统计分析的数据；还将实现数据处理功能，将业务系统各类数据进行有效集成，满足结构化和非结构化数据管理、存储、分析的需求，具备数据存储、分析、输出的功能，同时通过数据接口提供给数据分析、挖掘、应用系统，满足各级人员及各应用系统使用需求。太原地铁1、2 号线云平台系统逻辑架构如图2 所示。

图2 太原轨道交通1、2 号线云平台系统逻辑架构

在云平台大数据应用下，智能运维、一体化安 防平台、信息化建设等业务均可适当配置。

2 网络化管理分析

基于云平台的生产业务布署后，需要立足于网络层面，对各线路与各专业系统及各个建设与资源运作项目的管理业务进行集中管理和统一协调，制定全网必须遵循的运行标准。针对网络化管理业务，从管理架构和模式上，主要存在“网络-车站”两级管理模式和“网络-线路-车站”三级管理模式两种。轨道交通的运营初期均采用“网络-线路-车站”三级管理模式，其主要区别体现在管理架构的层次、管理跨度与体量、管理工具的技术水平等方面。随着轨道交通网络化的形成，“网络-车站”两级管理模式已成为研究的必要，两级管理模式淡化线路概念，将网络视为一个整体，充分发挥网络集中管控功能与站站协同运行的效果，但对网络管理条件与设备系统条件具有较高的要求，比如，上海轨道交通通过研究已形成自己的建设体系和标准。

构建以城轨云平台为基础的网络级管理平台，通过信息化、自动化、智能化方式支撑网络化管理业务高效运作，实现数据共享、信息交互、设备控制、综合分析等不同管理功能。网络级管理平台项目应能够服务于建设管理、运维管理、成本管理、资源应用与基础支撑等各板块网络化管理业务。各项网络化业务管理系统可按信息安全等级保护的要求分为3 类，其中，网络生产管理系统应主要包括构建在线路运行控制系统之上的网络层平台系统中与线路运行控制系统有直接指令交互，并对线路运行产生直接影响的平台系统；网络生产辅助系统应主要包括构建在线路运行控制系统之上的网络层平台系统中与线路运行控制系统有少量的信息交互，不对线路运行产生直接影响或与运营指挥没有直接关系的平台系统；网络管理支撑系统应主要包括服务于整个网络的企业管理平台系统[3]。

3 各系统业务网络化分析

网络化管理需要各业务层面的整合，达到标准统一，可从以下几个方面进行重点研究分析。

3.1 行车组织

从线网角度研究运营行车组织，满足运能及服务水平需求；从工程投资、能耗、资源共享等多方面比选，尽量采用运行速度、车辆制式、限界标准等一致的运营组织模式；配线设计满足网络化运营的行车组织要求，列车存车线间距、单渡线间距满足运营要求；制定的旅行速度、全日计划应满足网络化需求；研究网络化列车运行图的分类，提出运行图统一的原则和分类标准；为方便乘客出行，线路的首末班车时间设置应匹配乘客出行特征，尽量满足乘客乘坐换乘线路的出行需求，同时考虑与线网其他线路的协调匹配。

3.2 车辆基地资源共享

车辆基地既是轨道交通车辆的检修基地，也是轨道交通各类设施、设备和系统的综合维修中心，是网络化建设的一个基础平台。车辆基地应立足网络规模统筹考虑，在互联互通基础上，通过网络统筹、系统整合优化资源配置、充分共享集约。车辆基地的网络化具体需求可分解为以下几项：车辆标准化、系列化、互联互通；集中车辆大架修；集中化、自动化仓储。

3.3 线网综合维修

随着轨道交通网络规模的逐步扩大，网络综合维修工作量以及维护维修难度均呈上升趋势。同时，随着轨道交通从单线建设与运营阶段进入网络化建设与运营阶段，凸显出线路之间维护与应急抢修作业协调配合、统筹共享、集中管理、标准统一等新问题，衍生出不同于以往的网络化维护与应急抢修新特征和新需求，对城市轨道交通各专业系统的维护与应急抢修设施设备配置和功能提出了新的要求。

3.4 线网级列车自动监控系统、电力调度系统

对于采用网络化运营的轨道交通网络，应建立线网级列车自动监控系统平台，以满足跨线运营组织需求。

轨道交通共享主变电所同时为2 条或2 条以上轨道交通线路供电，变电所有关的信息必须传送到各条线的控制中心，同时又只能接受其中一个控制中心的遥控、遥调。针对线路级电力调度而言，在该共享模式下，当共享主变电所供电运行方式调整或供电系统故障时，后建线路的调度员无法直接操作，必须通过电话等方式与管辖该主变电所的线路电力调度员进行沟通确认，该电力调度模式效率较低，线路间相互影响较大，倒切电源及运营恢复供电时操作的时效性差。为了适应以资源共享为主的供电方式，可以专门设置网络化电调大厅对整个轨道交通供电网络设备进行集中调度指挥，建立基于全网电力统一调度的网络化电力调度平台。

3.5 弱电业务分析

随着线网的不断建设，网络化管理需求逐渐突显，一般需要建设运营调度及应急指挥平台、设备监测平台等网络化应用管理平台，而这些应用平台需要采集线路侧ISCS、FAS、BAS、ATS、门禁、PIS、CCTV、AFC 等系统的大量基础数据作为支撑。采集的数据集中存储后根据业务种类、数据结构、数据含义等归类汇总，供后续各平台应用系统统一调用。通过对数据采集系统获取的线路各专业系统及其他数据信息进行整理、分析、综合，形成供线网调度人员日常监视、应急处置所需的行车、客流、视频图像、设施设备运行状态和布局、车站及区间运行环境等综合集成信息，并通过大屏幕、电子沙盘等互动展示系统予以显示呈现，满足网络化运营管理需求。

网络化管理的一个重点是各条线路需互联互通，工程中还需对其进行重点研究。互联互通是一项系统工程，信号系统互联互通作为其中关键的一环，涉及需求、产品、工程、运行、维护等各方面内容，需要整体规划、点面结合、分步实施。重点解决实现互联互通中关键的车-地通信接口以及不同线路的地面设备之间的接口等。

各轨道公司结合自身建设、运营特点及需求，确定城轨云的顶层规划初步方案，以及生产云承载线网调度指挥平台、清分中心ACC、多线路售检票中心CLC、各线路生产业务系统（如线路综合监控系统、安防系统、乘客信息系统）等初步方案。生产云总体架构包含IaaS、DaaS、PaaS、SaaS 四层架构。

IaaS 层提供基础设施服务，包括计算、网络、存储、安全的基础设施资源池，提供云主机、云存储、云安全等服务。

DaaS 层作为地铁线网级的数据采集、处理、服务和运营的平台，通过“统一采集、统一存储、统一管理、统一运营和统一服务”，形成线网级的数据和服务共享能力。数据湖归整了结构化、半结构化、非结构化数据服务的统一数据访问接入方式与访问协议，提供统一的数据安全认证接口，整合多种数据形式的访问模式，屏蔽了底层异构分布式数据存储体系差异，向外部应用系统提供统一标准接口用于数据访问。

PaaS 层的核心价值是将面向数字化、智能化地铁运营及服务于地铁运行体系的企业级IT 支撑能力体系进行有机整合，为SaaS 层云应用提供各种核心技术能力支撑服务和进行应用支撑集群的管理，PaaS 云平台是一个支持分布式计算、分布式存储、多租户共享、可灵活扩展的云架构基础支撑平台，是连接IaaS、DaaS 和SaaS 的生态平台，支持快速云化传统应用、快速高效开发和部署云应用的综合性平台。

SaaS 层依托底层架构支撑，构建线网级指挥平台NCC、清分中心ACC、多线路售检票中心CLC以及智慧运维、智慧车站、智慧客服相关能力构建。

3.6 容灾机制及方案

双数据中心容灾机制包括以下几项：（1）数据容灾：包括同步远程复制、异步远程复制；（2）数据库容灾：通常采用日志复制功能，依靠本地和远程主机间的日志归档与传递来实现两端的数据一致；（3）存储容灾：包括LUN 同步远程复制、LUN异步远程复制。

线路业务系统包括ATS、ISCS、PIS、乘客信息、安防等，云化后由云平台的先进性确保其RAMS 高于传统IT 架构，可不按照应用双活方式构建，由云平台支持业务系统实现数据容灾和数据库容灾。

4 结语

城市轨道交通线网可结合线网云的建设时序，在网络化成型阶段完成各项目的专项研究，实现统一规划、分步实施，强化网络级管理主体管控能力、统一网络技术标准、预留互联互通条件以及智慧轨道交通建设，充分发挥后发优势，积极探索“网络-车站”两级管理模式的实施路径，部分业务系统推行两级管理模式，提升线网网络化管理水平[4]。