基于云架构的线网监控系统方案研究

彭 湃

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

目前，根据智慧城轨发展纲要，需要研究线路和线网合一、日常运营调度和应急响应合一的调度指挥中心，将轨道交通的三层管控（线网指挥中心、线路控制中心和车站）优化为两层管控（运营指挥中心和车站）；研发、部署智能城轨线网运输组织辅助决策系统，提高运营效率，增强综合调度（应急）指挥能力[1]。北京、上海、广州、深圳都已建设线网控制中心，石家庄、太原、南宁等城市也在积极开展线网控制中心的建设研究。线网控制中心基本功能定位如下：线网监视与协调、线路运营控制、应急指挥及辅助决策、数据分析与决策、乘客信息服务等基础功能[2-4]。

1 云平台建设规划

云计算利用分布式计算和虚拟资源管理等技术，通过网络将分散的计算与存储、应用运行平台、软件等资源集中起来形成共享的资源池，并以动态按需和度量的方式向用户提供服务。云计算用户可使用这些资源在任何时间和地点以灵活和按需方式运行服务和应用[5]。

云计算服务通常以特定服务类别提供，如基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）、网络即服务（NaaS）等。其中IaaS服务主要包括计算资源、存储资源、网络资源等资源池服务。

计算资源服务基于数据中心基础设施及专业服务能力，向用户提供共享或独享的计算资源服务，具有快速部署、按需租用、自助服务、安全可靠的特点。用户可以便捷地进行资源申请、资源管理与监控，快速部署应用，并根据需求动态弹性扩展资源。

存储资源服务基于安全、高速、便捷的云存储服务平台，为用户提供高速、安全、融合多业务、支持多终端的网络存储管理与分享服务，满足用户日益增长的存储需求。同时可为第三方平台开展高安全性、高可靠性、高可用性、高兼容性和高开发性的存储服务提供开放的云存储能力支持。

网络资源服务为虚拟机提供所需的虚拟网卡、IP 地址、VLAN、内外网部署、网络接入、虚拟负载均衡和虚拟防火墙等网络服务。

资源池服务通过将计算、存储、网络等基础资源虚拟化成相应的逻辑资源池为用户提供资源池服务。云资源池可基于独享或共享的物理资源，不同轨道交通业务用户根据实际需求管理和使用云资源池，包括虚拟机的创建、使用、监控和操作等[6]。

轨道交通运营生产系统云平台设计主要包括中心级云平台、灾备中心云平台、车站级云平台，通过骨干网通信传输网络构建。根据各地系统功能定位、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。武汉城轨信息化建设采用基于云平台、大数据的新IT 架构，构建异地双活的数据中心，实施新建线路和既有线的信息系统全部纳入和迁移到云平台的技术方案，实现云平台对城轨业务的综合承载和数据共享，为智慧城轨建设提供信息技术支撑。呼和浩特建立自主可控的城轨云平台，实现城轨业务应用的全覆盖和统一部署承载，突破数据共享的壁垒，为大数据应用奠定基础，推进大数据在业务领域的深化应用，建成适应云平台体系架构的运行维护体系和运行管理机制。深圳市城市轨道交通10 号线、太原轨道交通1、2 号线工程建设基于云计算技术的融合统一业务平台，承载综合监控系统、列车自动监控ATS、乘客信息系统、安防系统（含视频监视、门禁等子系统）、车场智能化系统以及办公自动化系统（办公计算机部分）等子系统。

2 云平台业务规划

虚拟数据中心（Virtual Data Center，VDC）是IaaS 资源的逻辑抽象，提供了与物理数据中心相等体验的专属虚拟化资源池，可以快速自助完成虚拟数据中心申请，并可根据实际需要在线灵活调整虚拟数据中心规格。在VDC 内，可以对计算、存储和网络资源统一管理。

云平台需支持虚拟数据中心VDC 的创建和管理，通过VDC 将物理资源池化，支持通过逻辑隔离技术基于业务需要，灵活分配的逻辑数据中心，包括计算、存储和网络资源。

云平台业务规划通常有如下两种方案。

1）按照业务划分VDC

按照业务对VDC 进行划分，线网控制中心的云平台中VDC 数量相对较少，可根据业务需求进行扩展。各业务VDC 内根据需求按线路划分虚拟私有云（Virtual Private Cloud，VPC），VDC 内的资源池按线路进行扩展。对于各业务的应用平台，多条线路统一部署业务应用系统，业务应用类型少模式统一。

2）按照线路划分VDC

按照线路对VDC 进行划分，线网控制中心的云平台中VDC 数量随线路数量增多。各线路VDC内根据需求按业务类型划分VPC，平台资源池随线路成倍扩展。对于各业务的应用平台，各线部署各自的业务应用系统，业务应用类型和应用模式多。

按线路划分VDC 方式与传统轨道交通各专业建设模式相似，工程可实施性较强。同时线路中心与本线车站系统属于同一厂家的系统，各线之间不存在业务厂家垄断或互设壁垒的情况。

对于运营管理单位与传统模式类似，以线路为单位进行管理。不同线路的业务应用类型不同，增加了运营及运维管理的复杂度及难度[7]。

3 线网控制系统架构分析

在城轨云建设的同时，线网级系统均可纳入云管理。如图1 所示，线网行车控制系统，与各线路信号系统接口，接收线路信号系统提供的信号设备状态数据、列车运行信息数据、运行图数据，将各线路的行车控制界面以统一美观的方式集成显示出来，并提供线路切换功能，供线网中心调度人员进行运营协调、调度决策和应急指挥使用。同时将接收到的各线路信号数据转发给线网中心内部其他业务应用系统，供其进行统计分析和评价决策使用。

线网控制系统是一个分布式的计算机系统，为系统的关键设备提供了热备冗余保护，保证系统有高度的可用性，整个系统通过冗余网络组成一个冗余的网络结构。

图1 线网监控系统架构图Fig.1 Architecture of line/network monitoring system

控制中心搭建硬件云，利用虚拟化平台构建承载的业务系统，应用服务器、历史服务器均采用云平台布署，调度工作站采用云桌面。系统采用双网设计，所有联网的工作站和服务器都配置2 个网络接口，分别连接到两个LAN。在软件的网络接口设计中考虑了双网自动切换功能，当软件发现通过某个网络接口无法连接到对方时，会自动切换到另一个网络接口去打开连接。系统中的关键设备，如ATS 专用服务器、接口服务器都具有双机切换能力。如果主机失效，备机将及时检测到并自动升级为主机运行[8-9]。

若全网各线信号ATS 系统已纳入云平台，则与线网级控制系统变化为云内部接口。

4 结语

基于云平台的生产业务部署后，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。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。网络化管理需要各业务层面的整合，达到标准统一，可从行车运营组织、机电资源共享、弱电互联互通、网络化维修平台、网络化智能调度等进行优化分析[10]。

各城市应随着轨道交通线网规划与建设迟早规划，建立科学的路网运营指挥体系。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，通过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地铁建设，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，提升网络化管理水平。