李高科，吳 卉，杜呈欣，高 凡，吳 躍

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

智慧城市軌道交通運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)管理、企業(yè)管理、建設(shè)管理等業(yè)務(wù)信息及相關(guān)外部信息的感知、采集、分析、整合與共享，對(duì)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理、維護(hù)、服務(wù)等需求做出智能響應(yīng)和自動(dòng)化處理的城市軌道交通系統(tǒng)[1]。

智慧城市軌道交通的建設(shè)有3 個(gè)主要目標(biāo)：

（1）為乘客提供優(yōu)質(zhì)出行服務(wù)，車站和列車是軌道交通運(yùn)營(yíng)管理的基本單元，是服務(wù)乘客的公共窗口，基于數(shù)據(jù)共享、實(shí)時(shí)感知、信息聯(lián)動(dòng)的方式營(yíng)造舒適的車站及列車環(huán)境，提供更豐富便捷的服務(wù)獲取，滿足乘客多樣化需求，提供人性化服務(wù)和更良好的服務(wù)體驗(yàn)；

（2）實(shí)現(xiàn)車站自主運(yùn)轉(zhuǎn)，通過設(shè)備自檢、智能巡檢、一鍵開關(guān)站、緊急事件處置等方式，逐步實(shí)現(xiàn)車站自主運(yùn)行，提高運(yùn)營(yíng)管理效率；

（3）實(shí)現(xiàn)車站無人化運(yùn)作，車站運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)復(fù)雜，提供提高車站的自動(dòng)運(yùn)行能力和乘客的自助服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)車站少人化、乃至無人化運(yùn)作。

實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)離不開城市軌道交通信息化的助力。本文分析目前城市軌道交通信息化存在問題與挑戰(zhàn)，闡明云平臺(tái)建設(shè)對(duì)進(jìn)一步提升城市軌道交通信息化水平的重要意義，提出智慧城市軌道交通云平臺(tái)建設(shè)構(gòu)想和架構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 城市軌道交通信息化存在問題與挑戰(zhàn)

1.1 既有信息系統(tǒng)孤立運(yùn)行

當(dāng)前城市軌道交通信息化系統(tǒng)多為面向單類業(yè)務(wù)獨(dú)立運(yùn)行，導(dǎo)致各個(gè)系統(tǒng)之間相對(duì)獨(dú)立，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、承載網(wǎng)絡(luò)、通用設(shè)備等資源利用率不高，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息充分共享。

1.2 既有信息系統(tǒng)資源利用率不高

目前城市軌道各個(gè)信息系統(tǒng)在全線各站點(diǎn)均獨(dú)立設(shè)置服務(wù)器，車站級(jí)服務(wù)器數(shù)量龐大，且利用率低；同時(shí)，為避免單點(diǎn)故障，服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備多采用1+1 冗余方式設(shè)置，硬件資源浪費(fèi)更為嚴(yán)重[2]。

1.3 運(yùn)維保障的難度不斷增大

隨著城市軌道交通線路逐漸成網(wǎng)，客流增長(zhǎng)迅猛，開行車輛激增，運(yùn)營(yíng)時(shí)間延長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行強(qiáng)度大、維保人員工作量增加、夜間維護(hù)窗口時(shí)間較短等問題日益突出，對(duì)運(yùn)營(yíng)設(shè)備的維修保障提出更高要求與挑戰(zhàn)；另一方面，新線不斷開通，而老舊線路又面臨更新、改造，迫切需要采用新的技術(shù)手段，改進(jìn)運(yùn)營(yíng)管理水平，提高運(yùn)營(yíng)效率和資源利用率[3]。

1.4 乘客服務(wù)需求不斷提升

在城市化加速的背景下，乘客追求更加安全、便捷、智慧的交通出行方式，需要豐富、多元、個(gè)性化的服務(wù)體驗(yàn)。為充分理解乘客的關(guān)鍵需求，提升服務(wù)質(zhì)量和效率，提高乘客的滿意度，應(yīng)加快推進(jìn)車站服務(wù)業(yè)務(wù)向智能化、信息化轉(zhuǎn)變[4]。

為此，通過建設(shè)先進(jìn)的云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，綜合承載安全生產(chǎn)網(wǎng)、內(nèi)部管理網(wǎng)、外部服務(wù)網(wǎng)中各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，增強(qiáng)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享和融合應(yīng)用能力，為智慧城市軌道交通建設(shè)提供有力支撐。

2 智慧城市軌道交通云平臺(tái)的建設(shè)構(gòu)想

以“一個(gè)平臺(tái)、兩級(jí)管理、三個(gè)中心、三個(gè)服務(wù)”為目標(biāo)導(dǎo)向，建設(shè)智慧城市軌道交通云平臺(tái)[5]，如圖1 所示。

智慧城市軌道交通云平臺(tái)，利用智能傳感器、智能視頻分析、移動(dòng)計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)線路、車站工況等的可視化監(jiān)測(cè)，為生產(chǎn)管理中心、企業(yè)管理中心和乘客管理中心提供綜合運(yùn)營(yíng)管理應(yīng)用功能，面向設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員提供實(shí)時(shí)的設(shè)備維護(hù)支持，面向乘客提供人性化的精準(zhǔn)增值服務(wù)。

該平臺(tái)設(shè)置車站和中央2 級(jí)管理；車站級(jí)綜合運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)具備運(yùn)行狀態(tài)精準(zhǔn)感知、運(yùn)行趨勢(shì)分析預(yù)判、信息/指令主動(dòng)推送等功能；中心級(jí)綜合運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)具有異構(gòu)復(fù)雜數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理及大數(shù)據(jù)挖掘、分析功能，可支持調(diào)度和決策的持續(xù)優(yōu)化。

圖1 智慧城市軌道交通云平臺(tái)建設(shè)藍(lán)圖

3 智慧城市軌道交通云平臺(tái)架構(gòu)與應(yīng)用部署方案

3.1 云平臺(tái)架構(gòu)

如圖2 所示，城市軌道交通云平臺(tái)包括基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）3 個(gè)層次。

圖2 智慧城市軌道交通云平臺(tái)架構(gòu)

IaaS 層：通過邏輯化/池化，將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全等硬件設(shè)施轉(zhuǎn)化為可動(dòng)態(tài)管理的虛擬化資源池，統(tǒng)一管理各類計(jì)算資源；支持集中式存儲(chǔ)、分布式存儲(chǔ)等多種存儲(chǔ)架構(gòu)，支持塊數(shù)據(jù)、文件數(shù)據(jù)和對(duì)象數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)多種類型存儲(chǔ)的統(tǒng)一管理。

PaaS 層：提供運(yùn)行程序的環(huán)境和服務(wù)，主要包括數(shù)據(jù)管理、中間件、容器服務(wù)等。

SaaS 層：提供面向運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)、運(yùn)維管理、乘客服務(wù)的各類應(yīng)用和工具。

3.2 云平臺(tái)上業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)部署方案

3.2.1 系統(tǒng)部署應(yīng)用域劃分

根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的性質(zhì)及運(yùn)營(yíng)管理單位的管理需求，可將部署在云平臺(tái)上的眾多業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)劃分為4 個(gè)應(yīng)用域，如圖3 所示。

（1）外部服務(wù)應(yīng)用域：包括網(wǎng)絡(luò)購(gòu)票系統(tǒng)、站內(nèi)導(dǎo)航、客流疏導(dǎo)、乘客對(duì)講、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等面向乘客服務(wù)的應(yīng)用，與資源經(jīng)營(yíng)相關(guān)的綜合商業(yè)、媒體發(fā)布等商業(yè)應(yīng)用，以及與物業(yè)經(jīng)營(yíng)相關(guān)的物業(yè)開發(fā)、管理、維護(hù)和繳費(fèi)等應(yīng)用。

（2）內(nèi)部服務(wù)應(yīng)用域：主要是面向建設(shè)單位的項(xiàng)目管理、智能建筑模型、風(fēng)險(xiǎn)管理，面向運(yùn)營(yíng)單位的線路日常維護(hù)、管理和施工，以及企業(yè)財(cái)務(wù)、合同及辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。

（3）安全生產(chǎn)應(yīng)用域：主要是運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)，包括旅客信息系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)及集中告警系統(tǒng)等。

（4）運(yùn)維管理應(yīng)用域：主要完成云平臺(tái)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、應(yīng)用管理和安全管理的應(yīng)用及工具。

圖3 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)部署方案

3.2.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)部署方式

為充分發(fā)揮云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)以容器方式接入，統(tǒng)一部署在云平臺(tái)上。

容器將軟件打包成標(biāo)準(zhǔn)化單元，以便于單個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、交付、部署以及后期的維護(hù)升級(jí)；容器包含軟件及其運(yùn)行環(huán)境、依賴系統(tǒng)等，確保在任何Linux 環(huán)境均能可靠運(yùn)行，不受運(yùn)行環(huán)境差異的影響，減少在共用基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行不同軟件時(shí)的潛在沖突[6]。

3.3 云平臺(tái)信息安全防護(hù)

根據(jù)《GB/T 25070-2019 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)安全設(shè)計(jì)技術(shù)要求》的要求，接入云平臺(tái)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)按照對(duì)應(yīng)的信息安全防護(hù)等級(jí)，遵循“系統(tǒng)自?！痹瓌t，基于虛擬機(jī)隔離、容器隔離和微服務(wù)安全開發(fā)框架，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用間隔離和安全數(shù)據(jù)交換為目標(biāo)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)從云到端的安全防護(hù)策略。利用云平臺(tái)提供的微服務(wù)安全開發(fā)、架構(gòu)、安全組件等，實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、權(quán)限管理、加密通信、安全存儲(chǔ)等安全機(jī)制[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

圍繞智慧城市軌道交通的建設(shè)目標(biāo)，提出軌道交通云平臺(tái)建設(shè)方案，提高軌道交通信息化系統(tǒng)的資源利用率，節(jié)省用電和機(jī)房空間，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息系統(tǒng)軟硬件資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度；同時(shí)，將各類數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的接口規(guī)范接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同業(yè)務(wù)、不同模塊之間的數(shù)據(jù)共享與交互，方便對(duì)各類業(yè)務(wù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，為面向乘客的智慧服務(wù)及面向運(yùn)維管理人員的智慧運(yùn)維業(yè)務(wù)的開展提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)一步提升線路的安全性和高效性。