■　吳艷華　王英杰　李秋明

基于云架構(gòu)的城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺設(shè)計(jì)

■吳艷華王英杰李秋明

從新技術(shù)發(fā)展和功能優(yōu)化方面闡述城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺優(yōu)化需求；從數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量方面闡述應(yīng)急管理數(shù)據(jù)分析；并設(shè)計(jì)基于云架構(gòu)的城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺總體架構(gòu)和功能架構(gòu)，提出軟硬件設(shè)備升級至云架構(gòu)的方案，為城市軌道交通建立基于云架構(gòu)的應(yīng)急平臺提供思路。

云架構(gòu)；城市軌道交通；運(yùn)營；應(yīng)急平臺；云計(jì)算技術(shù)

0　引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展，軌道交通呈現(xiàn)出規(guī)模大、增速快等特點(diǎn)。截至2015年底，我國共有25座城市開通軌道交通線路，運(yùn)營里程3 286.51 km，車站2 257座。城市軌道交通具有技術(shù)先進(jìn)、規(guī)模巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、聯(lián)系廣泛和所處空間封閉等特點(diǎn)。為了加強(qiáng)城市軌道交通安全管理水平，降低突發(fā)事件發(fā)生的概率或各種損失，國內(nèi)外采取了科學(xué)的應(yīng)急管理方法和技術(shù)，紛紛建設(shè)軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺。云計(jì)算等新技術(shù)應(yīng)用逐步成熟，如何結(jié)合城市軌道交通應(yīng)急管理的新需求，設(shè)計(jì)基于云架構(gòu)的城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急管理平臺［1］，成為應(yīng)急管理的一個熱門問題。

基于云計(jì)算技術(shù)和城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急功能需求，在數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量分析的基礎(chǔ)上，分析云架構(gòu)在城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急管理的迫切性，提出運(yùn)營應(yīng)急數(shù)據(jù)處理方法，并設(shè)計(jì)基于云架構(gòu)的城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺總體架構(gòu)和功能架構(gòu)［2］，提出軟硬件設(shè)備升級至云架構(gòu)的方案，為城市軌道交通建立基于云架構(gòu)的應(yīng)急平臺提供思路。

1　城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺優(yōu)化需求

城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺的優(yōu)化需求主要來自新技術(shù)發(fā)展需求和功能優(yōu)化需求。

1.1新技術(shù)發(fā)展需求

隨著云計(jì)算技術(shù)的成熟及推廣，越來越多的企業(yè)開始構(gòu)建私有云，應(yīng)用向云端遷移。一方面，云架構(gòu)可以通過虛擬化技術(shù)將低性能、瀕臨報(bào)廢的服務(wù)器整合為高性能的IT資源，促使信息系統(tǒng)的部署模式從粗放型向集約型過渡，通過集約達(dá)到降低成本、高效管理的目的。另一方面，實(shí)現(xiàn)企業(yè)IT資源的實(shí)時按需分配，根據(jù)負(fù)載的變化在應(yīng)用之間靈活調(diào)配，提高硬件利用率，降低單獨(dú)系統(tǒng)管理的復(fù)雜度和成本。同時，采取云架構(gòu)的模塊化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，可以兼顧未來發(fā)展和效率最大化，構(gòu)建可伸縮、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，促使傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)向扁平化和精簡化轉(zhuǎn)變，提升網(wǎng)絡(luò)性能及安全性。

1.2功能優(yōu)化需求

基于云架構(gòu)設(shè)計(jì)城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺，實(shí)現(xiàn)從“業(yè)務(wù)運(yùn)營”向“數(shù)據(jù)運(yùn)營”的理念轉(zhuǎn)變。數(shù)據(jù)運(yùn)營的本質(zhì)是“以數(shù)據(jù)為中心”，以先進(jìn)、可靠的信息技術(shù)為手段，為城市軌道交通運(yùn)營過程提供相關(guān)信息服務(wù)，確保數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)內(nèi)及業(yè)務(wù)間的充分流動，目的在于充分發(fā)揮城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)數(shù)據(jù)資源的作用。

圖1　城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型

2　應(yīng)急管理數(shù)據(jù)分析

城市軌道交通應(yīng)急管理涉及預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)、恢復(fù)4個階段全生命周期的多類業(yè)務(wù)，包括事故發(fā)生前的預(yù)案管理、危險(xiǎn)源管理、監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急值守等，事故處置過程中的協(xié)調(diào)指揮、資源調(diào)度、信息發(fā)布等，以及事故處置結(jié)束后的應(yīng)急評估、資源補(bǔ)充、案例制作等。不同業(yè)務(wù)應(yīng)用涉及的數(shù)據(jù)類型和數(shù)量各有不同［3］。

2.1數(shù)據(jù)類型分析

城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺存儲與處理的數(shù)據(jù)由結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組成［4］。

2.1.1結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型

城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型見圖1。

2.1.2非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型

城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺中的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括事故現(xiàn)場圖片數(shù)據(jù)、事故現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)、法律法規(guī)掃描文件、應(yīng)急預(yù)案掃描文件、各類技術(shù)資料掃描文件、應(yīng)急通話音頻數(shù)據(jù)等。

2.2數(shù)據(jù)量分析

與數(shù)據(jù)類型分析相同，城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺中存儲的數(shù)據(jù)量是按照結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的多少進(jìn)行估算。以廣州地鐵安全預(yù)警與城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺為例，截至目前（運(yùn)用2年），數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)約為457 G，地理信息數(shù)據(jù)約為31 G；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)超過11 T。

2.2.1結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量

城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺存儲的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)記錄增加的頻率分為三類，第一類是很少有新記錄產(chǎn)生（相對穩(wěn)定）的數(shù)據(jù)，第二類是有新記錄產(chǎn)生但頻率相對較低的數(shù)據(jù)，第三類是每天都有新記錄產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

（1）相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。平臺中存儲的危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)、組織機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)、數(shù)字化法律法規(guī)、數(shù)字化預(yù)案、數(shù)字化技術(shù)資料、內(nèi)部救援資源、外部救援資源數(shù)據(jù)等，以及系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等，在其初始化后，增加新記錄的頻率相對來說很少，是相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。

（2）新記錄產(chǎn)生頻率相對較低的數(shù)據(jù)。平臺中存儲的模擬演練數(shù)據(jù)、應(yīng)急處置過程數(shù)據(jù)、信息報(bào)送數(shù)據(jù)、歷史案例數(shù)據(jù)、事故評估數(shù)據(jù)等，是新記錄產(chǎn)生頻率相對較低的數(shù)據(jù)。模擬演練數(shù)據(jù)只有在制定演練計(jì)劃和執(zhí)行演練任務(wù)時才產(chǎn)生一條新記錄；應(yīng)急處置過程數(shù)據(jù)、信息報(bào)送數(shù)據(jù)、歷史案例數(shù)據(jù)、事故評估數(shù)據(jù)等，在事件上升為事故時才產(chǎn)生新記錄。

（3）更新頻率高的數(shù)據(jù)。平臺中存儲的應(yīng)急值守?cái)?shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)操作日志數(shù)據(jù)是每天產(chǎn)生的新記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)操作日志數(shù)據(jù)每分鐘都有新的記錄產(chǎn)生，這些數(shù)據(jù)日積月累，將在數(shù)據(jù)庫中形成很大的數(shù)據(jù)量。

2.2.2非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量

平臺中存儲的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括圖像、視頻，各類文件掃描件，以及用戶通過其進(jìn)行業(yè)務(wù)處理時所上傳的附件等文件。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的類型看起來不多，但由于其存儲時的特性，需要的存儲空間遠(yuǎn)比結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲空間大得多。

相對來說，各類文件的掃描件在系統(tǒng)初始化時放置到平臺中，增加新記錄的頻率不是很大，目前數(shù)據(jù)量約為2 G。系統(tǒng)中用戶上傳的附件，隨用戶處理業(yè)務(wù)增長，目前約為600 M。

圖像和視頻數(shù)據(jù)量很大。事故現(xiàn)場的圖像數(shù)據(jù)目前約為1 G。視頻數(shù)據(jù)是當(dāng)前最主要的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)之一。以一路視頻1 h的數(shù)據(jù)量約為512 M來計(jì)算，平臺中接入30路視頻，視頻的存儲時間為1個月（當(dāng)前日期的視頻自動覆蓋30 d前的視頻），則平臺中存儲的視頻數(shù)據(jù)量約為11 T。如果長期存儲視頻數(shù)據(jù)，將占據(jù)更大的存儲空間。

3　運(yùn)營應(yīng)急數(shù)據(jù)處理方法

平臺中的數(shù)據(jù)處理過程主要包括采集、存儲、處理和分析等。

數(shù)據(jù)采集通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入、現(xiàn)場監(jiān)控自動采集、PDA設(shè)備采集、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入、手工錄入、文件導(dǎo)入、掃描錄入等不同方式收集相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理主要是對數(shù)據(jù)表、多媒體、地理信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、壓縮等規(guī)范化管理。數(shù)據(jù)分析是指用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法對收集來的大量第一手資料和第二手資料進(jìn)行分析，以求最大化地挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，發(fā)揮數(shù)據(jù)作用。

平臺采集的數(shù)據(jù)種類多樣，經(jīng)過加工處理后，實(shí)現(xiàn)的分析功能主要包括以下幾方面。

3.1基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的情景感知

平臺采集基礎(chǔ)設(shè)施檢測、監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)專業(yè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)設(shè)置非常規(guī)突發(fā)事件的判斷閥及各類檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合預(yù)測模型等，判斷非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生的情景，預(yù)測事故發(fā)生的可能性及其危險(xiǎn)程度［5］。

3.2基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的綜合統(tǒng)計(jì)分析

在沒有使用大數(shù)據(jù)技術(shù)之前，統(tǒng)計(jì)分析功能都是針對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行。平臺基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，支持非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)分析。

3.3基于預(yù)案和案例庫的輔助決策

根據(jù)突發(fā)事件基本信息，采取哪些措施控制事態(tài)發(fā)展和哪些救援方案，由非常規(guī)突發(fā)事件應(yīng)急管理系統(tǒng)輔助決策。平臺根據(jù)預(yù)案和案例庫事件的基本信息進(jìn)行匹配，幫助決策者輔助分析，提供可參考的事故決策方案。

3.4基于信息共享的資源調(diào)配

平臺中存儲城市軌道交通救援資源相關(guān)信息，同時保存地方政府救援機(jī)構(gòu)、救援團(tuán)體等相關(guān)信息，通過其數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)事故處置過程中救援資源調(diào)配功能。

圖2　基于云架構(gòu)的城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺總體架構(gòu)

4　基于云架構(gòu)的城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺設(shè)計(jì)

4.1總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺涵蓋城市軌道交通應(yīng)急管理的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)4個階段全過程，為應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)和應(yīng)急指揮者提供服務(wù)，對相關(guān)業(yè)務(wù)過程、數(shù)據(jù)和成果進(jìn)行全方位管理，其總體架構(gòu)見圖2［6］。

4.2功能架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺的總體架構(gòu)，監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急管理的業(yè)務(wù)功能貫穿于其綜合應(yīng)用系統(tǒng)的對應(yīng)功能中，可概括為以下功能。

4.2.1基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的事故情景感知功能

定義城市軌道交通突發(fā)事件情景特征，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析具有突發(fā)事件的情景標(biāo)準(zhǔn)，動態(tài)感知城市軌道交通突發(fā)事件發(fā)生的可能情景。平臺中的監(jiān)測數(shù)據(jù)主要來自感知層的地鐵綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)檢測數(shù)據(jù)、人工檢測數(shù)據(jù)、車輛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。利用監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合預(yù)測，對事故情景進(jìn)行智能感知。

4.2.2網(wǎng)絡(luò)輿情監(jiān)控及引導(dǎo)功能

通過實(shí)時采集熱門網(wǎng)站的論壇、博客、微博，以及城市軌道交通相關(guān)論壇熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)信息，分析非常規(guī)突發(fā)事件信息，實(shí)現(xiàn)輿情監(jiān)控功能；通過傳統(tǒng)的短信、彩信等方式，通知應(yīng)急管理人員可能發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件；通過構(gòu)建官方博客、微博、微信公眾平臺等方式，第一時間對城市軌道交通突發(fā)事件進(jìn)行公開通報(bào)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)輿情的積極引導(dǎo)。

4.2.3基于“情景-應(yīng)對”的預(yù)案智能生成

在無法對突發(fā)事件預(yù)測的情況下，通過各情景點(diǎn)的信息構(gòu)建情景網(wǎng)絡(luò)，基于情景網(wǎng)絡(luò)中的歷史信息和現(xiàn)有信息，智能抽取預(yù)案要素生成事件的可操作預(yù)案，為已經(jīng)發(fā)生和可能發(fā)生的事件生成智能預(yù)案。

4.2.4基于視頻處理的態(tài)勢綜合分析功能

基于城市軌道交通沿線和車站的視頻監(jiān)控信息，構(gòu)建全方位的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫。通過視頻圖像增強(qiáng)、運(yùn)行軌跡拼接、行為特征分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)突發(fā)事件的態(tài)勢綜合分析功能，監(jiān)控?zé)狳c(diǎn)區(qū)域可能發(fā)生的事故，為事故的預(yù)防和處置提供準(zhǔn)確、專業(yè)的分析信息。

4.2.5基于“應(yīng)急云”的資源協(xié)同調(diào)配

基于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建城市軌道交通專業(yè)救援資源“應(yīng)急云”，共享車站救援資源、城市軌道交通專用救援資源，同時接入地方應(yīng)急救援資源相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通應(yīng)急資源的協(xié)同調(diào)配。

4.2.6基于大數(shù)據(jù)的應(yīng)急輔助決策

基于各類歷史（結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化）數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)的資源調(diào)度模型、預(yù)案匹配模型、應(yīng)急疏散模型等，結(jié)合事故特點(diǎn)形成救援路徑、救援資源調(diào)度和應(yīng)急疏散路線等決策信息，借助電子地圖工具，滿足突發(fā)事件應(yīng)急救援的需求，為應(yīng)急指揮提供決策依據(jù)。

4.2.7基于GIS的協(xié)同應(yīng)急指揮

當(dāng)應(yīng)急事件達(dá)到一定等級，系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)急處置狀態(tài)，啟動相關(guān)預(yù)案，基于GIS分析功能，得到周邊資源分布信息，實(shí)行應(yīng)急指揮任務(wù)的分配、執(zhí)行和信息的溝通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對事故的應(yīng)急處置。同時，對整個事故處置過程進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)事故處置留痕管理。

4.2.8基于全過程的總結(jié)評估

基于事故處置全過程記錄，采用相應(yīng)模型算法對事故發(fā)生前的準(zhǔn)備和響應(yīng)環(huán)節(jié)、事故處置過程和事后情況進(jìn)行評估，評判應(yīng)急處置執(zhí)行步驟的合理性和取得的效果。

4.2.9多維模擬演練

基于城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺實(shí)現(xiàn)實(shí)地模擬演練、電子模擬演練等演練方式管理，實(shí)現(xiàn)演練計(jì)劃、演練方案、演練總結(jié)、演練評價(jià)，并實(shí)現(xiàn)模擬演練與處置預(yù)案的匹配分析等。

4.3軟硬件設(shè)計(jì)

基于云架構(gòu)的優(yōu)化方案，充分利用城市軌道交通企業(yè)現(xiàn)有的X86型服務(wù)器，對能夠使用的服務(wù)器進(jìn)行檢查后備用。云環(huán)境要求服務(wù)器的臺數(shù)不低于4臺，以滿足最低需求。同時，根據(jù)平臺現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲量，預(yù)測3年內(nèi)可能增長的數(shù)據(jù)量，考慮云平臺的備份需求，以此為依據(jù)考慮購置新的X86型服務(wù)器，購置云平臺配置軟件，完成云架構(gòu)的城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺環(huán)境搭建。平臺搭建完成后將原有系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)遷移過來，各實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警數(shù)據(jù)可通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)基于云架構(gòu)的城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺的實(shí)時展示報(bào)警功能。

5　結(jié)束語

從新技術(shù)、功能優(yōu)化需求分析出發(fā)，深入分析應(yīng)急管理相關(guān)數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)量，結(jié)合云技術(shù)設(shè)計(jì)城市軌道交通運(yùn)營應(yīng)急平臺。平臺采用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源共享，有效避免了基礎(chǔ)資源利用率低、監(jiān)測信息無法充分利用、應(yīng)急處置過程協(xié)調(diào)不通暢等問題。

［1］ 劉建峰，王海峰，黃建玲.基于多源信息融合技術(shù)的交通安全應(yīng)急平臺建設(shè)［J］. 中國交通信息化，2013（增刊）：16-17.

［2］ 吳艷華，王富章，李平，等.基于資源共享的高速鐵路監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急平臺研究［J］.鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2015（9）：17-21.

［3］ 趙晗，李志壯. 軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急指揮調(diào)度下的資源管理［J］.中國鐵路，2013（4）：97-99.

［4］ 廣州市地下鐵道集團(tuán)公司，中國鐵道科學(xué)研究院.城市軌道運(yùn)營安全預(yù)警與應(yīng)急研究及試點(diǎn)工程［R］，2015.

［5］ 吳艷華，王富章，李平.韓國鐵路應(yīng)急管理及啟示［J］.中國鐵路，2011（9）：69-72.

［6］ 陸海洲，王富章，王英杰，等.鐵路應(yīng)急平臺框架體系研究［J］.中國鐵路，2007（6）：41-44.

吳艷華：中國鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)算技術(shù)研究所，副研究員，北京，100081

王英杰：中國鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)算技術(shù)研究所，研究員，北京，100081

李秋明：廣州市地下鐵道集團(tuán)公司，高級工程師，廣東廣州，510335

責(zé)任編輯盧敏

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1672-061X（2016）04-0043-04

廣州市地下鐵道集團(tuán)公司科技研究項(xiàng)目（HT140362）。