北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司 何宇峰

沈陽地鐵集團有限公司是承擔(dān)沈陽市城市快速軌道交通建設(shè)和運營管理的大型國有獨資公司。目前，沈陽地鐵運營線路已進入網(wǎng)絡(luò)化運營時代，共有4條地下線路，形成了“十+環(huán)”的格局，里程長度117.06km，共設(shè)車站92座；沈陽地鐵在建線路共有3條，里程長度約92km，車站69座；擬建線路共有2條，里程長度約51km，車站40座。沈陽市遠景年中心城區(qū)內(nèi)軌道線網(wǎng)由“四橫、五縱、兩L、兩弦線”組成，里程長度610km，線網(wǎng)呈L放射型，核心區(qū)線網(wǎng)密集，外圍區(qū)軸向放射。本文結(jié)合全國其他城市建設(shè)現(xiàn)狀、云技術(shù)發(fā)展趨勢和沈陽地鐵建設(shè)實際情況，在《智慧城市軌道交通信息技術(shù)架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范》架構(gòu)指引下，基于城軌云，對沈陽地鐵線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)方案設(shè)計進行研究。

線網(wǎng)指揮中心的總體研究

總體原則

沈陽市軌道交通線網(wǎng)指揮中心作為生產(chǎn)指揮中心，自成立以來，對沈陽市軌道交通系統(tǒng)運營實行集中指揮、協(xié)調(diào)管理，打造分散/區(qū)域控制、集中管理的綜合性現(xiàn)代化指揮控制系統(tǒng)，開展網(wǎng)絡(luò)化運營、現(xiàn)代化管理和精準化經(jīng)營，系統(tǒng)具有三級管理、三級控制的能力。圖1為沈陽市軌道交通系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。

系統(tǒng)目標

建立標準化多專業(yè)共享信息化平臺，云技術(shù)的應(yīng)用將成為城市軌道交通自動化系統(tǒng)未來的發(fā)展方向[1]。采用云計算技術(shù)的線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)，可以充分提高系統(tǒng)硬件資源的利用率，節(jié)省耗電成本和空間成本，降低工程總體造價，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能聯(lián)動，真正提升城市軌道行業(yè)的信息智能化，為構(gòu)建沈陽智慧地鐵奠定基礎(chǔ)。沈陽地鐵線網(wǎng)指揮系統(tǒng)采用分階段、分址建設(shè)的方案：

（1）第一階段

圖1 沈陽市軌道交通系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

圖2 線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)構(gòu)成框架圖

在滂江街搭建沈陽市軌道交通線網(wǎng)指揮系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺，完成軌道交通自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，在云平臺Iaas搭建計算資源池、存儲資源池和網(wǎng)絡(luò)資源池，并完成配套線網(wǎng)通信系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)全線網(wǎng)自動化系統(tǒng)的應(yīng)用；軟件平臺由各系統(tǒng)軟件部署在基礎(chǔ)平臺之上，實現(xiàn)線網(wǎng)運營指揮功能（線網(wǎng)智能調(diào)度、線網(wǎng)應(yīng)急指揮、線網(wǎng)智能運維、對外信息發(fā)布）和線網(wǎng)數(shù)據(jù)分析功能（線網(wǎng)客流分析、線網(wǎng)仿真預(yù)測），滿足運營生產(chǎn)、管理信息、乘客服務(wù)等目的；建立一套標準數(shù)據(jù)協(xié)議接入層平臺，完成線網(wǎng)數(shù)據(jù)治理（線網(wǎng)數(shù)據(jù)采集標準、元數(shù)據(jù)管理標準、線路接入標準）。

（2）第二階段

在建設(shè)線網(wǎng)指揮中心（暫定渾南）時，增加站段云，搭建智慧車站信息管理，實現(xiàn)智慧車站數(shù)據(jù)監(jiān)管分析；強化線網(wǎng)運營智慧分析功能（線網(wǎng)門禁授權(quán)、線網(wǎng)視頻人臉分析），并建立應(yīng)用級災(zāi)備中心。

線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)設(shè)計方案

線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)第一階段僅建設(shè)安全生產(chǎn)網(wǎng)，預(yù)留與內(nèi)部管理網(wǎng)及外部服務(wù)網(wǎng)的接口條件。線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)采用整合云方案，對系統(tǒng)進行模塊級重新整合構(gòu)建，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，合理利用算法并挖掘更深的數(shù)據(jù)資源。在云平臺操作系統(tǒng)下，安全生產(chǎn)網(wǎng)可實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)需求靈活分配計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源。線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)通過線網(wǎng)信息服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)外網(wǎng)門戶功能，實現(xiàn)對運行信息的指定網(wǎng)絡(luò)和人群權(quán)限的發(fā)布，并通過接口推送集團信息中心的外部網(wǎng)站和OA系統(tǒng)所需的信息。對于外部網(wǎng)絡(luò)和與云平臺資源池的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，線網(wǎng)信息服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)置網(wǎng)閘、WEB防火墻等加強安全防護。

線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)架構(gòu)包括系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)中心（接入層和數(shù)據(jù)層）、應(yīng)用系統(tǒng)、展示系統(tǒng)及其他系統(tǒng)（圖2）。

系統(tǒng)構(gòu)成

數(shù)據(jù)中心

線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，通過數(shù)據(jù)采集平臺可以實現(xiàn)對線路數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集，同時可以完成對各類多元異構(gòu)數(shù)據(jù)以及ACC系統(tǒng)等不同平臺數(shù)據(jù)源的抽取、轉(zhuǎn)換和加載。數(shù)據(jù)采集平臺負責(zé)對數(shù)據(jù)進行采集以及對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，設(shè)備由數(shù)據(jù)中心提供，主要包括接口交換機、防火墻、接口服務(wù)器等。接口服務(wù)器采用云架構(gòu)虛擬化方案、部署在滂江街控制中心。數(shù)據(jù)采集平臺按接入地點分為滂江街控制中心數(shù)據(jù)采集平臺及張士控制中心數(shù)據(jù)采集平臺兩部分。

數(shù)據(jù)中心采用云平臺架構(gòu)，在滂江街控制中心提供的服務(wù)包含計算資源池、存儲資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池、相關(guān)數(shù)據(jù)庫及中間件等，并在張士控制中心提供數(shù)據(jù)遠端備份存儲服務(wù)。系統(tǒng)通過云管平臺管理上述資源，為不同資源性能需求系統(tǒng)分配不同的資源池，各應(yīng)用系統(tǒng)平臺在所申請云資源之上部署應(yīng)用[2]。

線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)通過設(shè)置多種不同類型數(shù)據(jù)庫，為不同類型業(yè)務(wù)提供支撐。系統(tǒng)需支持OLAP（聯(lián)機分析處理）分析、海量數(shù)據(jù)運算與分析、數(shù)據(jù)挖掘分析等多種分析功能，滿足數(shù)據(jù)分析、報表與展示、GIS等基礎(chǔ)軟件以及應(yīng)急處置及協(xié)調(diào)、統(tǒng)計分析、運營評估等應(yīng)用軟件的使用功能。

（1）網(wǎng)絡(luò)單元

數(shù)據(jù)中心云系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用分層設(shè)計方案，分為接入層、匯聚層、核心層。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備至少包括路由器、交換機等，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)路由告警等相關(guān)信息進行采集和分析。

核心層由冗余核心層以太網(wǎng)交換機組成雙核心結(jié)構(gòu)，負責(zé)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換，以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)各業(yè)務(wù)分區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的云服務(wù)器通過10GE光接口連接至匯聚層以太網(wǎng)交換機，其他金屬裸機通過10GE光接口連接至匯聚層以太網(wǎng)交換機。核心層以太網(wǎng)交換機與匯聚層以太網(wǎng)交換機采用40GE接口連接，匯聚層以太網(wǎng)交換機與各功能分區(qū)的接入層交換機之間的接口采用10GE接口。接入層以太網(wǎng)交換機用于對各功能系統(tǒng)的業(yè)務(wù)終端接入，包括開發(fā)測試區(qū)、系統(tǒng)管理區(qū)、信息發(fā)布區(qū)等，通過10GE接口連接至核心層以太網(wǎng)交換機。

（2）計算單元

線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)（COCC系統(tǒng)）計算資源池規(guī)劃為云計算虛擬服務(wù)器資源池、云計算裸金屬服務(wù)器資源池、大數(shù)據(jù)平臺裸金屬服務(wù)器資源池，其中，云計算虛擬服務(wù)器資源池、云計算裸金屬服務(wù)器資源池由云計算服務(wù)器資源池管理（控制）節(jié)點進行管理，大數(shù)據(jù)平臺虛擬服務(wù)器資源池由大數(shù)據(jù)平臺管理（控制）節(jié)點進行管理。

（3）存儲單元

數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)存儲規(guī)劃，采用集中式與分布式相結(jié)合的方式，其要求如下：

一是集中式存儲。應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心各應(yīng)用系統(tǒng)虛擬機硬盤存儲及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲，設(shè)置冗余FC SAN存儲設(shè)備，部署在滂江街控制中心。

二是分布式存儲。應(yīng)用于大數(shù)據(jù)平臺，用于存儲結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，采用多副本形式。

三是視頻圖像中心備份存儲。視頻存儲采用集中存儲模式，存儲服務(wù)器采用虛擬化方式實現(xiàn)，磁盤陣列采用IP SAN設(shè)備規(guī)劃。

四是數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)存儲。數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)存儲設(shè)備采用集中存儲模式，部署在張士控制中心。

應(yīng)用系統(tǒng)

各應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)置服務(wù)器、各類工作站、打印機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)、TCP/IP協(xié)議、熱備、冗余、開放、可靠、易擴展的計算機系統(tǒng)。

各應(yīng)用系統(tǒng)局域網(wǎng)配置冗余的三層級的光纖以太網(wǎng)交換機，通過光接口連接匯聚層網(wǎng)絡(luò)、核心層網(wǎng)絡(luò)與云計算虛擬服務(wù)器資源池互通，通過千兆以太網(wǎng)電口連接工作站、打印機等計算機設(shè)備。

展示系統(tǒng)

展示系統(tǒng)通過圖形化界面向用戶，展示各系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)信息和實現(xiàn)各類應(yīng)用功能的可視化顯示。展示系統(tǒng)設(shè)備主要由應(yīng)用系統(tǒng)的各類操作員工作站、打印機以及人機交互系統(tǒng)和大屏幕顯示系統(tǒng)等構(gòu)成。

系統(tǒng)安全

線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)安全可按安全區(qū)域劃分為核心生產(chǎn)區(qū)、內(nèi)網(wǎng)接口區(qū)、安全管理區(qū)以及信息發(fā)布區(qū)等。

系統(tǒng)軟件

軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件架構(gòu)符合開放的原則，可與外部系統(tǒng)進行通訊并提供標準的接口和功能服務(wù)，并可將功能封裝為對外的服務(wù)，通過服務(wù)總線或微服務(wù)發(fā)布形式供第三方應(yīng)用調(diào)用。軟件系結(jié)構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)方式設(shè)計和開發(fā)，分別為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐/中間層和應(yīng)用/展示層。

數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層軟件包括數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲與計算、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)服務(wù)軟件、數(shù)據(jù)安全管理等部分。

（1）數(shù)據(jù)接入

數(shù)據(jù)接入功能包含數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)同步等功能。數(shù)據(jù)采集軟件負責(zé)內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)、外部數(shù)據(jù)源以及外網(wǎng)等獲取所需的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的自動化采集，完成數(shù)據(jù)采集相關(guān)工具、組件的安裝、部署和集成，利用數(shù)據(jù)調(diào)度和采集工具，將數(shù)據(jù)源導(dǎo)入大數(shù)據(jù)平臺。

數(shù)據(jù)同步軟件具有數(shù)據(jù)共享交換、數(shù)據(jù)任務(wù)調(diào)度ETL等功能。支持混搭架構(gòu)下的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換，具備多種數(shù)據(jù)采集、分發(fā)模式，提供數(shù)據(jù)校驗、篩選和清洗等處理功能，具備對作業(yè)的調(diào)度管理能力、監(jiān)控能力及完善的數(shù)據(jù)配置能力。

（2）數(shù)據(jù)存儲與計算

數(shù)據(jù)存儲與計算主要包括大數(shù)據(jù)平臺軟件、MPP海量并行數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫等。大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)包含搭建大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺、大數(shù)據(jù)開發(fā)分析平臺，制定開發(fā)規(guī)范，構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺安全體系，同時建立大數(shù)據(jù)平臺運維體系，為大數(shù)據(jù)資源中心建設(shè)及應(yīng)用平臺的建設(shè)奠定堅實的基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺可采用Hadoop，完成數(shù)據(jù)匯聚和開放工作以及對接海量數(shù)據(jù)源，完成自數(shù)據(jù)匯聚至數(shù)據(jù)能力的全流程加工過程，同時還為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘工作提供必要的生產(chǎn)環(huán)境。

（3）數(shù)據(jù)治理

數(shù)據(jù)治理包含元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)標準管理、數(shù)據(jù)生命周期管理等。元數(shù)據(jù)管理負責(zé)管理大數(shù)據(jù)平臺的元數(shù)據(jù)，貫穿大數(shù)據(jù)平臺各個環(huán)節(jié)，驅(qū)動系統(tǒng)的各個處理單元。其他軟件依賴于元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中存儲的元數(shù)據(jù)信息，包括工程使用的物理數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)規(guī)則和約束、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、安全等方面的信息。

數(shù)據(jù)質(zhì)量管理需通過數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則實現(xiàn)線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)全局數(shù)據(jù)的質(zhì)量把控，需通過部署、執(zhí)行、分析數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則等完成數(shù)據(jù)質(zhì)量管理。

數(shù)據(jù)標準管理旨在確保數(shù)據(jù)的一致性，數(shù)據(jù)生命周期管理負責(zé)數(shù)據(jù)存儲周期制度和流程的制定，完成數(shù)據(jù)治理平臺數(shù)據(jù)生命周期管理。

（4）數(shù)據(jù)服務(wù)軟件

數(shù)據(jù)服務(wù)軟件采用數(shù)據(jù)服務(wù)總線系統(tǒng)或數(shù)據(jù)微服務(wù)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，可實現(xiàn)各種不同應(yīng)用程序之間的通信。數(shù)據(jù)服務(wù)總線系統(tǒng)允許軟件設(shè)計人員便捷地配置消息路由、虛擬化、中介、轉(zhuǎn)換、日志記錄、任務(wù)調(diào)度、負載均衡、失敗路由、事件中介等。運行時，軟件設(shè)計為完全異步、非阻塞、連續(xù)的中介引擎。數(shù)據(jù)微服務(wù)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)是一個完整的API發(fā)布解決方案，從創(chuàng)建和管理API到監(jiān)控API，需要提供API整個生命周期所需要的各種控制，包含控制訪問權(quán)限、訪問流量、監(jiān)控API的調(diào)用等。

此外，通過設(shè)計轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)(如圖5所示)，可使割草裝置在50°范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動，滿足了割草裝置的轉(zhuǎn)向需要。

（5）數(shù)據(jù)安全管理

數(shù)據(jù)安全管理提供數(shù)據(jù)安全策略管理、數(shù)據(jù)權(quán)限管理、敏感數(shù)據(jù)管理、密鑰管理、數(shù)據(jù)審計等。

應(yīng)用支撐/中間件

集成中間件采用專業(yè)的消息中間件產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)傳輸，通過把消息保存在可靠隊列中來保障“可靠傳輸”，并在傳輸中具備斷點續(xù)傳功能，能夠應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)故障、機器故障，保障消息一次傳輸、可靠到達，并支持大型消息和大文件的傳輸。

應(yīng)用/展示層

應(yīng)用/展示層提供指揮中心、地理分析、實時監(jiān)控、匯報展示等多種場景模板，便于用戶進行自助式可視化分析設(shè)計及設(shè)計作品的高標準展示。支持將各類地理坐標用可視化方式在地圖上展示，如設(shè)備位置、人員位置和建筑位置等。

系統(tǒng)主要功能

線網(wǎng)運營調(diào)度系統(tǒng)

線網(wǎng)指揮中心通過線網(wǎng)運營智能調(diào)度系統(tǒng)行使中央?yún)f(xié)調(diào)角色，協(xié)調(diào)各線路控制中心的調(diào)度人員，具有運營主體綜合監(jiān)視、運營協(xié)調(diào)、應(yīng)急指揮、信息共享等職能，在全市軌道交通線網(wǎng)中具有唯一性。線網(wǎng)運營智能調(diào)度系統(tǒng)主要功能包括：線網(wǎng)智能行車監(jiān)察、線網(wǎng)智能客流監(jiān)察、線網(wǎng)設(shè)備監(jiān)察、線網(wǎng)供電監(jiān)察、線網(wǎng)CCTV監(jiān)察、報警管理、運營報送功能、調(diào)度值班管理等。

線網(wǎng)應(yīng)急事件處置及協(xié)調(diào)系統(tǒng)

線網(wǎng)應(yīng)急事件處置及協(xié)調(diào)系統(tǒng)對內(nèi)負責(zé)協(xié)調(diào)各線路的行車調(diào)度方案，指揮重點站的客流疏導(dǎo)工作，對外負責(zé)將事故情況上報至上級領(lǐng)導(dǎo)，并在需要時報請其他交通部門配合完成客流輸送工作等。線網(wǎng)指揮中心與各線路調(diào)度指揮中心（OCC)、事故現(xiàn)場臨時指揮部一起，構(gòu)成了城市軌道交通的應(yīng)急指揮體系結(jié)構(gòu)。

線網(wǎng)運營評估系統(tǒng)

線網(wǎng)運營評估系統(tǒng)平臺根據(jù)日常運營管理需要，分為運營評估管理、線網(wǎng)運營仿真、運輸計劃編制評估、列車銜接評估模型四個系統(tǒng)。

線網(wǎng)運維管理系統(tǒng)

線網(wǎng)運維管理系統(tǒng)主要用于運維基礎(chǔ)管理、知識庫管理、委外單位管理和其他管理等。運維基礎(chǔ)管理包含維修管理、物資消耗量管理、物料管理；知識庫管理在工單在維修完成后，自動將工單轉(zhuǎn)換為一條維修知識庫。每條知識與故障樹進行匹配，后續(xù)可以進一步編輯完善，通過關(guān)鍵詞或設(shè)備快速檢索出來，并且在發(fā)生同類故障時提供參考。系統(tǒng)具備委外單位管理功能，委外人員根據(jù)各專業(yè)工程師制定的維保計劃進行作業(yè)，作業(yè)時間、作業(yè)結(jié)果及用料信息等均可上傳至系統(tǒng)，并保留圖片、視頻等材料，作為后期維保質(zhì)量檢查、維保費用支付的依據(jù)。

線網(wǎng)運營指標管理系統(tǒng)

線網(wǎng)運營指標管理系統(tǒng)作為運營單位的全面指標管理平臺，包括指標錄入、指標生成、指標管理、指標查詢、OD分析等功能模塊。

線網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)

線網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)匯總了沈陽軌道交通業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的所有日常運營數(shù)據(jù)，經(jīng)過存儲和加工處理后，通過信息服務(wù)系統(tǒng)可為運營管理人員提供信息統(tǒng)計、分析、評估和輔助決策服務(wù)，為上級單位等政府部門提供信息查詢、數(shù)據(jù)交互服務(wù)。

結(jié)語

云計算在軌道交通的應(yīng)用實施正處于快速發(fā)展階段，需要在工程中不斷摸索，總結(jié)經(jīng)驗。城軌云平臺是以構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施資源池（Iaas）為核心，搭建企業(yè)級應(yīng)用、開發(fā)、數(shù)據(jù)平臺（Paas），預(yù)留未來以軟件為交付單元（Saas）的拓展能力。本文結(jié)合全國其他城市建設(shè)現(xiàn)狀、云技術(shù)發(fā)展趨勢和沈陽地鐵建設(shè)實際情況，在《智慧城市軌道交通信息技術(shù)架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范》架構(gòu)下，對沈陽地鐵線網(wǎng)指揮中心系統(tǒng)的建設(shè)方案展開了深入研究。研究結(jié)果表明，采用分階段、分址建設(shè)的設(shè)計方案是合理可行的。