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        城市軌道交通線網(wǎng)指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺方案探討
        ——以云平臺、大數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ)

        2021-06-05 07:53:44王圣煒
        關(guān)鍵詞:指揮系統(tǒng)線網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

        王圣煒

        (廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,廣州510010)

        1 引言

        國內(nèi)城市軌道交通隨著網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營、跨線路協(xié)調(diào)的需要,各個(gè)城市逐步開始建立線網(wǎng)指揮系統(tǒng),目前北京、上海、廣州、深圳、成都、西安、蘇州等地已建立了線網(wǎng)指揮系統(tǒng)。各大城市早年建立的線網(wǎng)指揮系統(tǒng)是構(gòu)建在各線路中心之上的線網(wǎng)中心,形成了線網(wǎng)—線路—車站的三級管理、線路—車站—現(xiàn)場的三級控制模式,早期線網(wǎng)指揮系統(tǒng)大多以“只監(jiān)不控”的方式構(gòu)建[1]。

        2020年8月6日,交通運(yùn)輸部印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》(交規(guī)劃發(fā)〔2020〕75號),圍繞加快建設(shè)交通強(qiáng)國總體目標(biāo),推動(dòng)交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級,建設(shè)便捷順暢、經(jīng)濟(jì)高效、綠色集約、智能先進(jìn)、安全可靠的交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施。

        國務(wù)院《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》和黨的十九大均提出了對云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)推廣應(yīng)用戰(zhàn)略;工信部《云計(jì)算發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2017—2019年)》(工信部信軟〔2017〕49號)、科技部和交通運(yùn)輸部《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》(科技部交通運(yùn)輸部國科發(fā)高〔2017〕121號)的發(fā)布表明信息化與自動(dòng)化兩化融合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為新時(shí)代技術(shù)發(fā)展的趨勢,多層域感知、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)、主動(dòng)協(xié)同等技術(shù)的應(yīng)用,推動(dòng)了智能軌道交通系統(tǒng)的全面創(chuàng)新[2]。

        2020年3月,《中國城市軌道交通智慧城軌建設(shè)綱要》正式發(fā)布,開啟了城市軌道交通行業(yè)交通強(qiáng)國建設(shè)的新征程。中國城市軌道交通行業(yè)以強(qiáng)國建設(shè)為戰(zhàn)略導(dǎo)向,以推進(jìn)城軌信息化、發(fā)展智能系統(tǒng)、建設(shè)智慧城軌為主題,以城軌交通的關(guān)鍵核心業(yè)務(wù)為主線,以數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化為手段,構(gòu)建高度集成的城軌云與大數(shù)據(jù)平臺。

        國家政策支持、信息技術(shù)發(fā)展趨勢、軌道交通行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)均推動(dòng)了軌道交通由傳統(tǒng)的智能化向智慧化演變。作為可以統(tǒng)籌全線路的線網(wǎng)指揮系統(tǒng),也逐步承擔(dān)起城軌智慧大腦的角色。單一的“只監(jiān)不控”模式需進(jìn)行改變,演變成“又監(jiān)又控”的模式[3]。線網(wǎng)指揮系統(tǒng)在新時(shí)代軌道交通的發(fā)展下也由傳統(tǒng)的線網(wǎng)綜合監(jiān)控及應(yīng)用系統(tǒng)、線網(wǎng)通信系統(tǒng)擴(kuò)充到由線網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、線網(wǎng)通信系統(tǒng)、線網(wǎng)智能客服、線網(wǎng)安防平臺、線網(wǎng)電力調(diào)度系統(tǒng)、線網(wǎng)行車調(diào)度系統(tǒng)、綜合應(yīng)用系統(tǒng)、線網(wǎng)安檢系統(tǒng)、線網(wǎng)門禁授權(quán)系統(tǒng)等共同構(gòu)建的8大中心,分別是:線網(wǎng)運(yùn)營數(shù)據(jù)中心、線網(wǎng)日常行車協(xié)調(diào)指揮中心、線網(wǎng)電力調(diào)度與能耗管理中心、線網(wǎng)機(jī)電設(shè)備調(diào)度中心、線網(wǎng)運(yùn)營消防與安防中心、線網(wǎng)運(yùn)營信息集中發(fā)布中心、線網(wǎng)突發(fā)事件處置中心、線網(wǎng)對外協(xié)同中心。

        傳統(tǒng)的小型機(jī)架構(gòu)下的線網(wǎng)指揮系統(tǒng)隨著線網(wǎng)智慧化功能的不斷擴(kuò)充將面臨計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等瓶頸,改造費(fèi)用將隨著智慧化的引入變得越來越高,工程實(shí)施將越來越困難。

        隨著技術(shù)的發(fā)展,云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到城市軌道交通中。智慧化功能的增加需對傳統(tǒng)的線網(wǎng)數(shù)據(jù)處理平臺進(jìn)行改進(jìn)。

        2 數(shù)據(jù)處理平臺方案

        2.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺方案

        傳統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建在小型機(jī)服務(wù)器上,在數(shù)據(jù)處理平臺架構(gòu)上采用多服務(wù)器分擔(dān)處理業(yè)務(wù)技術(shù),由服務(wù)器完成從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、人機(jī)界面顯示的全部流程。線網(wǎng)指揮系統(tǒng)分別設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器處理各線路系統(tǒng)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù);設(shè)置應(yīng)用服務(wù)器負(fù)擔(dān)應(yīng)用服務(wù)(含應(yīng)急指揮、信息發(fā)布、KPI指標(biāo)統(tǒng)分等)功能;設(shè)置防病毒服務(wù)器和WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)其他系統(tǒng)安全訪問和信息的發(fā)布;同時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺還設(shè)置有高效的存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。

        軟件體系上采用數(shù)據(jù)直通應(yīng)用的方式,數(shù)據(jù)專用,數(shù)據(jù)通過采集經(jīng)過數(shù)據(jù)庫直接到達(dá)應(yīng)用,實(shí)時(shí)性強(qiáng),系統(tǒng)相對獨(dú)立,可實(shí)施性強(qiáng)[4]。

        1)優(yōu)點(diǎn):該數(shù)據(jù)處理平臺模式符合當(dāng)時(shí)對系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、安全性等要求,是城市軌道交通應(yīng)用最多的信息化處理平臺模式。在該模式下,硬件設(shè)備、軟件、數(shù)據(jù)等均為專用。

        2)缺點(diǎn):軟件開發(fā)難度隨數(shù)據(jù)量的增加而增加,軟件拓展性弱,二次開發(fā)難度大,系統(tǒng)間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性弱,軟件開發(fā)隨著數(shù)據(jù)量越來越大將遇到硬件性能不足的瓶頸。

        2.2 集中處理平臺+實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫方案

        數(shù)據(jù)平臺架構(gòu):分為實(shí)時(shí)處理部分(數(shù)據(jù)庫)和非實(shí)時(shí)(含近線)處理部分,其中,非實(shí)時(shí)處理部分采用大數(shù)據(jù)平臺。

        實(shí)時(shí)處理采用云架構(gòu),并設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件,在數(shù)據(jù)處理速度上能滿足各系統(tǒng)工業(yè)級響應(yīng)。離線應(yīng)用均采用大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行分布式計(jì)算,具有更快的響應(yīng)性能和統(tǒng)計(jì)分析性能。

        軟件體系:采用數(shù)據(jù)到服務(wù)平臺后由應(yīng)用選擇服務(wù)方式。

        數(shù)據(jù)采用服務(wù)方式,業(yè)務(wù)微服務(wù)化,由服務(wù)平臺開放給上層應(yīng)用。可實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)調(diào)用數(shù)據(jù)。各類應(yīng)用相同的部分下沉至中臺,并以服務(wù)方式提供給應(yīng)用,減少應(yīng)用重復(fù)開發(fā)。平臺擴(kuò)展性較好,擴(kuò)充中臺和服務(wù)的方式能更快速適應(yīng)上層應(yīng)用的變化[5]。架構(gòu)如圖1所示。

        圖1 集中處理平臺+實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫方案

        1)優(yōu)點(diǎn):將實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)部分處理平臺分開,實(shí)時(shí)部分處理平臺滿足部分工業(yè)控制系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性高要求的需求,可用于進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,如ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng))、SCADA(電力監(jiān)控系統(tǒng))。非實(shí)時(shí)部分?jǐn)?shù)據(jù)大多為分析型數(shù)據(jù),用于數(shù)據(jù)分析、挖掘,該部分?jǐn)?shù)據(jù)沒有調(diào)度類系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性要求那么高,但需要進(jìn)行亞秒級的數(shù)據(jù)分析和呈現(xiàn)。在傳統(tǒng)的小型機(jī)架構(gòu)下,一經(jīng)部署,隨著功能的擴(kuò)充會遇到硬件的計(jì)算瓶頸,采用云技術(shù)后,計(jì)算資源可做到按需分配、對各類接口及上層功能模塊進(jìn)行容器化、微服務(wù)化改造,加上大數(shù)據(jù)平臺對于海量數(shù)據(jù)(PB級)的快速分析及響應(yīng)能力可滿足城市軌道交通對數(shù)據(jù)分析處理、統(tǒng)計(jì)等需求。系統(tǒng)擴(kuò)展性好,新增數(shù)據(jù)接入可直接擴(kuò)充存儲節(jié)點(diǎn),統(tǒng)計(jì)分析能力不夠可橫向擴(kuò)充計(jì)算節(jié)點(diǎn),上層應(yīng)用需求改變,可僅改變服務(wù)平臺,無需對上層應(yīng)用進(jìn)行大幅度改動(dòng)。

        2)缺點(diǎn):城市軌道交通行業(yè)內(nèi)應(yīng)用案例較少,但在其他行業(yè)已有應(yīng)用案例,大數(shù)據(jù)平臺及云平臺的引入會增加工程投資。

        2.3 數(shù)據(jù)集中處理方案

        數(shù)據(jù)平臺架構(gòu):分為實(shí)時(shí)處理部分和非實(shí)時(shí)(含近線)處理2部分,均納入線網(wǎng)智能調(diào)度平臺。

        線網(wǎng)智能調(diào)度平臺為各應(yīng)用提供用于實(shí)施數(shù)據(jù)監(jiān)控用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,根據(jù)其他應(yīng)用特點(diǎn)提供所需關(guān)系數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、MPP數(shù)據(jù)倉庫等。

        軟件體系:采用數(shù)據(jù)到服務(wù)平臺后由應(yīng)用選擇服務(wù)方式。

        數(shù)據(jù)采用服務(wù)方式,由服務(wù)平臺開放給上層應(yīng)用??蓪?shí)現(xiàn)跨專業(yè)調(diào)用數(shù)據(jù)。各類應(yīng)用相同的部分下沉至數(shù)據(jù)處理平臺,并以服務(wù)方式提供給應(yīng)用,減少應(yīng)用重復(fù)開發(fā)。平臺擴(kuò)展性較好,擴(kuò)充中臺和服務(wù)的方式能更快速適應(yīng)上層應(yīng)用的變化。架構(gòu)如圖2所示。

        圖2 集中處理平臺方案

        1)優(yōu)點(diǎn):實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)部分合并處理平臺,利用容器及微服務(wù)技術(shù)對應(yīng)用進(jìn)行部署,快速適應(yīng)需求端、接口端、處理端的變化。利用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)部分和非實(shí)時(shí)處理部分均能靈活地進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。

        2)缺點(diǎn):城市軌道交通行業(yè)內(nèi)應(yīng)用案例很少,但在其他行業(yè)已有應(yīng)用案例,大數(shù)據(jù)平臺及云平臺的引入會增加工程投資。

        3 數(shù)據(jù)處理平臺的選型

        因大數(shù)據(jù)平臺的處理能力,目前暫未達(dá)到工業(yè)級系統(tǒng)(SCADA、ATS等)對實(shí)時(shí)性的響應(yīng)要求。建議數(shù)據(jù)處理平臺可分步走,按近期和遠(yuǎn)期進(jìn)行部署。因集中處理平臺+實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫方案和集中處理平臺方案均采用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù),方案具有延續(xù)性??筛鶕?jù)目前的技術(shù)發(fā)展情況選擇數(shù)據(jù)處理平臺。近期采用集中處理平臺+實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫方案,后續(xù)隨著技術(shù)的發(fā)展逐步將實(shí)時(shí)處理平臺遷移至集中處理平臺。

        4 結(jié)語

        本文通過對傳統(tǒng)線網(wǎng)指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺進(jìn)行分析,運(yùn)用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理平臺進(jìn)行了改進(jìn),使數(shù)據(jù)處理平臺具有更好的擴(kuò)展性、更好的處理分析能力、更強(qiáng)的迭代升級能力,以適應(yīng)新時(shí)代軌道交通發(fā)展要求。

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