邱鵬 夏斌
【摘要】 ? ?城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展,對設(shè)備系統(tǒng)級的信息處理能力與統(tǒng)籌管理性等方面提出了更高的要求。云技術(shù)就是在這種背景下被引入到軌道交通信號系統(tǒng)當(dāng)中,旨在能夠提高信號系統(tǒng)的管理效率,確保軌道交通的安全性,目前云技術(shù)的方案及標(biāo)準(zhǔn)正在由中國城市軌道交通協(xié)會大力推廣。本文在總結(jié)目前城市軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)運用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析其優(yōu)勢與不足,同時對城市軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)未來可能的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析與探討。
【關(guān)鍵詞】 ? ?軌道交通信號系統(tǒng) ? ?云技術(shù) ? ?應(yīng)用方案 ? ?發(fā)展趨勢
引言:
高速發(fā)展的經(jīng)濟促進(jìn)了城市軌道交通系統(tǒng)向著高速化、密集化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展,傳統(tǒng)的信號管理系統(tǒng)也需要與之匹配,因而需要一個能夠更加有效進(jìn)行信息共享,具有更好擴展性與可靠性,同時又能夠降低成本的信息集中管理系統(tǒng)。隨著云技術(shù)的快速發(fā)展與在各行業(yè)中的普遍使用,其靈活擴展、數(shù)據(jù)共享與響應(yīng)及時性的優(yōu)點日益凸顯,云技術(shù)逐漸被引入到了城市軌道交通信號系統(tǒng)中,2019年和2020年由中國城市軌道交通協(xié)會編寫的《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》和《城市軌道交通云平臺建設(shè)實踐經(jīng)驗白皮書》先后發(fā)布,軌道交通云平臺涉及的技術(shù)、應(yīng)用與平臺的搭建進(jìn)入了有序規(guī)劃與推廣的新階段。城市軌道交通云平臺(下稱:城軌云)技術(shù)的使用有了行業(yè)規(guī)范,城軌云搭建在全國各地被迅速地提上日程。
一、現(xiàn)階段城市軌道交通云技術(shù)的現(xiàn)狀分析
1.1城市軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)使用的必要性
云計算依賴的技術(shù)是已經(jīng)成熟發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)、虛擬化技術(shù)及分布式計算技術(shù),其特點是在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的前提下,各計算機終端與設(shè)備都可以根據(jù)自身的需求獲得“云平臺”中共享的所有軟硬件資源和信息。其優(yōu)點是能夠集中有效并及時處理龐大的數(shù)據(jù),無需大量的機房空間與人力管理。相比傳統(tǒng)服務(wù)器平臺,成本較低,而且具有很好的擴展性。
我國城市軌道交通傳統(tǒng)信號系統(tǒng)是以本地服務(wù)器為基礎(chǔ),本地服務(wù)器不僅在運營承載方面具有單一性,而且資源利用率不均衡,無良好的擴展性,不能很好適配運營后期的增車數(shù)據(jù)且接入線網(wǎng)指揮中心的改造技術(shù)難度較高,此外,本地服務(wù)器之間是獨立的,因此,對機柜與機房空間的需求很大,連帶著也需要更多的人力對其進(jìn)行維護(hù),從而導(dǎo)致總體成本偏高。
云技術(shù)的優(yōu)勢與當(dāng)前城市軌道交通信號系統(tǒng)的優(yōu)化需求相契合,使得在信號系統(tǒng)中運用或升級云技術(shù)成為了優(yōu)選項。從技術(shù)本質(zhì)來上說,云技術(shù)是對眾多虛擬資源進(jìn)行整合,然后作為一種具有共享性的資源池對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并提供服務(wù),云計算如圖1所示。
1.2我國城市軌道交通信號系統(tǒng)云技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀
目前我國有多地都在積極進(jìn)行城軌云平臺的搭建,如呼和浩特、太原、溫州、深圳、廣州、昆明與武漢等地已正在部署或已經(jīng)完成部署,投入使用;西安、濟南與南寧等多個城市確定了城軌云平臺建設(shè)的計劃。如,深圳地鐵6、10號線采用單線路綜合云技術(shù)方案,綜合云平臺融合CCTV、ACS等多個系統(tǒng),武漢地鐵建設(shè)采用了城軌線網(wǎng)云平臺建設(shè)方案。溫州S1線路部署了單線路、單專業(yè)的城軌系統(tǒng)云平臺。呼和浩特地鐵1、2號線搭建了云平臺系統(tǒng),主要是線網(wǎng)運營生產(chǎn)中心云平臺。城市軌道交通云技術(shù)已經(jīng)在快速發(fā)展,但是整體上全國各地城軌的“云率”仍然偏低,還處于初步階段。
1.3城軌交通云平臺搭建
城軌云是以安全生產(chǎn)網(wǎng)、內(nèi)部管理網(wǎng)、外部服務(wù)網(wǎng)為基礎(chǔ),構(gòu)建運營生產(chǎn)中心、企業(yè)管理中心及乘客服務(wù)管理中心的門戶網(wǎng)站(圖2)。
通常情況下,城軌云平臺系統(tǒng)架構(gòu)是在云管理平臺統(tǒng)一管理的情況下,設(shè)置中心和車站兩級模式。為了能夠保證業(yè)務(wù)的可靠性,在規(guī)劃生產(chǎn)中心的基礎(chǔ)上設(shè)立災(zāi)備中心,再依據(jù)業(yè)務(wù)種類的重要程度與實際需求確定信號、AFC、CCTV等多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)。
中心級云平臺是城市軌道交通線網(wǎng)級云平臺的主服務(wù)中心,也是主要服務(wù)提供的承擔(dān)者,其包含的生產(chǎn)中心與災(zāi)備中心各自屬于控制中心與車輛段。借助于骨干環(huán)網(wǎng)與接入交換機的連接,城市軌道交通中的各車站與車輛段能夠與中心云平臺實現(xiàn)信息的傳遞(圖3)。
城軌云的業(yè)務(wù)分配,是基于云平臺進(jìn)行的,首先是部署多條地鐵線路系統(tǒng)軟件,然后,依據(jù)業(yè)務(wù)種類確定多個虛擬數(shù)據(jù)中心,也即同一個虛擬數(shù)據(jù)中心包含的是相同專業(yè)或業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件,專業(yè)與業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件可以是來自不同的線路,最后,在同一個虛擬數(shù)據(jù)中心內(nèi)部再可以根據(jù)線路進(jìn)行劃分。
二、在城市軌道交通信號系統(tǒng)中云技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展
2.1城市軌道交通信號系統(tǒng)中云技術(shù)應(yīng)用的問題和不足
任何技術(shù)絕非完美,云技術(shù)也是如此。雖然云技術(shù)具有大量的優(yōu)點,但是不可否認(rèn)的是其缺點也很明顯。而且,云技術(shù)在城市交通信號系統(tǒng)中的運用實踐不多,時間也短,因此,如何充分利用云技術(shù)的優(yōu)點,改善其存在的不足,是目前等待解決的問題。
1.外部網(wǎng)絡(luò)的依賴性。云技術(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起來的,因此,云技術(shù)能夠正常運行的前提是擁有穩(wěn)定的外部網(wǎng)絡(luò)(私有云除外)。如果出現(xiàn)斷網(wǎng)或者網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定,那么云平臺就會出現(xiàn)癱瘓或者不能正常使用。但是城市交通的運營時間是固定的,不會因為網(wǎng)絡(luò)問題就沒有了交通需求,因此這對城市交通的正常運營來說存在著很大的潛在風(fēng)險。雖然我國有著全球最為先進(jìn)的光纖和5G技術(shù),能夠確保網(wǎng)速與網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性等,但是依然存在諸多的斷網(wǎng)因素,如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損毀與故障、電網(wǎng)系統(tǒng)故障造成的斷電等等。因此,在部署城軌云時需要綜合考慮這些因素,做好應(yīng)急預(yù)案與數(shù)據(jù)備份等,確保城市軌道交通的安全有效運營。
2.數(shù)據(jù)安全風(fēng)險。云計算高效率和海量數(shù)據(jù)存儲是依賴于虛擬化技術(shù)的運用。但是因為虛擬化,造成傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離安全防護(hù)措施(如網(wǎng)絡(luò)防火墻等)會失效,傳統(tǒng)使用的網(wǎng)絡(luò)入侵檢測技術(shù)也不再適用。此外,任何軟件都可能存在安全漏洞,網(wǎng)絡(luò)安全一直都是黑客與軟件技術(shù)人員之間的博弈,因此云技術(shù)的安全漏洞是城軌云數(shù)據(jù)安全的一個風(fēng)險口。此外,在虛擬化的情況下,某一虛擬機的安全漏洞或網(wǎng)絡(luò)入侵都可能會在整個虛擬化平臺中進(jìn)行擴散。因此,城軌云部署中需要足夠的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與人才作為支撐,構(gòu)建從云到端的一整套完備的安全防護(hù)機制,并在運營中時刻做好安全檢測。
2.2在城市軌道交通信號系統(tǒng)中應(yīng)用云技術(shù)的安全性
在云技術(shù)還沒有出現(xiàn)之前,城市軌道交通各系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)儲存在本地,雖然都有雙機備份與冗余,因為一些天氣原因或者是人為等原因,電氣火災(zāi)等事故頻繁發(fā)生,這種情況仍存在著安全隱患,數(shù)據(jù)信息易被損壞和丟失。同時,數(shù)據(jù)信息的讀取和處理工作非常耗時。經(jīng)過近些年來云技術(shù)的發(fā)展,采用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等方法,可以對線路和用電安全設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的檢查,機房電源設(shè)備和環(huán)境的監(jiān)控得到了有效的加強,從而降低了機電設(shè)備的故障率,讓機電設(shè)備的穩(wěn)定運行得到了保障,生命周期得到了延長。
隨著云技術(shù)的應(yīng)用,不但能夠?qū)C電設(shè)備的數(shù)據(jù)信息起到保護(hù)的作用,而且還能幫助現(xiàn)有各家信號系統(tǒng)集成商在中央控制級實現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)的互聯(lián)互通,實現(xiàn)不同廠商系統(tǒng)和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交流,同時便于對不同設(shè)備開展集中的運營管理和維護(hù),能夠?qū)崿F(xiàn)城市軌道交通的智能運維,從而提升運營線網(wǎng)整體的安全性,降低運營成本??茖W(xué)有效地應(yīng)用云技術(shù),可以應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件的停產(chǎn)升級,保證了城市軌道交通信號系統(tǒng)長期而穩(wěn)定地運行。在城市軌道交通信號系統(tǒng)中的一些信息是比較分散的,并且具有著一定的龐雜性,所以需要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信息,采用不同的處理方法,但是這種情況是非常耗時的,而且信號系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)承擔(dān)著傳輸數(shù)據(jù)和圖像等綜合性信息的任務(wù),發(fā)揮指揮列車和傳遞信息的重要作用。隨著云技術(shù)的有效融合,有利于匯總信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)至大數(shù)據(jù)平臺,并以此成為信號系統(tǒng)進(jìn)一步智能化研發(fā)的基礎(chǔ)。
2.3云技術(shù)在城市軌道交通信號系統(tǒng)中的未來發(fā)展
在城市軌道交通機電系統(tǒng)中應(yīng)用云技術(shù),具備著較多的優(yōu)點,可以讓各個專業(yè)之間彼此獨立,但又有著密切的關(guān)聯(lián),為了確保系統(tǒng)的高效運行,需要對各個專業(yè)的信息開展采集工作,并且做好信息的儲存、分析與管理。
城軌建設(shè)中可以先部署一個城軌云,然后把城市軌道交通信號系統(tǒng)之中的一些子系統(tǒng)連接到云平臺之中。例如,把云技術(shù)運用到信號ATS子系統(tǒng)之中,讓信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理以及分析效率得到有效的提高,能夠把行車調(diào)度信息進(jìn)行有效的整合,并且提供豐富的運營調(diào)度的界面,以此可以方便調(diào)度更快的運營決策。如果把ATS子系統(tǒng)接入到數(shù)據(jù)共享平臺之中,在云平臺設(shè)置了災(zāi)備中心,可以給信號系統(tǒng)提供應(yīng)用級的服務(wù),給其他的專業(yè)提供了數(shù)據(jù)級災(zāi)備的服務(wù),可以讓資源得到最大限度的整合,讓資源的利用率得到有效的提高。與此同時,可以對服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及存儲設(shè)備等進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)管和綜合性的運維,這種情況可以讓運營維護(hù)的效率得到有效的提高,讓維護(hù)的成本得到有效的降低??茖W(xué)有效地運用云技術(shù)的優(yōu)越性,可以保證城市軌道交通信號系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,在我國,城市軌道交通機電系統(tǒng)在不斷創(chuàng)新,而且隨著人們出行需求的增加,多元化的客流、安防、氣象等信息系統(tǒng)被新推出,也存在新接入信號系統(tǒng)的可能性,云平臺將令新系統(tǒng)接入信號系統(tǒng)變得更加便捷、安全性更高,改造成本更低。
三、結(jié)束語
在城市軌道交通信號系統(tǒng)中應(yīng)用云技術(shù)和云計算(Cloud Computing),符合城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢,但也存在著一些不足和問題,需要在應(yīng)用的過程中,深化研究彌補云技術(shù)短板的霧計算(Fog Computing)和邊緣計算(Edge Computing)等新技術(shù),從而使我國的城市軌道交通信號系統(tǒng)得以跨越式的發(fā)展。
參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)
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