文：丁 軍丨西門(mén)子交通中國(guó)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施部總經(jīng)理

王開(kāi)強(qiáng)丨西門(mén)子交通數(shù)字業(yè)務(wù)專(zhuān)家

西門(mén)子交通針對(duì)全球市場(chǎng)的理解推出的基于云的下一代信號(hào)系統(tǒng)概念方案，也稱(chēng)云信號(hào)系統(tǒng)方案?；谠菩盘?hào)的支持，打造軌道交通云平臺(tái)，為“出行即服務(wù) – Mobility as a Service”提供底層支持。

近年來(lái)，各國(guó)城市軌道交通市場(chǎng)發(fā)展迅速，信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展也隨之經(jīng)歷著巨大的變革。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流技術(shù)為基于通信的列車(chē)控制技術(shù)（CBTC），綜合了經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢(shì)、運(yùn)營(yíng)效率優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，中國(guó)市場(chǎng)得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。在大規(guī)模布置和應(yīng)用過(guò)程中，業(yè)界也逐漸地從不同的方面發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有CBTC系統(tǒng)技術(shù)的不足。例如，車(chē)輛/軌旁-車(chē)站-控制中心等不同層級(jí)的系統(tǒng)之間的依賴(lài)非常嚴(yán)重，各種通信協(xié)議的數(shù)據(jù)接口極其復(fù)雜。另外，由于更高地運(yùn)營(yíng)安全要求，列車(chē)控制系統(tǒng)需要把自身打造為一個(gè)封閉的不受外界干涉的系統(tǒng)，隨之產(chǎn)生的問(wèn)題則是系統(tǒng)信息孤島現(xiàn)象。特別是當(dāng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行局部修改或者翻新改造時(shí)，這些問(wèn)題將大大提高項(xiàng)目的執(zhí)行難度。

目前城市軌道交通行業(yè)內(nèi)的各方開(kāi)始普遍思考如何改進(jìn)目前主流的CBTC技術(shù)以適應(yīng)未來(lái)的市場(chǎng)。許多新技術(shù)涌現(xiàn)出來(lái)并在消費(fèi)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域都得到了較好的應(yīng)用，比如5G通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等。在軌道交通領(lǐng)域，在地鐵運(yùn)營(yíng)和維護(hù)、經(jīng)營(yíng)管理及資產(chǎn)管理等方面也出現(xiàn)了越來(lái)越多的智能應(yīng)用概念和試點(diǎn)。

在信號(hào)系統(tǒng)領(lǐng)域，當(dāng)下的發(fā)展趨勢(shì)則是通過(guò)云平臺(tái)控制末端鐵路設(shè)備和車(chē)輛的思路，以軟件服務(wù)為主體提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌建設(shè)綱要》，提綱挈領(lǐng)式的提出了以城軌云為基礎(chǔ)的新軌交體系，并對(duì)信號(hào)系統(tǒng)提出了全面自動(dòng)化以及互聯(lián)互通等更高的要求。

西門(mén)子交通針對(duì)全球市場(chǎng)的理解推出的基于云的下一代信號(hào)系統(tǒng)概念方案，也稱(chēng)云信號(hào)系統(tǒng)方案?；谠菩盘?hào)的支持，打造軌道交通云平臺(tái)，為“出行即服務(wù) – Mobility as a Service”提供底層支持。

如圖1所示，本方案架構(gòu)簡(jiǎn)潔，主要包括云-地兩層。在云端，借助硬件虛擬化技術(shù)，軌道交通傳統(tǒng)SIL4級(jí)的安全應(yīng)用軟件轉(zhuǎn)到云端部署。在地端，沿軌道布置的設(shè)備，包括轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)及計(jì)軸等，則由就地部署的智能控制終端控制，并實(shí)時(shí)的提供設(shè)備控制及狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。而中間通信可由5G通信支持，充分利用其高速率、低時(shí)延和大連接特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令傳輸。

圖1 系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

相比傳統(tǒng)CBTC方案，基于云技術(shù)的本質(zhì)，云信號(hào)系統(tǒng)方案的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在多方面，比如部署成本低、改造簡(jiǎn)捷和生命周期成本大幅下降等，但更重要的則在于基于云平臺(tái)的軌道交通生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理，“軟件即服務(wù)”的模式使得城市線網(wǎng)內(nèi)多條線路的信號(hào)系統(tǒng)的管理更加安全智能高效，也使得互聯(lián)互通更容易實(shí)施。云平臺(tái)本身承載能力較高，當(dāng)一個(gè)城市多條線路的信號(hào)應(yīng)用軟件在一個(gè)云平臺(tái)上匯聚時(shí)，只需要統(tǒng)一云環(huán)境下安全控制軟件的接口、數(shù)據(jù)定義和通信協(xié)議的方式，以及云和車(chē)/設(shè)備之間的交互信息，就可以安全高效的建立城軌云上的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)體系，云端的互聯(lián)互通可以大幅縮短幾條線路不同時(shí)間開(kāi)通帶來(lái)的繁瑣夜間調(diào)試，以及線路延伸或改造時(shí)的復(fù)雜測(cè)試，特別是每條線路軟件單獨(dú)升級(jí)時(shí)，對(duì)其它線路的驗(yàn)證也可以簡(jiǎn)化，從而可以更靈活安全的支持“一個(gè)城市一朵云”的城軌云生態(tài)理念。同時(shí)，同一云環(huán)境下的各應(yīng)用之間的通信方式，相比傳統(tǒng)的跨線路網(wǎng)絡(luò)通信方式，性能上也相應(yīng)的有所提升。

從經(jīng)濟(jì)性角度講，云信號(hào)方案的架構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)實(shí)施，減少了不同設(shè)備間的接口，相比傳統(tǒng)CBTC更容易實(shí)施運(yùn)營(yíng)期間的舊線改造。另外得益于硬件數(shù)量和光電纜數(shù)量的減少，也同時(shí)減少了建設(shè)期的施工量和后期相應(yīng)的維護(hù)維修工作量。而通用硬件平臺(tái)的引入，解決了信號(hào)訂制化產(chǎn)品停產(chǎn)的難題，相應(yīng)的也減少了備品備件的數(shù)量，也驗(yàn)證了云技術(shù)的低部署成本和低生命周期成本特性。結(jié)合“通信即服務(wù)”模式的使用，云信號(hào)系統(tǒng)方案帶來(lái)全系統(tǒng)生命周期成本的降低。

云信號(hào)系統(tǒng)提供了大量數(shù)字接口，這一特性除了解除聯(lián)鎖控制距離限制，為上云提供支持之外，也同時(shí)提供實(shí)時(shí)原生鐵路設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)，結(jié)合全面的信息安全需求的響應(yīng)，從而更安全方便的為智慧運(yùn)維提供底層數(shù)據(jù)支持。

由于新技術(shù)涉及業(yè)務(wù)種類(lèi)多，且多為各領(lǐng)域前沿技術(shù)，云信號(hào)的實(shí)施并不是一蹴而就，而是通過(guò)累計(jì)式的方法分步實(shí)施驗(yàn)證，以最終完成城軌云生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。

西門(mén)子交通在挪威國(guó)家鐵路進(jìn)行的新技術(shù)項(xiàng)目，通過(guò)智能控制終端解除了傳統(tǒng)聯(lián)鎖控制距離的限制，通過(guò)IP通信技術(shù)將大范圍國(guó)家路網(wǎng)的鐵路設(shè)備連接到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，并提供設(shè)備控制和運(yùn)維監(jiān)控功能。

在奧地利的新技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目中，西門(mén)子交通將傳統(tǒng)的鐵路安全應(yīng)用通過(guò)硬件虛擬化技術(shù)在通用商用服務(wù)器上部署，初步實(shí)現(xiàn)硬件獨(dú)立的技術(shù)目的，并為下一步在云技術(shù)環(huán)境下的部署提供技術(shù)準(zhǔn)備。

在國(guó)內(nèi)，西門(mén)子交通與本地業(yè)主攜手合作，試點(diǎn)利用5G公專(zhuān)網(wǎng)通信承載CBTC安全控車(chē)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和運(yùn)維數(shù)據(jù)，且CBTC系統(tǒng)按照云-地兩層部署，控制命令數(shù)據(jù)流也同樣由5G通信承載，試驗(yàn)取得了滿(mǎn)意的結(jié)果。

云信號(hào)的發(fā)展在全球的客戶(hù)群體中獲得了高度的關(guān)注和認(rèn)同，前期的技術(shù)驗(yàn)證和儲(chǔ)備取得了成功的結(jié)果，云信號(hào)方案作為下一代信號(hào)方案將為軌道交通城軌云生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)提供關(guān)鍵支持。