王建文，趙文龍，黃國(guó)輝

（1. 廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州 510010；2. 成都軌道交通集團(tuán)有限公司，成都 610058）

1 研究背景

經(jīng)過(guò)近20年的高速發(fā)展，中國(guó)已建成了世界上最為龐大的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)。伴隨高速發(fā)展的同時(shí)，城軌行業(yè)面臨著安全保障要求高、乘客服務(wù)需求高、企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本高，以及海量客流組織難、系統(tǒng)繁雜維保難這“三高兩難”的挑戰(zhàn)。在云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的加持下，地鐵建設(shè)者們與時(shí)俱進(jìn)，勤于創(chuàng)新。一方面，傳統(tǒng)弱電自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)(如綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS、信號(hào)系統(tǒng)ATS、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)AFC、通信系統(tǒng)等，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“生產(chǎn)系統(tǒng)”)采取相對(duì)獨(dú)立的煙囪式建設(shè)，導(dǎo)致信息孤島、資源利用率低的問(wèn)題，為克服這些弊病，多地建設(shè)融合業(yè)務(wù)云平臺(tái)來(lái)統(tǒng)一提供資源池，通過(guò)資源的彈性分配和負(fù)載均衡等手段，提高資源利用率[3]；另一方面，引入全自動(dòng)運(yùn)行、多元化支付、智能維保等先進(jìn)的應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)模式，打造智慧車(chē)站、智慧城軌，實(shí)現(xiàn)智能、高效的運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理和對(duì)乘客的人性化、精準(zhǔn)化服務(wù)。近年來(lái)，通過(guò)持續(xù)的創(chuàng)新與實(shí)踐，我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展取得了顯著的成績(jī)，同時(shí)也出現(xiàn)新的問(wèn)題：一是目前各地城軌云平臺(tái)多采用集中式數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式，將各生產(chǎn)系統(tǒng)的所有應(yīng)用集中部署在中心云平臺(tái)上，從車(chē)站邊緣設(shè)備傳輸大量結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)到云中心，致使網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載急劇增加，可能產(chǎn)生較長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)延遲，給生產(chǎn)系統(tǒng)造成一定的安全風(fēng)險(xiǎn)；二是伴隨越來(lái)越多的智慧化業(yè)務(wù)需求的提出，感知層的底層數(shù)據(jù)激增，集中式云計(jì)算能力為匹配海量邊緣數(shù)據(jù)需不斷擴(kuò)容，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心規(guī)模愈發(fā)龐大，運(yùn)維難度和成本加劇。因此，研究和設(shè)計(jì)一種適應(yīng)城市軌道交通生產(chǎn)業(yè)務(wù)的新型平臺(tái)架構(gòu)和計(jì)算模型是必要的。

在當(dāng)今萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等領(lǐng)域開(kāi)展了大量的研究和實(shí)踐，并提出了多種新型計(jì)算模型，如霧計(jì)算、微云、數(shù)據(jù)中臺(tái)等[4]。在軌道交通領(lǐng)域，一種典型的基于邊緣計(jì)算的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景——車(chē)車(chē)通信技術(shù)也已有應(yīng)用案例。筆者試圖設(shè)計(jì)一種基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和云邊協(xié)同的城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)架構(gòu)，將云計(jì)算與邊緣計(jì)算彼此優(yōu)化補(bǔ)充，旨在更好地滿(mǎn)足城軌生產(chǎn)系統(tǒng)的要求及運(yùn)營(yíng)管理場(chǎng)景的需求。

2 生產(chǎn)系統(tǒng)融合平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

2.1 從“一云集全”到“云邊協(xié)同”

在集中云數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式下，將算力等資源歸集在一處，部署所有的生產(chǎn)及管理業(yè)務(wù)。在線(xiàn)路增多而導(dǎo)致數(shù)據(jù)量和業(yè)務(wù)量激增時(shí)，集中式數(shù)據(jù)中心會(huì)消耗巨大的網(wǎng)絡(luò)傳輸資源，帶來(lái)一定的延遲。因此，引入邊緣計(jì)算理念，細(xì)分城軌各生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征和業(yè)務(wù)場(chǎng)景，將一部分業(yè)務(wù)下沉至邊緣控制器，配套獨(dú)立的資源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“車(chē)站自治”。將全局性、時(shí)間非敏感型、大數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)類(lèi)的業(yè)務(wù)，保留在中心云平臺(tái)上，并將分析優(yōu)化后的模型、參數(shù)、業(yè)務(wù)規(guī)則下發(fā)到邊緣側(cè)。通過(guò)云計(jì)算與邊緣計(jì)算的互補(bǔ)協(xié)同，匹配各種需求場(chǎng)景，最大化地發(fā)揮兩者的應(yīng)用價(jià)值。

2.2 從“設(shè)備入云”到“業(yè)務(wù)融云”

在調(diào)研各地城軌云工程實(shí)例中發(fā)現(xiàn)，地鐵生產(chǎn)系統(tǒng)遷移到云端后，大多僅使用到云平臺(tái)體系中的IaaS層，即硬件資源共享；各生產(chǎn)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)基本沒(méi)有變化，各單體應(yīng)用以虛擬機(jī)的方式部署在云平臺(tái)宿主機(jī)上。伴隨著不斷涌現(xiàn)的智慧化需求，各生產(chǎn)系統(tǒng)的功能越來(lái)越多，應(yīng)用越發(fā)龐大，升級(jí)維護(hù)變得復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)和影響范圍加大。本研究提出，將傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用軟件進(jìn)行模塊化和微服務(wù)化的改進(jìn)，以加速新一代城軌融合平臺(tái)軟硬件深度融合的進(jìn)程，主要思路是：按照業(yè)務(wù)功能，將一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用拆分為多個(gè)自治且完整的小型服務(wù)或進(jìn)程，配合逐漸成熟的容器技術(shù)工具，使單元負(fù)載更加輕量，從而有助于優(yōu)化IaaS基礎(chǔ)設(shè)施的資源彈性配置，且能解決業(yè)務(wù)的快速迭代、快速部署及靈活調(diào)用等問(wèn)題。

2.3 從“數(shù)據(jù)孤島”到“統(tǒng)一平臺(tái)”

地鐵傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)相互分立。一方面，為滿(mǎn)足數(shù)據(jù)交互的需求，各系統(tǒng)相互之間設(shè)置數(shù)據(jù)接口，呈繁復(fù)的網(wǎng)狀，即使規(guī)范了相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議，不同接口所屬的系統(tǒng)廠(chǎng)家也需重復(fù)開(kāi)發(fā)；另一方面，各生產(chǎn)系統(tǒng)后臺(tái)存在功能相似的服務(wù)和算法，如車(chē)站安防系統(tǒng)與客流分析系統(tǒng)均采用視頻分析算法為上層應(yīng)用提供結(jié)果。

因此，新一代城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)的架構(gòu)，需要打通數(shù)據(jù)互通的瓶頸，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)接口，發(fā)掘生產(chǎn)數(shù)據(jù)的價(jià)值，并能提供可重復(fù)使用的城軌服務(wù)，減少同類(lèi)服務(wù)的重復(fù)工作量，其本質(zhì)是打造一個(gè)工業(yè)操作系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)據(jù)協(xié)同體系，快速響應(yīng)智慧地鐵應(yīng)用快速迭代的要求。

2.4 從“分立分層”到“合縱連橫”

在車(chē)站生產(chǎn)系統(tǒng)的控制層，各專(zhuān)業(yè)相互獨(dú)立：如車(chē)站環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)BAS、智能低壓系統(tǒng)MCC和通風(fēng)空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，其被控對(duì)象均為車(chē)站風(fēng)水電等機(jī)電設(shè)備，3個(gè)系統(tǒng)各自部署多套PLC(可編程邏輯控制器)，其監(jiān)控對(duì)象和控制器的選型均高度重復(fù)，建設(shè)及運(yùn)維成本大。為此，可考慮在末端引入邊緣控制器，統(tǒng)一提供PLC算力，將多個(gè)專(zhuān)業(yè)橫向整合，即所謂“連橫”。同時(shí)，邊緣控制器宜具備虛擬化功能，保證多個(gè)后臺(tái)/程序調(diào)試的獨(dú)立性。

新一代生產(chǎn)融合平臺(tái)架構(gòu)應(yīng)能重構(gòu)和優(yōu)化一些專(zhuān)業(yè)的業(yè)務(wù)流程，如將AFC專(zhuān)業(yè)原架構(gòu)中的線(xiàn)路級(jí)中央LCC、MLC平臺(tái)與線(xiàn)網(wǎng)級(jí)ACC平臺(tái)在數(shù)據(jù)中心層面進(jìn)行業(yè)務(wù)整合，使其架構(gòu)扁平化，達(dá)到“合縱”的目的[5]。

3 云邊協(xié)同的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

2020年發(fā)布的《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》提出，建立城軌云平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的綜合承載和數(shù)據(jù)共享，為大數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[6]；同年，邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(ECC)發(fā)布《邊緣計(jì)算與云計(jì)算協(xié)同白皮書(shū)2.0》，倡導(dǎo)進(jìn)一步深化邊緣計(jì)算與云計(jì)算之間的關(guān)系，提出云邊協(xié)同價(jià)值場(chǎng)景、價(jià)值內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)等維度的研究；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(AII)發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系2.0》，提出了邊緣層、PaaS層和應(yīng)用層3個(gè)關(guān)鍵功能組成部分[4]?；谇笆龅膬?yōu)化設(shè)計(jì)思路，橫向參考其他工業(yè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，提出基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和云邊協(xié)同的新一代城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)，由以下4層架構(gòu)組成。

3.1 基礎(chǔ)層

與目前集中式云平臺(tái)類(lèi)似，云邊協(xié)同城軌融合平臺(tái)在數(shù)據(jù)中心搭建資源池，提供城軌各類(lèi)系統(tǒng)運(yùn)行所需的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等物理設(shè)備及虛擬化資源，其本質(zhì)是云計(jì)算模型中基礎(chǔ)設(shè)施IaaS層?；A(chǔ)層資源還包括城軌線(xiàn)網(wǎng)級(jí)骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，選用光傳送網(wǎng)OTN等通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)城軌線(xiàn)網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)互通。

與集中云平臺(tái)不同，本架構(gòu)中的中心云平臺(tái)主要承載線(xiàn)網(wǎng)級(jí)、線(xiàn)路中心級(jí)有關(guān)大數(shù)據(jù)分析、決策支持的相關(guān)業(yè)務(wù)，如線(xiàn)網(wǎng)客流預(yù)測(cè)分析、能源管理、調(diào)度仿真等時(shí)間非敏感型業(yè)務(wù)，將在線(xiàn)、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)下沉至車(chē)站的邊緣層中。

3.2 平臺(tái)層

平臺(tái)層是新一代城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)的核心。將傳統(tǒng)煙囪式分立建設(shè)的各系統(tǒng)中共性的業(yè)務(wù)邏輯和流程進(jìn)行提煉沉淀，打造城軌行業(yè)能力復(fù)用和分發(fā)平臺(tái)，以支撐城軌頂層業(yè)務(wù)。其中，共性能力可分為數(shù)據(jù)、技術(shù)、服務(wù)3個(gè)層面[6]。

3.2.1 數(shù)據(jù)平臺(tái)

傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)接入復(fù)雜、多源異構(gòu)、數(shù)據(jù)紛亂、缺乏規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題。在平臺(tái)層中，數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心價(jià)值在于借助數(shù)據(jù)治理和分析能力，形成企業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)，這也是深化大數(shù)據(jù)應(yīng)用、不斷探索應(yīng)用人工智能技術(shù)、逐步提高智能化水平的前提條件。

數(shù)據(jù)平臺(tái)基于大數(shù)據(jù)建立地鐵數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理與數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，主要由大規(guī)模并行處理(MPP)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘工具、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、可擴(kuò)展的存儲(chǔ)系統(tǒng)等部分組成，采用的大數(shù)據(jù)技術(shù)包括大數(shù)據(jù)接入、清洗、存儲(chǔ)、離線(xiàn)/近線(xiàn)/實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等。數(shù)據(jù)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的接入與集成、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)可視化、建模仿真等功能，為頂層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)全面分析研判的工具，可實(shí)現(xiàn)更全面的需求預(yù)測(cè)、更精準(zhǔn)的態(tài)勢(shì)分析、更精細(xì)的預(yù)報(bào)預(yù)警、更高效的規(guī)律發(fā)現(xiàn)、更科學(xué)的決策支撐。

3.2.2 技術(shù)平臺(tái)

技術(shù)平臺(tái)能為上層應(yīng)用提供共性技術(shù)支撐，如面向地鐵線(xiàn)網(wǎng)級(jí)應(yīng)急指揮、資產(chǎn)管理、設(shè)備維保等業(yè)務(wù)需求，可統(tǒng)一提供地理信息系統(tǒng)(GIS)、城市信息模型(CIM)、BIM等技術(shù)支持。

此外，算法和機(jī)理模型是技術(shù)平臺(tái)的重要組成部分，如客流預(yù)測(cè)算法模型、人臉識(shí)別算法、智能視頻分析、故障預(yù)測(cè)、健康度評(píng)估等人工智能分析技術(shù)。對(duì)于人臉識(shí)別、視頻分析等算法，可采用行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的成熟算法；對(duì)于設(shè)備健康度評(píng)估算法，是實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維由故障修向狀態(tài)修轉(zhuǎn)變的重要支撐，與行業(yè)設(shè)備特性緊密關(guān)聯(lián)，沒(méi)有通用的成熟產(chǎn)品，可引入基于大數(shù)據(jù)分析的機(jī)器學(xué)習(xí)工具，通過(guò)持續(xù)的學(xué)習(xí)迭代加以實(shí)現(xiàn)。

3.2.3 業(yè)務(wù)平臺(tái)

業(yè)務(wù)平臺(tái)將核心通用的城軌共性業(yè)務(wù)需求提煉融合為可共享的服務(wù)，如用戶(hù)權(quán)限服務(wù)、預(yù)案管理服務(wù)、客流實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)服務(wù)、能源管理服務(wù)、綜合信息服務(wù)等，為頂層應(yīng)用(如智能調(diào)度、智慧車(chē)站、智能車(chē)場(chǎng)、智能運(yùn)維、應(yīng)急指揮、乘客服務(wù)等智能化、智慧化、未來(lái)創(chuàng)新型高級(jí)應(yīng)用)提供統(tǒng)一的服務(wù)支撐[6]。

3.3 邊緣層

中心集中化的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)平臺(tái)帶來(lái)資源復(fù)用率提升、成本節(jié)約以及處理能力和數(shù)據(jù)融合能力極大增強(qiáng)的同時(shí)，也帶來(lái)較高的時(shí)延、較差的響應(yīng)性、傳輸負(fù)載帶寬要求高、可用性受限于通信網(wǎng)絡(luò)等問(wèn)題。這些問(wèn)題不利于生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，如信號(hào)系統(tǒng)、集成在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的電力監(jiān)控功能，其系統(tǒng)的實(shí)時(shí)與準(zhǔn)確關(guān)乎到行車(chē)及人身安全。邊緣層在靠近數(shù)據(jù)源頭的位置提供智能分析處理服務(wù)，減少時(shí)延，提升效率，提高安全性。與中心云相互協(xié)同，在邊緣節(jié)點(diǎn)因?yàn)榇鎯?chǔ)、算力、數(shù)據(jù)的規(guī)模限制不足以完成的大數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練在中心云進(jìn)行，完成分析結(jié)果和模型參數(shù)下發(fā)及更新到邊緣節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。

邊緣計(jì)算在新一代城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)的落地形態(tài)可歸納為兩類(lèi)。

1) 車(chē)站底座。最靠近數(shù)據(jù)源和被控對(duì)象的邊緣網(wǎng)關(guān)，如融合BAS、MCC、群控系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)PLC的邊緣控制器。一方面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的泛在連接、協(xié)議轉(zhuǎn)換和傳輸，另一方面負(fù)責(zé)邊緣計(jì)算，即以固定流程為主的邏輯順序控制。

2) 車(chē)站邊緣云節(jié)點(diǎn)。將地鐵綜合監(jiān)控、AFC、信號(hào)、通信等生產(chǎn)系統(tǒng)車(chē)站級(jí)應(yīng)用中高有效性(HA)的業(yè)務(wù)，融合部署在車(chē)站邊緣云節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、存儲(chǔ)、智能分析及業(yè)務(wù)應(yīng)用，提升操作響應(yīng)靈敏度，降低網(wǎng)絡(luò)堵塞。比如，將智慧車(chē)站需求中的智能視頻分析在車(chē)站邊緣節(jié)點(diǎn)中完成，提高視頻分析的速度，同時(shí)降低對(duì)云中心計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。在傳輸網(wǎng)絡(luò)通信中斷時(shí)，也可以通過(guò)邊緣層進(jìn)行車(chē)站業(yè)務(wù)的自治。此外，云-邊架構(gòu)有利于既有線(xiàn)的快速云化改造和部署。

3.4 應(yīng)用層

在中國(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發(fā)展綱要》中，提出了“1-8-1-1布局”的智慧城軌藍(lán)圖，即建立一個(gè)城軌云與大數(shù)據(jù)平臺(tái)，并在智慧乘客服務(wù)、智能運(yùn)輸組織、智能能源系統(tǒng)等八大體系中，不斷創(chuàng)新和發(fā)展信息化、智能化的頂層高品質(zhì)應(yīng)用[6]。

新一代城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)可滿(mǎn)足智慧城軌的發(fā)展需求，促進(jìn)未來(lái)創(chuàng)新型應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)。城軌行業(yè)開(kāi)發(fā)者可依托邊緣層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，以及平臺(tái)層的數(shù)據(jù)分析、AI能力、共享業(yè)務(wù)等平臺(tái)支撐能力，將設(shè)備、數(shù)據(jù)、流程、事件、用戶(hù)等因素信息進(jìn)行綜合分析，快速搭建智慧地鐵應(yīng)用，如智慧客運(yùn)組織、設(shè)備健康評(píng)價(jià)、車(chē)站運(yùn)營(yíng)評(píng)估、車(chē)站策略?xún)?yōu)化等。

綜上所述，以云邊協(xié)同為手段，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的新一代城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 新一代城軌生產(chǎn)系統(tǒng)融合平臺(tái)總體架構(gòu)Figure 1 New generation metro automation systems fusion platform system structure

4 實(shí)施方案及應(yīng)用實(shí)例

4.1 分步分階段的實(shí)施方案

城軌建設(shè)和智慧化發(fā)展是不斷迭代與持續(xù)推進(jìn)的過(guò)程，宜根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)的特點(diǎn)，分步分階段地落地[7]。從時(shí)間維度上，建議城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)分為初級(jí)、中間和高級(jí)3個(gè)建設(shè)階段[9]。

1) 初級(jí)階段。搭建城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)的IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))層，基于云平臺(tái)的硬件資源共享環(huán)境，統(tǒng)一承載傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)，并考慮承載同期建設(shè)的線(xiàn)網(wǎng)級(jí)業(yè)務(wù)，如線(xiàn)網(wǎng)指揮中心、線(xiàn)網(wǎng)安防集成平臺(tái)、線(xiàn)網(wǎng)清分中心等；在車(chē)站部署邊緣云節(jié)點(diǎn)，將車(chē)站級(jí)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)部署在邊緣云節(jié)點(diǎn)上。

2) 中間階段。搭建城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)PaaS層中的數(shù)據(jù)平臺(tái)；逐步優(yōu)化各生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的架構(gòu)，完成傳統(tǒng)應(yīng)用軟件向模塊化和微服務(wù)化方向的演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的深度融合；逐步完成既有線(xiàn)路生產(chǎn)系統(tǒng)的改造和遷移；端邊搭建自動(dòng)化系統(tǒng)連橫的車(chē)站底座。

3) 高級(jí)階段。完成城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)PaaS(平臺(tái)即服務(wù))層技術(shù)平臺(tái)、業(yè)務(wù)平臺(tái)的搭建，以支撐各類(lèi)智慧化業(yè)務(wù)持續(xù)不斷地迭代開(kāi)發(fā)和部署，促進(jìn)SaaS(軟件即服務(wù))層的創(chuàng)新與開(kāi)發(fā)，達(dá)到智慧城軌的發(fā)展目標(biāo)。

4.2 生產(chǎn)系統(tǒng)融合平臺(tái)實(shí)例

國(guó)內(nèi)目前已有基于云邊架構(gòu)的工程案例，如昆明地鐵4號(hào)線(xiàn)建設(shè)的云交自動(dòng)化系統(tǒng)，北京地鐵19號(hào)線(xiàn)的邊緣計(jì)算平臺(tái)等。本研究結(jié)合技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種典型的針對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行線(xiàn)路的生產(chǎn)融合平臺(tái)應(yīng)用實(shí)例，詳細(xì)說(shuō)明車(chē)站、車(chē)輛段、中心級(jí)的建設(shè)方案。

1) 車(chē)站。設(shè)置站級(jí)邊緣云節(jié)點(diǎn)，虛擬化承載車(chē)站級(jí)ISCS、ATS、CCTV、PIS、PA、AFC、安檢、安防等生產(chǎn)系統(tǒng)的主實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。在邊緣云節(jié)點(diǎn)搭建車(chē)站級(jí)的技術(shù)平臺(tái)，提供可復(fù)用的視頻分析算法、人臉識(shí)別算法、人員定位算法服務(wù)，供本站的智慧車(chē)站、智慧維保、多元化支付應(yīng)用調(diào)用(見(jiàn)圖2)。

圖2 算法融合的車(chē)站邊緣云節(jié)點(diǎn)架構(gòu)Figure 2 Station edge cloud fusion platform system structure

2) 控制中心。設(shè)置基于云計(jì)算技術(shù)的主中心、災(zāi)備中心。其中，主中心承載線(xiàn)路級(jí)、線(xiàn)網(wǎng)級(jí)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)，以全局、分析和集中式存儲(chǔ)業(yè)務(wù)為主，可將決策優(yōu)化后的模型與參數(shù)下放至車(chē)站，與車(chē)站級(jí)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)中心與邊緣的協(xié)同；災(zāi)備中心僅考慮數(shù)據(jù)級(jí)災(zāi)備和線(xiàn)網(wǎng)級(jí)應(yīng)用的備份，可有效控制建設(shè)規(guī)模和成本。此外，為提高整體的可靠性，考慮將站級(jí)應(yīng)用的備份部署在主數(shù)據(jù)中心，在車(chē)站邊緣云節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，可臨時(shí)啟用數(shù)據(jù)中心的備份應(yīng)用。

3) 車(chē)輛段。車(chē)輛段的設(shè)置與車(chē)站基本相同，負(fù)責(zé)車(chē)輛段節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)部署。另外，針對(duì)有線(xiàn)路級(jí)后備控制中心需求的線(xiàn)路，在車(chē)輛段邊緣云節(jié)點(diǎn)中，額外部署與行車(chē)密切相關(guān)的線(xiàn)路中心級(jí)應(yīng)用備份，在中心云平臺(tái)離線(xiàn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)本線(xiàn)路關(guān)鍵應(yīng)用的后備功能。

4) 傳輸網(wǎng)。搭建覆蓋全線(xiàn)網(wǎng)的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)采用多區(qū)域控制中心的城市，可在每處區(qū)域控制中心內(nèi)，設(shè)置線(xiàn)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)的一級(jí)傳輸節(jié)點(diǎn)，組成復(fù)用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。綜上分析，城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)典型應(yīng)用實(shí)例的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 新一代城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)典型應(yīng)用實(shí)例架構(gòu)Figure 3 New generation metro automation systems fusion platform application case

5 結(jié)語(yǔ)

新一代城軌生產(chǎn)融合平臺(tái)，采用基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣層、基礎(chǔ)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層的4層總體架構(gòu)。邊緣層靠近執(zhí)行單元和被控對(duì)象，負(fù)責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、瞬時(shí)計(jì)算和初步處理；中心層通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)平臺(tái)等支撐頂層應(yīng)用，將優(yōu)化后的業(yè)務(wù)規(guī)則、模型或參數(shù)下發(fā)至邊緣層，實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同。

就城軌行業(yè)來(lái)說(shuō)，云邊協(xié)同的平臺(tái)架構(gòu)相對(duì)于集中式云平臺(tái)，更有利于滿(mǎn)足弱電自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，適配工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征，能有效控制線(xiàn)網(wǎng)中主、備數(shù)據(jù)中心的規(guī)模及能耗。另外，在中心云平臺(tái)、邊緣云節(jié)點(diǎn)中，均可同時(shí)具備基礎(chǔ)資源和平臺(tái)資源，各生產(chǎn)系統(tǒng)可根據(jù)其數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)特征部署在中心側(cè)或邊緣側(cè)，并能進(jìn)一步通過(guò)模塊化和微服務(wù)化的軟件架構(gòu)放大融合平臺(tái)的使用價(jià)值。

本研究提出的新型架構(gòu)，在解決生產(chǎn)系統(tǒng)自身問(wèn)題的同時(shí)，也會(huì)對(duì)其他問(wèn)題產(chǎn)生影響，如信息及數(shù)據(jù)安全問(wèn)題、運(yùn)營(yíng)管理模式等，筆者也將繼續(xù)深入探索。