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地鐵自動化系統中云計算技術的運用

時間:2020-01-03 10:39作者:鄭濤
本文導讀:這是一篇關于地鐵自動化系統中云計算技術的運用的文章,隨著國民經濟的持續、快速、健康發展,新型城鎮化戰略的積極、穩妥、有序推進,我國地鐵跨入蓬勃發展的黃金機遇期。地鐵高速化、密集化、多樣化、網絡化和智能化的特征日益顯現。

  摘    要: 國家提出“加強兩化融合,推進信息化基礎設施、應用系統、數據標準統籌建設,為政府提供一體化信息支撐,為公眾提供便捷信息服務”的要求,地鐵信息化建設將依托“云計算、大數據、物聯網、移動應用、人工智能”等新技術的支撐,重構業務應用體系格局,向著跨專業業務整合的方向,將國家政策落實,進一步支撐地鐵信息化可持續發展。

  關鍵詞: 地鐵; 云計算; 大數據;

  1、 地鐵信息技術發展背景

  隨著國民經濟的持續、快速、健康發展,新型城鎮化戰略的積極、穩妥、有序推進,我國地鐵跨入蓬勃發展的黃金機遇期。地鐵高速化、密集化、多樣化、網絡化和智能化的特征日益顯現。地鐵在交通運輸體系中承擔著越來越重要的角色和作用。我國地鐵在建設初期采用一線一批,一批一建的方式,信息系統基本上也是隨用隨建設,缺少統籌規劃,導致系統相對獨立,應用、數據、網絡、設備設施等資源集約利用率不高。當前,世界各國廣泛采用以信息化促進地鐵發展的戰略,信息化已覆蓋地鐵的建設、運營、管理、安全、服務等各個領域。我國強力推進“互聯網+地鐵”戰略,信息化建設也已進入到大規模開發和應用階段。云計算、大數據等信息技術在地鐵行業逐漸得到應用,自動化、信息化和智能化已成為地鐵發展的必然趨勢。

  2 、地鐵自動化系統概述

  地鐵自動化系統主要包括信號系統、綜合監控系統、電力監控系統、能源管理系統、環境與設備監控系統、火災自動報警系統、視頻監視系統、門禁系統、乘客信息系統、自動售檢票系統、廣播系統、公務電話系統、專用電話系統、屏蔽門系統等。

  通過對上述自動化系統深入分析,發現實質上它們都是對不同設備的監控系統,以對機電設備監控系統為主,也對與工程結構相關的設備、檢測儀表進行監控。計算機監控系統是地鐵自動化系統的主要表現形式。

  伴隨地鐵管理水平的提升以及新技術的應用,地鐵自動化系統建設規模不斷擴大,計算機類設備的數量顯著增多。計算機類設備作為商用級設備,其網管功能較弱,配置、管理復雜,并且各個系統單獨設置,為地鐵機電設備系統的運營、維護和管理帶來了諸多不便。以地鐵線路傳統方案為例,綜合監控系統(ISCS)、視頻監視系統(CCTV)、自動售檢票系統(AFC)、乘客信息系統(PIS)、車場智能化系統、運營資產管理等系統全線共需設置PC服務器兩百多臺,臺式計算機兩百多臺,存儲三十多套。站在地鐵總體高度考慮自動化系統的建設,更大范圍的信息共享,更高程度的系統集成,將會提高整個工程的建設水平,云技術的應用則成為地鐵自動化系統未來的發展方向。
 

地鐵自動化系統中云計算技術的運用
 

  3 、地鐵既有線路各自動化系統硬件使用情況

  通過對既有線路控制中心及典型車站、換乘站的信號系統、綜合監控系統、乘客信息系統、視頻監視系統服務器、工作站的CPU規格型號、負載、內存負載、磁盤利用率、增長率進行統計,可得出以下結論:

  (1)各站點均獨立設置服務器,車站級服務器占比總服務器數量90%以上,但CPU利用率較低,部分占用率低于5%。同時因系統級別為“容錯級”即系統容忍單點故障,服務器等關鍵設備均采用1+1備份方式,導致CPU資源的嚴重浪費。

  (2)CPU計算能力隨著技術的進步越來越強,以CPU SPEC測試值為衡量基準,CPU SPEC平均值小于200。而地鐵業務系統因其需求的穩定性變化較少,即系統對于計算能力需求相對穩定,在未來項目實施時將面臨更高的CPU資源浪費。

  (3)個別設備CPU負載率較高,均值超過60%,長期工作于高負載率工況將降低設備壽命。而傳統硬件架構,不具備性能動態調整功能,調整計算能力的唯一手段是更換性能更高的硬件設備,投資大實施難度高。

  4 、云技術在地鐵應用的迫切性

  美國國家標準與技術研究所(NIST)對云計算的定義如下:云計算是一種可以普適、方便、按需地通過網絡訪問可配置的共享計算資源(如網絡、服務器、存儲、應用和服務)池的模式,計算資源可以在最少的管理開銷和服務提供商干預下快速提供和釋放。

  云計算技術是眾多技術的整合概念,針對云計算在地鐵自動化系統中的應用,其關鍵特征概括如下:虛擬化、分布式部署彈性計算高安全性。

  采用云技術與資源充分利用的虛擬化技術,一臺2路服務器大約可以提供給20個虛擬桌面正常使用,具體到綜合監控服務器,一臺4路高配的服務器可以供大約15個綜合監控系統的車站服務器正常運行,考慮到服務器容錯/動態負載等功能可保證10個車站的正常運行。

  通過以上分析,采用云計算技術,可以充分提高系統硬件資源的利用率,節省耗電成本和空間成本,降低工程總體造價。同時,若地鐵各業務應用系統都按照云計算的統一標準進行開發實施、注冊部署,可以方便地對各類業務工作進行標準化管理,從統一運維的角度對系統進行規范管理,在大大降低管理成本的同時,也大量的節約系統的運行成本,進一步提高了地鐵項目的建設水平。

  未來,基于目前融合的云平臺架構,可以構建基于該平臺的PaaS層服務,實現各業務系統數據的智能聯動,真正提升城市軌道行業的信息智能化,為構建智慧地鐵奠定基礎。

  5、 規范編制情況

  2017年7月,中國城市軌道交通協會啟動了《新一代智慧城市軌道交通體系的信息技術系統的IT架構及信息安全規范》的編制,此規范的編制包含了協會、地鐵公司、設計院、廠家的人員,經過2年多的研討、編制,2019年7月,在2019北京國際城市軌道交通高峰論壇上發布了《智慧城市軌道交通信息技術架構及網絡安全規范》,此規范共3本,包含了3個部分,《第1部分:總體需求》、《第2部分:技術架構圖》、《第3部分:網絡安全》。

  為了進行設計規范的編制,中城協啟動了技術方案研究工作,編制了5本規范,分別為《城市軌道交通云平臺構建及部署方案研究》、《城市軌道交通大數據平臺技術方案研究》、《城市軌道交通云平臺網絡拓撲架構技術方案研究》、《城市軌道交通云平臺網絡安全技術方案研究》、《城軌交通線網運營指揮中心系統方案研究》,目前,這5本規范已經完成征求意見稿的修改,計劃近期發布。

  2019年4月,中國城市軌道交通協會在北京召開《城市軌道交通信息化工程設計規范》啟動會,目前規范的編制工作正在順利進行,計劃2020年完成設計規范的報批和發布工作。

  6 、云平臺技術在地鐵行業的應用情況

  目前,呼和浩特地鐵1號線、2號線采用云平臺設計方案進行了多業務系統的承載,其中呼和浩特1號線已進行試運行階段,云平臺系統運行良好,計劃2019年12月底正式投入試運營,此項目開通后,將成為全球第一個采用云平臺進行綜合業務承載的地鐵線路。太原地鐵2號線也采用云平臺方案進行綜合業務承載,目前已經完成設備招標。其他城市地鐵也在進行相關研究,例如:武漢、青島、西安、昆明等。

  7、 結論

  針對地鐵各業務系統信息孤島嚴重、基礎設施分散、標準規范缺失等特點,以云計算、大數據共享為技術核心的云平臺以及中城協牽頭的規范編制可以很好的解決上述問題。以呼和浩特地鐵云平臺為代表的項目已經對云平臺在地鐵行業的應用進行了驗證,隨著國家對云計算、大數據技術的推廣,地鐵行業云平臺的應用將越來越廣。

  參考文獻

  [1] 地鐵設計規范:GB50157-2013.中華人民共和國住房和城鄉建設部.
  [2] 智慧城市軌道交通信息技術架構及網絡安全規范:T/CAMET11001.1-2019.中國城市軌道交通協會.

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