王圣煒

（廣州地鐵設計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)絡化運營、跨線路協(xié)調(diào)的需要，各個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”的方式構建[1]。

2020年8月6日，交通運輸部印發(fā)《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》（交規(guī)劃發(fā)〔2020〕75號），圍繞加快建設交通強國總體目標，推動交通基礎設施數(shù)字轉型、智能升級，建設便捷順暢、經(jīng)濟高效、綠色集約、智能先進、安全可靠的交通運輸領域新型基礎設施。

國務院《“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算、大數(shù)據(jù)等新技術推廣應用戰(zhàn)略；工信部《云計算發(fā)展三年行動計劃（2017—2019年）》（工信部信軟〔2017〕49號）、科技部和交通運輸部《“十三五”交通領域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》（科技部交通運輸部國科發(fā)高〔2017〕121號）的發(fā)布表明信息化與自動化兩化融合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為新時代技術發(fā)展的趨勢，多層域感知、人工智能、移動互聯(lián)、主動協(xié)同等技術的應用，推動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綱要》正式發(fā)布，開啟了城市軌道交通行業(yè)交通強國建設的新征程。中國城市軌道交通行業(yè)以強國建設為戰(zhàn)略導向，以推進城軌信息化、發(fā)展智能系統(tǒng)、建設智慧城軌為主題，以城軌交通的關鍵核心業(yè)務為主線，以數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化為手段，構建高度集成的城軌云與大數(shù)據(jù)平臺。

國家政策支持、信息技術發(fā)展趨勢、軌道交通行業(yè)的標準均推動了軌道交通由傳統(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)，也逐步承擔起城軌智慧大腦的角色。單一的“只監(jiān)不控”模式需進行改變，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)控及應用系統(tǒng)、線網(wǎng)通信系統(tǒng)擴充到由線網(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)、綜合應用系統(tǒng)、線網(wǎng)安檢系統(tǒng)、線網(wǎng)門禁授權系統(tǒng)等共同構建的8大中心，分別是：線網(wǎng)運營數(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)機電設備調(diào)度中心、線網(wǎng)運營消防與安防中心、線網(wǎng)運營信息集中發(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)的小型機架構下的線網(wǎng)指揮系統(tǒng)隨著線網(wǎng)智慧化功能的不斷擴充將面臨計算、網(wǎng)絡、存儲等瓶頸，改造費用將隨著智慧化的引入變得越來越高，工程實施將越來越困難。

隨著技術的發(fā)展，云技術、大數(shù)據(jù)技術越來越多地被應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)處理平臺進行改進。

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)平臺構建在小型機服務器上，在數(shù)據(jù)處理平臺架構上采用多服務器分擔處理業(yè)務技術，由服務器完成從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、人機界面顯示的全部流程。線網(wǎng)指揮系統(tǒng)分別設置數(shù)據(jù)服務器處理各線路系統(tǒng)上傳的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；設置應用服務器負擔應用服務（含應急指揮、信息發(fā)布、KPI指標統(tǒng)分等）功能；設置防病毒服務器和WEB服務器實現(xiàn)其他系統(tǒng)安全訪問和信息的發(fā)布；同時系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺還設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)庫直接到達應用，實時性強，系統(tǒng)相對獨立，可實施性強[4]。

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

2）缺點：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+實時數(shù)據(jù)庫方案

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

實時處理采用云架構，并設置實時數(shù)據(jù)庫和實時監(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。離線應用均采用大數(shù)據(jù)平臺進行分布式計算，具有更快的響應性能和統(tǒng)計分析性能。

軟件體系：采用數(shù)據(jù)到服務平臺后由應用選擇服務方式。

數(shù)據(jù)采用服務方式，業(yè)務微服務化，由服務平臺開放給上層應用。可實現(xiàn)跨專業(yè)調(diào)用數(shù)據(jù)。各類應用相同的部分下沉至中臺，并以服務方式提供給應用，減少應用重復開發(fā)。平臺擴展性較好，擴充中臺和服務的方式能更快速適應上層應用的變化[5]。架構如圖1所示。

圖1 集中處理平臺+實時數(shù)據(jù)庫方案

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

2）缺點：城市軌道交通行業(yè)內(nèi)應用案例較少，但在其他行業(yè)已有應用案例，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：分為實時處理部分和非實時（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)度平臺為各應用提供用于實施數(shù)據(jù)監(jiān)控用的實時數(shù)據(jù)庫，根據(jù)其他應用特點提供所需關系數(shù)據(jù)庫、非關系型數(shù)據(jù)庫、MPP數(shù)據(jù)倉庫等。

軟件體系：采用數(shù)據(jù)到服務平臺后由應用選擇服務方式。

數(shù)據(jù)采用服務方式，由服務平臺開放給上層應用?？蓪崿F(xiàn)跨專業(yè)調(diào)用數(shù)據(jù)。各類應用相同的部分下沉至數(shù)據(jù)處理平臺，并以服務方式提供給應用，減少應用重復開發(fā)。平臺擴展性較好，擴充中臺和服務的方式能更快速適應上層應用的變化。架構如圖2所示。

圖2 集中處理平臺方案

1）優(yōu)點：實時與非實時部分合并處理平臺，利用容器及微服務技術對應用進行部署，快速適應需求端、接口端、處理端的變化。利用云技術、大數(shù)據(jù)技術系統(tǒng)在實時部分和非實時處理部分均能靈活地進行系統(tǒng)擴展。

2）缺點：城市軌道交通行業(yè)內(nèi)應用案例很少，但在其他行業(yè)已有應用案例，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，目前暫未達到工業(yè)級系統(tǒng)（SCADA、ATS等）對實時性的響應要求。建議數(shù)據(jù)處理平臺可分步走，按近期和遠期進行部署。因集中處理平臺+實時數(shù)據(jù)庫方案和集中處理平臺方案均采用云技術、大數(shù)據(jù)技術，方案具有延續(xù)性。可根據(jù)目前的技術發(fā)展情況選擇數(shù)據(jù)處理平臺。近期采用集中處理平臺+實時數(shù)據(jù)庫方案，后續(xù)隨著技術的發(fā)展逐步將實時處理平臺遷移至集中處理平臺。

4 結語

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