地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)中云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)用摘要：國家提出“加強(qiáng)兩化融合，推進(jìn)信息化基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)籌建設(shè)，為政府提供一體化信息支撐，為公眾提供便捷信息服務(wù)”的要求，地鐵信息化建設(shè)將依托“云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、人工智能”等新技術(shù)的支撐，重構(gòu)業(yè)務(wù)應(yīng)用體系格局，向著跨專業(yè)業(yè)務(wù)整合的方向，將國家政策落實(shí)，進(jìn)一步支撐地鐵信息化可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵詞：地鐵;云計(jì)算;大數(shù)據(jù);1、地鐵信息技術(shù)發(fā)展背景隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速、健康發(fā)展，新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的積極、穩(wěn)妥、有序推進(jìn)，我國地鐵跨入蓬勃發(fā)展的黃金機(jī)遇期。地鐵高速化、密集化、多樣化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的特征日益顯現(xiàn)。地鐵在交通運(yùn)輸體系中承擔(dān)著越來越重要的角色和作用。我國地鐵在建設(shè)初期采用一線一批，一批一建的方式，信息系統(tǒng)基本上也是隨用隨建設(shè)，缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，導(dǎo)致系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，應(yīng)用、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備設(shè)施等資源集約利用率不高。當(dāng)前，世界各國廣泛采用以信息化促進(jìn)地鐵發(fā)展的戰(zhàn)略，信息化已覆蓋地鐵的建設(shè)、運(yùn)營、管理、安全、服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域。我國強(qiáng)力推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+地鐵”戰(zhàn)略，信息化建設(shè)也已進(jìn)入到大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用階段。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)在地鐵行業(yè)逐漸得到應(yīng)用，自動(dòng)化、信息化和智能化已成為地鐵發(fā)展的必然趨勢(shì)。2、地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)概述地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)等。通過對(duì)上述自動(dòng)化系統(tǒng)深入分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上它們都是對(duì)不同設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，以對(duì)機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)為主，也對(duì)與工程結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)備、檢測(cè)儀表進(jìn)行監(jiān)控。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)的主要表現(xiàn)形式。伴隨地鐵管理水平的提升以及新技術(shù)的應(yīng)用，地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)類設(shè)備的數(shù)量顯著增多。計(jì)算機(jī)類設(shè)備作為商用級(jí)設(shè)備，其網(wǎng)管功能較弱，配置、管理復(fù)雜，并且各個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置，為地鐵機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)營、維護(hù)和管理帶來了諸多不便。以地鐵線路傳統(tǒng)方案為例，綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）、視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、車場(chǎng)智能化系統(tǒng)、運(yùn)營資產(chǎn)管理等系統(tǒng)全線共需設(shè)置PC服務(wù)器兩百多臺(tái)，臺(tái)式計(jì)算機(jī)兩百多臺(tái)，存儲(chǔ)三十多套。站在地鐵總體高度考慮自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，更大范圍的信息共享，更高程度的系統(tǒng)集成，將會(huì)提高整個(gè)工程的建設(shè)水平，云技術(shù)的應(yīng)用則成為地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。3、地鐵既有線路各自動(dòng)化系統(tǒng)硬件使用情況通過對(duì)既有線路控制中心及典型車站、換乘站的信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)服務(wù)器、工作站的CPU規(guī)格型號(hào)、負(fù)載、內(nèi)存負(fù)載、磁盤利用率、增長率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可得出以下結(jié)論：(1）各站點(diǎn)均獨(dú)立設(shè)置服務(wù)器，車站級(jí)服務(wù)器占比總服務(wù)器數(shù)量90%以上，但CPU利用率較低，部分占用率低于5%。同時(shí)因系統(tǒng)級(jí)別為“容錯(cuò)級(jí)”即系統(tǒng)容忍單點(diǎn)故障，服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備均采用1+1備份方式，導(dǎo)致CPU資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。(2)CPU計(jì)算能力隨著技術(shù)的進(jìn)步越來越強(qiáng)，以CPUSPEC測(cè)試值為衡量基準(zhǔn)，CPUSPEC平均值小于200。而地鐵業(yè)務(wù)系統(tǒng)因其需求的穩(wěn)定性變化較少，即系統(tǒng)對(duì)于計(jì)算能力需求相對(duì)穩(wěn)定，在未來項(xiàng)目實(shí)施時(shí)將面臨更高的CPU資源浪費(fèi)。(3）個(gè)別設(shè)備CPU負(fù)載率較高，均值超過60%，長期工作于高負(fù)載率工況將降低設(shè)備壽命。而傳統(tǒng)硬件架構(gòu)，不具備性能動(dòng)態(tài)調(diào)整功能，調(diào)整計(jì)算能力的唯一手段是更換性能更高的硬件設(shè)備，投資大實(shí)施難度高。4、云技術(shù)在地鐵應(yīng)用的迫切性美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）對(duì)云計(jì)算的定義如下：云計(jì)算是一種可以普適、方便、按需地通過網(wǎng)絡(luò)訪問可配置的共享計(jì)算資源（如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用和服務(wù)）池的模式，計(jì)算資源可以在最少的管理開銷和服務(wù)提供商干預(yù)下快速提供和釋放。云計(jì)算技術(shù)是眾多技術(shù)的整合概念，針對(duì)云計(jì)算在地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，其關(guān)鍵特征概括如下：虛擬化、分布式部署彈性計(jì)算高安全性。采用云技術(shù)與資源充分利用的虛擬化技術(shù)，一臺(tái)2路服務(wù)器大約可以提供給20個(gè)虛擬桌面正常使用，具體到綜合監(jiān)控服務(wù)器，一臺(tái)4路高配的服務(wù)器可以供大約15個(gè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的車站服務(wù)器正常運(yùn)行，考慮到服務(wù)器容錯(cuò)/動(dòng)態(tài)負(fù)載等功能可保證10個(gè)車站的正常運(yùn)行。通過以上分析，采用云計(jì)算技術(shù)，可以充分提高系統(tǒng)硬件資源的利用率，節(jié)省耗電成本和空間成本，降低工程總體造價(jià)。同時(shí)，若地鐵各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)都按照云計(jì)算的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)實(shí)施、注冊(cè)部署，可以方便地對(duì)各類業(yè)務(wù)工作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，從統(tǒng)一運(yùn)維的角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范管理，在大大降低管理成本的同時(shí)，也大量的節(jié)約系統(tǒng)的運(yùn)行成本，進(jìn)一步提高了地鐵項(xiàng)目的建設(shè)水平。未來，基于目前融合的云平臺(tái)架構(gòu)，可以構(gòu)建基于該平臺(tái)的PaaS層服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能聯(lián)動(dòng)，真正提升城市軌道行業(yè)的信息智能化，為構(gòu)建智慧地鐵奠定基礎(chǔ)。5、規(guī)范編制情況2017年7月，中國城市軌道交通協(xié)會(huì)啟動(dòng)了《新一代智慧城市軌道交通體系的信息技術(shù)系統(tǒng)的IT架構(gòu)及信息安全規(guī)范》的編制，此規(guī)范的編制包含了協(xié)會(huì)、地鐵公司、設(shè)計(jì)院、廠家的人員，經(jīng)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(fā)布了《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》，此規(guī)范共3本，包含了3個(gè)部分，《第1部分：總體需求》、《第2部分：技術(shù)架構(gòu)圖》、《第3部分：網(wǎng)絡(luò)安全》。為了進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的編制，中城協(xié)啟動(dòng)了技術(shù)方案研究工作，編制了5本規(guī)范，分別為《城市軌道交通云平臺(tái)構(gòu)建及部署方案研究》、《城市軌道交通大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)方案研究》、《城市軌道交通云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)技術(shù)方案研究》、《城市軌道交通云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)方案研究》、《城軌交通線網(wǎng)運(yùn)營指揮中心系統(tǒng)方案研究》，目前，這5本規(guī)范已經(jīng)完成征求意見稿的修改，計(jì)劃近期發(fā)布。2019年4月，中國城市軌道交通協(xié)會(huì)在北京召開《城市軌道交通信息化工程設(shè)計(jì)規(guī)范》啟動(dòng)會(huì)，目前規(guī)范的編制工作正在順利進(jìn)行，計(jì)劃2020年完成設(shè)計(jì)規(guī)范的報(bào)批和發(fā)布工作。6、云平臺(tái)技術(shù)在地鐵行業(yè)的應(yīng)用情況目前，呼和浩特地鐵1號(hào)線、2號(hào)線采用云平臺(tái)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的承載，其中呼和浩特1號(hào)線已進(jìn)行試運(yùn)行階段，云平臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行良好，計(jì)劃2019年12月底正式投入試運(yùn)營，此項(xiàng)目開通后，將成為全球第一個(gè)采用云平臺(tái)進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)承載的地鐵線路。太原地鐵2號(hào)線也采用云平臺(tái)方案進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)承載，目前已經(jīng)完成設(shè)備招標(biāo)。其他城市地鐵也在進(jìn)行相關(guān)研究，例如：武漢、青島、西安、昆明等。7、結(jié)論針