轨道交通信号系统云技术应用方案研究
邱鹏 夏斌
【摘要】 ? ?城市轨道交通建设的快速发展，对设备系统级的信息处理能力与统筹管理性等方面提出了更高的要求。云技术就是在这种背景下被引入到轨道交通信号系统当中，旨在能够提高信号系统的管理效率，确保轨道交通的安全性，目前云技术的方案及标准正在由中国城市轨道交通协会大力推广。本文在总结目前城市轨道交通信号系统云技术运用现状的基础上，分析其优势与不足，同时对城市轨道交通信号系统云技术未来可能的发展趋势进行分析与探讨。
【关键词】 ? ?轨道交通信号系统 ? ?云技术 ? ?应用方案 ? ?发展趋势
引言：
高速发展的经济促进了城市轨道交通系统向着高速化、密集化和网络化的方向发展，传统的信号管理系统也需要与之匹配，因而需要一个能够更加有效进行信息共享，具有更好扩展性与可靠性，同时又能够降低成本的信息集中管理系统。随着云技术的快速发展与在各行业中的普遍使用，其灵活扩展、数据共享与响应及时性的优点日益凸显，云技术逐渐被引入到了城市轨道交通信号系统中，2019年和2020年由中国城市轨道交通协会编写的《智慧城市轨道交通信息技术架构及网络安全规范》和《城市轨道交通云平台建设实践经验白皮书》先后发布，轨道交通云平台涉及的技术、应用与平台的搭建进入了有序规划与推广的新阶段。城市轨道交通云平台（下称：城轨云）技术的使用有了行业规范，城轨云搭建在全国各地被迅速地提上日程。
一、现阶段城市轨道交通云技术的现状分析
1.1城市轨道交通信号系统云技术使用的必要性
云计算依赖的技术是已经成熟发展的网络计算技术、虚拟化技术及分布式计算技术，其特点是在网络互联的前提下，各计算机终端与设备都可以根据自身的需求获得“云平台”中共享的所有软硬件资源和信息。其优点是能够集中有效并及时处理庞大的数据，无需大量的机房空间与人力管理。相比传统服务器平台，成本较低，而且具有很好的扩展性。
我国城市轨道交通传统信号系统是以本地服务器为基础，本地服务器不仅在运营承载方面具有单一性，而且资源利用率不均衡，无良好的扩展性，不能很好适配运营后期的增车数据且接入线网指挥中心的改造技术难度较高，此外，本地服务器之间是独立的，因此，对机柜与机房空间的需求很大，连带着也需要更多的人力对其进行维护，从而导致总体成本偏高。
云技术的优势与当前城市轨道交通信号系统的优化需求相契合，使得在信号系统中运用或升级云技术成为了优选项。从技术本质来上说，云技术是对众多虚拟资源进行整合，然后作为一种具有共享性的资源池对数据进行处理并提供服务，云计算如图1所示。
1.2我国城市轨道交通信号系统云技术应用的现状
目前我国有多地都在积极进行城轨云平台的搭建，如呼和浩特、太原、温州、深圳、广州、昆明与武汉等地已正在部署或已经完成部署，投入使用;西安、济南与南宁等多个城市确定了城轨云平台建设的计划。如，深圳地铁6、10号线采用单线路综合云技术方案，综合云平台融合CCTV、ACS等多个系统，武汉地铁建设采用了城轨线网云平台建设方案。温州S1线路部署了单线路、单专业的城轨系统云平台。呼和浩特地铁1、2号线搭建了云平台系统，主要是线网运营生产中心云平台。城市轨道交通云技术已经在快速发展，但是整体上全国各地城轨的“云率”仍然偏低，还处于初步阶段。
1.3城轨交通云平台搭建
城轨云是以安全生产网、内部管理网、外部服务网为基础，构建运营生产中心、企业管理中心及乘客服务管理中心的门户网站（图2）。
通常情况下，城轨云平台系统架构是在云管理平台统一管理的情况下，设置中心和车站两级模式。为了能够保证业务的可靠性，在规划生产中心的基础上设立灾备中心，再依据业务种类的重要程度与实际需求确定信号、AFC、CCTV等多种业务系统。
中心级云平台是城市轨道交通线网级云平台的主服务中心，也是主要服务提供的承担者，其包含的生产中心与灾备中心各自属于控制中心与车辆段。借助于骨干环网与接入交换机的连接，城市轨道交通中的各车站与车辆段能够与中心云平台实现信息的传递（图3）。
城轨云的业务分配，是基于云平台进行的，首先是部署多条地铁线路系统软件，然后，依据业务种类确定多个虚拟数据中心，也即同一个虚拟数据中心包含的是相同专业或业务应用软件，专业与业务应用软件可以是来自不同的线路，最后，在同一个虚拟数据中心内部再可以根据线路进行划分。
二、在城市轨道交通信号系統中云技术的应用和发展
2.1城市轨道交通信号系统中云技术应用的问题和不足
任何技术绝非完美，云技术也是如此。虽然云技术具有大量的优点，但是不可否认的是其缺点也很明显。而且，云技术在城市交通信号系统中的运用实践不多，时间也短，因此，如何充分利用云技术的优点，改善其存在的不足，是目前等待解决的问题。
1.外部网络的依赖性。云技术是基于网络发展起来的，因此，云技术能够正常运行的前提是拥有稳定的外部网络（私有云除外）。如果出现断网或者网络不稳定，那么云平台就会出现瘫痪或者不能正常使用。但是城市交通的运营时间是固定的，不会因为网络问题就没有了交通需求，因此这对城市交通的正常运营来说存在着很大的潜在风险。虽然我国有着全球最为先进的光纤和5G技术，能够确保网速与网络的稳定性等，但是依然存在诸多的断网因素，如网络设备损毁与故障、电网系统故障造成的断电等等。因此，在部署城轨云时需要综合考虑这些因素，做好应急预案与数据备份等，确保城市轨道交通的安全有效运营。
2.数据安全风险。云计算高效率和海量数据存储是依赖于虚拟化技术的运用。但是因为虚拟化，造成传统网络隔离安全防护措施（如网络防火墙等）会失效，传统使用的网络入侵检测技术也不再适用。此外，任何软件都可能存在安全漏洞，网络安全一直都是黑客与软件技术人员之间的博弈，因此云技术的安全漏洞是城轨云数据安全的一个风险口。此外，在虚拟化的情况下，某一虚拟机的安全漏洞或网络入侵都可能会在整个虚拟化平台中进行扩散。因此，城轨云部署中需要足够的网络安全技术与人才作为支撑，构建从云到端的一整套完备的安全防护机制，并在运营中时刻做好安全检测。
2.2在城市轨道交通信号系统中应用云技术的安全性
在云技术还没有出现之前，城市轨道交通各系统的信息数据储存在本地，虽然都有双机备份与冗余，因为一些天气原因或者是人为等原因，电气火灾等事故频繁发生，这种情况仍存在着安全隐患，数据信息易被损坏和丢失。同时，数据信息的读取和处理工作非常耗时。经过近些年来云技术的发展，采用物联网和大数据等方法，可以對线路和用电安全设备进行仔细的检查，机房电源设备和环境的监控得到了有效的加强，从而降低了机电设备的故障率，让机电设备的稳定运行得到了保障，生命周期得到了延长。
随着云技术的应用，不但能够对机电设备的数据信息起到保护的作用，而且还能帮助现有各家信号系统集成商在中央控制级实现轨道交通系统的互联互通，实现不同厂商系统和设备之间的数据交流，同时便于对不同设备开展集中的运营管理和维护，能够实现城市轨道交通的智能运维，从而提升运营线网整体的安全性，降低运营成本。科学有效地应用云技术，可以应对网络设备硬件的停产升级，保证了城市轨道交通信号系统长期而稳定地运行。在城市轨道交通信号系统中的一些信息是比较分散的，并且具有着一定的庞杂性，所以需要根据不同的数据信息，采用不同的处理方法，但是这种情况是非常耗时的，而且信号系统中的数据通信系统承担着传输数据和图像等综合性信息的任务，发挥指挥列车和传递信息的重要作用。随着云技术的有效融合，有利于汇总信号系统数据至大数据平台，并以此成为信号系统进一步智能化研发的基础。
2.3云技术在城市轨道交通信号系统中的未来发展
在城市轨道交通机电系统中应用云技术，具备着较多的优点，可以让各个专业之间彼此独立，但又有着密切的关联，为了确保系统的高效运行，需要对各个专业的信息开展采集工作，并且做好信息的储存、分析与管理。
城轨建设中可以先部署一个城轨云，然后把城市轨道交通信号系统之中的一些子系统连接到云平台之中。例如，把云技术运用到信号ATS子系统之中，让信号系统的数据采集、处理以及分析效率得到有效的提高，能够把行车调度信息进行有效的整合，并且提供丰富的运营调度的界面，以此可以方便调度更快的运营决策。如果把ATS子系统接入到数据共享平台之中，在云平台设置了灾备中心，可以给信号系统提供应用级的服务，给其他的专业提供了数据级灾备的服务，可以让资源得到最大限度的整合，让资源的利用率得到有效的提高。与此同时，可以对服务器和网络设备以及存储设备等进行统一的监管和综合性的运维，这种情况可以让运营维护的效率得到有效的提高，让维护的成本得到有效的降低。科学有效地运用云技术的优越性，可以保证城市轨道交通信号系统的稳定运行，在我国，城市轨道交通机电系统在不断创新，而且随着人们出行需求的增加，多元化的客流、安防、气象等信息系统被新推出，也存在新接入信号系统的可能性，云平台将令新系统接入信号系统变得更加便捷、安全性更高，改造成本更低。
三、结束语
在城市轨道交通信号系统中应用云技术和云计算（Cloud Computing），符合城市轨道交通网络化的发展趋势，但也存在着一些不足和问题，需要在应用的过程中，深化研究弥补云技术短板的雾计算（Fog Computing）和边缘计算（Edge Computing）等新技术，从而使我国的城市轨道交通信号系统得以跨越式的发展。
参 ?考 ?文 ?献
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