基于云服務的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

王 冠

（深圳地鐵運營集團有限公司，廣東 深圳518000）

隨著社會的發(fā)展，地下資源被進一步開發(fā)利用，城市軌道交通系統(tǒng)逐漸完善，在其運行過程中，需要加強運維監(jiān)控，且隨著城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展和先進技術(shù)的應用，對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來越高。為了能實現(xiàn)有效的系統(tǒng)運維監(jiān)控，云服務逐漸走進大眾視野，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中引入云服務應用模式，通過技術(shù)方式解決監(jiān)控不力等問題，從而進一步提高綜合監(jiān)控系統(tǒng)的利用程度，實現(xiàn)地鐵的可持續(xù)發(fā)展。作為地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的操作人員，必須重視加深對云服務技術(shù)的研究，推動其與地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)更加深入的融合。

1 城市地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

城市地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)是在一定的發(fā)展歷程下形成的，在此之前，對地鐵運維進行監(jiān)控主要依托混合半自動化監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括三個模塊，即電話調(diào)度系統(tǒng)、分立電氣元件控制設備和手工操作模塊。現(xiàn)階段，我國城市地鐵綜合控制系統(tǒng)中較為常用的監(jiān)控模式為分立自動化監(jiān)控系統(tǒng)ATS、PSCADA、FAS、AFC等各專業(yè)分別建網(wǎng)的計算機多島監(jiān)控系統(tǒng)?；谏鲜鱿到y(tǒng)模式，結(jié)合當代計算機信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)、云服務架構(gòu)等，進一步對地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化，由此形成分層分布式計算機網(wǎng)絡，實現(xiàn)統(tǒng)一綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)ISCS軟件體系。該體系已經(jīng)成為較為成熟的體系之一，主要架構(gòu)包括中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)等，在管理方面包括中央和車站兩個層級，在控制方面則表現(xiàn)為中央、車站及就地控制三種模式，上述體系的信息管理層、控制層、設備層構(gòu)成完善，具有較高的應用價值，其構(gòu)成詳見圖1。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 城市地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)信息化建設現(xiàn)狀

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集不全面、效率和精度低

我國當前交通設施不斷完善，社會大眾出行需求擴增，對鐵路交通和軌道交通等也提出了提速、穩(wěn)健等更高要求?，F(xiàn)階段，我國地鐵行業(yè)已經(jīng)進入高速發(fā)展階段，在安全運輸方面則要始終保持警惕，并結(jié)合信息化手段提高系統(tǒng)運維監(jiān)控實效。當前我國的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重點集中在部分重點區(qū)域，強調(diào)實現(xiàn)安全防護監(jiān)控管理，同時輔助其他運維需求。而當前的綜合監(jiān)控系統(tǒng)存在分辨率低、存儲分散等較為突出的問題，尤其對于需重點監(jiān)控的區(qū)域和場所而言，更要著力優(yōu)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)和相關(guān)設備，確保不出現(xiàn)監(jiān)控盲區(qū)和監(jiān)控失職現(xiàn)象。

2.2 存在信息孤島現(xiàn)象

在綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方面，當前大部分業(yè)務需要三級聯(lián)網(wǎng)，并且要向上級推送視頻資源，在實際聯(lián)網(wǎng)過程中，存在部分業(yè)務監(jiān)控系統(tǒng)獨立聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)象，導致出現(xiàn)信息孤島，不利于信息資源的共享，從而會影響管理實效。

2.3 關(guān)鍵數(shù)據(jù)跨業(yè)務融合不到位

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)多業(yè)務融合，而現(xiàn)階段形成的監(jiān)控資源已經(jīng)產(chǎn)生多維數(shù)據(jù)，亟待進行綜合業(yè)務數(shù)據(jù)的立體化分析評估，而地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)運維人員缺乏業(yè)務融合互通能力，沒有做到對動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的深度挖掘，導致無法實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的跨業(yè)務融合。

3 云服務在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)應用的多重價值

3.1 實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫同步運行

云服務的應用，為監(jiān)控系統(tǒng)增添了集中數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，借助云服務資源集中優(yōu)勢，實現(xiàn)“車站數(shù)據(jù)庫+中心數(shù)據(jù)庫”，合并后的數(shù)據(jù)庫去除了應用層，實現(xiàn)了雙庫同步，避免了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)不一致的問題。此外，基于實時應用集群技術(shù)，雙活數(shù)據(jù)庫利用Oracle的ADG技術(shù)可對數(shù)據(jù)與生產(chǎn)系統(tǒng)進行調(diào)控，實現(xiàn)一致性，即使數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障或問題，也可自動切換到備用庫。這種操作系統(tǒng)對應的單庫，操作便捷。數(shù)據(jù)同步由數(shù)據(jù)庫完成。此外，云服務可在數(shù)據(jù)庫和備用庫中實現(xiàn)雙活，繼而保障數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)，及其存儲的2個層次的數(shù)據(jù)。

3.2 增強系統(tǒng)操作便捷性與實用性

綜合監(jiān)控平臺主備機與云平臺虛擬機在操作上均較為冗雜，從而為系統(tǒng)的操作可用性提供了保障?；谠品?，借助HA機制，可對物理機故障進行檢測，同時遷移虛擬機，正常物理機上可對原先的虛擬機進行重啟，通過自適應啟動綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可在3-5秒恢復業(yè)務，從而減少故障時間，有效增強了系統(tǒng)的適應性與實用性。

3.3 提高數(shù)據(jù)信息應用質(zhì)量

一是確保信息安全。云服務另一重要特點是安全性能高，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的儲存和備份，在管理地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息時，可以減少數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)遺失的情況。同時，借助于云服務管理平臺，能實現(xiàn)各子系統(tǒng)的管理、儲存和通信保持獨立，對信息數(shù)據(jù)進行另一層安全保障；二是實現(xiàn)信息可擴展性應用。云服務的可擴展性良好，能通過獨立分層的方式，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的分層儲存和擴展，從而確保地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能和價值，為了使系統(tǒng)功能和業(yè)務能力運行良好，利用相關(guān)軟件系統(tǒng)和服務設備，進而達到預期目的。

4 基于云服務的城市地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

4.1 “云服務+”綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設

基于云服務對地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行構(gòu)建，需要著力完善綜合監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)，技術(shù)人員應從云平臺管理和云架構(gòu)數(shù)據(jù)方面做好完善。在云平臺管理方面，應結(jié)合地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)運維要求，可適當新增視頻云平臺和局內(nèi)補點資源，對視頻云存儲進行統(tǒng)一建設，從而實現(xiàn)新增資源的有效整合。基于此，要對云平臺進行針對性建設，實現(xiàn)對業(yè)務部門相關(guān)資源的優(yōu)化配置，對業(yè)務進行集成化管理，并實現(xiàn)對業(yè)務的即時分配。在云架構(gòu)數(shù)據(jù)方面，技術(shù)人員則要關(guān)注視頻云存儲業(yè)務?，F(xiàn)階段，隨著城市地鐵建設規(guī)模的不斷增加和地鐵線路的不斷增多，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的視頻采集點規(guī)模不斷增多，對于原有的監(jiān)控系統(tǒng)和安防系統(tǒng)，在存儲系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)讀寫能力等方面提出了更高要求，必須基于新的要求建設新一代視頻云存儲系統(tǒng)，確保其具備PB級別數(shù)據(jù)備份、節(jié)點級別硬盤容錯以及較高的數(shù)據(jù)讀寫性能，同時可滿足無限彈性擴展要求和海量數(shù)據(jù)視頻結(jié)構(gòu)化分析，基于此，將不斷提升地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)運維水平。

4.2 “云服務+”綜合監(jiān)控信息系統(tǒng)構(gòu)建

4.2.1 構(gòu)建物聯(lián)大數(shù)據(jù)庫

現(xiàn)階段，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)在視頻感知數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)融合的需求方面表現(xiàn)得更加明顯，技術(shù)人員在結(jié)構(gòu)化處理方式下對客運人像數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)進行收集，并分析關(guān)鍵特征，挖掘數(shù)據(jù)價值，統(tǒng)一納入云應用架構(gòu)系統(tǒng)，從而可逐漸形成地鐵業(yè)務的物聯(lián)大數(shù)據(jù)資源池，基于此，在進行綜合監(jiān)控時，可提供監(jiān)測管理基礎數(shù)據(jù)。其中客運人像數(shù)據(jù)主要包括特征提取、人臉圖譜、人流量態(tài)勢等，車輛數(shù)據(jù)則主要包括車次、風壓、管壓以及車輛上行、下行數(shù)據(jù)等，通過對上述數(shù)據(jù)的收集和分析，可對地鐵交通的運輸狀態(tài)進行評估，并及時發(fā)現(xiàn)風險點，提高運行安全性和可靠性。在獲取上述數(shù)據(jù)的基礎上，技術(shù)人員可對數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化處理，同時，要重視對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一匯聚管理，并同步實現(xiàn)設備管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析等，真正發(fā)揮出云架構(gòu)的效應。此外，在構(gòu)建地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)物聯(lián)大數(shù)據(jù)庫的基礎上，系統(tǒng)運維人員可基于云服務中心進一步開放數(shù)據(jù)和加強系統(tǒng)運維管理，可集成AR、電子地圖、動力環(huán)境監(jiān)測等技術(shù)，實現(xiàn)對全線的安全監(jiān)控、安全事件預警和事故調(diào)查分析、事件憑證提取等，同時可為客運端提供參考，進一步融合列車信息，優(yōu)化資源配置，減輕交通負擔。

4.2.2 搭建虛擬化監(jiān)控平臺

在建設地鐵工程過程中，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)對地鐵自動扶梯系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、自動售票系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等進行監(jiān)控，為了達到地鐵運營穩(wěn)定安全的目的，往往是通過檢測工程的實際情況和效果，從而為后期的維護保養(yǎng)提供技術(shù)數(shù)字方面的幫助。云服務包含PaaS、SaaS、laaS等服務平臺，為了滿足用戶的實際需求，提供優(yōu)質(zhì)的服務，借助于資源池，搭建一個數(shù)據(jù)中心，并結(jié)合負載的實際情況實現(xiàn)調(diào)整資源的目的，通過構(gòu)建虛擬化模塊的方式，從而在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中建立一個虛擬平臺。與此同時，在實際應用過程中，為了搭建虛擬資源中心，利用虛擬技術(shù)，實現(xiàn)分層模擬網(wǎng)絡的效果，在模擬工作完成后，再結(jié)合內(nèi)存容量、磁盤空間、運行環(huán)境、資源等內(nèi)容，搭建一個資源池，從而確保地鐵綜合系統(tǒng)能夠正常有效的運行。

4.3 “云服務+”綜合監(jiān)控系統(tǒng)性能提升

4.3.1 分布式技術(shù)

在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，分布式技術(shù)可謂是其中一項重點工作，分布式技術(shù)可有效防范在網(wǎng)絡出現(xiàn)問題的情況下，能確保不影響地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)整體運行的效果，通過搭建虛擬化平臺的模式，在網(wǎng)絡中心進行應用，往往把服務器放置在地鐵車站的位置，借助于云服務的方式，實現(xiàn)對地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的操作，并確保其穩(wěn)定性和科學性。

4.3.2 監(jiān)視技術(shù)

在云服務中，監(jiān)視技術(shù)利用實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中信息數(shù)據(jù)的控制，主要從圖層功能、設備圖元、設備面板等方面進行論述。一是圖層功能。借助于HMI支持云層的模式，實現(xiàn)對云服務的實際利用，當圖層處于運行的狀態(tài)下，所有的圖層具有獨立性的特點，同時能達到控制顯示和隱藏作用的功能。在應用其圖層功能時，能達到分層顯示的效果，畫面中的信息，包括名稱、地址等，都能自由選擇，從而確保其整體功能的有效性。二是設備圖元。在應用設備圖元時，通常能滿足地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的多種要求，通過轉(zhuǎn)動、移位、放大、縮小、填充、可見、不可見等方式，實現(xiàn)對其動態(tài)應用的目的，從而達到服務城市地鐵的目的。三是設備面板。設備面板在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中并不罕見，每個系統(tǒng)設備幾乎都配備了設備面板，用戶可通過查看設備面板各類信息數(shù)據(jù)的方式進一步熟悉實際的操作模式等，從而達到對地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)掌握準確的目的。

4.3.3 集中技術(shù)

在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，往往能看到配備多臺服務器的情況，而通常情況下包括主服務器、備用服務器兩種，為了能達到統(tǒng)一管理的目的，通常需要給每臺服務器配備兩臺中心實時服務器，為了能達到信息溝通交流的目的，往往需要利用虛擬化技術(shù)，在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，搭建一個集中式管理平臺，從而滿足實際操作和應用的目的。與此同時，借助于中心通信系統(tǒng)和交換機，在地鐵車站設置前段處理設備，從而達到綜合管理以及穩(wěn)定有效運行的目的。

5 基于云服務的綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案的應用優(yōu)勢

較之傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案，利用云服務打造的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了進一步優(yōu)化，具有如下優(yōu)勢：

5.1 數(shù)據(jù)有效同步，應用層簡化

云服務具有資源集中的特點，數(shù)據(jù)中心中集中了綜合監(jiān)控服務器，并將車站及數(shù)據(jù)中心庫合并其中，將應用層有效去除，可實現(xiàn)車站數(shù)據(jù)庫與中心數(shù)據(jù)庫同步運行，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的情況。備用中心利用Oracle的RAC（實時應用集群）技術(shù)保證，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)系統(tǒng)的統(tǒng)一性與一致性，倘若生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障，則可自動切換至備用庫。其中綜合監(jiān)控應用軟件數(shù)據(jù)庫為單庫，操作應用簡單。數(shù)據(jù)同步主要歸于數(shù)據(jù)庫。云服務搭載云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心與備用中心的存儲雙活，進而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的雙向保障。

5.2 系統(tǒng)可用性強

綜合監(jiān)控平臺支撐業(yè)務所用主備機較為冗余，且云服務系統(tǒng)下的虛擬機冗余，從而為保障系統(tǒng)運行的可靠性，提供雙重保險。云服務系統(tǒng)中，借助HA機制，對于物理機故障的檢測，可在虛擬機上遷移，從而在物理機上重新啟動，綜合監(jiān)控業(yè)務系統(tǒng)在自適應啟動條件下，恢復業(yè)務，僅僅需要3～5min，有效減少了故障時間，增強了系統(tǒng)的實用性。

5.3 減少建設與運營成本

當前，國內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)車站服務器為4核32G內(nèi)存配置的機器，綜合監(jiān)控應用軟件在使用CPU等資源上大幅減少，資源浪費現(xiàn)象嚴重。在云服務系統(tǒng)下，基于現(xiàn)有資源的一半配置虛擬機，其數(shù)據(jù)中心服務器運維成本將大幅減少，且站點數(shù)據(jù)有效增加，此外，數(shù)據(jù)中心云平臺單價成本也會降低。對于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的維護通常由每條線路自動化班組承擔，配置5-6人，以輪班制模式維護控制中心及車站服務器，過去的運維工作中存在諸多不可預知性，運維人員主要采取就地處理方式，且經(jīng)常往返于不同站點，人力成本較大。而云服務系統(tǒng)下，服務器集中于控制中心，運維工作可在控制中心完成，降低了人力資源成本；并且可視化操作界面，有效提升了運維效率，降低了運營成本。

6 結(jié)束語

在現(xiàn)代化的信息技術(shù)中，云服務為較為先進的技術(shù)代表之一，在現(xiàn)代化城市建設過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。對于城市軌道交通而言，云服務可與其多項業(yè)務相融合，其中在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)運維方面發(fā)揮著較為重要的作用。作為地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建和運維人員，要更新工作理念，加深對云服務技術(shù)的研究，把握云服務技術(shù)要點，并結(jié)合地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)運維實際需求，不斷優(yōu)化地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)云服務架構(gòu)，綜合應用分布式技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)以及集中技術(shù)等，在虛擬化運維操作平臺下不斷優(yōu)化實際操作要點，同時注重根據(jù)監(jiān)控需求調(diào)整系統(tǒng)構(gòu)造，不斷提高地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)性能，為城市地鐵軌道交通的發(fā)展提供強大支持。