城市轨道交通信息化云平台及大数据平台建设

云平台在保障安全的前提下实现集中指挥、信息共享，并形成“城市轨道交通网络信息化”的顶层设计。总体层面：实现安全防护可控、标准规范成形、架构合理易扩展、效率效益显著；信息层面：实现体系技术先进、应用功能领先、运行数据共享；管理层面：实现线网集

中指挥、生产管理与应急指挥一体化、企业管理现代化和资源经营精准化，具体线网平台架构方案如图 1 所示。

2.1 云平台设计原则

云平台设计原则包括：①网络化、互联网 +（线路、线网合署）的运营控制中心；②集中统一（生产、应急合一）的调度指挥中心；③异地双活的数据中心；④顶层设计的总体架构；⑤应用创新的系统功能；⑥技术先进的云计算、大数据平台；⑦新线部署和既有线迁移的融合方案；⑧整体防护的信息安全体系；⑨相互促进的工程验证和规范制定的技术路线；⑩适应网络化运营的信息化管理体系。

2.2 云平台构建

云平台可承载的业务系统主要包括线路层面入云系统和线网层面入云系统。

（1）线路层面入云系统。包括：①列车监控系统（ATS），该系统是列车自动控制（ATC）系统的一个重要子系统，通过与ATC 系统中的其他子系统协调配合，共同完成对城市轨道交通运营列车和信号设备的管理和控制，实现对高密度、大流量的城市轨道交通运输进行自动化管理和调度；②综合监控系统（ISCS），实现全线设备、环境、乘客、灾害的综合监控管理，提供各系统间业务关联和触发联动，提高对事件的应急处理能力，提供全面信息和辅助决策支持功能，提高城市轨道交通运营指挥管理的智能化水平；③自动售检票系统（AFC），由计算机集中控制自动或半自动售票、自动检票，并进行票务管理、财务结算、客流统计分析；④乘客信息系统（PIS），通过文字、图像为进出车站的乘客提供列车到发等有关信息，引导乘客快捷方便的乘车，而且可为候车乘客提供新闻节目、播放广告等服务，具备灾害情况下的紧急疏散引导显示功能；⑤视频监视系统（CCTV），监视列车运行、掌握客流大小和方向、提高行车指挥透明度的辅助通信工具，是列车司机在车站停车后监视旅客上下车、掌握开关车门时间的重要手段，还可作为防灾调度员指挥抢险的指挥工具；⑥门禁系统（ACS），根据城市轨道交通工程的特殊条件和特点，为确保城市轨道交通安全运营，保证授权人员在授权情况下方便地进入设备及管理区域，防止非授权人员进入限制区域；⑦公专电话系统，满足管理部门、运营部门、维修部门等工作人员进行内部及外部公务联系的需求，为控制中心调度员、车站、车辆段和停车场的值班员组织指挥行车、运营管理及确保行车安全的重要通信工具。

（2）线网层面入云系统。包括：①自动售检票清分清算管理中心（ACC）系统，处理整个线网的票务清算；②乘客信息系统总编播控制中心（PCC），是整个线网的信息播报平台，负责线网节目的统一制作并发布给各线中心 PIS ；③虚拟私有云（Virtual Private Cloud，VPC）为弹性云服务器构建隔离的、用户自主配置和管理的虚拟网络环境，可在该私有网络内部署云主机、负载均衡、数据库、存储等云服务资源；④ VDC 是建立在 VPC 之上的虚拟网络环境，由用户自主定义，包括二层网络、三层网络（子网）、路由、安全策略、负载均衡等；⑤线网级列车监控系统（ATS）数据云平台（NATS），可实现所有线路信号系统数据云平台共享，集中调度控制；⑥线网级综合监控系统（ISCS）数据云平台（NISCS），可实现所有线路综合监控系统数据云平台共享，集中调度控制；⑦线网级门禁系统（ACS）数据云平台（NACS），可实现所有线路门禁系统数据云平台共享，集中调度控制；⑧线网视频监控系统（CCTV）

数据云平台（NCCTV），可实现所有线路视频监控系统数据云平台集中调度监控；⑨城市轨道交通指挥中心（TCC）作为路网的中央协调角色，负责协调各条线路的控制中心及各运营主体，具有综合监视，多轨道线路、多交通系统运营协调，应急指挥，信息共享等职能；⑩列车控制和管理系统（NTCMS）负责所有线路轨道交通车辆关键设备和部件的信息管理，实现线网内所有车辆关键设备和部件信息的采集、交换、监视和记录；11 城市轨道交通线网级电力自动化监控系统（NPSCADA），可实现全线网电力调度实时监控，具体云平台架构示例如图 3 所示。

传统城市轨道交通每条线路的 ISCS、CCTV、AFC、PIS、安防系统、信号 ATS 系统等共需设置服务器和工作站上百台，并配备多套存储设备，业务独享资源，资源利用率低。各业务系统中央处理器（CPU）资源利用率约 5% ～ 10%，存储资源利用率低于 36%，网络资源利用率小于 50%。云平台经济效益：① 1 条线路相关投资节省约10% ；②后续线路新增设备，前期线路部分资源可重复利用，为后续新增线路投资节省约 12%，扩建至 5 条线可节省直接投资 3 000 万元左右；③具备机房空间节省、能耗节省、运维效率提升等优势；④基于云计算的虚拟化技术可提升物理资源使用率，系统资源使用率传统模式下不足 10%，云化后可提升至 40% ～ 50%。

2.3 云平台的信息安全

根据云平台实验室测试情况，对城市轨道交通各系统入云可行性进行分析验证，同时对云化后系统功能、性能、可靠性、不同厂家系统异构等方面进行测试。在中心云平台为各系统（ISCS、PIS、CCTV、ACS、AFC、ATS、公专电话）按照专业划分资源池，进行资源隔离，确保业务安全，SDN 控制器是软件定义网络（Software Defined Network，SDN）中的应用程序，负责流量控制以确保智能网络。SDN 控制器基于如OpenFlow 等网络通信协议，允许服务器告诉交换机向哪里发送数据包，从而实现数据智能控制、智能分析，具体如图 4 所示。

大数据平台的主要作用包括：①通过整合线网级电力监控系统（SCADA）、火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、ATC、AFC、ACC 等专业数据，实现客流、行车、设备数据的集中统一，形成企业级数据统一视图，实现企业数据标准化；②实现客流、设备、行车、票务、维保等信息的实时统计分析，帮助运管人员及时了解路网客流、行车运营、设备资产、票卡收入、维修保养等情况，在保证地铁路网安全运营的前提下，不断提升运能、降低成本；③通过结合客流数据、商圈居住数据、市政规划数据等，提供新线路规划的数据支持，同时可预测新增线路对路网的影响；④结合客流、行车等数据为乘客提供实时路网信息，方便乘客进行出行选择，提升公众信息服务。具体大数据平台构建示例如图 5 所示。

3.1 大数据能耗分析

大数据平台可实现城市轨道交通车辆、接触网、动力照明、通风空调、食堂生活、生产用水等机电系统设备的运营用电实时采集，并对耗电量进行大数据分析，实时采取节能措施，降低运营耗电量。同时，针对用电负荷实时监测，通过合理调度确保用电安全，从而更好地实现智能化运营。

针对某些用电量比较大的专业，如车站动力照明系统，可采取智能照明模式，降低用电量；通风空调系统，可采用智能温控模式，节能降耗。运用大数据建立的能耗分析如图 6 所示。

3.2 大数据客流预测

基于大数据的城市轨道交通客流预测与乘客行为分析：通过引入客流起讫点分布（OD）、一卡通、移动运营商定位、ATS 、行车计划数据等，分析枢纽车站乘客进出站情况及新线对既有线换乘的影响，研究大型活动客流的变化规律，优化客运组织。大数据客流信息监测如图 7 所示。

3.3 实时调整运行图

基于动态客流数据，采用以下大数据分析技术对列车运行图进行自动调整：①利用实时客流监测技术，动态监测 AFC 进出站客流情况；②利用视频分析技术，实现在计数区域进行客流计数，并对站台人群密度进行分析；③利用车辆的空气弹簧提供的车厢重量信息，包括车站上下客的车厢重量变化情况，判断客流变化。实时调整运行图示例如图 8 所示。

城市轨道交通信息化云平台及大数据平台的建设，必须根据运营实际需求进行，建设和运营部门要进行密切协调统筹，严格按照国家标准和规范，整合所有机电专业的信息资源，实现所有机电设备的运营信息共享、维修调度集中控制，从而提高整个城市轨道交通的自动化、信息化水平，推动城市轨道交通信息化系统的转型升级。通过城市轨道交通信息化云平台及大数据平台的建设，既减少了机电设备资源的重复投资和浪费，又有效提高了整个机电系统的智能化水平，降低机电设备采购、建设、运营使用及维修成本，实现整个线网机电设备信息实时共享、实时监测、实时决策。

小编：执器扶鼎

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