承載城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統的雲平臺的製作方法

2023-05-28 10:48:06 2

本實用新型涉及軌道交通調度指揮及運營自動化系統的系統架構和系統集成領域，具體涉及一種承載城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統的雲平臺。

背景技術：

城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統主要包括信號系統、綜合監控系統、電力監控系統、能源管理系統、環境與設備監控系統、火災自動報警系統、視頻監視系統、門禁系統、乘客信息系統、自動售檢票系統、廣播系統、通信系統、站臺門系統、辦公自動化系統等。上述各個系統的總目標都是圍繞城市軌道交通運營中車流、人流和維護展開的，但是各個系統獨立設置，系統間協同動作的速度慢、效率低、人為錯誤機率高，造成了軌道交通中機電設備系統運營、管理效率低下，資源利用率低，運營維護成本高，具體包括：

1)各系統單獨管理，無法設置統一網管和維護，設備配置、管理複雜。

2)不同系統單獨採購、配置，造成了型號不統一、配件不兼容等諸多問題，為地鐵機電設備系統的運營、維護和管理帶來了諸多不便。

3)計算機類設備硬體配置性能較高，系統運行不能充分利用設備處理能力。

4)同類設備不同系統重複採購、配置，投資浪費。

5)IT類設備採用就地配置、維護方式，故障情況下維護管理人員難以及時反映，系統安全存在一定的隱患。

目前，國內/國外軌道交通項目的調度指揮及運營自動化系統均採用分系統獨立架構的方案構建。而在其它領域，整個IT行業的發展趨勢是採用雲計算替代舊的計算模式，並且已經在金融、石化、政務等領域得到了廣泛應用。地鐵業務的發展趨勢也必將逐步實現雲化。但是，如何實現地鐵業務部署的雲化和挖掘更深層次的服務是地鐵行業面臨的重要課題之一。

技術實現要素：

針對現有技術中結構上的不足，本實用新型的目的是提供一種承載城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統的雲平臺,以利於解決城市軌道交通自動化諸多系統相互獨立，浪費地下用房資源、計算資源、電力資源、投資成本高的問題。

為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是提供一種承載城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統的雲平臺，該雲平臺連接於城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統之中，所述城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統分為四部分，即線路控制中心、線路車輛段、多個車站和車站現場，所述車站現場為各個自動化系統的底層設備；其中：所述四部分的相關設備通過網絡相互連接形成雲平臺，在所述線路控制中心設置有生產數據中心，在線路車輛段設置有災備數據中心，所述生產數據中心的傳輸設備和災備數據中心的傳輸設備以及各車站的傳輸設備之間通過環狀網絡結構相連，各個環狀網絡結構同時連接於線路控制中心和各車站的車輛段，生產數據中心的傳輸設備和災備數據中心的傳輸設備均作為環狀網絡結構的中心節點，以實現生產數據中心和災備數據中心的數據同步和備份；在所述各車站中的車站運維管理中心設置於車站控制室，在車站控制室中設置有相互連接的雲桌面終端、顯示器、多電腦切換器並直接連接冗餘設置的車站交換機，同時在機房內設有備用伺服器；所述各個自動化系統的底層設備直接接入冗餘設置的車站交換機實現狀態反饋和聯動控制。

本實用新型的效果是該雲平臺的應用使地下車站長度減少5米，伺服器配置數量減少70％，能耗降低20％和投資減少20％，整個系統達到信息安全等級保護三級標準和安全完整性要求SIL2級別標準。

附圖說明

圖1本實用新型的雲計算架構總圖；

圖2本實用新型的網絡結構圖；

圖3本實用新型的數據中心架構圖；

圖4本實用新型的典型車站架構圖。

圖中：

1、控制中心傳輸設備 2、車輛段傳輸設備 3、車站傳輸設備

4、核心交換機 5、管理核心交換機 6、業務核心交換機

7、防火牆 8、負載均衡設備 9、業務交換機

10、管理交換機 11、帶外管理交換機 12、伺服器

13、光纖交換機 14、磁碟陣列 15、車站交換機

16、雲桌面終端 17、顯示器 18、備用伺服器

19、多電腦切換器 20、電力監控系統網關 21、能源管理系統網關

22、環境與設備監控系統網關 23、火災自動報警系統網關

24、視頻監視系統終端 25、門禁系統網關

26、辦公自動化系統數據點 27、乘客信息系統終端

28、站臺門系統網關 29、廣播系統網關 30、自動售檢票系統網關

具體實施方式

結合附圖對本實用新型的承載城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統的雲平臺的結構加以說明。

本實用新型的用於城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統工程建設的雲平臺設計方案，能夠實現軌道交通各業務系統的綜合承載及系統集成，並且保證系統安全和實現有效的系統功能。本方案在城市軌道交通線路運營控制中心設置應用雲技術的生產數據中心統一承載城市軌道交通各業務系統，在線路車輛段設置災備數據中心實現軌道交通各業務系統的災備，各車站僅設置接入設備用於接入各業務系統現場級設備，並做相應網絡安全和可靠性配置，車站及中心的人機互動設備均由面向雲平臺的雲桌面提供，骨幹傳輸網採用同時切於控制中心和車輛段傳輸節點的環狀網絡。本實用新型以更少的設備用房面積、設備數量、功耗和成本，且以更高的可靠性、集成化、性能，實現了軌道交通調度指揮及運營自動化系統所需的全部功能，並保障了信息安全和系統安全。本調度指揮及運營自動化系統雲平臺在深圳市軌道交通10號線中得到運用。

如圖1-4所示，本實用新型的承載城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統的雲平臺，該雲平臺連接於城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統之中，所述城市軌道交通調度指揮及運營自動化系統分為四部分，即線路控制中心、線路車輛段、多個車站和車站現場，所述車站現場為各個自動化系統的底層設備。這四部分的相關設備通過網絡相互連接形成雲平臺，城市軌道交通調度指揮及運營人員可以通過雲平臺人機界面進行調度和運維。

在所述線路控制中心設置有生產數據中心，在線路車輛段設置有災備數據中心，所述生產數據中心的傳輸設備1和災備數據中心的傳輸設備2以及各車站的傳輸設備3之間通過環狀網絡結構相連，各個環狀網絡結構同時連接於線路控制中心和各車站的車輛段，生產數據中心的傳輸設備1和災備數據中心的傳輸設備2均作為環狀網絡結構的中心節點，以實現生產數據中心和災備數據中心的數據同步和備份；在所述各車站中的車站運維管理中心設置於車站控制室，在車站控制室中設置有相互連接的雲桌面終端16、顯示器17、多電腦切換器19並直接連接冗餘設置的車站交換機15，通過顯示的雲平臺人機界面進行車站管理，同時在機房內設有備用伺服器18；所述各個自動化系統的底層設備直接接入冗餘設置的車站交換機15實現狀態反饋和聯動控制，並將操作人機界面顯示在雲平臺上。

在所述生產數據中心、災備數據中心的設備機房中均配置冗餘的用於連接生產數據中心的傳輸設備1和災備數據中心的傳輸設備2的核心交換機4，所述核心交換機4中按照管理功能和業務功能分別設置冗餘的管理核心交換機5和冗餘的業務核心交換機6，核心交換機4、管理核心交換機5及業務核心交換機6之間設置實現數據安全隔離的防火牆7。

所述生產數據中心、災備數據中心按照功能劃分為業務應用區、管理和服務區、雲安全防護區、雲資料庫區和視頻存儲區，每個區分別配置業務交換機9、管理交換機10、帶外管理交換機11及用於連接本區域的伺服器12，除視頻存儲區外的所述各區的伺服器12通過光纖交換機13連接磁碟陣列14，以提供足夠的存儲空間。

每個區的業務交換機9統一接入生產數據中心、災備數據中心的業務核心交換機6；每個區的管理交換機10和帶外管理交換機11統一接入管理核心交換機5。

所述多個車站均設置冗餘的車站交換機15，並通過防火牆虛擬化功能，實現調度指揮及運營自動化系統現場級設備的物理上融合承載，邏輯上安全隔離。所述多個車站的車站控制室設置有三套雲桌面終端16，每套能夠支持兩塊顯示器17並顯示雲平臺的人機界面；各車站機房內設置的備用伺服器18由雲平臺統一管理，車站控制室的兩塊顯示器17通過多電腦切換器19接入備用伺服器18，在網絡故障時滿足車站正常運營管理要求。

所述車站現場為各個自動化系統的底層設備包括有相互連接的電力監控系統網關20、能源管理系統網關21、環境與設備監控系統網關22、火災自動報警系統網關23、視頻監視系統終端24、門禁系統網關25、辦公自動化系統數據點26、乘客信息系統終端27、站臺門系統網關28、廣播系統網關29、自動售檢票系統網關30，並均直接接入冗餘設置的車站交換機15。

如圖2所示，本實用新型承載的深圳市軌道交通10號線調度指揮及運營自動化系統的雲平臺總體物理架構，主要由設置在線路控制中心的生產數據中心，設置在線路車輛段的災備數據中心，設置在車站現場採集網絡，以及連接以上節點的通訊網絡構成。生產數據中心的傳輸設備1和災備數據中心的傳輸設備2以及各車站的傳輸設備3採用環狀網絡結構，各個環網同時切與控制中心和車輛段，以實現主備數據中心的數據同步和備份。

基於深圳市軌道交通10號線調度指揮及運營自動化系統高可靠性、高可用性要求，數據中心部署採用雙數據中心雙活容災+車站容災伺服器方式，即在線路控制中心設置滿足全線業務需求的數據中心硬體設備，在車輛段設置雲管理伺服器及保障控制中心癱瘓狀況下運營指揮必要的業務系統計算存儲資源，車站級設置滿足本站網絡故障時負擔本站降級模式管理的硬體資源，上述計算及存儲資源納入雲平臺統一管理。採用該架構的雲平臺確保車站網絡單點故障和中心突發性災難發生時關鍵數據不丟失，保持業務連續運行。

深圳市軌道交通10號線調度指揮及運營自動化系統圍繞著行車的安全性，所以對於系統的可靠性與可用性要求高。其中以信號系統的安全可靠性要求最為嚴格，所以本實用新型按照Sil2級別要求進行條件假設，採用主-備馬爾科夫模型進行建模分析，通過規範化模型假設、規範化的硬體宕機時間預測、故障轉移狀態分析，本實用新型的系統可靠性和可用性高於傳統硬體架構，滿足《地鐵設計規範》要求及可達到Sil2認證要求。

如圖3所示，本實用新型在生產/災備數據中心配置冗餘的核心交換機4用於連接控制中心傳輸設備1、車輛段傳輸設備2，按照管理功能和業務功能分別設置冗餘的管理核心交換機5和冗餘的業務核心交換機6。核心交換機4、管理核心交換機5及業務核心交換機6之間設置防火牆7，實現數據安全隔離。

數據中心按照功能劃分為業務應用區、管理和服務區、雲安全防護區、雲資料庫區和視頻存儲區。

配置光纖通道存儲區域網絡統一為結構化的業務數據提供存儲資源，即除視頻存儲區外的各業務區伺服器通過光纖交換機13連接磁碟陣列14以提供足夠的存儲空間；非結構化的視頻業務存儲單數設置視頻存儲區，視頻存儲業務網直接接入數據中心交換機6，由平臺統一管理。採用雲計算方案的大規模集中存儲，利用網絡Raid方式，可以節約大量的存儲資源。

每個功能區分別配置業務交換機9、管理交換機10、帶外管理交換機11用於連接本區域的伺服器12。管理和服務區部署雲管理平臺、網絡管理平臺、虛擬化管理平臺等管理伺服器，實現對底層資源的管控；業務應用區部署刀片式高性能物理伺服器12，採用計算虛擬化技術，承載各業務系統的雲主機伺服器；雲資料庫區為各系統提供統一的資料庫服務；雲安全防護區部署於兩塊區域：前端區域部署防火牆7等硬體設備負責南北流量的安全防護，後端區域部署安全虛擬化伺服器12負責東西流量的安全防護。

各功能區的業務交換機9統一接入業務核心交換機；各功能區的管理交換機10和帶外管理交換機11統一接入管理核心交換機5。

如圖4所示，車站是業務數據的主要來源，因此加強數據接入、數據轉發安全設計。設置冗餘設置的車站交換機15，並通過車站交換機的防火牆虛擬化功能，實現調度指揮及運營自動化系統現場級設備的物理上融合承載，邏輯上安全隔離。同時採用安全準入策略，實現終端安全接入。

車站控制室共設置3套雲桌面終端16，每套可支持兩塊顯示器17，通過綜合監控系統的人機界面；車站設置一臺備用伺服器18納入雲平臺統一管理，車控室的2塊顯示器17通過多電腦切換器19接入該備用伺服器18，在骨幹網絡故障時滿足車站正常運營管理要求。

現場級設備包括電力監控系統網關20、能源管理系統網關21、環境與設備監控系統網關22、火災自動報警系統網關23、視頻監視系統終端24、門禁系統網關25、辦公自動化系統數據點26、乘客信息系統終端27、站臺門系統網關28、廣播系統網關29、自動售檢票系統網關30，上述系統直接接入多個車站冗餘設置的車站交換機15。