云上“智慧”助力中国城轨跨越发展

张辉

北京城建智控科技股份有限公司总经理

自党的十九大明确提出建设交通强国的宏伟目标以来，我国城市轨道交通发展极为迅猛，不但满足了群众出行新需求，同时也为缓解城市日益拥堵的交通问题作出了巨大贡献，在优化城市结构布局、带动当地经济、促进社会发展等方面起到了极为重要的作用。

据中城协的数据，截至2021年底，中国内地共有50座城市开通城市轨道交通，运营里程9192.62公里，涵盖了地铁、市域快轨、跨座式单轨、有轨电车、导轨式胶轮系统、电子导向胶轮系统、轻轨、磁浮交通等多种交通制式。当前我国城市轨道交通已呈现出开通线路里程长、开通城市众多、城轨建设增速快等特点。在“交通强国”、“新基建”等政策的不断推动下，我国城市轨道交通行业未来还将得到进一步发展。

随着城市经济与交通的不断发展，人民群众对于出行的要求越来越高，同时城市轨道交通规模的快速扩大所带来运营、维护问题也日益突出，轨道交通客流密集、环境封闭的特殊性，系统高度集成、协同联动的复杂性等问题都亟待解决。怎么在规模中要效益、在运营中降成本，如何在务实中求服务、在创新中求发展，是摆在城轨行业面前的难题。在这一大背景之下，利用云计算、大数据、物联网、人工智能、5G、区块链等新兴信息技术对城轨行业进行信息化、数字化、智能化赋能升级无疑是深入推进城市轨道交通行业发展与变革的必由之路。

为求推动城轨行业可持续跨越发展，中国城市轨道交通协会立足于智慧城轨建设的思考与实践，历时23个月的编制，在2020年3月12日发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》（以下简称《纲要》），按照“铺画1张智慧城轨蓝图，创建8个智能（智慧）体系，建立1个城轨云与大数据平台，制定1套智慧城轨标准规范”的智慧城轨发展规划，期望到2025年基本完备中国智慧城轨标准体系，实现智慧城轨业务的全覆盖，到2035年建成系统、完备的中国智慧城轨标准体系。

《纲要》发布后的两年时间里，尽管受到了新冠肺炎疫情的重大不利影响，但是行业的智慧城轨建设没有停滞不前，特别是作为数字底座的“城轨云与大数据平台”仍然实现了较大突破。

科技赋能，“城轨云”全国遍开“创新之花”  

作为智慧城轨的重要支撑技术之一，云计算创新了计算和服务模式，使得很多行业的计算应用具有了全新的解决方案，从而突破了用户的技术障碍和“IT黑洞”，以简便易用、规模经济、随需扩展的方式使用优质计算资源。目前的实际应用，“城轨云与大数据平台”主要有4种服务模型，即基础架构即服务（IaaS）、软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）和数据即服务（DaaS）。

城轨的业务数据完全符合大数据的定义，是一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。对于城轨大数据价值的分析、挖掘是离不开云平台的支持，两者关系紧密。大数据在云平台的支持下，调度下层资源，进行数据源加载、计算和最终结果输出等操作。城轨业务大数据需要依赖城轨云的快速处理能力、数据库和云储存技术，为后续数据分析、挖掘提供支持。

不可否认，“城轨云与大数据平台”的建设无法一蹴而就，其需要?个不断完善的过程，未来还有很长的路要走。但我们欣喜地看到，在《纲要》的指引下，“城轨云与大数据平台”已扎根多条地铁线路，并结出了壮硕的果实。

2019年12月29日，呼和浩特轨道交通1号线开通初期运营，标志着中国城市轨道交通第一个“轨道交通线网云平台”的落地，其作为中城协的示范工程，是国内在“线网云”上的首次尝试，在技术上实现了“一片云”、“一张网”的总体设计目标，横向可承载城轨运营生产系统、企业管理信息系统、乘客服务管理系统等全部业务，纵向可承载线网(线路)中心、车站(车辆段)两级部门。具备计算、存储、网络和安全资源的随需动态分配能力，同时通过采用高可靠、热迁移等技术，大大提升了业务服务的可靠性。呼和浩特“城轨云”首次构建了城轨云新运维模式，完成了基础设施与业务解耦分层运维，实现了数字化运营维护。

 

 

图：昆明轨道交通4号线控制中心大厅+车辆段备用中心

2020年9月23日开通的昆明轨道交通4号线，同时首次提出建设了线路级云平台，该云平台采用同城异地双中心云平台架构设计，同时首次提出了并实施了车站云平台，首次实现了云边端系统计算架构在城轨的应用，建设多云管理系统，实现全线所有资源的统一管控；首次实现全线所有弱电业务上云，ATS系统采用虚机形式上云，践行《纲要》中提出的承载所有城轨云业务系统；首次在车站建设车站云减少信息传输链路，提升业务实时性，实现了《纲要》中提出的“在车站级集成各弱电专业所有装备信息综合感知与实时控制”，支撑《纲要》提出的智慧车站系统的实现；首次采用大数据平台，结合城轨业务需求进行优化，实现百万级数据秒级落盘，替代传统进口的工业级实时和历史数据库，支持数据分析和挖掘。昆明地铁4号线也因此成为全国首条从中心到车站都全面系统地“云上运行”、“云边结合”的地铁线路。

2020年12月26日开通运营的太原轨道交通2号线一期工程，标志着城轨云与大数据平台在轨道交通线网应用的成熟，以“13531”为城市轨道交通信息化总体框架，采用同城异地的架构设计，根据先期存储主备设计，后期双活设计的策略，在底层保证了数据的安全性，通过统一的多云管平台设计为全线业务系统提供计算、存储、网络等资源。支持太原地铁2号线按照GoA4级标准建设基于云平台的全自动运行系统，中央级综合调度指挥系统（ATS与ISCS深度融合构建了综合调度指挥系统，简称IDCS）建设在城轨云平台上，通过对云平台的安全加固保证系统达到安全SIL2级。

图：太原地铁2号线云平台架构图

同时城轨云在PaaS层提供中间件、大数据和容器等服务来实现多专业融合和数据实时共享，实现了《纲要》中对大数据共享平台的建设要求，即：“在城轨云上构建数据共享平台，加大数据平台技术架构的自主化研究，突破数据共享的壁垒，重点解决共享数据的采集、传输、加工、存储、安全、分析、管理和服务等难题，为大数据应用奠定坚实基础。”通过PaaS层的大数据平台，通过对数据的采集和分析，支撑全自动系统实现智能调度、智能运维；还实现城轨云上部署了视频存储服务、视频补录等服务，首次实现云平台来提供SaaS服务；云平台的平台统保和各系统的系统自保，使整个系统具备了网络安全三级等保标准。助力太原地铁实现智慧城轨。

除了上述三个城市外，“城轨云与大数据平台”也在南京、北京等轨道交通项目相继落地应用，并陆续在绍兴、武汉、西安等城市的轨道交通建设项目中实施。

各个城市的“城轨云与大数据平台”打造虽有不同，但殊途同归。它们最终落脚点都在以创新技术打造数字化底座，着力解决传统轨道交通弱电系统设备分散、资源利用率低，以及建设、运营维护成本高等痛点难点问题，促进了城轨行业转型升级，推动了传统城轨与数字化、信息化技术深度融合发展，开启了城轨建设运营新模式。其中应用在呼和浩特轨道交通的“城市轨道交通云平台创新研究与应用”及应用在昆明轨道交通4号线的“基于云平台的轨道交通综合自动化系统”都荣获了中国城市轨道交通协会授予的科技进步一等奖，充分说明“城轨云与数据平台”是具有战略价值的先进科技。

确立标准，“城轨云”实现城轨“弱电革新”

《纲要》指出，中国城轨信息化规范体系也是中国智慧城轨技术标准体系的基础和重要组成部分，并逐步发布“1-3-5-2”四个层级组成的《中国城轨信息化规范体系》。

中国城轨信息化规范体系图

城轨协会于2109年发布了总体需求、技术架构、网络安全3个架构规范，紧接着在2020年发布了关于云平台构建、大数据平台、云平台网络拓扑架构、云平台网络安全和线网运营指挥中心系统的5个关键技术规范，其后，协会又于2021年组织编写了关于信息化工程设计和大数据平台数据标准的2个实用技术规范。规范体系涵盖了城轨业务需求、网络架构、网络安全、资源分配、数据定义等全过程应用技术。

既有规范和标准的指引下，又有多地项目渐次成功落地，不但验证了新兴技术的稳定性和可靠性，也促进了智慧城轨标准化规范化建设的实践及思考，为后续智慧城轨的实现做出了有力支撑，让创新能够真正成为城市轨道交通高质量发展的“发动机”。

已落地的“城轨云”项目，可以发现其在打破了基础设施重复建设等弊端的同时，更是从顶层上实现了全方面的统一规划、统一管理、统一部署、统一运维，进而实现系统之间、专业之间、模块之间、数据之间的整合与互享互通，使后续城市轨道交通系统多专业的深度融合与集成创新成为了可能，城市轨道交通系统应用场景也大为增加。

在技术层面，遵循协会体系规范的“城轨云”解决了旧有建设方案系统接口多、各专业联动效率较低等诸多弊端，在数据打通、多专业融合、人员灵活配置、数据处理效率等方面均有显著提升，为实现三网融合创新应用、大数据平台、算法平台、业务平台等提供了丰厚的沃土。这大大加强了数据交互及积累，也提升了数据传递快速响应速度，对全局感知、大数据开发、人工智能应用等方面大有裨益。“云”不仅能够为线网多专业的智慧运维、线网运营指挥中心、线网智慧建造平台等建设提供更有利的基础底座，也可以为实现多业务资源整合、数据快速检索响应、应急联动、预测预警等提供加速平台，更能够为大数据的扩展应用、数据的深度挖掘、智慧业务的融合创新提供桥梁和纽带。

技术层的有序实施，为“城轨云”在经济层面带来了更多红利——国内已落地的“城轨云”方案虽各有不同，但资源利用率均有提升。以呼和浩特“城轨云”为例，其前期投资节省40%左右；统一运维节省人力成本30%以上，利用基于“网间隔离、网内防护”的安全体系，提升整个平台安全性80%以上，通过主用中心、灾备中心以及车站云节点三重保障机制，提升业务服务可靠性50%以上；昆明轨道交通4号线由于采用了云平台与大数据平台，使得该线路建设过程节约直接成本达数千万元，同时缩短建设工期4个月，单站设备用房面积节省30%，能耗降低20%，开发时间缩短65%，单站土建概算、人工成本也都大幅节省。

“云”的技术特性决定了：越多线路上云，其基础资源节约的能力越强。所以对于线网规模比较庞大的城市，如果在新一期建设规划之初就直接规划和建设线网云，可更快速享受到云计算规模效应带来的诸多优势。所以从专业云，到线路云，再到线网云，“城轨云”不断实现跃升，已当仁不让地成为城市轨道交通未来的发展方向。

智慧城轨，“城轨云”跨越发展“未来可期”

回顾《纲要》发布两年来城轨交通行业的“云”化进展，成绩颇为喜人，但挑战亦不小。要实现智慧城轨在国内的可持续高质量发展，更好地发挥各种运量公共交通的优势，仍然需要整个行业在系统创新、全生命周期规划、新制式探索乃至跨行业协作等方面同心协力。

目前，我国有轨电车等中低运量交通制式的建设和运营正在驶入快车道，基于“城轨云”的科技创新同样可以成为推动中低运量交通制式快速发展的核心动力。在青海德令哈有轨电车示范线项目中通过建设云平台，承载所有业务系统，在云平台上实现数据的交互和共享，多系统协同控制，达到系统安全、高效、可靠、准点、舒适、低碳、人性化的目标，在建设期间可减低建设成本、缩短建设工期；运营期间可实现设备节能控制、优化运行方案、降低运营成本。在株洲市智能轨道交通系统一期工程，利用云平台和虚拟化技术，将自动售检票系统、站台门系统、信号系统等多个系统都作了重大调整和整合，实现了运营及调度智慧融合，令智轨车辆和普通公交车辆可以同时运行于智轨廊道，共用站台设施，极大地提升了公共交通的资源共享和通行效率。

图：株洲智轨

在城轨的高速发展的同时，我们必须清醒地认识到，智慧城轨仅仅是智慧城市建设的组成部分，其高速发展不能脱离智慧城市大背景。智慧城轨不能在打破了内部桎梏的同时，却又游离于城市智慧化进程之外，其设计、建设、运营必然要纳入智慧城市体系，“城轨云”也要充分整合到智慧城市的总体框架当中。这对城市管理者、城轨业主以及“城轨云”相关企业的前瞻性思考、全局性谋划、战略性布局、整体性推进等能力都是极大考验。

未来，智慧城轨的发展，或许将是以轨道交通大数据资源为基础，采用超融合智能硬件平台、数据中台、微服务软件平台、人工智能等技术打造数字化底座，广泛应用物联网、互联网等信息化新技术，从建设智慧城轨进而推进到建设智慧城市，将数字化服务全面融入项目居住生活空间、商务办公空间、休闲游憩等其他需求空间，打造面向未来的智慧生活社区。

潮平两岸阔，风正一帆悬。正如周晓勤副会长在《纲要》发布词中所述：“‘城轨担当’的使命催人奋进，宏伟目标的实现任重道远。”在中国智慧城轨跨越发展的今日，一切都值得我们奋斗不息！

来源： 北京城建智控科技股份有限公司