云计算在城市轨道交通自动化系统中的应用研究

熊龙鹏

[摘    要]  随着经济的发展，城市现代化水平的提升，轨道交通成为城市交通的重要发展方向。轨道交通因其密集化、高速化的特性，离不开准确、全面、高效的管理和调度。轨道交通自动化与智能化飞速的发展，自动化系统成为了城市轨道交通系统的核心。文章通过对云计算的讨论，分析云计算在轨道交通自动化系统中的体系架构和应用模式[1]。

[关键词]云计算;轨道交通;自动化系统;城市交通

[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]With the development of economy and the improvement of urban modernization level， urban rail transit has become an important development direction of urban transportation.Due to its dense and high-speed characteristics， rail transit cannot be separated from accurate， comprehensive and efficient management and scheduling.With the rapid development of rail transit automation and intelligence， the automation system is the core of the urban rail transit system.Through the discussion of cloud computing analyzes the architecture and application mode [1] of cloud computing in rail transit automation system.

[Keywords]cloud computing; rail transit; automation system; urban transportation

隨着我国城市现代化进程的加快，信息通信技术的发展，互联网行业趋于成熟，云计算技术也有了更广泛的应用。城市交通是一个城市发展的基础，轨道交通更是加快城市现代化进程的重要方式。对于轨道交通来说，自动化和智能化是今后发展的大方向。城市轨道交通自动化系统是一个庞大的系统，运用传统的计算机来进行计算可能无法支撑整个系统的运转，云计算是基于虚拟化技术，进行大规模计算的新型计算方式，是自动化系统未来长足发展的基础和支柱。

1 云计算的概念

云计算是一种整合计算资源，通过互联网共享，任何人都可以使用的计算方式。就像一个大型的计算器，每个人都可以使用这个计算器，并且可以同时使用，云计算分别为他们计算然后返回每个人的结果。而这个计算器只需要很少的人为管理，云计算中的大部分计算资源通过软件来进行自动化管理，并在互联网上进行流通。

根据权威定义，云计算的服务模式包括IaaS（基础架构服务）、PaaS（平台服务）和SaaS（软件服务）。其中基础架构服务提供的是给个人或组织提供基础的计算资源，包括虚拟机、存储服务器以及网络和操作系统。平台服务提供的是一种通过全球互联网构建的应用程序和服务的平台，不需要管理底层的基础设施，给予平台开发、测试和管理应用程序。软件服务是云计算服务的最终形式，以各种设备终端为载体，通过安装使用应用程序，来进行云计算服务的提供[2]。

2 轨道交通自动化系统概述

由于当前城市轨道交通的飞速发展，轨道交通自动化系统研究变得十分重要。自动化系统有别于传统的轨道交通人工操作的方式，在轨道交通的运营上有着十分高的效率[3]。利用自动化技术，建立快速可靠的监控网络，通过对城市轨道交通进行全线的整合监控，保证城市轨道交通的安全高效。城市轨道交通自动化系统利用云计算建立分层分布的计算机网络，在运行时具有较高的响应性，同时基于系统的互联，对资源进行有效共享，实现综合自动化的监控。

3 云计算的优点

3.1 节约运行成本

云计算使用云端程序来进行运算，不需要下载传统的应用程序，减少终端设备的处理量，降低了对储存空间的使用量。另外一些应用程序在下载时需要昂贵的费用，云计算可以依据在线平台，使用大部分所需要的软件。

云计算是通过云端服务器来进行系统或网站的搭建的，在运营时只需要很少的人工管理，降低了人工成本。同时云端服务器不需要额外采购专门的服务器设备，节约了设备成本，让更多的成本投入到开发方向[4]。

另外在一些大型的云计算系统中，例如，轨道交通自动化系统，在进行设备的采购和人员工作分配时通过集中管理和动态分配，提高了资源的利用率，减少了浪费，节约了自动化系统运行的成本。

3.2 方便灵活

云计算系统依托于云端服务器，整合了大量的计算资源，通过三层服务模式，在使用时反应迅速准确，方便快捷。同时云计算使用集中运维管理，消除了因为维护管理水平不同造成的风险。

云计算的项目在进行更改或者终止时，由于使用的是云端服务器，在反应时快捷准确，没有设备、硬件方面的后顾之忧。

云计算的三层服务模式为不同的使用人群提供不同的服务，例如，在轨道交通自动化系统中，云计算为乘客、管理以及开发人员分别提供SaaS、PaaS和IaaS的不同方式的服务，三层服务模式灵活运用，使自动化系统的使用更加方便快捷。

3.3 简化维护

在进行程序修补时，云计算依托于共享的云端服务器，数据可以在云端进行实时备份，在进行升级或者更改时不需要对数据资料进行提前备份，只需要针对系统或软件进行升级或维护，简化了维护方式，节约了维护成本。

由于云计算是依托于虚拟云端服务器进行的集中运算，在进行维护时只需要对线上系统或软件进行维护，没有其他的硬件设备需要检查更换，一定程度上节约了维护成本。

在轨道交通自动化系统中，由于不同服务模式的联系，在维护时可以进行集中维护，错峰升级，实现系统的灵活调度。

4 云计算在轨道交通中的体系架构

4.1 城市轨道交通自动化系统设计原则

（1）要保证系统的先进性。由于云计算是当前互联网快速发展而衍生的先进的提供计算资源的网络技术，因此在进行轨道交通自动化系统的设计时要保证系统的易操作、易改造、易维护的特性，同时还要保证终端程序用户的使用感受，保证终端程序的便捷性和易操作性。

（2）在进行轨道交通自动化系统的设计时，要保证系统的扩展性。云计算技术作为一种新型的技术，根据社会发展的需求会有更多更长远的发展。在进行轨道交通自动化系统的设计时，要考虑到技术的发展和用户对不同业务的需求，在搭建系统结构时为未来业务的扩展和技术的进步留出改良的余地。

（3）在进行轨道交通自动化系统的设计时，要保证系统的安全可靠性。我国公民在使用轨道交通时要进行实名购票，这就导致了轨道交通系统汇集了大量的用户个人信息，轨道交通系统有义务保护用户个人信息的安全，在保证系统的高可用性的同时，还要保证数据与应用的安全。

（4）要保证轨道交通系统的前瞻性。在进行系统的建设时要考虑到系统未来的业务拓展和管理的变化，通过云端服务器建立数据库，将之后可能会用到的业务数据储存起来，为之后的系统升级提供便利。

4.2 设计方案

云计算的服务系统包括服务管理、平台服务和用户访问服务，是根据用户需求进行多元化弹性设计的综合系统。在将云计算应用于轨道交通的架构上时，要根据三层服务模式来进行分布式设计，并且通过传输骨干网进行连接。

建设云平台控制中心时，在IaaS层使用虚拟机进行数据、计算资源、网络资源和安全资源的存储，在PaaS层建立分布式数据库，在SaaS终端层建立调度员云桌面和业务系统桌面等各操作桌面。在建立灾备中心时，同样使用三层服务模式，建立虚拟机，分布式数据库，和各种操作桌面。

在各个车站建立SaaS层和感知层进行两层服务模式，在SaaS层建立值班员云桌面和站长云桌面，感知层就是个人使用的终端设备。通过传输骨干网进行连接建立城市轨道交通自动化的云平台架构。

5 云计算在轨道交通中的应用

5.1 加强轨道交通的管理

在进行城市轨道交通的管理时，依据云计算建立城市轨道交通的移动管理体系。在进行设备管理时，将设备台账和设备运行日志等数据资料储存在云端服务器，进行数据的整合，加快故障设备的解决速度。

在进行车辆运营管理时，通过云计算将车辆调度、客流大小、运价与票务管理等数据进行解析和整合，保证轨道交通系统的自动化运行，建立完善的轨道交通运输计划，减轻了人工作业量，降低对专业人才的需求，节约了运维成本，提高了轨道交通的运输能力。

5.2 高效数据处理

高效的数据信息处理是以当前移动通信网络快速发展为首要前提，城市轨道交通在数据处理方面要合理地设定服务基地，使信息采集和数据处理可以在移动端完成，优化数据的采集和处理过程。移动端的信号是否稳定取决于当地的移动服务基地建设情况。在进行不同地区服务基地的建设时，要依据当地政策和土地情况，科学合理地设计服务基地，实现用户信息的云端存储和处理，提高数据流通速度和数据处理速度。

在进行数据处理时，依托于云计算的云端服务器，可以通过骨干网将数据传送到数据处理的总中心，对数据进行科学的处理和分析，实现数据的安全存储，了解用户的真实需求，提高轨道交通自动化系统的服务质量。

5.3 乘客互联

应用云计算的城市轨道交通自动化系统建立三层的服务模式，系统在SaaS层也就是软件服务层提供轨道交通相應的应用软件。在乘客进行购票时，可以不使用传统的人工购票或者购票机购票，只需要在进站时扫描相应的二维码或者使用IC卡，就可以乘坐列车。

同时轨道交通自动化系统通过大数据云计算，建立乘客信息系统，为乘客提供实时列车时间、换乘信息等全面的、正确的服务信息引导，同时提供天气、时间、政府公告等各种多媒体信息，以人性化服务为宗旨，帮助乘客实现便捷出行，提高轨道交通的幸福感和运输效率。

5.4 提高抗灾能力

应用云计算的轨道交通自动化系统，在火灾、阻塞以及恐怖袭击等险情到来时，使用三层服务模式对乘客进行提醒和疏散。在平台端迅速给工作人员发出警告，提醒工作人员迅速处理。给乘客个人终端软件发送险情信息，并配合工作人员为乘客提供动态紧急疏散提示，提高人员疏散效率，减少疏散时危险的发生。

轨道交通自动化系统对列车车厢进行监视，通过摄像头观察车厢内情况，采集数据，并上传云端服务器。数据信息通过云端服务器进行列车和服务站进行双向传输，提高工作人员对险情的反应速度，降低灾害带来的损失。

5.5 在自动化驾驶上的应用

当前轨道交通大部分都是使用的ATO自动驾驶，在进行自动驾驶列车定位时，运用GPS导航技术，通过卫星获取轨道的电子图形，再利用大数据云计算进行数据收集和处理，确定列车的位置，实现对列车的自动运行和管控。

自动化驾驶中也包括自动监视，城市轨道交通自动化系统对列车内部和车站进行实时的监督和控制，利用云端服务器对监视数据进行实时的整合和传输，确保城市轨道交通能够更好的运营和发展。

6 结束语

云计算是城市轨道交通自动化的一场变革，是促进城市轨道交通自动化发展的主要动力，是实现轨道交通智能化的重要手段。云计算技术通过整合轨道交通的数据资源，建立三层服务模式的城市轨道交通自动化系统，提高系统的发展性和可用性，同时保证城市轨道交通自动化系统的可持续发展。

参考文献

[1] 梁坤红，井长惠.云计算在城市轨道交通中的运用[J].通讯世界，2020（3）：92-93.

[2] 杨承东，徐余明.基于云计算技术的城市轨道交通综合监控系统架构方案[J].城市轨道交通研究，2020（5）：6-9.

[3] 周超，林湛，李樊，等.城市轨道交通视频监控系统云边协同技术应用研究[J].铁道运输与经济，2020，42（12）：6.

[4] 刘芽，刘占英，麻永华，等.基于云计算技术的城市轨道交通信息化平台发展探索[J].现代城市轨道交通，2019（9）：126-130.