列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主備中心設(shè)計(jì)分析

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摘要：呼和浩特城市軌道交通工程首次采用了云平臺(tái)統(tǒng)一承載，實(shí)現(xiàn)了列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在云平臺(tái)上的集成運(yùn)行。為了確保信號(hào)系統(tǒng)入云后，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，設(shè)計(jì)部署主備控制中心。結(jié)合呼市列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主備控制中心的建設(shè)要求，分析云平臺(tái)上相關(guān)的設(shè)計(jì)需求；提出了一套基于云平臺(tái)的主備控制中心的切換方案，并設(shè)計(jì)了云平臺(tái)主備控制中心之間、中心與云外設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流向分析。研究完成了主備中心相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)以及在云平臺(tái)上的項(xiàng)目應(yīng)用部署，解決了業(yè)務(wù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為云平臺(tái)部署后所帶來(lái)問(wèn)題，為其他軌道交通主備中心云平臺(tái)建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵字：云平臺(tái)；信號(hào)系統(tǒng)；主用中心(MOCC)；備用中心(BOCC)；列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）

呼和浩特城市軌道交通工程是城軌交通云平臺(tái)的試點(diǎn)項(xiàng)目，云平臺(tái)作為一個(gè)集中式的硬件管理和資源動(dòng)態(tài)分配平臺(tái)，上面部署了列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（AutomaticTrainSupervision,ATS）、綜合監(jiān)控系統(tǒng)(IntegratedSupervisoryControlSystem，ISCS)、乘客向?qū)到y(tǒng)（PassengerInformationSystem,PIS）等一系列生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以及企業(yè)的辦公管理系統(tǒng)(OfficeAutomation，OA)。云平臺(tái)一旦發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)眾多業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。其中ATS系統(tǒng)是最為關(guān)鍵的行車指揮系統(tǒng)[1]，一旦其出現(xiàn)故障，整個(gè)控制中心將無(wú)法執(zhí)行相應(yīng)功能，因此異地設(shè)置一套獨(dú)立運(yùn)行的備用中心十分必要。同時(shí)，云平臺(tái)依賴網(wǎng)絡(luò)[2]，存在時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)信息安全保護(hù)不足的問(wèn)題。因此傳統(tǒng)的ATS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不能簡(jiǎn)單地平移部署到云平臺(tái)，需要結(jié)合云平臺(tái)的特點(diǎn)，探討相關(guān)部署要求，并對(duì)原有系統(tǒng)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。本文對(duì)整個(gè)系統(tǒng)主用中心與異地備用中心（簡(jiǎn)稱“主備中心”）的功能需求、系統(tǒng)架構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行分析與研究。

1需求分析與功能設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，主用中心是軌道交通調(diào)度員日常工作的主要場(chǎng)所，備用中心不會(huì)頻繁使用，故備用中心的云平臺(tái)資源配置可以作簡(jiǎn)化處理，基于此進(jìn)行主備中心需求分析。首先考慮選址問(wèn)題，主備中心的選址不僅要防范各種可能的風(fēng)險(xiǎn)、滿足云平臺(tái)機(jī)房的建設(shè)條件，還要考慮建設(shè)成本，交通的便捷性和專業(yè)保障等多個(gè)因素，以確保主備中心的選址科學(xué)合理。其次，實(shí)際業(yè)務(wù)需求是本次研究的核心，涉及使用、維護(hù)和可靠性等多個(gè)方面，主要包括：

1）災(zāi)備需求。一旦主用中心遇到地震、火災(zāi)等特殊情況，無(wú)法繼續(xù)履行工作職能時(shí)，應(yīng)立即啟用備用中心執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)，確保運(yùn)營(yíng)的連續(xù)性。

2）運(yùn)維需求。當(dāng)主用中心云平臺(tái)需要進(jìn)行短期整體性維護(hù)時(shí)，主用中心的工作人員應(yīng)借助于本地工作終端和備用中心的中央服務(wù)器，繼續(xù)履行相應(yīng)職責(zé)。為了保證兩個(gè)中心可快速平滑切換，并具備實(shí)時(shí)監(jiān)控的條件，通過(guò)對(duì)ATS系統(tǒng)自身功能和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的梳理，細(xì)化出以下五點(diǎn)功能。

1.1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控

主備中心應(yīng)同時(shí)具備實(shí)時(shí)監(jiān)視功能，不僅要對(duì)線路的列車、軌旁聯(lián)鎖設(shè)備、軌旁列控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視[3]，也要對(duì)整個(gè)ATS系統(tǒng)自身設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。在控制操作上，因?yàn)橹笓]權(quán)的專一性要求，只有唯一的中心可以執(zhí)行行車調(diào)度控制功能，所以要避免主備中心同時(shí)指揮，以確保最終責(zé)任的界定。

1.2統(tǒng)一設(shè)備維護(hù)

主備中心異地建設(shè)，按照傳統(tǒng)設(shè)置，需要引入兩個(gè)維護(hù)團(tuán)隊(duì)，會(huì)帶來(lái)較大的人力成本。轉(zhuǎn)到云平臺(tái)部署后，維護(hù)團(tuán)隊(duì)新增了云平臺(tái)管理維護(hù)功能，相應(yīng)的維護(hù)工作內(nèi)容也會(huì)進(jìn)一步增加。為降低維護(hù)團(tuán)隊(duì)的工作強(qiáng)度和工作壓力：主備中心需要具備簡(jiǎn)潔的維護(hù)管理功能，借助于統(tǒng)一界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)中心設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)；有了云平臺(tái)后，對(duì)于個(gè)別設(shè)備故障，維護(hù)人員可以借助于云平臺(tái)技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程修復(fù)或者虛擬資源重新分配，大幅縮短故障修復(fù)時(shí)間。相對(duì)于傳統(tǒng)主備中心設(shè)置，可維護(hù)性得到更好的提升。

1.3運(yùn)行數(shù)據(jù)同步

ATS系統(tǒng)包含兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：一部分是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)，兩個(gè)中心可以實(shí)時(shí)獲取，無(wú)需兩個(gè)服務(wù)器之間進(jìn)行同步；另一部分是主用中心才會(huì)產(chǎn)生的列車運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如：用戶管理、計(jì)劃運(yùn)行和列車出入庫(kù)數(shù)據(jù)等。主用中心服務(wù)器需要在這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，自動(dòng)同步給備用中心服務(wù)器。數(shù)據(jù)同步速度必須實(shí)時(shí)，控制在秒級(jí)；數(shù)據(jù)內(nèi)容也必須正確完整，在同步的過(guò)程中需要增加相關(guān)的完整性檢查。兩邊服務(wù)器的實(shí)時(shí)正確同步才能確保兩個(gè)中心業(yè)務(wù)切換的連續(xù)，對(duì)在線列車的運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。

1.4主備中心切換

1)單一中心設(shè)備的自動(dòng)切換。ATS系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)中央服務(wù)器的宕機(jī)，就可能導(dǎo)致列車無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。因此，對(duì)單一中心的中央服務(wù)器都采用了硬件獨(dú)立的雙機(jī)冗余部署，按照主機(jī)和備機(jī)的運(yùn)行模式進(jìn)行設(shè)計(jì)：備機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，一旦主機(jī)出現(xiàn)宕機(jī)或設(shè)備工作異常，備機(jī)自動(dòng)升級(jí)為主機(jī)，替代主機(jī)執(zhí)行監(jiān)控功能。

2）主備中心設(shè)備的人工切換。當(dāng)主用中心發(fā)生云平臺(tái)故障或者ATS系統(tǒng)中央服務(wù)器雙機(jī)宕機(jī)故障時(shí)，控制權(quán)就需要切換到備用中心，啟用備用中心的行車監(jiān)控功能，切換分兩種情況：一種是主用中心完全無(wú)法工作，需要備用中心的人員激活列車監(jiān)控功能，在備用控制中心進(jìn)行相應(yīng)作業(yè)；另一種就是主用中心的工作終端和網(wǎng)絡(luò)還是可以與備用中心保持正常工作，這種場(chǎng)景下，主用中心的工作終端就可以切換連接到備用中心設(shè)備上，激活備用中心控制功能，進(jìn)行指揮作業(yè)。這兩種場(chǎng)景的切換任何時(shí)刻都可能發(fā)生，切換前后兩個(gè)中心的狀態(tài)需要保持一致，切換時(shí)間需要控制在秒級(jí)，切換操作對(duì)在線運(yùn)營(yíng)的列車正常運(yùn)行不能產(chǎn)生任何影響。

1.5工作終端交互

為滿足主備中心的設(shè)備互為備用的需求，工作終端需要同時(shí)連接主備中心服務(wù)器：正常情況下，主用中心的工作終端用于行車調(diào)度指揮，備用中心的工作終端用于在線培訓(xùn)或在線維護(hù)。當(dāng)主用中心發(fā)生故障情況下，主用中心的工作終端可以切換使用備用中心的中央服務(wù)器，繼續(xù)進(jìn)行行車調(diào)度指揮。也可以直接安排人員啟用備用中心的工作終端進(jìn)行行車調(diào)度指揮。

2選址設(shè)計(jì)

呼和浩特運(yùn)營(yíng)控制指揮中心是集中設(shè)計(jì)的基于云平臺(tái)的中心[4]，該中心在設(shè)計(jì)之初就預(yù)留了接入整個(gè)城市多條軌道交通線路的容量。借助于云平臺(tái)強(qiáng)大的可擴(kuò)展能力，為后續(xù)多個(gè)線路的接入提前打好基礎(chǔ)。主用中心新建了調(diào)度指揮中心大樓，并設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的機(jī)房，充分滿足了主用中心云平臺(tái)統(tǒng)一機(jī)房的建設(shè)要求。在備用中心選擇方面：首先，由于備用中心屬于非常用操作地點(diǎn)，考慮建設(shè)成本的因素下，其設(shè)備可以減配。盡管無(wú)需主用中心同樣面積的機(jī)房，但也需要充分考慮《GB50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》云平臺(tái)機(jī)房建設(shè)的相關(guān)要求，能夠支撐備用中心云平臺(tái)的建設(shè)；其次，備用中心與主用中心在地理位置上需要相距一定距離，確保兩者之間滿足災(zāi)備要求；最后，需考慮兩個(gè)中心的專業(yè)支持保障能力，便于工作人員和技術(shù)保障人員快速到達(dá)。對(duì)既有軌道交通線路所有的場(chǎng)所考察后，設(shè)計(jì)了以下評(píng)估因素：建設(shè)成本盡量低、建筑空間支持云平臺(tái)機(jī)房設(shè)備部署、物理地址距離主用中心10公里以上、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與既有線路網(wǎng)絡(luò)貫通便捷和工作人員出入交通方便。基于這些因素，借助層次分析法[5]最終評(píng)價(jià)得出1號(hào)線車輛段是軌道公司既有資產(chǎn)，運(yùn)營(yíng)成本較低；有足夠的建筑空間,與主用中心地址距離20公里，滿足災(zāi)備需求，也可防護(hù)外部其他故障；同時(shí)該地點(diǎn)也與1號(hào)線和2號(hào)線相鄰，便于云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)快速實(shí)現(xiàn)與2號(hào)線網(wǎng)絡(luò)互通；車輛段具備專業(yè)的技術(shù)保障人員，緊急情況需要調(diào)配其他專業(yè)人員到備用中心工作，也可統(tǒng)一安排通行，確保運(yùn)營(yíng)快速恢復(fù)[6]；最終確定在呼和浩特軌道交通1號(hào)線車輛段建設(shè)2號(hào)線的備用中心。

3主備中心設(shè)計(jì)

3.1方案比選

控制中心設(shè)備部署主要包含工作終端部署和中央服務(wù)器部署兩個(gè)方面。首先，在工作人員的工作終端部署方面，盡管云平臺(tái)可以完成工作終端設(shè)備的虛擬化，也可以提供一套性能簡(jiǎn)單的操作終端，簡(jiǎn)稱瘦客戶端，其通過(guò)云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)和專用遠(yuǎn)程桌面協(xié)議完成與云平臺(tái)內(nèi)部虛擬機(jī)交互。因?yàn)楣ぷ鹘K端包含了安全相關(guān)的功能操作，瘦客戶端的這種交互方式無(wú)法證明相關(guān)操控的安全性，故工作終端只能按照傳統(tǒng)定制化選型硬件進(jìn)行部署。其次，在中央服務(wù)器部署方面，存在以云平臺(tái)技術(shù)為核心和以ATS系統(tǒng)技術(shù)為核心的兩種方案。方案1：借助于云平臺(tái)技術(shù)的動(dòng)態(tài)分配資源和資源熱遷移特性來(lái)實(shí)現(xiàn)主備中心功能[7]。當(dāng)云平臺(tái)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或者計(jì)算資源發(fā)生硬件故障后，云平臺(tái)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了故障檢測(cè)和資源重新調(diào)度的功能，將當(dāng)前虛擬機(jī)計(jì)算需求調(diào)整到其他硬件資源進(jìn)行計(jì)算，從而提高整體設(shè)備運(yùn)行的可靠性。云平臺(tái)支持熱備份，即對(duì)在線的虛擬機(jī)相關(guān)資源進(jìn)行在線備份。這些備份的虛擬機(jī)資源，在云平臺(tái)主用中心發(fā)生嚴(yán)重故障后，借助于維護(hù)人員的操作，可以將主用中心備份的虛擬機(jī)資源遷移到備用中心云平臺(tái)中[8]（簡(jiǎn)稱“熱遷移”），重新啟動(dòng)運(yùn)行，也可實(shí)現(xiàn)主用中心的功能。經(jīng)過(guò)分析，這種方案存在以下不足：

1）需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間才能夠識(shí)別設(shè)備故障，實(shí)時(shí)性不高；

2）在對(duì)虛擬機(jī)資源進(jìn)行熱備份時(shí)，云平臺(tái)無(wú)法深入到每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的內(nèi)部，只能將整個(gè)虛擬機(jī)資源的數(shù)據(jù)整體復(fù)制，浪費(fèi)資源的同時(shí)也需要較長(zhǎng)的時(shí)間；

3）云平臺(tái)對(duì)備份的虛擬機(jī)資源熱遷移后再次運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)后會(huì)含有部分滯后的信息，可能會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)在線運(yùn)行列車發(fā)送錯(cuò)誤的命令。需要維護(hù)人員進(jìn)一步檢查切換后的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，才能投入運(yùn)營(yíng)。方案2：借助于業(yè)務(wù)層的主備同步方案[9]，配合云平臺(tái)進(jìn)行兼容性適配。傳統(tǒng)的設(shè)備配置方案包括應(yīng)用服務(wù)器，通信前置機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等獨(dú)立的物理設(shè)備。轉(zhuǎn)為云平臺(tái)后，服務(wù)器需要運(yùn)行在云平臺(tái)計(jì)算單元中，見(jiàn)圖1。主用控制中心云平臺(tái)計(jì)算單元借助于云平臺(tái)的硬件資源部署了冗余服務(wù)器，構(gòu)建了ATS系統(tǒng)強(qiáng)大的后臺(tái)計(jì)算單元，保障信號(hào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息收集、計(jì)算、分發(fā)和存檔等工作。同時(shí)禁用云平臺(tái)動(dòng)態(tài)分配硬件資源的特性，借助于云平臺(tái)資源管理系統(tǒng)，強(qiáng)制將各種服務(wù)器分別放在不同的硬件實(shí)體上，確保一旦發(fā)生單個(gè)服務(wù)器主機(jī)故障或者業(yè)務(wù)系統(tǒng)自身缺陷導(dǎo)致業(yè)務(wù)軟件宕機(jī)后，業(yè)務(wù)層能快速感知[10]，無(wú)縫切換到物理差異的備用服務(wù)器，可解決主用中心各個(gè)服務(wù)器雙機(jī)運(yùn)行的可靠性問(wèn)題。考慮到備用中心屬于臨時(shí)階段性的使用單元，因此備用控制中心云平臺(tái)計(jì)算單元采用了單機(jī)簡(jiǎn)化配置的方式，滿足備用中心可臨時(shí)接管整條線路行車指揮的條件。備用中心與主用中心云平臺(tái)保持相互獨(dú)立運(yùn)行，這種方案保留了傳統(tǒng)方案主備切換的實(shí)時(shí)性要求，同時(shí)利用了云平臺(tái)設(shè)備維護(hù)的便捷性。缺點(diǎn)是浪費(fèi)了云平臺(tái)既有的資源動(dòng)態(tài)分配的靈活性，也增加了對(duì)云平臺(tái)資源的消耗。比選上述方案，方案1節(jié)省資源，但ATS系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，無(wú)法使用。方案2雖然浪費(fèi)了部分資源，但是滿足ATS系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。因此，呼和浩特軌道交通2號(hào)線的主備中心設(shè)計(jì)采用方案2設(shè)計(jì)，通過(guò)ATS系統(tǒng)業(yè)務(wù)自身適配云平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)主備中心，確保兩個(gè)中心的可用性、實(shí)時(shí)性和可維護(hù)性。

3.2切換設(shè)計(jì)

主備中心設(shè)計(jì)的核心邏輯是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)中心之間的無(wú)擾切換，包含服務(wù)器與工作終端的切換和服務(wù)器之間的信息同步兩個(gè)方面。應(yīng)用服務(wù)器設(shè)計(jì)上，主用中心與備用中心需要實(shí)現(xiàn)同樣的功能，備用中心保持與主用中心狀態(tài)同步運(yùn)行:主用中心各服務(wù)器雙機(jī)以“主機(jī)-備機(jī)”方式運(yùn)行；備用中心各服務(wù)器單機(jī)以“主機(jī)”的方式運(yùn)行。這種主備中心同時(shí)以主機(jī)運(yùn)行的方式屬于雙活設(shè)計(jì)，都具備對(duì)在線列車進(jìn)行監(jiān)控的功能；但為了明確兩個(gè)中心的指揮權(quán)：同一時(shí)刻只能有一個(gè)中心對(duì)全線設(shè)備發(fā)出控制指令。主備中心業(yè)務(wù)層面設(shè)計(jì)了“主用”狀態(tài)，任何中心只有在獲得“主用”狀態(tài)后，相應(yīng)的控制指令才可以下發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。傳統(tǒng)ATS系統(tǒng)主備中心切換方案是主機(jī)和備機(jī)的切換設(shè)計(jì)：一個(gè)中心的主機(jī)故障后，自動(dòng)切換到備機(jī)；一主用中心雙機(jī)故障后，自動(dòng)切換到備用中心服務(wù)器。這種設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無(wú)必要的主備中心控制權(quán)自動(dòng)倒切，也容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)同步。比如：在周期性檢修時(shí)，維護(hù)人員對(duì)主用中心雙機(jī)設(shè)備進(jìn)行重啟操作后，備用中心將會(huì)自動(dòng)升級(jí)代替主用中心。檢修完成后，維護(hù)人員需要操控備用中心設(shè)備，將控制權(quán)切換回主用中心。本方案中，工作人員在對(duì)主用中心設(shè)備雙機(jī)重啟后，在沒(méi)有人工授權(quán)操作情況下，備用中心不會(huì)自動(dòng)獲得控制權(quán),工作終端自動(dòng)切換連接到備用中心，提供全線監(jiān)視功能。等主用中心檢修完畢后，工作人員激活主用中心的控制權(quán)，工作終端又自動(dòng)切換連接到主用中心。所有的檢修工作均在主用中心完成，無(wú)需再對(duì)備用中心設(shè)備進(jìn)行操作。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換，主備中心的應(yīng)用服務(wù)器之間更需要保證雙機(jī)狀態(tài)的實(shí)時(shí)可靠同步。對(duì)于實(shí)時(shí)信息，主要是軌旁各種設(shè)備的狀態(tài)，包括列控設(shè)備、聯(lián)鎖設(shè)備、車載設(shè)備以及ATS系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)，由車站設(shè)備采集后同時(shí)發(fā)給主備中心的服務(wù)器。這樣主備中心的服務(wù)器就能實(shí)時(shí)獲取相應(yīng)的信息，無(wú)需再在服務(wù)器之間進(jìn)行同步；對(duì)于非實(shí)時(shí)信息，如用戶、系統(tǒng)參數(shù)、時(shí)刻表和出入庫(kù)計(jì)劃等信息，只能在具備“主用”授權(quán)的服務(wù)器上創(chuàng)建，然后借助于高可靠的數(shù)據(jù)同步協(xié)議，同步給另一個(gè)服務(wù)器。通過(guò)這種深入業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部分類的信息同步，從而在有限的帶寬資源基礎(chǔ)上，在控制權(quán)切換后，完成兩個(gè)中心之間實(shí)時(shí)和可靠的信息同步，實(shí)現(xiàn)兩者之間無(wú)擾平滑過(guò)渡。

4方案實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)架構(gòu)

呼和浩特2號(hào)線的ATS系統(tǒng)是一個(gè)橫跨傳統(tǒng)車站信號(hào)設(shè)備、云平臺(tái)計(jì)算中心和主用中心控制大廳/車輛段災(zāi)備控制中心的三層架構(gòu)，見(jiàn)圖2。

1）車站信號(hào)設(shè)備作為現(xiàn)場(chǎng)終端節(jié)點(diǎn)，采集現(xiàn)場(chǎng)列控設(shè)備的狀態(tài)和發(fā)出控制指令。主要包括車站服務(wù)器、車站現(xiàn)地工作站、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器和車站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，其中車站服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)服務(wù)器是其中最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，這些設(shè)備等同于云平臺(tái)的邊設(shè)備，計(jì)算功能比較單一。2）云平臺(tái)計(jì)算中心包括主用控制中心和備用控制中心兩個(gè)獨(dú)立的控制中心：主用控制中心的云平臺(tái)虛擬機(jī)中包括雙套的應(yīng)用服務(wù)器，通信前置機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；備用控制中心的設(shè)備包括單套的應(yīng)用服務(wù)器，通信前置機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。這兩個(gè)控制中心是ATS系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息和行車計(jì)劃調(diào)整計(jì)算；。

3）主用中心控制大廳和車輛段災(zāi)備控制大廳的工作終端設(shè)備主要是輔助中心云計(jì)算節(jié)點(diǎn)，提供人機(jī)交互操作。在主用中心控制大廳包括多套工作終端，分別用作調(diào)度主任工作站、調(diào)度工作站和維護(hù)工作站等；在車輛段災(zāi)備控制中心也部署了少數(shù)工作終端，分別用作調(diào)度主任工作站、調(diào)度工作站和維護(hù)工作站等；在這些工作終端中，調(diào)度工作站是最關(guān)鍵的設(shè)備，確保ATS系統(tǒng)安全操作的安全性。

4.2整體數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)

ATS系統(tǒng)數(shù)據(jù)流交互包括縱向和橫向數(shù)據(jù)流。在縱向交互方面，包含自下而上的狀態(tài)數(shù)據(jù)和自上而下的運(yùn)行控制數(shù)據(jù)；在橫向交互方面，主要是各個(gè)區(qū)域內(nèi)各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。

1）縱向自下而上數(shù)據(jù)流：車站的信號(hào)設(shè)備一直與聯(lián)鎖設(shè)備、軌旁列控設(shè)備和車載設(shè)備進(jìn)行信息交互，實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前線路的計(jì)軸、道岔、信號(hào)機(jī)、屏蔽門(mén)、軌旁列控、車載和車輛等一系列設(shè)備的狀態(tài)信息。這些信息同步發(fā)送給主備中心的應(yīng)用服務(wù)器，進(jìn)行緩存和記錄，并同步給當(dāng)前連接的終端，提供在線監(jiān)視服務(wù)。

2）縱向自上而下數(shù)據(jù)流：工作人員需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，或者調(diào)整當(dāng)前列車的運(yùn)行計(jì)劃等，這些指令會(huì)由工作終端發(fā)給連接的應(yīng)用服務(wù)器，經(jīng)過(guò)合法性檢查后，在當(dāng)前應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)部執(zhí)行或下發(fā)給對(duì)應(yīng)設(shè)備所在的車站服務(wù)器執(zhí)行。執(zhí)行結(jié)果，由執(zhí)行單元借助高可靠的數(shù)據(jù)通信協(xié)議同步發(fā)給備用的應(yīng)用服務(wù)器，完成相應(yīng)的信息同步。如：有授權(quán)的主用中心應(yīng)用服務(wù)器接收到創(chuàng)建當(dāng)天時(shí)刻表指令后，會(huì)完成新的當(dāng)日時(shí)刻表創(chuàng)建，并同步發(fā)給備用中心應(yīng)用服務(wù)器，創(chuàng)建相同的當(dāng)日時(shí)刻表。一旦發(fā)生兩個(gè)中心之間的切換時(shí)，因?yàn)槠鋬?nèi)部信息一致，實(shí)時(shí)處理產(chǎn)生的結(jié)果會(huì)保持一致，則不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。

3）橫向數(shù)據(jù)流：車站服務(wù)器執(zhí)行關(guān)鍵信息的處理，也負(fù)責(zé)與車站聯(lián)鎖設(shè)備接口；網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)與軌旁列控設(shè)備接口，將獲取的信息經(jīng)過(guò)預(yù)處理后發(fā)給車站服務(wù)器，車站服務(wù)器匯合聯(lián)鎖設(shè)備數(shù)據(jù)和列控設(shè)備數(shù)據(jù)，統(tǒng)一處理后，發(fā)給車站現(xiàn)地工作站和主備中心的應(yīng)用服務(wù)器。在主備中心云平臺(tái)中，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)歷史數(shù)據(jù)和各種時(shí)刻表信息的存儲(chǔ)；通信前置機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)ATS系統(tǒng)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互，如綜合監(jiān)控，乘客向?qū)У认到y(tǒng)交換列車運(yùn)行、計(jì)劃信息等；應(yīng)用服務(wù)器是控制中心的核心，從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器存取各種數(shù)據(jù)，配合通信前置機(jī)完成與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息交互，最為關(guān)鍵的就是完成與工作站終端之間的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)之間的交互包含云平臺(tái)內(nèi)外數(shù)據(jù)的交互，也包含不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的交互。這些數(shù)據(jù)交互需要滿足信息安全等級(jí)保護(hù)的要求：主備中心云平臺(tái)內(nèi)部，在通信前置機(jī)對(duì)外接口上部署云內(nèi)防火墻[11]，實(shí)現(xiàn)ATS系統(tǒng)業(yè)務(wù)與其他系統(tǒng)業(yè)務(wù)之間數(shù)據(jù)交互，滿足云內(nèi)不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間信息安全的要求；云內(nèi)與云外設(shè)備之間數(shù)據(jù)交互，主要是云內(nèi)的應(yīng)用服務(wù)器與云外的工作終端和車站設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。云平臺(tái)接口交換機(jī)和ATS系統(tǒng)云外交換機(jī)之間需要各自部署硬件防火墻實(shí)現(xiàn)云內(nèi)外的信息安全隔離。

4.3主備中心切換

主備中心切換實(shí)現(xiàn)包含雙機(jī)自動(dòng)切換和主備中心授權(quán)切換。雙機(jī)自動(dòng)切換在主用中心內(nèi)部進(jìn)行。主用中心內(nèi)部配備了兩臺(tái)功能相同各自獨(dú)立運(yùn)行的服務(wù)器，如應(yīng)用服務(wù)器A機(jī)和應(yīng)用服務(wù)器B機(jī)，一臺(tái)作為主機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)作為備機(jī)運(yùn)行。這兩個(gè)設(shè)備之間采用設(shè)備健康度診斷的方法：備機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控主機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，周期性交換兩臺(tái)服務(wù)器的健康度診斷結(jié)果。當(dāng)備機(jī)發(fā)現(xiàn)主機(jī)設(shè)備故障或者健康度出現(xiàn)降級(jí)時(shí)，備機(jī)自動(dòng)通知主機(jī)退出，同時(shí)將自己升級(jí)為主機(jī)，接管線路運(yùn)行，保障ATS系統(tǒng)可靠運(yùn)行。主備中心授權(quán)切換是主備中心之間的控制權(quán)切換，采用人工授權(quán)的方式。根據(jù)既有軌道交通調(diào)度管理規(guī)則，線路的控制同一個(gè)時(shí)刻只能被一個(gè)中心管理[12]。因此，在主備中心“主用”授權(quán)轉(zhuǎn)換功能邏輯見(jiàn)圖3。系統(tǒng)初始化時(shí)，授權(quán)令牌處于無(wú)授權(quán)狀態(tài)；主用中心工作人員通過(guò)圖4工作終端授權(quán)交互界面進(jìn)行操作；發(fā)出授權(quán)指令后，兩個(gè)中心的應(yīng)用服務(wù)器會(huì)進(jìn)行交互檢查，在確認(rèn)滿足唯一性控制要求后，正式給予授權(quán)。同時(shí)，工作終端的主備中心圖標(biāo)將會(huì)顯示授權(quán)狀態(tài)，便于調(diào)度和維護(hù)人員清晰了解當(dāng)前授權(quán)中心。若此時(shí)備用中心人員也嘗試操作授權(quán)該令牌，則返回錯(cuò)誤；若備用中心需要獲取授權(quán)，則必須在主用中心釋放該授權(quán)令牌后，才可以人工申請(qǐng)。除人工操作之外，主備中心也會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控該令牌授權(quán)的持續(xù)有效性，避免一個(gè)中心的應(yīng)用服務(wù)器雙機(jī)宕機(jī)后，授權(quán)令牌無(wú)法釋放，進(jìn)而進(jìn)入死鎖狀態(tài)。當(dāng)這種雙機(jī)宕機(jī)場(chǎng)景發(fā)生時(shí)，授權(quán)令牌在一定周期超時(shí)后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位到初始無(wú)授權(quán)狀態(tài)，等待人工操作授權(quán)。

5總結(jié)

該主備中心設(shè)計(jì)方案一方面保留了傳統(tǒng)主備中心設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)性和可靠性，實(shí)現(xiàn)了主備中心在云平臺(tái)上的穩(wěn)定運(yùn)行以及相互之間的無(wú)擾切換；另一方面，借助于云平臺(tái)的虛擬化技術(shù)，進(jìn)一步提升了主備中心設(shè)備的可維護(hù)性，使得設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理方式更加便捷，借助于云平臺(tái)瘦客戶端即可完成ATS系統(tǒng)設(shè)備的資源巡檢，遠(yuǎn)程重啟和重新部署等一系列的工作，不僅節(jié)省了人力，也極大降低了維護(hù)成本和工作量。目前該方案已在呼和浩特2號(hào)線ATS系統(tǒng)中完成部署，經(jīng)過(guò)一年多的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行和主備中心倒切測(cè)試，充分證明了整個(gè)方案設(shè)計(jì)的合理性和穩(wěn)定性。在2號(hào)線實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，僅發(fā)生過(guò)一次主用中心數(shù)據(jù)庫(kù)故障，調(diào)度員及時(shí)切換到備用中心，繼續(xù)開(kāi)展行車調(diào)度工作，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備遷移，但人員工位保持不變的效果，進(jìn)一步驗(yàn)證了本方案可行性，后續(xù)將進(jìn)一步推廣到其他軌道交通項(xiàng)目中。

參考文獻(xiàn)

[1]周公建,滿化錄.北京市軌道交通亦莊線ATS子系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].市政技術(shù),2010(S2):366-370.

[2]黃龍,張博.城市軌道交通云平臺(tái)建設(shè)方案分析[J].鐵道通信信號(hào),2020,56(9):76-80.

[3]孫夢(mèng)劍.淺談地鐵無(wú)人駕駛線路主、備控制中心的設(shè)置[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2018(24):3511.

[4]呂梅新.淺談云災(zāi)備管理平臺(tái)建設(shè)[J].信息技術(shù)與信息化,2021(3):53-55.

[5]駱成蹊.使用層次分析法(AHP)解決異地災(zāi)備數(shù)據(jù)中心選址問(wèn)題[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2022(9):110-114.

[6]齊麟.地鐵清分中心災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議[J].科技風(fēng),2018(10):195.

[7]陳曉,張龍軍.一種雙活云中心災(zāi)備方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)新通信,2015(23):110-111.

[8]陳瑞軍,孟偉君,胡曉偉,等.城市軌道交通云平臺(tái)容災(zāi)方案研究[J].城市軌道交通研究,2020,23(9):184-188.

[9]李蘇雯,康進(jìn)譖,李連成.城市軌道交通通信系統(tǒng)主備用中心切換功能分析[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2009,18(5):45-48.

[10]周公建,袁汪凰,李建彬.ATS系統(tǒng)動(dòng)態(tài)時(shí)間同步方案研究[J].鐵道通信信號(hào),2021,57(10):86-91.

[11]魏喜蓮.云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備部署研究[J].鐵道通信信號(hào),2021,57(4):41-47.

[12]孟娜娜,王志心,嚴(yán)海鑫.綜合監(jiān)控系統(tǒng)主備控制中心切換功能分析[J].江蘇科技信息,2022,39(25):59-61,69.

作者:呂濤 周公建