艾佩钺
中铁第四勘察设计院集团有限公司 430063
摘要：首先阐述了传统综合监控系统的系统架构和资源使用、数据同步等方面的缺陷，而后分析了云平台在城市轨道交通综合监控系统的优势，在此基础上，提出基于云平台的两种系统部署方案。
0 引言
综合监控系统（Integrated Supervisory Control System，ISCS）作为轨道交通监测设备和数据的综合管理平台，在实现各子系统集中监控、联动控制，保证安全运营方面起着十分重要的作用【1】。然而，传统“烟囱式”的综合监控系统架构难以满足业务快速响应的功能需求。因此，本文在云计算技术的基础上，对城市轨道交通综合监控系统部署方案进行研究，以期满足系统发展的技术需求。
1 传统城市轨道交通综合监控系统
传统综合监控系统的监控方式采用两级管理三级控制的分层分布式结构，两级管理分别是中央级和车站级，三级控制分别是中央级、车站级和现场级。中央级通过主干网络汇集所有车站级监控系统的信息【2】。
传统综合监控系统在为运营人员提供交互、为各系统提供信息共享平台以及减少各系统直接接口数量方面起到了重要的作用，但仍存在以下不足【3】：
1）冗余设备成本高
在传统综合监控系统中，车站和控制中心的服务器一般采用冗余配置以支持数据的保存和传输。因此购置和扩展成本高。
2）CPU资源利用率低
综合监控系统的各类软件存在CPU的性能需求差异，因此在服务器CPU的配置上一般都选择高标准的设备，实际正常运行时CPU资源利用率低于20%。
3）冗余数据库不一致
各车站和控制中心存在冗余主备数据库的需求，此需求一般由综合监控系统的应用层软件实现，主备数据库之间会存在一定的差异。
2 基于云平台的城市轨道交通综合监控系统
2.1 综合监控系统云化趋势与优势
相比于传统的综合监控系统，基于云平台的综合监控系统只需要由一组服务器统一搭建云平台即可利用虚拟化技术为控制中心和车站虚拟出服务器和工作站，系统所需的软件和人机互动界面分别运行在云平台的虚拟服务器和工作站上【4】，人机互动界面能以云桌面的方式通过配置的显示终端呈现。云架构下的综合监控系统主要具备以下优势【5】：
1）硬软件资源的集中共享
云平台整合了计算、网络和存储的硬件资源，可根据系统的实际工作负载对资源进行动态分配，提高了资源使用率和系统的运行性能。
2）系统可扩展性强
云平台具备独立分层的架构，有良好的可扩展性，可将各个层面的数据进行扩展和存储，服务器、存储、网络、软件平台均可在线添加。
3）系统统一调配管理
运营人员可以通过云平台对综合监控系统进行统一的资源监控和管理，也可在此基础上进行数据分析和可视化管理。
2.2 基于云平台的两种不同部署方案
2.2.1 集中式综合监控云平台
该方案将综合监控系统控制中心、车站、场段的所有服务器均进行虚拟化，由位于控制中心的资源池统一划分资源，部署计算能力、存储能力、网络能力足够的云平台资源集群，通过中心云平台的管理划分出满足性能要求的虚拟机。车站、场段均不配置车站服务器。
如图2-1为集中式综合监控云平台的部署架构，云平台在数据中心资源池为综合监控系统虚拟化2台实时服务器、2台历史服务器，备用控制中心采用同样配置，与主控中心互为冗余。云平台为每个车站虚拟化2台实时服务器，二者之间互为主备。中心和车站的工作站部署云桌面，安装相应的服务器软件。集中式综合监控云平台存在以下优缺点：
1）节约成本，原本在传统架构下所需的车站物理服务器不再需要部署，随之而来的土建空间、能耗和运营人员的数量也可相应减少。
2）业务可快速部署，通过云平台的自动迁移和扩容技术，车站的业务可在中心快速进行部署，减小了项目实施中的设备管理难度，易于扩展。
3）降级能力弱，当车站进入降级模式时，只能由工作站完成必要功能，稳定性差。
.png)
图2-1 集中式综合监控云平台部署方案
2.2.2 分布式综合监控云平台
如图2-2为分布式综合监控云平台部署方案，该方案同样由中心的资源池为控制中心、场段和车站分配服务器资源，虚拟化的服务器数量与集中式方案一样，二者架构的主要区别点在于，分布式综合监控系统云平台在车站设置了云节点，云节点为每个车站资源池设置了1台虚拟服务器作为车站的备用实时服务器。分布式综合监控云平台具备以下特点：
1）车站级综合监控系统降级能力强
当车站的综合监控系统进入降级模式时，车站云节点的实时服务器成为车站级的主用服务器，原本的功能由车站本身完成。车站、场段的工作站仍采用瘦终端加云桌面的形式，当位于降级模式时，车站值班员可通过瘦终端访问车站云节点的车站实时服务器。
2）车站内数据采集和控制下发不受影响
在主干网网络故障时，车站级集成互联的子系统停止了与控制中心的实时同步数据和历史数据，但仍可与云节点配置的虚拟服务器通信，在网络恢复后由云节点的车站服务器与中心实时服务器和历史服务器进行数据同步。同样，车站的控制命令同样由云节点的车站服务器下发，控制机制不受影响。
3）成本适中
分布式云平台的部署方案与集中式一样，同样具备节省土建资源、服务器资源的特点，但由于在车站部署了云节点，车站需要配置小型的资源池，成本较集中式部署方案来说有所提高。
.png)
3 总结
本文针对传统综合监控系统的痛点提出了集中式和分布式两种综合监控云平台的部署方案，并说明了两种方案的硬软件配置需求。同时，对两种方案的特点进行了比较分析，集中式方案具备成本上的一定优势，分布式方案在降级能力、维持业务稳定以及为智慧地铁创造先行条件方面能力更强。
参考文献
[1]汤石男, 李冰. 基于云平台的城市轨道交通综合监控系统方案[J]. 城市轨道交通研究, 2020, v.23;No.212(05):84-89+93.
[2]黄昱旻. 地铁综合监控系统的构成及优化[J]. 城市轨道交通研究, 2010(10):63-66.
[3]黄小权. 基于云平台的地铁综合监控系统[D]. 浙江工业大学.
[4]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, 023(005):6-9.
[5]田灯旺. 云架构下的地铁综合监控系统设计[J]. 电子技术与软件工程, 2017, 000(012):22-23.