刘海斌

(陕西交通职业技术学院，经济管理学院， 陕西，西安，710018)

0 引言

随着我国社会经济的不断发展，人们对于生活质量的要求不断增强，越来越多的人选择用汽车作为代步工具，而车辆逐渐增多最终造成城市拥堵现象日益加重，为改善城市拥堵问题，国家对于城市轨道交通建设问题十分重视，城市轨道建设可有效改善城市拥堵问题。但城市轨道出现故障直接威胁乘客的生命安全,为此结合综合监控系统可保证城市轨道的安全性，利用云平台的虚拟化技术，实现城市轨道交通综合监控系统的高效运营。与传统城市轨道交通综合监控系统相比，云平台城市轨道交通综合监控系统可满足集中化、智能化的发展需求，为城市轨道交通建设提供新的方向与思路。

1 传统城市轨道交通综合监控系统的现状分析

传统城市轨道交通综合监控系统内部服务器在功能上存在一定局限，其分布结构主要采用三级监控两级管理的形式针对城市轨道交通进行管理。其中三级监控指的是该系统将监控分布在中心级、车站级和车辆级，而管理权限主要分布于中心级和车站级。传统城市轨道交通综合监控系统将监控数据主要存储到服务器中，通过服务器可将监控数据传输至控制中心，控制中心和车站可针对监控数据进行甄别处理，有利于及时对城市轨道交通现场发生的不良状况进行处理，以此保证生产运营的安全。但传统城市轨道交通综合监控系统存在多种缺点，可造成城市轨道交通综合监控系统出现异常状况，无法稳定运行[1]。

1.1 冗余设备成本高

传统综合监控系统针对城市轨道交通配置的服务器，通常情况下采用冗余管理方式，为保证数据的保存和稳定传输，对车站和控制中心布设大量服务器，该方式将在购置和扩展方面消耗大量成本。对车站和控制中心布设大量服务器将无法和其他轨道线路进行统一调配，造成城市轨道交通综合监控系统不能满足城市轨道线网级智能化综合监控的潜在需求，而无法广泛应用于实际生活中[2]。

1.2 冗余数据库数据不一致

传统城市轨道交通综合监控系统为保证大量数据在主备服务器中实现同步传输，在每个车站以及控制中心设置有冗余主备的数据库，该方式有利于快速实现冗余设备的无缝连接，但传统城市轨道交通综合监控系统的应用层软件自身和网络存在问题，导致该方式的最终效果与预期值不符，并且控制中心的主用数据库以及备用数据库在数据上存在差异性，该差异由于主用数据库和备用数据库的切换频率小，因此可被覆盖，当将存在缺陷的数据库应用于城市轨道的正常运行中，随着时间的推移，可造成地铁无法正常运行，存在一定安全隐患。数据库对比表如表1所示[3]。

表1 数据库对比表

1.3 系统CPU资源利用率低

传统城市轨道交通综合监控系统的应用层软件易出现异常情况，为保证传统城市轨道交通综合监控系统可稳定运行,通常情况下，大多数城市轨道运营商在其内部放置高标准的硬件配置，该方法具有一定可行性。其实现方法为：针对CPU选择16～32 G的内存，通过研究表明，综合监控系统在正常运行情况下使用效率仅保持在15%～20%，大内存的使用势必造成资源浪费情况发生。

2 基于云平台的城市轨道交通综合监控系统构成

2.1 城市轨道交通综合监控系统逻辑构成

为保证基于云平台的城市轨道交通综合监控系统可稳定运行，将该系统的逻辑构成分为3层，分别是基础设施层、平台层以及应用层[4],如图1所示。

图1 城市轨道交通综合监控系统逻辑

2.1.1 基础设施层

对基础设施层的构成主要按照逻辑思维进行划分，将基础设施层分为硬件资源层和虚拟资源层。通过云平台的统一管理功能，有利于管理人员更加便捷地管理基础设施层内部包含的各类虚拟资源。

2.1.2 ISCS平台层

对ISCS平台层按照逻辑思维进行划分时，可将其分为支撑软件层和平台服务层，该层的逻辑结构与传统城市轨道交通综合监控系统中的平台层一致，但ISCS平台层的建立在一定意义上可为ISCS应用层提供支持作用。

2.1.3 ISCS应用层

ISCS应用层为综合监控系统的核心组成部分，随着大数据技术的不断进步，基于云平台部署的ISCS可借助大数据技术的优势，并结合云平台的虚拟技术搭建综合监控系统的数据计算环境,在保证ISCS应用层稳定运行的前提下，为ISCS应用层完成资源的在线扩容。通常情况下，基于云平台建立的城市轨道交通大数据平台可在同等造价下将数据存储3～5年，并具有规模越大成本越低的优势，为大数据分析提供有效的数据支撑[5]。

2.2 城市轨道交通综合监控系统硬件架构

2.2.1 OCC纯虚拟化、车站部分虚拟化架构

为保证综合监控系统可稳定运行，对该系统的硬件组成部分进行分析，将该系统的硬件组成部分进行虚拟化处理，其中OCC的服务器全部虚拟化，而车站采用部分虚拟化部署结构。OCC在虚拟化过程中可利用自身优势将服务器虚拟化形成大数据分析与可视化的服务器，而车站在虚拟化过程中虚拟出1台主服务器，但留有1台实际的物理服务器作为备用服务器，主服务器与备用服务器之间可通过ISCS进行数据同步。

2.2.2 云平台中心虚拟化架构

对云平台中心架构进行虚拟化时，主要将云平台中心设立为主云和备云2个云平台集群，主云与备云之间主要利用主干网络进行连接，为实现对主云平台和备云平台内部资源的统一调控和监控，可通过云平台主控中心进行资源管理，在云平台的作用下，综合监控系统中的虚拟机和数据进行远程迁移的速度与同机房内迁移的速度基本一致。由此可证明，主云与备云可放置于不同的控制中心，为保证ISCS的可靠性，可通过备用服务器暂时替代云平台，在故障恢复后，车站虚拟服务器的监控系统可将数据进行实时同步[6]。

2.2.3 纯虚拟化架构

纯虚拟化架构可将该系统内部存在的全部物理服务器虚拟化后统一整合到OCC，利用OCC中能力足够的云平台资源集群，将综合监控系统中的数据信息进行整合，通过整合完毕的数据信息可划分出满足性能要求的虚拟机，并将其运用在综合监控系统中，在此基础上进行云桌面服务器的安装。对虚拟的服务器仍采用主云和备云的冗余配置，而数据的同步主要依靠ISCS自身完成，有利于在物理服务器发生故障时，以最快的速度进行填补，相比于传统方式，该方式更具优势。

3 城市轨道交通综合监控系统云平台方案与传统方案对比分析

通过对比分析可知，当综合监控系统需要扩容时，云平台可通过自身计算能力和存储资源能力针对综合监控系统的扩容情况，进行相应的资源调度，实现综合监控系统的扩容，为保证城市轨道交通在后续发展过程中可容纳线路系统的不断加入，应采用“以小拼大”的方案，该方案仅是城市轨道交通信息化建设的第一步，为确保云计算技术可为城市轨道交通提供更全面的信息资源，实现城市轨道交通综合监控系统的自动化发展，应进一步对该系统进行测试与对接。云平台综合监控方案与传统综合监控方案对比如表2所示。

表2 云平台综合监控方案与传统综合监控方案对比

4 基于云平台的城市轨道交通综合监控系统优势分析

4.1 城市轨道交通综合监控系统应用优势

4.1.1 提高服务器资源利用率

城市轨道综合监控系统具有多种优势，为保证该系统的稳定运行，应对建设成本进行控制。在云平台基础上进行系统建立可最大限度地降低系统建设成本，并在一定程度上提高服务器资源利用率，其根本方法是利用云平台技术对城市轨道交通综合监控系统内部服务器进行资源整合。

4.1.2 提高综合监控系统可靠性

城市轨道交通综合监控系统利用云平台的动态热迁移等功能，与自身的冗余机制充分结合，在保证系统正常运行的情况下，可完成数据信息的远程迁移，通过云平台的利用，可在极大程度上提升城市轨道交通综合监控系统运行的可靠性，避免安全隐患的发生[7]。

4.1.3 实现动态扩展资源

基于云平台的城市轨道交通综合监控系统，可实现综合监控业务以最快的速度进行部署，该过程主要由城市轨道交通综合监控系统通过云平台对资源增强情况进行提前规划，该方法可最大限度地加快服务器的应用部署，并缩短服务器的重建周期，实现动态扩展综合监控系统的资源。

4.1.4 提高运营效率与服务水平

在云平台的基础上针对城市轨道交通进行综合监控系统的设计具有一定优势，可体现在运营效率与服务水平中，相关管理人员可利用云平台对该系统的资源数据进行统一集中处理，处理内容主要包括各服务器内部资源数据，将资源进行整合，并利用云平台对该系统进行资源管理、数据分析以及可视化功能，有利于更加科学地针对综合监控系统进行辅助运营决策，最终实现提高运营效率的目的[8]。

4.2 城市轨道交通综合监控系统技术优势

云平台技术为该系统的核心技术，其实现方式为：云平台作用于城市轨道交通综合监控系统时，首先对系统内部数据进行资源划分以及全局调度处理，通过该方式在一定程度上可为用户提供最优的服务，并根据系统工作负载的大小以动态的方式对资源进行调整。该技术的主要优势包括作业连续性、资源集中性,其中云平台技术的作业连续性优势体现在系统主要采用冗余架构，为保证系统的稳定运行，将站点服务器以虚拟云的形式安置于系统内部，支持系统在线升级硬件扩容，以此实现对综合监控作业的实时监控，保证系统可持续性的提升自身能力。云平台技术的资源集中优势体现在通过云平台技术可将系统内部硬件资源进行整合，对各个站点的数据池进行实时共享和读取，并判断已读取的数据进行负载大小，根据各部分数据的耗能程度进行资源空间的分配[9]。

5 云平台实验室实施方案布局设计

5.1 基于云平台部署的ISCS系统功能结构

对ISCS系统功能结构进行部署时，可将系统内典型的客户与服务器相连接，并将采集成功的数据实时上传至数据库。虚拟服务器处理完毕后，将相应的数据发送至客户端，对综合监控系统运行过程中产生的历史数据，通过数据库驱动，将数据存储至数据库中，云平台内的虚拟化资源可参数数据将由运维管理工具进行维护，同时实施管理与监控功能。基于云平台部署的ISCS系统功能结构[10]如图2所示。

图2 基于云平台部署的ISCS系统功能结构

5.2 ISCS与云平台有效融合测试

为保证系统的稳定运行，对综合监控系统云化部署的通用性、版权管理等问题进行测试，并对云平台提出3条要求，分别是服务器硬件不接受云平台运营商的绑定、云平台需支持综合监控系统的USB跨物理主机挂载功能、云平台应存在对外开放接口。满足上述3条要求，即可对综合监控系统的硬件环境以及软件环境进行融合测试[11]。

测试环境部署：硬件配置过程中，CPU采用Intel(R)Xeon(R)型号，主频为2.40 GHz，缓存为8 MB，其配置个数分别为8个中心虚拟服务器、6个车站虚拟服务器、2个管理服务器及2个客户端；内存均采用DDR3 SDRAM类型，各部分内存实配容量按照CPU配置顺序依次为20 GB、12 GB、4 GB、4 GB，硬盘容量依次为4 TB、4 TB、1 TB、200 GB。软件配置过程中均采用型号为Linux Redhat 7.2的操作系统，监控软件为5.8.1.0X64，服务器的数据库为Sybase 15.7和MySQL，工作站的浏览器为Google Chrome 45.0.2454.85(64 bit)。

测试的主要内容及方法为：①云平台的虚拟机生命周期管理功能包括虚拟机的创建、删除等测试；②快照备份恢复功能是利用虚拟机的功能对系统进行升级部署；③虚拟网络功能是对云平台的存储及管理功能进行测试；④资源远程在线热迁移是判断数据采集是否会随着热迁移而出现中断现象；⑤实时数据管理核心业务功能测试的主要目的是验证系统是否能正常工作，通过测试系统虚拟机服务器的数据同步功能即可完成验证；⑥系统与云平台网络接口兼容性测试是通过对系统硬件接口兼容性进行测试，验证系统与云平台的兼容性是否完善。

6 总结

基于云平台建立的城市轨道交通综合监控系统可实现高效性、高扩展性、高安全性的监控功能，而传统综合监控系统在性能方面具有一定缺陷，将二者进行对比可知，基于云平台建立的城市轨道交通综合监控系统可最大限度地降低运营与维护成本，通过对该系统进行分析可知，该系统利用冗余机制与云平台的虚拟化技术进行融合，提升了综合监控系统的安全性以及可靠性。在未来发展中，云平台技术前景十分良好，可将该技术广泛应用于城市轨道建设之中，为城市轨道交通信息化建设带来新的方向。