青岛地铁城轨云平台助力绿智化建设

项目概况

       随着我国城市化进程加速，城市轨道交通作为城市发展的重要基础设施，其建设与发展已成为衡量一个城市现代化水平的重要指标，在提升城市功能品质、促进城市可持续发展方面发挥了重要作用。青岛地铁运营里程增达348公里，运营里程稳居全国前十，串联东西两岸、七区一市，实现对主要商圈、交通枢纽、医院全覆盖。青岛地铁开通速度越来越快，大规模建设的背后给青岛地铁建设、运营、运维智慧化带来较大压力。主要体现在云平台、大数据及智慧化应用建设投资规模化，需关注绿色低碳可持续发展；运营线网化，需强化各板块、领域间的协同联动，并借助智慧化手段辅助运营能力提升；运维复杂化，设备分散、品牌型号不一，智能运维水平亟待提升。整体需补充短板，优化提升，实现从信息化管理者向数字化引领者的角色转变。最终建设为行业领先、世界一流的绿智地铁企业。

项目实践

       6号线一期位于青岛西海岸新区，自开工以来，以科技创新为核心驱动力，致力于打造一条“智慧之轨”。列车采用的TACS系统，是青岛地铁集团牵头研发，具有完全自主知识产权的列车控制系统，是国家发改委增强制造业核心竞争力重点工程和中城协示范工程。它将轨旁主要设备的功能分散到列车上，实现列车之间的直接“通话”，后车能够获取前车的状态信息，并自主根据前后车辆运行情况调节列车运行速度，被业界誉为“最聪明”的地铁列车。

       作为青岛第一条上云线路，青岛地铁6号线实现中心云平台和站段边缘云两层架构统一，由中心云管平台进行运营、运维管理。青岛地铁大数据中心实现集团智慧化应用领域创新，整体实现青岛地铁数字化转型。青岛地铁采用丰富的云+大数据技术为核心，建设青岛地铁集团“智慧大脑”。

青岛地铁建设一套智能、高效、可扩展的城轨云平台，构建易于管理、动态高效、灵活扩展、稳定可靠、按需使用的城轨云平台架构，实现“云、网、智、端”异构全域混合资源的“一站式”管理，全面支撑城轨业务应用模块，满足城轨生产业务对安全、性能、实时、节能等方面的需求。

1、软硬件全解耦，城轨行业最兼容开放的云平台

  （1）全面兼容开放

      云平台在项目中提供标准的南北向接口，对所有产品进行全面测试，避免兼容性风险，充分发挥不同厂商优势特点，建设灵活的行业生态，完善云底座的生态环境，开放度业内领先。

  （2）架构优化

      云边协同架构，结合青岛地铁智慧车站建设需求以及车站侧对数据实时性的要求，打造了中心+边缘站段两级云平台架构；实现大量车站级数据在车站级就地处理，减少硬件设备分散重复建设，降低骨干网带宽负担与中心电力资源负荷，提高安全性。

   “矩阵式”容灾，城轨云平台支持数据中心内部虚拟机自愈、虚拟机异地重生；支持数据中心之间的平台级容灾，通过容灾编排工具实现业务虚拟机容灾切换自动化；通过两级云平台的云边协同架构，实现数据中心到车站的降级服务。

      基于IP的主备容灾，青岛地铁安全生产网业务基本都是基于IP地址访问的传统业务，借助容灾编排工具，为青岛地铁打造基于IP的平台级主备容灾方案，业务系统IP地址无需变动，满足城轨业务无需改造的需求实现容灾自动化切换。

    （3）产品业务相融合：

       列车控制系统是控制列车安全、准时运行的指挥部。TACS系统基于云平台实现国内首次车辆与信号的深度融合，对传统系统的整体逻辑架构进行了重组，其全新的系统架构、资源化的设计理念，颠覆了行业对列车控制系统的认识，如同为地铁列车装上了“智慧大脑”和“眼睛”，实现了列车的自我导航、自我决策与自我控制，整个运行过程无需人工介入，极大地提升了运营效率与安全性。这一技术的突破性应用，不仅是中国地铁史上的一大里程碑，也是全球范围内轨道交通技术迭代升级的典范。

       上云业务组播需求采用Vxlan组播，针对青岛地铁PIS、PA等定制化云内Vxlan组播流量方案，有效减轻云内网络设备流量负载，同时也降低云内网络阻塞风险以及骨干网带宽占用。

       为了保障业务的平滑上云，城轨云平台制定云上冗余AB网，充分保障业务双网独立，实现网络故障隔离，满足传统OT业务的上云网络需求。

全栈云平台面向青岛地铁传统安全生产业务，城轨云平台提供完备的IaaS层服务，计算、存储、网络可弹性伸缩、动态调度；面向青岛地铁智能运维业务云原生需求，城轨云平台立足容器集群、微服务等云原生技术构建高效容器云底座，同时引入数据库、中间件等，满足创新业务的实际需求。

    （4）可靠性云网底座

       国产自主可控，青岛地铁城轨云平台工业级安全操作系统CGSL，可靠性高达99.9999999%，云平台可靠性高达99.999%，并部署国产化资源池，保障整体业务安全可靠。

       支持超大规模集群，城轨云平台单资源池可管理云主机大于5000台，可管理虚拟机大于50000台，可有效满足青岛地铁远期25条线路的接入需求，给未来的“以线扩网”预留了充足的扩展空间，满足线网云部署需求。

CPU智能节能，在青岛城轨云建设中应用领先的CPU节能技术，对有潮汐效应的虚拟机（如自动售检票系统等）具备动态频率控制，现场实测能够节省30%以上的服务器能耗。

2、支撑数据治理与开发全业务流程的大数据平台

       青岛地铁以数字化底座为基础，融合建设、运营、开发经营资本运作五大赛道+企管核心数据，以数据驱动业务优化、组织变革、流程再造。通过数据中心实现城轨业务的统一部署，资源分配，数据融合，实现两大关键点：应用标准化、规范化，统筹集约共建共享；实现跨部门、跨网域的数据共享，多专业数据共融，协调配合，助力城轨智能化、智慧化发展。

       以整个大数据中心以各系统的数据源为基础，在上云的同时，通过大数据平台进行数据采集，在数据中台进行数据治理，往上形成数据服务和应用，整个流程以数据标准体系为依据，以一体化运维服务作为支撑，为上层决策分析提供支持，形成集团总览，首先提供给个五大赛道的垂直板块，同时也形成集团、企管各领域决策专题。

      (1）数据资源统一管理

      围绕数据资源全生存周期管理

      制定集团统一的数据管理体系，建立数据标准，为数据资源统一管理、数据要素市场化奠定基础。

      (2）统一服务应用，简化数据检索和使用过程中多系统、数据库频繁切换的步骤，实现降本增效。

      (3）为数字化管理提供支撑

      结合地铁生产和业务数据，通过大数据挖掘分析，以领导驾驶舱、决策分析系统等直观的方式向集团决策者  和管理者提供更准确、及时、全面的决策信息。

      (4）为人工智能提供高质量的数据资源

   “无治理、不分析”，没有高质量的数据，就不会有可信的AI。数据治理是人工智能基础，为人工智能的学习和训练提供准确、有效的数据输入。

      集团大数据中心项目中采集安全生产、内部管理、外部服务全网域的实时和离线数据，实现城轨采集场景的100%覆盖，提炼了11个主题组，63个主题域，800+指标，使得数据治理全流程可视化，真正支撑了端到端业务应用开发。

3、数字底座助力地铁绿智化建设

       青岛通过地铁拉开大青岛的框架，铺设地铁线网拉近各个区域之间的距离，随着运营里程数增多，最直观的经济效益愈发明显。

       与传统物理服务器、交换机分散部署建设相比，城轨云可实现集中部署，并且防火墙、机柜、机房等数量部署数量均会相应的减少，减少设备成本；云平台软硬件弹性伸缩，运营简便，可降低扩建成本：设备部署数量减少后，电力成本可减少35%左右；集中式部署可提供统一的硬件基础设施监控，运维智慧化，备品备件提供方便；避免单独建设数据中台，提高各业务系统平台间共享计算、决策方案，提高数据共享服务能力。

       经统计，青岛地铁基于云平台节约各设备系统计算存储资源的采购费用约500余万，为各业务系统可节约单独建设数据中台费用近1000万元。在此基础上构建了能源管理系统，通过对车站能耗数据的统计分析、指标对比，便于工作人员掌握车站用能情况、控制非必要用电、实现节能减耗。应用上线后实测车站节能5%以上。在云平台上构建智能照明应用后，可根据时间和环境的变化精准设置不同的照度，实现节能，比传统照明模式节约用电50%以上。

       目前青岛地铁已实现实现机场、铁路、商圈等重要枢纽全覆盖，青岛轨道交通数字化转型提升了青岛轨道交通整体服务水平，推动城市信息化和智慧化发展，促进城市经济发展等，减少交通拥堵和污染，提高城市管理和服务水平，为青岛轨道交通和城市发展带来更多的创新和变革。

经验总结

       2024年4月，青岛6号线开通运营。统一的数智平台为数字化转型引领奠定基础，在提升列控智能化水平、线网顶层设计、全面兼容开放、数据治理与开发全业务流程、节能减排方面均为业界领先。近期一度摘得财富最具影响力物联创新榜、ICT中国·创新项目 杰出“创新应用”、可信云用户最佳实践等业界知名奖项。

       展望未来，青岛地铁将继续做好创新这篇文章，通过技术创新、管理创新、制度创新、模式创新，推动青岛地铁实现数字化转型升级、绿色低碳高质量可持续发展，成为推动城市交通高质量发展、实现交通强国目标的重要力量。