一种基于云平台的新型城市轨道交通信号ATS系统的制作方法

本发明涉及一种轨道交通信号ats系统，特别涉及一种基于云平台的新型城市轨道交通信号ats系统。

背景技术：

目前，根据城市轨道交通发车间隔短、客流量大，为确保轨道交通行车安全与运营效率，保障高密度车流下列车运营的安全、稳定，在控制中心、正线车站均设置有信号ats系统。传统情况下，请参见图1，一个城市的轨道交通工程建设模式采用按线路分期建设，城市轨道交通信号ats系统亦是按线建设、按线管理。根据地域划分，传统城市轨道交通信号ats系统可分为两级，线路中心级ats系统、车站级ats系统。中心级和车站级ats系统通过网络设备接入环形ats骨干网，实现中心对车站的指挥控制。

第一级：线路中心级ats系统

线路中心级ats系统可对全线路各车站实现线路监控、管理和行车调度的功能，在各设备室设置有调度工作站、时刻表/运行图编辑工作站、应用/通信服务器、数据库服务器、通信前置机，通过网络设备互联。数据库服务器包括含磁盘阵列，用于存储；ats系统通过通信前置机和网络设备与城轨其他业务系统进行信息交互，获取行车相关的信息，并向其他系统提供列车速度位置和到站等信息。

传统模式下，可根据运营管理的具体需求设置灾备控制中心，与线路中心形成主备关系，用于保证对地震、火灾等灾害导致主中心瘫痪下的后备指挥。传统架构下灾备中心设置单套中心级ats系统设备，非冗余配置，采用冷备模式，通过网络设备互联。灾备中心具备与主中心相同的行车调度指挥能力。

第二级：车站级ats系统

线路车站设置有ats分机和现地控制工作站，用于与中心ats系统通信，接收中心ats系统行车调度指令，并在中心级ats系统故障时实现本地降级控制车站级。上述车站级ats设备通过网络设备接入ats骨干网。

对于多条线路，各线路的中心级ats设备均以上述中心级ats系统的设置模式布置在控制中心。灾备控制中心的设置架构与中心级ats系统的设置模式相类似。

上述的传统城市轨道交通ats系统存在的计算、存储及网络资源按线配置，造成资源利用率低，工程实施、部署效率低，运维工作量大、运维成本高等问题。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种实现计算、存储及网络资源的优化配置及高效利用的基于云平台的新型城市轨道交通信号ats系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于云平台的新型城市轨道交通信号ats系统，该系统搭建中心级ats系统云平台，并基于所述中心级ats系统云平台构建两级系统，分别为中心级ats系统和车站级ats系统；所述中心级ats系统，用于实现对各线路列车运行的监控、管理和行车调度；所述车站级ats系统，用于接收所述中心级ats系统的指令，实现对本车站区域内列车运行的监控和管理；所述车站级ats系统包括车站现地设备和基于所述中心级ats系统云平台创建的车站级虚拟设备；所述中心级ats系统云平台包括主用中心云平台和灾备中心云平台；所述主用中心云平台、所述灾备中心云平台以及所述车站现地设备相互连接。

进一步地，所述主用中心云平台与所述灾备中心云平台的架构相同。

进一步地，所述主用中心云平台，以线路为单位设有多个虚拟线路ats系统分区，并设有与每个所述虚拟线路ats系统分区连接的共享云存储；每个所述虚拟线路ats系统分区包括虚拟接入交换机a，以及均与所述虚拟接入交换机a连接的主虚拟应用服务器、备虚拟应用服务器、主虚拟通信服务器、备虚拟通信服务器、主虚拟数据库服务器以及备虚拟数据库服务器；所述主用中心云平台设有与传输设备相连的核心交换机；每个所述虚拟接入交换机a均与所述核心交换机连接；所述核心交换机旁挂防火墙和沙箱设备。

进一步地，所述主用中心云平台还设有均与所述核心交换机连接的调度台云桌面终端及时刻表/运行图云桌面终端；

所述调度台云桌面终端，用于实现调度显示功能；

所述时刻表/运行图云桌面终端，用于实现时刻表/运行图显示功能。

进一步地，所述主用中心云平台还设有云桌面业务分区，所述云桌面业务分区包括虚拟接入交换机b,以及均与所述虚拟接入交换机b连接的虚拟调度工作站和虚拟时刻表/运行图编辑工作站；所述虚拟接入交换机b与所述核心交换机连接；

所述虚拟调度工作站，用于实现调度管理；

所述虚拟时刻表/运行图编辑工作站，用于实现时刻表/运行图的编辑处理。

进一步地，所述车站级虚拟设备位于所述云桌面业务分区；所述车站级虚拟设备包括云桌面终端，所述云桌面终端包括虚拟ats车站分机和虚拟ats监视工作站；

所述虚拟ats车站分机，用于接收所述中心级ats系统的指令，并向列车发送运营信息，并与计算机联锁装置交互数据；

所述虚拟ats监视工作站，用于车站的ats监视管理。

进一步地，所述车站级ats系统还包括车站接入交换机，所述车站现地设备通过rs485与所述车站接入交换机连接，所述虚拟ats分机与所述车站接入交换机连接，所述车站接入交换机通过线路级传输设备与所述核心交换机连接，所述车站接入交换机旁挂防火墙和沙箱设备。

进一步地，该系统的传输网络包括环状线网级传输网络，以及多个与所述主用中心云平台、所述灾备中心云平台及所述车站级ats系统的线路级传输设备连接的环状线路级传输网络；所述主用中心云平台和所述灾备中心云平台的线网级传输设备接入所述线网级传输网络；所述中心级ats系统和所述车站级ats系统的线路级传输设备均作为节点接入所述线路级传输网络。

进一步地，所述线路级环状网络根据线路区划设置若干个。

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)通过线路中心级云平台构建集中部署的多线路中心级ats系统，实现城轨ats系统计算、存储、网络及安全等资源的集中部署，有利于工程实施的快速部署调试，减少建设周期；实现线网运营维护统一管理，提高运营效率；线网中心级系统集中部署，易扩展，降低扩容难度和投资。

(2)实现网络和安全架构创新。云平台架构下，除防火墙和杀毒软件外，在系统级、网络级、硬件级采用相关技术保证ats系统从网络接入、虚拟化、云平台、用户数据得到全方位的防护，避免安全真空，保障城轨ats系统的安全性和信息安全等保的要求。

(3)保证系统的高可用性，云平台为中心级ats系统提供虚拟机故障检测、热迁移、故障恢复等功能，保证ats系统快速恢复能力，减少ats系统的故障时间，提高ats系统的可用性。同时，通过设置主用和灾备中心，为ats系统提供了灾备方案，保障ats系统运营的连续性，降低运营风险。

附图说明

图1是现有技术的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的网络结构示意图；

图4是本发明的主用中心云平台结构示意图；

图5是本发明的ats系统云平台的虚拟分区结构示意图；

图6是本发明的灾备中心云平台结构示意图；

图7是本发明的车站级ats系统结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图2至7，一种基于云平台的新型城市轨道交通信号ats系统，该系统搭建中心级ats系统云平台，并基于所述中心级ats系统云平台构建两级系统，分别为中心级ats系统和车站级ats系统；所述中心级ats系统，用于实现对各线路列车运行的监控、管理和行车调度；所述车站级ats系统，用于接收所述中心级ats系统的指令，实现对本车站区域内列车运行的监控和管理；所述车站级ats系统包括车站现地设备和基于所述中心级ats系统云平台创建的车站级虚拟设备；所述中心级ats系统云平台包括主用中心云平台和灾备中心云平台；所述主用中心云平台、所述灾备中心云平台以及所述车站现地设备相互连接。

其中，文中的ats中文释义为自动列车监控；ha中文释义为虚拟机高可用、ft中文释义为虚拟机容错。

所述主用中心云平台可与所述灾备中心云平台的架构相同。可在同样架构下，所述灾备中心云平台的配置可以比所述主用中心线网云平台精简，只满足实现基本功能即可。

进一步地，所述主用中心云平台可以线路为单位设有多个虚拟线路ats系统分区，所述主用中心云平台并可设有与每个所述虚拟线路ats系统分区连接的共享云存储；每个所述虚拟线路ats系统分区可包括虚拟接入交换机a，以及均与所述虚拟接入交换机a连接的主虚拟应用服务器、备虚拟应用服务器、主虚拟通信服务器、备虚拟通信服务器、主虚拟数据库服务器以及备虚拟数据库服务器；所述主用中心云平台可设有与传输设备相连的核心交换机；每个所述虚拟接入交换机a均可与所述核心交换机连接；所述核心交换机旁挂防火墙和沙箱设备。

所述共享云存储，可用于多条线路ats系统运行图、时刻表等信息存储，可根据情况灵活分配资源。

所述主虚拟应用服务器和所述备虚拟应用服务器；可用于配置ats系统应用软件。

所述主虚拟通信服务器和所述备虚拟通信服务器，可用于ats系统与城轨其他业务系统信息交互。

所述主虚拟数据库服务器和所述备虚拟数据库服务器，可为ats系统提供数据库应用，存储运行图、时刻表等信息，可与所述共享云存储配合使用。

进一步地，所述主用中心云平台还可设有均与所述核心交换机连接的调度台云桌面终端及时刻表/运行图云桌面终端；

所述调度台云桌面终端，可用于实现调度显示功能；

所述时刻表/运行图云桌面终端，可用于实现时刻表/运行图显示功能。

进一步地，所述主用中心云平台还可设有云桌面业务分区，所述云桌面业务分区可包括虚拟接入交换机b,以及均与所述虚拟接入交换机b连接的虚拟调度工作站和虚拟时刻表/运行图编辑工作站；所述虚拟接入交换机b可与所述核心交换机连接；

所述虚拟调度工作站，可用于实现调度管理；

所述虚拟时刻表/运行图编辑工作站，可用于实现时刻表/运行图的编辑处理。

进一步地，所述车站级虚拟设备可位于所述云桌面业务分区；所述车站级虚拟设备可包括云桌面终端，所述云桌面终端可包括虚拟ats车站分机和虚拟ats监视工作站；

所述虚拟ats车站分机，可用于接收所述中心级ats系统的指令，并向列车发送运营信息，并与计算机联锁装置交互数据；计算机联锁装置是保证车站内列车和调车作业安全，提高车站通过能力的一种信号设备。

所述虚拟ats监视工作站，可用于车站的ats监视管理。

进一步地，所述车站级ats系统还可包括车站接入交换机，所述车站现地设备可通过rs485与所述车站接入交换机连接，所述虚拟ats分机可与所述车站接入交换机连接，所述车站接入交换机可通过线路级传输设备与所述核心交换机连接，所述车站接入交换机可旁挂防火墙和沙箱设备。

进一步地，本发明的用于数据通信的传输设备搭建传输网络，本发明的传输网络可包括环状线网级传输网络，以及多个与所述主用中心云平台、所述灾备中心云平台及所述车站级ats系统的线路级传输设备连接的环状线路级传输网络；所述主用中心云平台和所述灾备中心云平台的线网级传输设备可接入所述线网级传输网络；所述中心级ats系统和所述车站级ats系统的线路级传输设备可均作为节点接入所述线路级传输网络。所述中心级ats系统的传输设备包括线网级传输设备、线路级传输设备、核心交换机等，所述车站级ats系统的传输设备包括线路级传输设备、车站接入交换机等。线网级传输设备是实现主用中心云平台和灾备中心云平台间信息交互的传输设备，线路级传输设备是实现车站级ats系统与中心级ats系统的交互的传输设备。

进一步地，所述线路级环状网络可根据线路区划设置若干个。

本发明的工作原理：本发明搭建线网级ats系统云平台，并基于所述中心级ats系统云平台构建两级系统，分别为中心级ats系统和车站级ats系统。本发明为两级结构，中心级ats系统为第一级，车站级ats系统为第二级，这两级系统通过传输设备连接。所述中心级ats系统，用于实现对各线路列车运行的监控、管理和行车调度；所述车站级ats系统，用于接收所述中心级ats系统的指令，实现对本车站区域内列车运行的监控和管理；所述车站级ats系统将车站ats分机和显示工作站等原属于现地的管理设备纳入所述线网级ats系统云平台；所述中心级级ats系统云平台设置主用中心云平台、所述灾备中心云平台；所述主用中心云平台、所述灾备中心云平台、所述车站ats系统均与所述传输设备连接。

在控制中心统一部署中心级ats系统云平台，中心级ats系统云平台包括主用中心线网云平台和灾备中心线网云平台；为管辖范围内的多条线路ats系统提供共享的计算机、存储、网络及安全资源，工作站采用云桌面部署方案，并通过中心级ats系统云平台，实现统一的运营维护及管理，中心级ats系统云平台可根据业务应用需要，为ats系统内的虚拟主机提供ha、ft、在线热迁移等服务，提高系统的可靠性及可用性。

中心级ats系统云平台为多条线路的ats系统划分独立的虚拟分区，分区内设置各线路ats系统服务器、工作站等虚拟计算资源和虚拟网络资源。

为避免中心发生火灾、地震等灾害时中心级ats系统失效而影响行车调度指挥，提高系统可用性、可靠性，采用基于云平台的灾备方案，所述中心级ats系统云平台包括主用中心线网云平台和灾备中心线网云平台，在主用控制中心设置主用中心云平台；在灾备控制中心设置灾备中心云平台。正常情况下，主用中心云平台作为各线路的行车指挥调度中心；当主用中心云平台或传输设备故障时，系统切换至灾备中心云平台，由灾备中心云平台实现行车调度指挥功能。

第二级：车站级ats系统，ats车站分机和监视工作站等设备纳入中心级云平台，通过中心级云平台虚拟机和云桌面实现，满足系统快速部署、调试的需要。中心级ats系统云平台为车站级ats系统提供ha、ft热迁移的功能保证系统高可用性、可靠性。

本发明统一构建ats系统网络及安全平台，采用线网中心级、车站级二级架构；线网中心统一构建网络，根据应用需要划分不同的安全区域；中心级ats系统、车站级ats系统可通过传输设备组建传输网。传输网可包括环状线网级传输网络，以及多个与所述主用中心云平台和灾备中心云平台、车站ats系统的线路级传输设备连接的环状线路级传输网络。在环状线网级传输网络中可设有线网级传输设备；在环状线路级传输网络可设有线路级传输设备。

如图3所示，各线路ats系统、主用中心云平台和灾备中心云平台通过线路级传输设备接入线路级相交环状网络，构成线路级传输网络。主用中心云平台和灾备中心云平台之间通过线网级传输设备接入线网级传输网，实现主用中心云平台和灾备中心云平台之间的信息同步和切换机制，传统模式则将主/备中心通过线路级ats网络完成上述信息交互，一旦线路级网络故障会导致整个系统故障。

中心级ats系统云平台，可在初期一次性完成ats系统的快速、统一部署，较传统模式的分散部署速度更快。其中，中心级ats系统云平台位于主用/灾备控制中心云平台设备室，ats系统设备(工作站、服务器)不再分散设置于各信号设备室、调度大厅、运行图室，实现设备集中部署；基于高度集成的云化ats系统，维护管理人员只需对云平台ats系统进行统一维护，无须传统模式下的分散维护，实现统一维护管理。

请参见图4至图6，中心级ats系统云平台设置ats业务分区(包含多条线路，每条线路均独立)，实现ats系统的行车调度指挥、信息存储、信息交互等功能。为保证ats系统在云平台的安全、独立。如图5所示，线网级ats系统云平台基于物理设备，为ats构建专属的虚拟分区，该虚拟分区为多条线路ats系统划分多个互相隔离的虚拟分区。所示主用/灾备控制中心云平台与其他业务系统的信息交互，只能通过设置于主用中心云平台和灾备中心云平台的核心交换机实现。该虚拟分区又可划分为多个子分区，每个子分区都可以设置与传统网络无差别的虚拟网络，子分区之间可以进行虚拟机快速迁移，提高系统的可用性、可靠性。

如图4、图6所示，主用中心云平台和灾备中心云平台设有云存储，ats纳入云平台后，不再按线配置独立存储设备，而是通过在中心级ats系统云平台设置多条线路共享的共享云存储设备，根据实际情况灵活分配存储资源。如果有扩容需求，可通过直接增加控制器或硬盘实现横向扩展，使存储资源可以高效利用。

云桌面业务分区，对于含终端的设备(包括调度工作站、车站分机、车站监视工作站等)，云平台通过云桌面系统实现，其中计算资源纳入图4、图5的中心级ats系统云平台，在图7中心/车站设置云桌面终端，实现各工作站/服务器人机交互需求，改善了大量终端设备占用空间、增加投资的问题。

设置防火墙、沙箱等防护措施，为保证系统信息安全等保的安全性要求，在云平台虚拟机与传输设备间的网络交换设备处旁挂防火墙和沙箱设备，结合自身的杀毒软件，保证整个中心级ats系统的网络安全性、可靠性。

核心交换机，设置于主用中心云平台和灾备中心云平台的设备室，用于中心级ats系统云平台与其他业务系统、车站分机、ats各类工作站的信息交互，为保障核心交换机的安全性，在核心交换机旁挂防火墙、沙箱。

考虑中心级ats系统云平台故障下信号系统降级模式的可用性，车站可采用仅将车站分机、ats监视工作站纳入云平台的方式。传统现地工作站保留，通过rs485接入传输网络，与中心级云平台的虚拟车站分机连接。车站ats系统与传输设备间的交换机处旁挂防火墙和沙箱设备，结合自身的杀毒软件，保证ats系统在车站网络安全性。对于ats监视工作站等终端设备，云平台提供桌面云系统提供服务，其虚拟机位于主/备中心云平台的云桌面业务分区，通过线路级传输网进行信息交互，优化了终端计算资源。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。