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（來源：ITPUB）

有人說看一個(gè)城市的文明程度就看其交通，的確，公共交通是城市文明的重要組成部分。隨著城市化快速發(fā)展，如今全球很多國家面臨交通日益擁堵等問題，城市軌道交通成為提高交通資源利用率、緩解交通擁堵、降低交通污染、節(jié)約土地資源和能源的重要手段，也越來越受到重視。

為了解決城市交通的難題，新的技術(shù)也發(fā)揮著越來越重要的作用，歐洲、美國、亞洲等很多國家都在發(fā)展智慧軌道交通尋求破局之道，近年來中國城市軌道交通已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，智慧軌道交通加速推進(jìn)，根據(jù)2019年中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，要推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級(jí)計(jì)算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合，到21世紀(jì)中葉，中國將全面建成交通強(qiáng)國。

由于軌道交通是分期、分段建設(shè)，在數(shù)據(jù)智能時(shí)代造成了新的問題，比如容易存在數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象、運(yùn)維成本高和資源利用率低下等，需要新的技術(shù)解決以上問題。鄭州地鐵集團(tuán)有限公司(以下簡稱“鄭州地鐵”)采用容器云技術(shù)構(gòu)建了一站式大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，在智慧軌道交通方面進(jìn)行了突破性實(shí)踐，并實(shí)現(xiàn)了地鐵客流智能預(yù)測(cè)。

軌道交通數(shù)字化瓶頸

18世紀(jì)60年代工業(yè)革命肇始于英國，1863年1月10日，世界上第一條地鐵在倫敦開始正式運(yùn)營，開啟了人類城市軌道交通的新紀(jì)元。一個(gè)世紀(jì)后，在遙遠(yuǎn)的東方大陸，中國第一條城市地鐵線路——北京地鐵1號(hào)線(Beijing Subway Line 1)于1969年10月1日開始試運(yùn)營，車身標(biāo)志性的紅色為世界城市軌道交通帶來一抹中國紅。

經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，那一抹紅已經(jīng)演變成五彩斑斕，并在幾十個(gè)中大型城市逐漸形成四通八達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)，成為市民出行的重要交通工具。交通運(yùn)輸部近日發(fā)布的城市軌道交通運(yùn)營數(shù)據(jù)速報(bào)顯示，截至2020年12月31日，全國除港澳臺(tái)外，共有44個(gè)城市開通運(yùn)營城市軌道交通線路，共計(jì)233條，運(yùn)營里程7545.5公里。據(jù)悉，“十四五”期間，全國多地地鐵將迎來爆發(fā)式增長。

鄭州地鐵2008年成立，主要負(fù)責(zé)鄭州市軌道交通項(xiàng)目的工程投資、建設(shè)和運(yùn)營。成立以來，鄭州地鐵發(fā)展迅速，截至2020年12月，鄭州已開通運(yùn)營的地鐵線路為7條，累計(jì)運(yùn)營里程達(dá)206.3公里，目前有多條線路正在建設(shè)當(dāng)中。

大規(guī)模的城市軌道交通建設(shè)與運(yùn)營管理均需要信息技術(shù)的強(qiáng)力支撐，隨著地鐵線路的不斷增加，城市人口增加所帶來出行壓力不斷提高，以鄭州地鐵為代表的城市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營者迫切需要通過數(shù)字化技術(shù)提升建設(shè)、管理和運(yùn)營能力，探索智慧軌道交通的發(fā)展之路，鄭州地鐵以“建設(shè)成為國際領(lǐng)先、國內(nèi)一流的軌道交通建設(shè)者和運(yùn)營商”為企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)，立足于信息化建設(shè)現(xiàn)狀，加快軌交新技術(shù)和新應(yīng)用的落地。

在數(shù)據(jù)智能時(shí)代，數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)資料，其價(jià)值與日俱增。但軌道交通的分期、分段建設(shè)，容易造成數(shù)據(jù)孤島、運(yùn)維成本高、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致等問題，并造成數(shù)據(jù)不能充分利用，制約了其信息化建設(shè)。鄭州地鐵也遇到了業(yè)務(wù)瓶頸，總結(jié)下來主要有三點(diǎn)：

一是數(shù)據(jù)孤島問題，隨著鄭州地鐵的快速發(fā)展以及開通線路的不斷增多，在鄭州地鐵集團(tuán)生產(chǎn)域、管理域都積累了大量的數(shù)據(jù)，例如生產(chǎn)域ANCC系統(tǒng)(AFC Network Control Center，自動(dòng)售檢票線網(wǎng)管理中心系統(tǒng))積累了大量客流數(shù)據(jù);和客流相關(guān)的行車、重大節(jié)日、氣象等數(shù)據(jù);列車運(yùn)行時(shí)設(shè)備監(jiān)測(cè)視頻數(shù)據(jù);管理域一體化平臺(tái)歷年來所積累的數(shù)據(jù)。原來傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫是彼此獨(dú)立的IT系統(tǒng)，每次開通新線路都要單獨(dú)搭建系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)，很容易形成數(shù)據(jù)孤島，導(dǎo)致運(yùn)維成本升高。亟需對(duì)集團(tuán)的IT資源、技術(shù)架構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行集約化管理，從而滿足鄭州地鐵初期、近期及遠(yuǎn)期的信息化發(fā)展需求。

二是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)瓶頸，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，各類應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一歸集平臺(tái)，缺少統(tǒng)一治理的規(guī)范，導(dǎo)致數(shù)據(jù)“各自為政”。鄭州地鐵急需一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)湖平臺(tái)將ANCC、智能乘車ITP、線網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)、一體化平臺(tái)等各數(shù)據(jù)源上的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一治理，從而更好地支撐智慧運(yùn)營、智慧建設(shè)、智慧管理和智慧服務(wù)。

三是數(shù)據(jù)應(yīng)用瓶頸，鄭州地鐵的各類數(shù)據(jù)沒有充分發(fā)揮應(yīng)有的作用，例如全量的客流數(shù)據(jù)，沒有結(jié)合氣象、重大節(jié)日、重大活動(dòng)、線路車站等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、預(yù)測(cè)，無法對(duì)站點(diǎn)客流、線路客流、線網(wǎng)客流、斷面客流進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè);列車運(yùn)行獲取的弓網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)，沒有進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的模型訓(xùn)練，弓網(wǎng)異常打火現(xiàn)象只能靠人力識(shí)別，效率較低，而且工作量繁重。針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)應(yīng)用的瓶頸，鄭州地鐵急需結(jié)合先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等對(duì)生產(chǎn)管理各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、治理、分析，做到事前預(yù)測(cè)、事中控制、事后分析改進(jìn)，為城市市民提供安全優(yōu)質(zhì)的出行服務(wù)。

為了解決以上難題，2018年鄭州地鐵開始了容器云大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，采用云計(jì)算、容器、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)智慧軌道交通建設(shè)目標(biāo)。近日，鄭州地鐵的“基于容器云平臺(tái)管理不同操作系統(tǒng)下多個(gè)應(yīng)用的研究與實(shí)現(xiàn)”入選了由中國城市軌道交通協(xié)會(huì)和信息化專業(yè)委員會(huì)發(fā)布的“2019-2020年城市軌道交通行業(yè)信息化最佳實(shí)踐優(yōu)秀案例”名單，實(shí)現(xiàn)了很多突破。

智慧軌交容器云實(shí)踐

鄭州地鐵大數(shù)據(jù)云平臺(tái)建設(shè)取得突破離不開頂層設(shè)計(jì)、前瞻性規(guī)劃。在公司黨委“6+2”戰(zhàn)略總體部署下，鄭州地鐵為加快推進(jìn)“智慧地鐵”規(guī)劃和建設(shè)，采取統(tǒng)一規(guī)劃部署，分階段、分步驟的建設(shè)思路。在2018年組建智軌專項(xiàng)工作小組，小組成員包含運(yùn)營分公司、機(jī)電設(shè)備部、信息管理部和技術(shù)管理部等相關(guān)部門。

在技術(shù)選型時(shí)，鄭州地鐵充分調(diào)研且博采眾長。據(jù)悉，相比于互聯(lián)網(wǎng)、金融業(yè)、航空等行業(yè)，地鐵行業(yè)信息化、數(shù)字化程度較為落后。鄭州地鐵信息管理部副部長李昱見介紹，2018年成立智軌專項(xiàng)工作小組后，就開始深入研究云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、AI等關(guān)鍵技術(shù)，與阿里云、星環(huán)、華為、騰訊云等相關(guān)廠商交流，借鑒其它行業(yè)的先進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、云端轉(zhuǎn)型實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深入對(duì)比形成多個(gè)小課題研究，找到適合自己的技術(shù)?！暗降啄膫€(gè)技術(shù)更適合我們，哪個(gè)技術(shù)更適合地鐵這種集團(tuán)化、線網(wǎng)化的國企，實(shí)際上是企業(yè)云，不是公有云。哪個(gè)廠商的產(chǎn)品更適合企業(yè)云，我們做了深度的研究對(duì)比，相當(dāng)于解剖麻雀一樣，把各家的產(chǎn)品都了解透了，因?yàn)槲覀兏慵夹g(shù)的講究實(shí)事求是，深入研究?！崩铌乓娭赋觥?/section>

在2019年以李昱見為第一作者發(fā)表的論文《智慧軌道交通中的容器云》中，系統(tǒng)闡釋了智慧軌道交通中容器云的實(shí)踐，文中指出，云平臺(tái)搭建有兩種技術(shù)手段：一種是目前比較流行的虛擬機(jī)技術(shù);另一種是容器化技術(shù)。虛擬機(jī)技術(shù)會(huì)造成一定的資源損耗，容器化技術(shù)比虛擬機(jī)技術(shù)有更少的抽象層，直接使用物理資源，幾乎沒有性能損耗。傳統(tǒng)軌道交通信息化建設(shè)存在的建設(shè)周期長、運(yùn)維成本高和資源利用率低等問題，通過容器云計(jì)算技術(shù)得到解決，并且容器云也為大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)在智慧軌道交通的應(yīng)用提供了支撐。

具體到鄭州地鐵項(xiàng)目，鄭州地鐵綜合多方因素最終選擇了星環(huán)的容器化數(shù)據(jù)云平臺(tái)(TDC)產(chǎn)品，底層是星環(huán)原生云操作系統(tǒng)(Transwarp Cloud Operating System，TCOS)，為云上的大數(shù)據(jù)應(yīng)用部署以及資源管理提供全方位的實(shí)現(xiàn)支持，第二層是TDC的云管理框架，提供包括安全保護(hù)、多租戶管理、微服務(wù)管理等服務(wù)在內(nèi)的云平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)。第三層是服務(wù)應(yīng)用層，包含TDH和Sophon中的所有組件，以云產(chǎn)品形式提供大數(shù)據(jù)和AI服務(wù)。

具體架構(gòu)圖如下：

圖1：鄭州地鐵數(shù)據(jù)云平臺(tái)架構(gòu)圖

鄭州地鐵容器云大數(shù)據(jù)平臺(tái)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、應(yīng)用、分析、管理的互融互通，對(duì)軌交云的智能應(yīng)用提供有力支撐，改善了傳統(tǒng)信息化建設(shè)中周期長、運(yùn)維成本高、資源利用率低等問題，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)外部的生產(chǎn)、經(jīng)營和服務(wù)管理，有效提升了乘客的乘車體驗(yàn)，保障地鐵設(shè)備的安全運(yùn)營。取得了創(chuàng)新性成果：

一是底層采用統(tǒng)一的容器支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，大幅提升資源使用效率。比如，典型的數(shù)據(jù)中心硬件資源利用率是25%，原因是傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)，需要額定占用云平臺(tái)資源且不釋放，導(dǎo)致云平臺(tái)資源利用率很低，容器化平臺(tái)通過更積極的資源分配，以低成本方式對(duì)新的實(shí)例實(shí)現(xiàn)更合理的資源分配，同時(shí)支持動(dòng)態(tài)分配，靈活調(diào)度系統(tǒng)資源，從而大大提高平臺(tái)的資源利用效率。

二是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)倉庫實(shí)現(xiàn)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)歸集，星環(huán)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供豐富的PaaS服務(wù)，為結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析提供了統(tǒng)一的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一的存儲(chǔ)和管理，為數(shù)據(jù)的統(tǒng)一治理提供了前提基礎(chǔ)和先行條件。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)擁有設(shè)備在線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、分析等能力，能夠?qū)Ａ繗v史數(shù)據(jù)按照不同維度、主題進(jìn)行匯總分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)的綜合分析(如針對(duì)客流、乘客和行車等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)車站級(jí)、線路級(jí)與線網(wǎng)級(jí)客流綜合分析)。

三是AI助力實(shí)現(xiàn)智能分析與預(yù)測(cè)，大數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供一站式的圖形化機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)，可以完成包括數(shù)據(jù)預(yù)覽、數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征工程、建模、模型評(píng)估以及模型部署等整個(gè)數(shù)據(jù)分析流程。人工智能平臺(tái)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)相互打通，業(yè)務(wù)分析師和數(shù)據(jù)分析師可以通過自動(dòng)建模以及內(nèi)置的行業(yè)模板輕松構(gòu)建AI 模型，從而提升業(yè)務(wù)價(jià)值。

智慧軌交容器云平臺(tái)有廣泛的智能應(yīng)用，比如在智能應(yīng)用有設(shè)備故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)功能、智能視頻數(shù)據(jù)分析、客流預(yù)測(cè)、乘客畫像等方面的落地，比如，去年年底鄭州地鐵上線了客流預(yù)測(cè)系統(tǒng)，可以明確預(yù)判客流從哪來，到哪去，可以進(jìn)行精準(zhǔn)的預(yù)判，而提前進(jìn)行客流預(yù)測(cè)，有利于在大客流期間提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備，此外，在一些重點(diǎn)大站會(huì)展現(xiàn)出熱力圖，根據(jù)熱力圖可以精準(zhǔn)看到車站的布局結(jié)構(gòu)，包括車站的堵點(diǎn)，有利于車站的客流疏導(dǎo)。去年12月31號(hào)鄭州地鐵的客流量破了新高，由于基于客流預(yù)測(cè)提前有了準(zhǔn)備，把運(yùn)能放到該放的位置上去，當(dāng)天車站全線網(wǎng)131個(gè)車站沒有一個(gè)車站進(jìn)行三級(jí)客流控制，車站通行比較順暢。

李昱見介紹軌道交通行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型目前還在起步階段，即將迎來爆發(fā)期。北上廣深這些超大城市，其地鐵運(yùn)行多年，可能歷史遺留問題會(huì)多一些，像鄭州這樣的新興城市相對(duì)來說沒有那么多歷史包袱，這是鄭州地鐵在邁向智慧軌道交通之路上的優(yōu)勢(shì)所在，未來鄭州地鐵鄭州地鐵將積極探索大數(shù)據(jù)和人工智能在軌道交通行業(yè)的創(chuàng)新和融合應(yīng)用，更好地融入到智慧城市建設(shè)中。

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