★中鐵咨詢建筑工程設(shè)計研究院韓松，許茁，張倩，李金冬

★成都四為電子信息股份有限公司高世良，于世泳

★張家口鐵建交通有限公司張沛綱

★中鐵六局集團有限公司建筑安裝分公司郭啟龍

1　項目背景

太子城客運樞紐位于張家口市崇禮區(qū)太子城高鐵站東側(cè)，太子城高鐵站與規(guī)劃1號路之間。作為2022年冬奧會崇禮賽區(qū)的重要配套工程，本工程解決由城際鐵路與區(qū)域短途交通的換乘功能。涉及交通工具涵蓋公交、巴士、出租車、社會車輛等，解決本區(qū)域全方位交通換乘的交通功能。要求同時兼?zhèn)滟惽昂唾惡笫褂霉δ堋?/p>

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)大中型城市的客運交通樞紐建設(shè)已從小規(guī)模、功能簡單、單一化向大規(guī)模、復(fù)雜化、功能多元化發(fā)展。綜合交通樞紐需要監(jiān)管的對象多的特性，對組織管理工作提出特殊的要求，對交通運營管理提出新的挑戰(zhàn)。

國內(nèi)各地都在全面推進數(shù)字交通建設(shè)，加快構(gòu)建實時感知、高效響應(yīng)、智能管控、指尖服務(wù)的新型智能交通管理體系的工作。客運交通樞紐智能管理系統(tǒng)是整個客運交通樞紐的大腦，新技術(shù)在其中的應(yīng)用更是重中之重。

2　系統(tǒng)架構(gòu)

2.1　系統(tǒng)硬件架構(gòu)

目前客運交通樞紐管理系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的中心服務(wù)器加工作站模式，各個系統(tǒng)獨立運行維護，不利于提高整個客運交通樞紐系統(tǒng)的運行可靠性和維護管理方便性。

基于云計算技術(shù)的客運交通樞紐智能管理系統(tǒng)（以下簡稱：智能管理系統(tǒng)）硬件采用虛擬化與云計算技術(shù)來構(gòu)建IT系統(tǒng)，提升IT系統(tǒng)的資源利用率。采用基于分布式處理技術(shù)、虛擬化技術(shù)和集群技術(shù)實現(xiàn)，作為云計算資源池存儲資源池的一部分，為計算資源池提供高速、可靠、安全的塊存儲服務(wù)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖

2.2　系統(tǒng)軟件架構(gòu)

智能管理系統(tǒng)軟件平臺采用B/S+移動App的架構(gòu)模式。PC端為采用B/S架構(gòu)，B/S架構(gòu)是WEB興起后的一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，WEB瀏覽器是客戶端最主要的應(yīng)用軟件。這種模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用。客戶機上只要安裝一個瀏覽器，瀏覽器通過Web服務(wù)進行數(shù)據(jù)交互。這樣就大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

移動端采用移動App方式，充分利用移動互聯(lián)網(wǎng)、移動終端“功能豐富”、”“小巧輕便”及“通訊便捷”的特點，開發(fā)適合的業(yè)務(wù)功能，實現(xiàn)業(yè)務(wù)隨時處理信息即時獲取、消息即時送達的目標。

3　系統(tǒng)中的新技術(shù)應(yīng)用

3.1　服務(wù)端采用Java的微服務(wù)架構(gòu)

智能管理系統(tǒng)軟件平臺服務(wù)端摒棄了傳統(tǒng)的JavaMVC模式而選用了Spring Cloud微服務(wù)框架進行開發(fā)，其具有如下特點：

（1）富有成效的生產(chǎn)團隊：微服務(wù)背后的核心原則是將大型應(yīng)用程序分割成小型的獨立功能。每個功能都由一個小型，超集中的團隊提供支持，該團隊負責(zé)其服務(wù)并確保他們?yōu)樵摲?wù)選擇適當?shù)募夹g(shù)，流程和工具。負責(zé)專門的職能可以確保團隊確切地知道他們關(guān)注的是什么以及他們的可交付時間表。這一重點可以幫助團隊實現(xiàn)零點并提高生產(chǎn)力。

（2）更快的部署：每個微服務(wù)都按照自己的流程運行，通常管理自己的數(shù)據(jù)庫。這使得IT團隊無須與其他應(yīng)用程序協(xié)調(diào)，或等待部署代碼，直到整個應(yīng)用程序或更新準備就緒。每個微服務(wù)團隊都可以設(shè)置和管理他們的部署計劃，以更快地完成項目并提高應(yīng)用程序部署的整體速度。

（3）錯誤和故障隔離：當微服務(wù)架構(gòu)隔離功能時，它也會隔離錯誤。一個微服務(wù)中的問題不會關(guān)閉整個應(yīng)用程序，它將包含在該區(qū)域中，而其他微服務(wù)繼續(xù)運行。這不僅可以延長正常運行時間，還可以更輕松地查明問題的根源并解決問題。

（4）安全監(jiān)控：隔離錯誤的相同結(jié)構(gòu)隔離了安全問題。即使應(yīng)用程序的某個部分受到損害或遇到安全問題，它也不會影響應(yīng)用程序的其他區(qū)域。這種隔離使得在保持應(yīng)用程序正常運行的同時更容易識別問題并快速解決問題。

（5）兼容CI/CD和敏捷：微服務(wù)架構(gòu)與軟件行業(yè)中最有效的過程兼容，包括CI，CD，敏捷和容器方法。團隊可以選擇最適合他們需求的流程，將微服務(wù)集成到他們的開發(fā)方法中并使用他們喜歡的任何工具，例如Docker和Kubernetes用于容器或FlexDeploy for DevOps。

（6）質(zhì)量改進：通過在聚焦模塊中工作，微服務(wù)架構(gòu)提高了應(yīng)用系統(tǒng)的整體質(zhì)量。團隊專注于小型，定義明確的功能，使他們能夠創(chuàng)建高質(zhì)量的代碼。這不僅會對代碼的可靠性產(chǎn)生積極影響，還可以更輕松地管理代碼庫中的問題，同時實現(xiàn)第三方服務(wù)的可伸縮性和可重用性。

（7）可擴展性：可以從應(yīng)用程序中輕松提取獨立功能，以便在其他應(yīng)用程序中重用和重新調(diào)整用途，并提高可伸縮性。各個開發(fā)團隊還可以實現(xiàn)和部署他們的代碼，而無需考慮更大的IT團隊或部門的日程安排。這使得大型組織更容易使用微服務(wù)架構(gòu)來減少可能延遲部署的內(nèi)部政治和其他問題。

3.2　Web采用前后端分離技術(shù)

前后端分離技術(shù)的優(yōu)點：

（1）可以實現(xiàn)真正的前后端解耦，前端服務(wù)器使用NGINX。前端/WEB服務(wù)器放css，js，圖片等一系列靜態(tài)資源，前端服務(wù)器負責(zé)控制頁面引用、跳轉(zhuǎn)、路由，前端頁面異步調(diào)用后端的接口，后端/應(yīng)用服務(wù)器使用tomcat（把tomcat想象成一個數(shù)據(jù)提供者），加快個體響應(yīng)速度。

（2）發(fā)現(xiàn)bug，可以快速定位是誰的問題，不會出現(xiàn)相互扯皮的現(xiàn)象。頁面邏輯，跳轉(zhuǎn)錯誤，瀏覽器兼容問題，腳本錯誤，頁面樣式等問題，全部由前端工程師負責(zé)。接口數(shù)據(jù)出錯，數(shù)據(jù)沒有提交成功，應(yīng)答超時等問題全部由后端工程師解決。前后端雙方互不干擾。

（3）在大并發(fā)的情況下，我們可以同時水平擴展前后端服務(wù)器，比如淘寶的一個首頁就需要2000+臺前端服務(wù)器做集群來抗住日均多少億+的日均pv。

（4）減少后端服務(wù)器的并發(fā)/負載壓力。除了接口以外的其他所有http請求全部轉(zhuǎn)移到前端nginx上，接口請求是tomcat，參考nginx反向代理tomcat。除了第一次頁面請求外，瀏覽器會大量調(diào)用本地緩存。

（5）即使后端服務(wù)器宕機了，前端頁面也會正常那個訪問，只不過數(shù)據(jù)出不來而已。

（6）app相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)，通過一些代碼重構(gòu)或服務(wù)接口復(fù)用，提升效率（多端應(yīng)用）。

（7）頁面顯示的東西再多也不怕，因為是異步加載。

（8）nginx支持頁面熱部署，不用重啟服務(wù)器，前端升級更無縫。

（9）參加代碼的維護性和易讀性。

（10）提升開發(fā)效率，因為可以前后端并行開發(fā)，并不是以前的強依賴。

（11）前端大量的組件代碼得以復(fù)用，組件化，提升開發(fā)效率。

3.3　Web服務(wù)器選用Nginx

Nginx具有如下特點：

（1）可以高并發(fā)連接：官方測試Nginx能夠支撐5萬并發(fā)連接，實際生產(chǎn)環(huán)境中可以支撐2~4萬并發(fā)連接數(shù)。

（2）內(nèi)存消耗少。

（3）成本低廉：Nginx為開源軟件，采用的是2-clause BSD-like協(xié)議，可以免費試用，并且可用于商業(yè)用途。

（4）配置文件非常簡單：網(wǎng)絡(luò)和程序一樣通俗易懂，即使，非專用系統(tǒng)管理員也能看懂。

（5）支持Rewrite重寫：能夠根據(jù)域名、URL的不同，將http請求分到不同的后端服務(wù)器群組。

（6）內(nèi)置的健康檢查功能：如果NginxProxy后端的某臺Web服務(wù)器宕機了，不會影響前端的訪問。

（7）節(jié)省帶寬：支持GZIP壓縮，可以添加瀏覽器本地緩存的Header頭。

（8）穩(wěn)定性高：用于反向代理，宕機的概率微乎其微。

（9）支持熱部署：Nginx支持熱部署，它的自動特別容易，并且，幾乎可以7天*24小時不間斷的運行，即使，運行數(shù)個月也不需要重新啟動，還能夠在不間斷服務(wù)的情況下，對軟件版本進行升級。

4　系統(tǒng)效益分析

（1）實現(xiàn)設(shè)備智能控制，提升能耗效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

通過對空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、冷熱源、熱風(fēng)幕、電伴熱、電動開啟窗、電動門、能源管理、視頻監(jiān)控等多個子系統(tǒng)的監(jiān)控從多個維度進行運行管理控制策略，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，整體節(jié)能效果可達15%。

（2）有效降低設(shè)備運維的人工成本。

采用云計算技術(shù)來構(gòu)建IT系統(tǒng)，提升IT系統(tǒng)的資源利用率，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時硬件平臺通過使用公有云平臺實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)造價，減輕了用戶IT維保壓力。同時通過設(shè)備狀態(tài)的集中實時監(jiān)控，減少傳統(tǒng)的人員巡視工作，有效降低運維成本，合計每年降低維護成本20%以上。

（3）科學(xué)管理和維護保養(yǎng)設(shè)備，延長設(shè)備的使用壽命。

通過對設(shè)備的運行狀態(tài)進行智能化分析，合理安排設(shè)備保養(yǎng)，減少故障維修，延長設(shè)備使用壽命。客運設(shè)備的維修方式由發(fā)生問題事后處理的“故障修”方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)自動采集信息、預(yù)警預(yù)判、定位精準的“狀態(tài)修”方式，盡可能在故障發(fā)生前把問題解決在萌芽狀態(tài)，減少了設(shè)備故障影響正常使用情況的發(fā)生。以南京南為例，設(shè)備故障同比下降4.2%；故障平均處理時間同比下降11%；設(shè)備日修復(fù)率同比提升3.7%。

5　結(jié)語

智能管理系統(tǒng)基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和數(shù)據(jù)安全體系，統(tǒng)籌管理客運交通樞紐各個系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，為綜合客運交通樞紐的智能應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)支撐。通過對建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、智能照明、視頻監(jiān)控、停車場管理等各個子系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)樞紐內(nèi)設(shè)備狀態(tài)、運行能耗、樞紐整體的能效、環(huán)境、安全、告警的集中監(jiān)控。

智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)綜合監(jiān)測，提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)：具備與其它客運樞紐相關(guān)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)及鐵路部門相關(guān)業(yè)務(wù)信息平臺的數(shù)據(jù)共享交換能力，實現(xiàn)覆蓋數(shù)據(jù)生命周期各階段的全維度數(shù)據(jù)安全保障體系，提升數(shù)據(jù)支撐能力和數(shù)據(jù)服務(wù)能力，打造統(tǒng)一的綜合交通樞紐數(shù)據(jù)基底。

智能管理系統(tǒng)通過移動物聯(lián)網(wǎng)終端和設(shè)備管理功能在綜合客運交通樞紐智能管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高了用戶對整個樞紐設(shè)備管理的自動化能力，便于用戶對機電設(shè)備全生命周期的運行管理和維護。

摘自《自動化博覽》2023年12月刊