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    基于云計算技術的智能管理系統在客運交通樞紐的應用研究
    • 企業:     行業:智慧交通    
    • 點擊數:548     發布時間:2023-12-30 14:31:45
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    ★中鐵咨詢建筑工程設計研究院韓松,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太子城高鐵站東側,太子城高鐵站與規劃1號路之間。作為2022年冬奧會崇禮賽區的重要配套工程,本工程解決由城際鐵路與區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,解決本區域全方位交通換乘的交通功能。要求同時兼備賽前和賽后使用功能。

    隨著國民經濟的發展,國內大中型城市的客運交通樞紐建設已從小規模、功能簡單、單一化向大規模、復雜化、功能多元化發展。綜合交通樞紐需要監管的對象多的特性,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。

    國內各地都在全面推進數字交通建設,加快構建實時感知、高效響應、智能管控、指尖服務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是整個客運交通樞紐的大腦,新技術在其中的應用更是重中之重。

    2 系統架構

    2.1 系統硬件架構

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

    基于云計算技術的客運交通樞紐智能管理系統(以下簡稱:智能管理系統)硬件采用虛擬化與云計算技術來構建IT系統,提升IT系統的資源利用率。采用基于分布式處理技術、虛擬化技術和集群技術實現,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。系統架構圖如圖1所示。

    image.png

    圖1 系統硬件架構圖

    2.2 系統軟件架構

    智能管理系統軟件平臺采用B/S+移動App的架構模式。PC端為采用B/S架構,B/S架構是WEB興起后的一種網絡架構模式,WEB瀏覽器是客戶端最主要的應用軟件。這種模式統一了客戶端,將系統功能實現的核心部分集中到服務器上,簡化了系統的開發、維護和使用。客戶機上只要安裝一個瀏覽器,瀏覽器通過Web服務進行數據交互。這樣就大大簡化了客戶端電腦載荷,減輕了系統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,充分利用移動互聯網、移動終端“功能豐富”、”“小巧輕便”及“通訊便捷”的特點,開發適合的業務功能,實現業務隨時處理信息即時獲取、消息即時送達的目標。

    3 系統中的新技術應用

    3.1 服務端采用Java的微服務架構

    智能管理系統軟件平臺服務端摒棄了傳統的JavaMVC模式而選用了Spring Cloud微服務框架進行開發,其具有如下特點:

    (1)富有成效的生產團隊:微服務背后的核心原則是將大型應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,該團隊負責其服務并確保他們為該服務選擇適當的技術,流程和工具。負責專門的職能可以確保團隊確切地知道他們關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零點并提高生產力。

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

    (3)錯誤和故障隔離:當微服務架構隔離功能時,它也會隔離錯誤。一個微服務中的問題不會關閉整個應用程序,它將包含在該區域中,而其他微服務繼續運行。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)安全監控:隔離錯誤的相同結構隔離了安全問題。即使應用程序的某個部分受到損害或遇到安全問題,它也不會影響應用程序的其他區域。這種隔離使得在保持應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:微服務架構與軟件行業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,將微服務集成到他們的開發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)質量改進:通過在聚焦模塊中工作,微服務架構提高了應用系統的整體質量。團隊專注于小型,定義明確的功能,使他們能夠創建高質量的代碼。這不僅會對代碼的可靠性產生積極影響,還可以更輕松地管理代碼庫中的問題,同時實現第三方服務的可伸縮性和可重用性。

    (7)可擴展性:可以從應用程序中輕松提取獨立功能,以便在其他應用程序中重用和重新調整用途,并提高可伸縮性。各個開發團隊還可以實現和部署他們的代碼,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架構來減少可能延遲部署的內部政治和其他問題。

    3.2 Web采用前后端分離技術

    前后端分離技術的優點:

    (1)可以實現真正的前后端解耦,前端服務器使用NGINX。前端/WEB服務器放css,js,圖片等一系列靜態資源,前端服務器負責控制頁面引用、跳轉、路由,前端頁面異步調用后端的接口,后端/應用服務器使用tomcat(把tomcat想象成一個數據提供者),加快個體響應速度。

    (2)發現bug,可以快速定位是誰的問題,不會出現相互扯皮的現象。頁面邏輯,跳轉錯誤,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。接口數據出錯,數據沒有提交成功,應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)在大并發的情況下,我們可以同時水平擴展前后端服務器,比如淘寶的一個首頁就需要2000+臺前端服務器做集群來抗住日均多少億+的日均pv。

    (4)減少后端服務器的并發/負載壓力。除了接口以外的其他所有http請求全部轉移到前端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,瀏覽器會大量調用本地緩存。

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

    (6)app相關的應用服務,通過一些代碼重構或服務接口復用,提升效率(多端應用)。

    (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)提升開發效率,因為可以前后端并行開發,并不是以前的強依賴。

    (11)前端大量的組件代碼得以復用,組件化,提升開發效率。

    3.3 Web服務器選用Nginx

    Nginx具有如下特點:

    (1)可以高并發連接:官方測試Nginx能夠支撐5萬并發連接,實際生產環境中可以支撐2~4萬并發連接數。

    (2)內存消耗少。

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

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

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

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

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

    (8)穩定性高: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,運行數個月也不需要重新啟動,還能夠在不間斷服務的情況下,對軟件版本進行升級。

    4 系統效益分析

    (1)實現設備智能控制,提升能耗效率,實現節能降耗。

    通過對空調及通風系統、照明系統、冷熱源、熱風幕、電伴熱、電動開啟窗、電動門、能源管理、視頻監控等多個子系統的監控從多個維度進行運行管理控制策略,實現節能降耗的目的,整體節能效果可達15%。

    (2)有效降低設備運維的人工成本。

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

    (3)科學管理和維護保養設備,延長設備的使用壽命。

    通過對設備的運行狀態進行智能化分析,合理安排設備保養,減少故障維修,延長設備使用壽命。客運設備的維修方式由發生問題事后處理的“故障修”方式,轉變為系統自動采集信息、預警預判、定位精準的“狀態修”方式,盡可能在故障發生前把問題解決在萌芽狀態,減少了設備故障影響正常使用情況的發生。以南京南為例,設備故障同比下降4.2%;故障平均處理時間同比下降11%;設備日修復率同比提升3.7%。

    5 結語

    智能管理系統基于統一的數據標準和數據安全體系,統籌管理客運交通樞紐各個系統的全部數據,為綜合客運交通樞紐的智能應用提供數據服務支撐。通過對建筑設備監控系統(BAS)、能源管理系統(EMS)、智能照明、視頻監控、停車場管理等各個子系統的集成,實現樞紐內設備狀態、運行能耗、樞紐整體的能效、環境、安全、告警的集中監控。

    智能管理系統實現綜合監測,提供統一數據:具備與其它客運樞紐相關業務信息系統及鐵路部門相關業務信息平臺的數據共享交換能力,實現覆蓋數據生命周期各階段的全維度數據安全保障體系,提升數據支撐能力和數據服務能力,打造統一的綜合交通樞紐數據基底。

    智能管理系統通過移動物聯網終端和設備管理功能在綜合客運交通樞紐智能管理系統中的應用,提高了用戶對整個樞紐設備管理的自動化能力,便于用戶對機電設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

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