★中鐵咨詢(xún)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(huì )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(chē)、社會(huì )車(chē)輛等，解決本區域全方位交通換乘的交通功能。要求同時(shí)兼備賽前和賽后使用功能。

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)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(jiǎn)單、單一化向大規模、復雜化、功能多元化發(fā)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(yíng)管理提出新的挑戰。

國內各地都在全面推進(jìn)數字交通建設，加快構建實(shí)時(shí)感知、高效響應、智能管控、指尖服務(wù)的新型智能交通管理體系的工作?？瓦\交通樞紐智能管理系統是整個(gè)客運交通樞紐的大腦，新技術(shù)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(wù)器加工作站模式，各個(gè)系統獨立運行維護，不利于提高整個(gè)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(shù)的客運交通樞紐智能管理系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：智能管理系統）硬件采用虛擬化與云計算技術(shù)來(lái)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(shù)、虛擬化技術(shù)和集群技術(shù)實(shí)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(wù)。系統架構圖如圖1所示。

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(dòng)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(wǎng)絡(luò )架構模式，WEB瀏覽器是客戶(hù)端最主要的應用軟件。這種模式統一了客戶(hù)端，將系統功能實(shí)現的核心部分集中到服務(wù)器上，簡(jiǎn)化了系統的開(kāi)發(fā)、維護和使用?？蛻?hù)機上只要安裝一個(gè)瀏覽器，瀏覽器通過(guò)Web服務(wù)進(jìn)行數據交互。這樣就大大簡(jiǎn)化了客戶(hù)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(hù)的總體成本。

移動(dòng)端采用移動(dòng)App方式，充分利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端“功能豐富”、”“小巧輕便”及“通訊便捷”的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)適合的業(yè)務(wù)功能，實(shí)現業(yè)務(wù)隨時(shí)處理信息即時(shí)獲取、消息即時(shí)送達的目標。

3　系統中的新技術(shù)應用

3.1　服務(wù)端采用Java的微服務(wù)架構

智能管理系統軟件平臺服務(wù)端摒棄了傳統的JavaMVC模式而選用了Spring Cloud微服務(wù)框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其具有如下特點(diǎn)：

（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用程序分割成小型的獨立功能。每個(gè)功能都由一個(gè)小型，超集中的團隊提供支持，該團隊負責其服務(wù)并確保他們?yōu)樵摲?wù)選擇適當的技術(shù)，流程和工具。負責專(zhuān)門(mén)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(shí)間表。這一重點(diǎn)可以幫助團隊實(shí)現零點(diǎn)并提高生產(chǎn)力。

（2）更快的部署：每個(gè)微服務(wù)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(wú)須與其他應用程序協(xié)調，或等待部署代碼，直到整個(gè)應用程序或更新準備就緒。每個(gè)微服務(wù)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(wù)架構隔離功能時(shí)，它也會(huì )隔離錯誤。一個(gè)微服務(wù)中的問(wèn)題不會(huì )關(guān)閉整個(gè)應用程序，它將包含在該區域中，而其他微服務(wù)繼續運行。這不僅可以延長(cháng)正常運行時(shí)間，還可以更輕松地查明問(wèn)題的根源并解決問(wèn)題。

（4）安全監控：隔離錯誤的相同結構隔離了安全問(wèn)題。即使應用程序的某個(gè)部分受到損害或遇到安全問(wèn)題，它也不會(huì )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(shí)更容易識別問(wèn)題并快速解決問(wèn)題。

（5）兼容CI/CD和敏捷：微服務(wù)架構與軟件行業(yè)中最有效的過(guò)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(kāi)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(jìn)：通過(guò)在聚焦模塊中工作，微服務(wù)架構提高了應用系統的整體質(zhì)量。團隊專(zhuān)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(huì )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(wèn)題，同時(shí)實(shí)現第三方服務(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(gè)開(kāi)發(fā)團隊還可以實(shí)現和部署他們的代碼，而無(wú)需考慮更大的IT團隊或部門(mén)的日程安排。這使得大型組織更容易使用微服務(wù)架構來(lái)減少可能延遲部署的內部政治和其他問(wèn)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(diǎn)：

（1）可以實(shí)現真正的前后端解耦，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)器負責控制頁(yè)面引用、跳轉、路由，前端頁(yè)面異步調用后端的接口，后端/應用服務(wù)器使用tomcat（把tomcat想象成一個(gè)數據提供者），加快個(gè)體響應速度。

（2）發(fā)現bug，可以快速定位是誰(shuí)的問(wèn)題，不會(huì )出現相互扯皮的現象。頁(yè)面邏輯，跳轉錯誤，瀏覽器兼容問(wèn)題，腳本錯誤，頁(yè)面樣式等問(wèn)題，全部由前端工程師負責。接口數據出錯，數據沒(méi)有提交成功，應答超時(shí)等問(wèn)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(shí)水平擴展前后端服務(wù)器，比如淘寶的一個(gè)首頁(yè)就需要2000+臺前端服務(wù)器做集群來(lái)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(yè)面請求外，瀏覽器會(huì )大量調用本地緩存。

（5）即使后端服務(wù)器宕機了，前端頁(yè)面也會(huì )正常那個(gè)訪(fǎng)問(wèn)，只不過(guò)數據出不來(lái)而已。

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

（7）頁(yè)面顯示的東西再多也不怕，因為是異步加載。

（8）nginx支持頁(yè)面熱部署，不用重啟服務(wù)器，前端升級更無(wú)縫。

（9）參加代碼的維護性和易讀性。

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

（11）前端大量的組件代碼得以復用，組件化，提升開(kāi)發(fā)效率。

3.3　Web服務(wù)器選用Nginx

Nginx具有如下特點(diǎn)：

（1）可以高并發(fā)連接：官方測試Nginx能夠支撐5萬(wàn)并發(fā)連接，實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中可以支撐2~4萬(wàn)并發(fā)連接數。

（2）內存消耗少。

（3）成本低廉：Nginx為開(kāi)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(jiǎn)單：網(wǎng)絡(luò )和程序一樣通俗易懂，即使，非專(zhuān)用系統管理員也能看懂。

（5）支持Rewrite重寫(xiě)：能夠根據域名、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(huì )影響前端的訪(fǎng)問(wèn)。

（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(dòng)特別容易，并且，幾乎可以7天*24小時(shí)不間斷的運行，即使，運行數個(gè)月也不需要重新啟動(dòng)，還能夠在不間斷服務(wù)的情況下，對軟件版本進(jìn)行升級。

4　系統效益分析

（1）實(shí)現設備智能控制，提升能耗效率，實(shí)現節能降耗。

通過(guò)對空調及通風(fēng)系統、照明系統、冷熱源、熱風(fēng)幕、電伴熱、電動(dòng)開(kāi)啟窗、電動(dòng)門(mén)、能源管理、視頻監控等多個(gè)子系統的監控從多個(gè)維度進(jìn)行運行管理控制策略，實(shí)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(shù)來(lái)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(shí)硬件平臺通過(guò)使用公有云平臺實(shí)現，降低了系統造價(jià)，減輕了用戶(hù)IT維保壓力。同時(shí)通過(guò)設備狀態(tài)的集中實(shí)時(shí)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(xué)管理和維護保養設備，延長(cháng)設備的使用壽命。

通過(guò)對設備的運行狀態(tài)進(jìn)行智能化分析，合理安排設備保養，減少故障維修，延長(cháng)設備使用壽命?？瓦\設備的維修方式由發(fā)生問(wèn)題事后處理的“故障修”方式，轉變?yōu)橄到y自動(dòng)采集信息、預警預判、定位精準的“狀態(tài)修”方式，盡可能在故障發(fā)生前把問(wèn)題解決在萌芽狀態(tài)，減少了設備故障影響正常使用情況的發(fā)生。以南京南為例，設備故障同比下降4.2%；故障平均處理時(shí)間同比下降11%；設備日修復率同比提升3.7%。

5　結語(yǔ)

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(gè)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(wù)支撐。通過(guò)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(chē)場(chǎng)管理等各個(gè)子系統的集成，實(shí)現樞紐內設備狀態(tài)、運行能耗、樞紐整體的能效、環(huán)境、安全、告警的集中監控。

智能管理系統實(shí)現綜合監測，提供統一數據：具備與其它客運樞紐相關(guān)業(yè)務(wù)信息系統及鐵路部門(mén)相關(guān)業(yè)務(wù)信息平臺的數據共享交換能力，實(shí)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(wù)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(guò)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)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(hù)對整個(gè)樞紐設備管理的自動(dòng)化能力，便于用戶(hù)對機電設備全生命周期的運行管理和維護。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年12月刊