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摘要：自动售检票系统是城市轨道交通系统中实现轨道交通售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程的自动联网处理系统，决定了轨道交通乘客的乘坐体验。随着城市轨道交通建设规模不断扩大，很多城市已经拥有数条轨道交通线路。伴随城市轨道管理水平的提升以及新技术的应用，轨道交通自动售检票系统建设规模不断扩大，计算机类设备的数量显著增多。如何在线网逐渐增长的情况下，提高计算机设备利用率，降低设备投资费用，人员管理费用成为了一个新的课题。
本文通过在自动售检票计算机系统中引入云平台化，解决了提高系统硬件资源的利用率，节省耗电成本和空间成本，降低工程总体造价，降低了运营成本，显示了云计算化将是今后自动售检票系统发展的一大趋势。
关键词：城市轨道交通；自动售检票；云计算
1 前言
自动售检票（以下简称AFC）系统是采用计程、计时且全封闭式进行自动收费的自动化计算机系统，系统使用非接触式IC卡和电子虚拟票作为车票媒体。随着各地城市轨道交通的发展，如何在线网逐渐增长的情况下，提高计算机设备利用率，降低设备投资费用，人员管理费用成为了一个新的课题。
2传统架构服务器系统方案
目前城市轨道交通自动售检票系统架构根据功能一般可分为5个层面，第一层为轨道交通清分系统，与外部系统互联，负责票务数据的清分清算；第二层为轨道交通线路计算机中心或者多线路计算机中心系统、第三层为运行在线路各车站的AFC车站计算机系统、第四层为车站的AFC终端设备，第五层为IC卡车票。
目前绝大部分自动售检票系统计算机架构均采用传统架构服务器系统。其清分中心系统主要包括清分结算系统、通讯前置系统、清分规则系统、密钥管理系统、数据仓库系统、容灾备份系统、测试系统等；而线路中央计算机系统或者线网中央计算机系统包括运营管理系统、调试系统、票务中心系统、维修中心系统、安全管理系统等。车站计算机系统包括车站服务器，车站网络。这前三层系统均包含了大量的计算机设备。
1）以传统线路进行分析，如系统采用传统服务器部署架构，CPU负载率均满足轨道交通设计规范“主要设备CPU平均负载不高于20%，最高负载不高于30%”的要求，其中车站级服务器占比总服务器数量90%以上，但实际服务器CPU利用率较低，部分占用率低于5%。同时中央系统级别为“容错级”即系统容忍单点故障，服务器等关键设备均采用1+1备份方式，导致CPU资源的严重浪费。
2）CPU计算能力随着技术的进步越来越强，而轨道交通业务系统因其需求的稳定性变化较少，即系统对于计算能力需求相对稳定，在未来项目实施时将面临更高的CPU资源浪费。
3）个别设备CPU负载率较高，均值超过60%，长期工作于高负载率工况将降低设备寿命。而传统硬件架构，不具备性能动态调整功能，调整计算能力的唯一手段是更换性能更高的硬件设备，投资大实施难度高。
3云技术平台系统方案
云技术（Cloud technology）是基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、管理平台技术、应用技术等的总称，可以组成资源池，按需所用，灵活便利。
3.1云计算总体架构
在自动售检票系统上采用云技术，可将原系统架构中的清分中心系统（如清分中心系统不属于轨道公司管理则不进行云化）、线路中心或者线网中心计算机系统和车站计算机系统总体上分资源池、运维管理、应用场景三层。
应用云技术的AFC系统在线网中心所在地实现线路数据中心对全线网AFC系统业务的数据计算、存储，在各业务节点（系统的运营管理人员和车站的值班站长、值班员及维修中心维修管理人员）可设置云桌面替代车站服务器以满足业务处理需求、将新线不断增长的车站视为不断增加的终端客户，通过云端资源池，对新增加的车站进行运算资源的分配。数据中心云平台主要分为两大内容，应用云和数据库云。现场设备层与目前城轨AFC系统建设方案基本相同。
3.2数据中心架构方案
数据中心主要承载线网所管辖的所有线路AFC系统的业务应用系统。数据中心采用云计算模式进行建设，数据中心主要采用服务器虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化、云安全和云计算管理技术构建易于管理、动态高效、灵活扩展、稳定可靠、按需使用的云计算模式的数据中心。
服务器/网络/存储/安全虚拟化主要为各城轨业务系统提供计算/网络/存储/安全资源服务。桌面虚拟化为业务系统使用者提供桌面服务。
数据中心主要分为生产中心和灾备中心，其云平台业务分为业务应用区、安全和管理区、云数据库区、云桌面服务区和云网络，并设置专门的云安全防护区域。
基于云计算技术的数据中心具备地理分布能力，合理的数据中心部署可以灵活地将负载分配至离终端用户最近的资源上以降低网络成本。考虑轨道交通运营指挥管理系统高可靠性、高可用性要求，数据中心部署重点考虑灾备方式，有单数据中心、双数据中心、两地三中心三种方案：
1）单数据中心方案：计算、存储集中部署在控制中心，同时在控制中心本地设置备份存储系统。单数据中心备份系统本地部署且仅为数据备份，可以防范本地设备故障，但无法防范中心节点瘫痪事故。
2）双数据中心指生产中心、同城容灾中心。双数据中心方案在控制中心部署与方案一一致，设置满足全线业务需求的数据中心硬件设备，在线路上选取一座车站或车辆段设置云管理服务器及保障紧急状况下运营指挥必要的业务系统计算存储资源，实现控制中心的灾备。目前灾备方案多考虑双数据中心方案。
3）两地三中心，两地是指同城、异地，三中心是指生产中心、同城容灾中心、异地容灾中心。异地容灾中心用于防范大规模区域性灾难。
同城灾备中心主要是用于防范生产中心机房或楼宇发生的灾难，异地灾备中心用于防范大规模区域性灾难。本方案标准高于轨道交通实际使用需求。
3.3云技术应用优势
1）系统高性能、高扩展性
云管理平台聚焦于数据中心虚拟化资源管理、自动化运维发放、并对企业IT管理提供开放的管理接口。云管理系统将整个数据中心云化，并对系统中用户可见的资源抽取出来纳入统一的资源池管理，为用户提供一体化的资源管理，自动资源发放，同时为用户提供了方便的获取资源的途径。云管理软件从软件层面拉通统一各资源管理。云管理平台负责全系统硬件和软件资源的操作维护管理，用户业务的自动化运维。
2）系统高可靠性
采用最新云架构，主机内部硬件双冗余，软件高可用性极大提升，投资成本减少，性价比高。
3）资源共享、云化满足业务拓展
可以根据业务需求进行资源调配，便于实现多个新业务拓展，比如互联网云支付，人脸识别，数字运维APP等新型业务模式。
4）硬件资源实现了共享，系统结构简化
可考虑取消车站服务器，现有车站服务器的功能在云平台实现。流程简化，业务扁平化，是集管理和控制于一身的新线网中心系统。
5）降低系统建设及维护的总体成本
总体成本包括设备购置成本、运维成本、资源消耗、环境建设成本、机房空间以及未来扩容及升级成本等方面。随着线路业务的不断增加，AFC系统业务也在成数量级的增长，造成平台的运维成本不断上升。采用云技术后，AFC机房可以取消，节省车站建筑用地资源；AFC系统与综合监控系统的接口仅需在控制中心做互联，建设过程中系统调试简单。云平台建设完成后，系统软硬件扩容容易实现，减少后期接入费用。
6）先进的运维管理
采用最新的云平台管理的技术，统一监控和管理，一站式管理：从硬件到应用，简化运维。管理员可以实现物理服务器的自动发现，虚拟机、操作系统和应用软件自动化部署，提高管理平台的管理维护效率。
7）实时业务分析能力增强
实现数据库的资源整合和统一管理，大幅度提升了实时查询速率、事务处理能力、应用透明化管理。所有运营数据集中管理，相互关联，便于深入分析和大数据挖掘。
4、结论
通过以上分析，采用传统服务器部署架构，在城市轨道交通线网规模越来越大的情况下，计算设备和资源的利用率越来越低，而且投资规模逐渐增加。而采用云计算技术，可以充分提高系统硬件资源的利用率，节省耗电成本和空间成本，降低工程总体造价。同时，若AFC系统各业务应用系统都按照云计算的统一标准进行开发实施、注册部署，可以方便的对各类业务工作进行标准化管理，从统一管理的的角度对系统进行规范管理，在大大降低管理成本的同时，也大量的节约系统的运行成本。因此计算机系统云平台化应该是今后自动售检票系统发展的一大趋势。
另外在建设云平台时应考虑资源池容量，同时设计重点考虑采用弹性的网络拓扑架构，弹性计算云集群、弹性存储池等弹性化机制，功能要求保障资源预约和按需分配的调度策略，提供灵活完善的资源感知的分配策略。以实现未来新增业务系统的平滑过渡。