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★ 成都四為電子信息股份有限公司

1 概述

1.1 項目情況介紹

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，同時為奧運期間從高鐵站方向而來的旅客提供安檢區域。

交通是城市經濟發展的動脈，智慧交通是智慧城市建設的重要構成部分，智慧客運交通樞紐也是智慧交通中的重要一環。為落實習近平總書記“綠色、開放、共享、廉潔”辦奧運的重要指示精神，京張高鐵將“促進京津冀一體化發展和全面展示中國高鐵建設新成就的創新示范線”作為設計的出發點，致力打造“智慧高鐵”。太子城客運樞紐設計向京張高鐵看齊，致力建設成為“智慧客運交通樞紐”。

1.2 項目挑戰

基于綜合交通樞紐監管對象多的特性，目前大多數機電設備管理系統均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，不利于系統運行的可靠性和維護管理。會導致出現：

（1）信息孤島：系統之間缺乏有效集成。

圖1 信息孤島

（2）海量數據帶來的管理困難。

圖2 海量數據的挑戰

（3）信息傳遞存在最后1公里問題。

圖3 信息傳遞挑戰

1.3 系統的創新性

（1）通過對建筑設備監控系統（BAS）、能源管理系統（EMS）、智能照明等各個子系統的集成，實現機電設備狀態、運行能耗、能效、環境、安全、告警的集中監控；

（2）統籌管理各個系統的全部數據，為綜合客運交通樞紐的智慧應用提供數據服務支撐；

（3）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。

2 系統功能及結構

基于云計算技術的客運交通樞紐智慧管理系統是基于云計算技術的智慧樞紐管理系統平臺，能夠采集各類模擬量、數字量、開關量、視頻、音頻、文檔等數據、信息；在廣泛互聯的基礎上，實現云、邊協同，完成數據分析和計算；利用組態化工具實現圖形化展示；提供監視、報警、控制、管理和運維等融合應用功能；支持GIS、BIM接口（BIM Engine）；支持大數據接口；支持人工智能。

2.1 系統功能

（1）超強的連接能力：支持不同的工業現場協議：包括PLC、CNC、電力、樓宇、環保等專用協議等。同時考慮對不同協議進行點表的配置。

（2）安全的工業物聯網網絡：通過訪問管理、安全執行環境、數據加密、傳感器、網關和軟件編排平臺之間的認證等多種安全措施確保網絡訪問的安全。

（3）基于云計算的大數據處理：計算是物聯網的核心硬件層和核心軟件層的集合，也是物聯網中樞神經系統基礎。大數據代表了物聯網的信息層（數據海洋），是物聯網智慧和意識產生的基礎。

（4）智能化的邊緣計算能力：在資產或流程附近實施計算能力的第一線，可以對事件進行智能或協調的響應，并有助于減輕云上的數據處理負擔。同時具有接近零延遲，較小的網絡負載，增加的彈性，減少的數據暴露以及較低的數據管理成本的特點。

（5）引入時序數據處理：時序數據是基于時間的一系列的數據。往過去看可以做成多維度報表，揭示其趨勢性、規律性、異常性；往未來看可以做大數據分析，機器學習，實現預測和預警。可以說時序數據庫是存儲物聯網數據的最佳選擇。

（6）數據模型化：針對工業設備的數據不僅僅需要支持以設備對象建模同時還需要以業務對象方式建模。

（7）可編輯的設計器：工業物聯網的數據可視化是非常多樣的。不僅有工業組態的可視化，還需要有儀表板以及KQI儀表板的可視化。同時還需要一些專業視圖和類似BI同時支持時序數據的分析儀表板可視化能力。

（8）業務閉環能力：IIoT的數據可以為多個人、多個部門、多個企業服務。數據分享是趨勢同時數據分享越廣價值越大。

2.2 系統結構

圖4 系統結構

可以進行多個樞紐的鏈接擴展，指定一個樞紐作為總監控中心，對其它的樞紐進行日常監控及聯動。

3 系統核心技術

3.1 基于物聯網的云計算

（1）彈性服務：服務的規模可快速伸縮，以自動適應業務負載的動態變化。用戶使用的資源同業務的需求相一致，避免了因為服務器性能過載或冗余而導致的服務質量下降或資源浪費。

（2）資源池化：資源以共享資源池的方式統一管理。利用虛擬化技術，將資源分享給不同用戶，資源的放置、管理與分配策略對用戶透明。

（3）按需服務：以服務的形式為用戶提供應用程序、數據存儲、基礎設施等資源，并可以根據用戶需求，自動分配資源，而不需要系統管理員干預。

（4）高可靠性：使用了數據多副本容錯、計算節點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，使用云計算相比使用本地計算機可靠。

（5）泛在接入：用戶可以利用各種終端設備（如PC電腦、筆記本電腦、智能手機等）隨時隨地通過互聯網訪問云計算服務。

（6）人工智能:通過物聯網產生、收集海量的數據存儲于云平臺，利用云計算人工智能對信息進行分析、加工，生成相關技術應用。

3.2 工業微服務

（1）易于集成

以微服務的方式將基于不同行業、不同領域經驗知識所提煉出來的各類原始機理算法模型集成起來，封裝成可獨立調試運行的單一功能或服務模塊，提升易用性和可維護性。

（2）云化部署

在工業互聯網平臺中基于工業微服務模塊進行工業應用開發，既能夠借助工業微服務并行開發、分布運行的特點，有效發揮平臺海量數據接入、資源彈性配置、云化部署運行等優勢。

（3）組件式開發

工業互聯網平臺采用工業微服務的方式將CAD、CAE、DCS、MES、SCADA等傳統工業應用軟件拆解成獨立的功能模塊，實現對原有生產體系的解耦，隨后在平臺中構建起富含各類功能與服務的微服務組件池，并按照實際需求來調用相應的微服務組件，進行高效率和個性化的面向用戶的工業應用研發，整個軟件研發的技術門檻和投入成本大大降低。

3.3 工業時序數據庫

工業時序數據庫是分布式的支持實時分析的數據存儲系統。將所有采集的工況數據進行存儲。滿足數據量巨大的時序數據的要求。可以執行常用的統計和計算操作。指定時間段和指定區域查找操作。按到期日期來刪除數據。滿足數據以“寫操作為主，讀操作為輔”的場景要求。特點是：

（1）實時性的性能高；

（2）高可靠性；

（3）快速查詢；

（4）實時分析性能高；

（5）維護、升級、擴容簡單；

（6）數據處理和分析能力強（支持靈活快速的查詢分析能力）；

（7）水平擴展能力強；

（8）數據吞吐量大。

3.4 基于Web的工業組態工具

（1）提供豐富的基于JavaScript界面類庫

提供完整的基于HTML5圖形界面組件庫。使用該工具可以輕松構建現代化的、跨桌面和移動終端的企業應用，無需擔憂跨平臺兼容性，及觸屏手勢交互等棘手問題。

（2）提供監控可視化解決方案

可快速創建和部署，高度可定制化，并具有強大交互功能的拓撲圖形及表盤圖表等應用。適用于實時監控系統的界面呈現，可廣泛應用于網絡拓撲和設備管理，以及大氣治理、城市供水、電力、燃氣等自動化（HMI/SCADA）領域。

（3）提供強大的基于WebGL技術的3D圖形引擎

提供了一套獨特的WebGL層抽象，將Model–View–Presenter（MVP）的設計模型延伸應用到了3D圖形領域。使用戶更關注于業務邏輯功能，不必將精力投入復雜3D渲染和數學等非業務核心的技術細節。

（4）支持與實時綁定（biding）：遙測、遙信、遙控。

（5）支持自定義圖形分層。

（6）支持基于GIS地圖的圖層編輯及分層顯示。

3.5 視頻一體化

（1）便捷：基于Web頁面觀看監控畫面，訪問統一地址。

（2）易用：無須安裝任何自有插件、監控APP等，減少資源消耗。

（3）解決方案多樣化：支持局域網內的視頻設備組網管理，也支持公網/局域網混合組網，通過統一接口進行管理訪問。

（4）與業務功能緊密關聯：根據業務需要可將視頻功能嵌入相關業務應用，實現業務與視頻的聯動和操作（SCADA-視頻一體化）。

（5）跨平臺：跨平臺支持PC端、安卓端、iOS蘋果端等主流終端。

（6）兼容性好：支持市面上大部分的RTSP/Onvif協議設備：IPCamera/NVR/編碼器等。

（7）無限制：對接自有流媒體服務器平臺，不限制瀏覽人數。

（8）支持航拍：基于航拍視頻的特點，提供專有解決方案。

3.6 移動應用

（1）實時數據監控/報警：采集數據通過終端可以實時進行查看，對于異常數據可以實時接收到報警信息。

（2）智能巡檢：根據巡檢計劃，自動生成各類巡檢任務，自動推送給執行人，支持二維碼、NFC等多種掃描執行方式，異常情況可以同步上報。

（3）電子資料離線查詢：針對偏遠無線信號差的情況，移動應用支持預先下載設備資料，在無數據信號的情況下可以進行電子資料的查看。

4 結語

目前機電設備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。通過基于云計算技術的客運交通樞紐智慧管理系統研究，建設新型客運交通樞紐智慧管理系統極為必要，降低客戶維護工作量，起到減人增效的作用。

基于云計算技術的客運交通樞紐智慧管理系統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。

摘自《自動化博覽》2022年12月刊