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★北京和利時系統工程有限公司柴軍，祝德昱

1 項目背景

重慶江北國際機場旅客捷運系統（以下簡稱：捷運系統）承擔T3A航站樓至T3B航站樓之間的旅客和工作人員的運送任務。全線均采用地下敷設方式，線路全長約2.353km（雙線），設置T3A航站樓站、T3B航站樓站、運維中心各一座。列車為具備超級電容的跨座式單軌車體。全線采用GoA4級別的全自動無人駕駛系統。

圖1重慶江北國際機場旅客捷運系統線路示意圖

結合捷運系統項目定位、航站樓車站無人值守功能、多專業綜合管控、多專業智慧運維等功能需求，北京和利時系統工程有限公司（以下簡稱：和利時）為捷運系統量身打造基于智能城軌綜合業務平臺的捷運系統工業互聯網云平臺，在車站、運維中心設置邊緣控制云節點（Edge Control Center，簡稱ECC），滿足ATS、ISCS、BAS、PSCADA等多專業運營生產需求的中央調度系統與滿足ISCS、通信系統、供電系統、信號系統、車輛系統、環控系統、給排水系統、綜合蓄電池系統、站臺門系統、道岔系統、綜合網管系統的多專業智能運維系統相結合，進而“云-邊-端”相依而生，協同運作，實現資源協同、管理協同、數據協同、服務協同的智慧交通一體化解決方案。

2 邊緣控制云節點（ECC）功能及應用介紹

ECC是以緊湊的工業尺寸，融合工業控制、邊緣計算、邊云協同、物聯網絡、信息安全、本地顯示、信息安全等核心能力于一體的邊緣智能計算控制平臺。

圖2 ECC產品介紹

ECC通過工業級無風扇設計搭載高性能多核CPU，支持USB2.0、USB3.0、DisplayPort++、以太網等多種外設接口，支持多種存儲介質擴容的工業級邊緣智能計算控制硬件設備。依托虛擬化技術，可將ECC劃分為工業控制、邊緣計算等不同業務系統，靈活劃分各業務系統的硬件資源、外設，使得各系統安全隔離、靈活擴展。集成成熟的工業控制、邊緣計算、協議轉換等行業應用，并與捷運系統云平臺深度融合，實現云邊端協同。

圖3 云-邊-端協同架構

協同內容如下：

（1）資源協同

ECC提供計算、存儲、網絡、虛擬化等基礎設施資源，具有本地資源調度管理能力，也接收并執行云端的資源調度管理策略；云端則提供資源調度管理策略，包括邊緣端的設備管理、資源管理以及網絡連接管理。

（2）管理協同

ECC提供應用部署與運行環境，并對本節點應用的生命周期進行管理；云端實現對全部邊緣節點應用的全生命周期管理，包括應用的推送、安裝、卸載、更新、監控及日志等。

（3）數據協同

ECC負責終端設備數據的收集，并對數據進行初步處理與分析，然后將處理后的數據發送至云端；云端對海量的數據進行存儲、分析與價值挖掘。

（4）服務協同

云端進行大數據的存儲，利用大數據分析和機器學習建立模型；云端將訓練的模型通過云邊通道同步到邊緣側ECC，在ECC中進行計算，實現設備的控制輸出；云端根據設備的運行情況，持續優化模型。

ECC承載工業實時控制、智能診斷、數據分析等多類邊緣智能應用，具備如下功能：

（1）工業控制

ECC除自身應用程序軟件外，承載和利時自主的MACS-SCADA4.0工業控制程序，完全集成PLC功能。提供容量更大、速度更快的多種現場工業總線。實現對車站風機、水泵、動照、PSCADA等系統的工業控制功能，實現對各類溫濕度傳感器、氣體傳感器的信息采集功能。

（2）數據接入

ECC通過靈活的硬件配置的方式，完全集成前端處理器FEP（Front End Processor）。通過部署FEP服務，實現現場數據接入（FEP）服務采用跨平臺設計，實現現場數據接入功能。結合數據交互、協議轉換等功能，實現與車站能管表計、電氣火災主機、感溫光纖主機、站臺門控制盤、站臺門運維工作站、弱電綜合UPS、車載數據落地接收等設備和系統接口。

（3）邊緣計算

ECC搭載輕量級、低延時、高效的AI算法，并針對捷運系統不同系統，不同應用場景，實現個性化、泛在化的智能應用服務，為邊緣側賦能。ECC除支撐常規數據采集功能外，可以通過高頻數據采集模塊實現毫秒級的對現場設備傳感器的高頻數據采樣，并擴展APU模塊增強邊緣計算能力，支撐風機、水泵、站臺門、蓄電池、車輛等設備的智能設備診斷、故障預測等各類應用。

（4）物聯網絡

ECC通過基于工業以太網的標準多種開放協議，通過自研時隙分配和管理軟件，實現時隙的分配、節點的管理、數據的收發、實時數據的獲取/交互、非實時數據的獲取/交互等功能，通過以上通信方式可實現ECC與現場設備、云端的無縫連接。完全滿足現場高實時性的數據傳輸要求。

（5）本地顯示

ECC通過集成的本地顯示功能，就地搭建組態、調試環境，可在本地實現實時數據監控等功能，方便現場維護工作。

（6）信息安全

ECC提供車站級計算、存儲和網絡資源，低延時傳輸，ECC采用和利時成熟的信息安全方案，將IT技術引入到工業生產層面，滿足捷運系統在車站邊緣側可靠性、安全性的信息安全要求。

依托于云邊端協同架構，捷運系統首創運營生產與運維管理融合共建的集約化平臺建設方案，實現非安全網和安全網兩張感知網中設備數據的采集與融合。捷運系統在T3A、T3B各部署4套邊緣智能控制器，在邊緣側實現BAS實時控制、高頻數據采集、外專業接口及站臺門、風機、水泵等重點設備的智能診斷。捷運系統架構圖如下：

圖4 ECC捷運系統架構圖（單車站示例）

邊緣智能控制器通過虛機、容器兩級虛擬化承載多種實時、非實時的業務應用。其中，開放側系統部署的容器應用由中心云平臺統一進行配置管理。T3A/T3B虛擬化配置見表1。

表1 T3A/T3B虛擬化配置表

3 項目創新

從民航捷運系統發展至今來看，捷運系統相比城市軌道交通系統具備如下特點：

（1）站點規模少、終端設備多、存在與航站樓共用的多類設備；

（2）捷運系統接口多，特別是對民航各個部門，捷運系統的需要與多個民航管理部門、運營部門存在接口，并且需為各個部門提供不同的數據結果使用；

（3）7×24小時不間斷運行；

（4）運營生產與運營維護相對獨立，并沒有相互融合。

結合捷運系統建設要求、運營運維特點與管理需求，充分將ECC的產品特性最大化，捷運系統采用如下創新點以及解決思路：

（1）將運營生產與運營維護通過ECC提供的多協議接口模塊，進行數據匯總，打通數據壁壘，滿足各類設備接入。

（2）通過ECC的強大的PLC、FEP等功能，做到硬件資源節約，投資優化。實現高可靠性、高實時性、高安全性的嵌入式虛擬化技術。通過自研的虛擬化平臺，可實現毫秒級調度控制，并虛擬化為多個大型PLC或多個智能診斷器；多種異構的工業網絡的接入，高頻數據、TSN網絡接入；開放的符合工業級低代碼二次開發環境；內置的智能診斷算法；內置安全芯片，搭載全方位的信息安全防御技術，使得整個邊緣智能控制平臺可信啟動、可信計算。

（3）工業級實時、時序大數據分析和共享，低代碼開發工具共享。研究工業設備實時、時序數據融合與數據治理及提供工業級PaaS開發環境。

（4）基于工業互聯網平臺、邊緣控制云節點，為各專業設備提供邊緣層的通用智能控制與診斷平臺，實現邊緣層泛在化接入，智能化計算，預測性診斷，真正實現診斷模型云層訓練、邊層執行、端層賦能的云邊端協同。

（5）結合ECC具備的虛擬化技術實現業務系統的邊端部署和降級應用，既滿足就地運維需要，同時可通網絡，為多部門、多業務提供滿足需求的運維數據。

4 項目效益分析

捷運系統ECC基于智能城軌綜合業務平臺綜合承載中央調度系統、智能運維系統兩大核心業務系統，將滿足ATS、ISCS、BAS、PSCADA等多專業運營生產需求的中央調度系統與滿足ISCS、通信系統、供電系統、信號系統、車輛系統、環控系統、給排水系統、綜合蓄電池系統、站臺門系統、道岔系統、綜合網管系統的多系統智能運維需求的智能運維系統相結合，實現集中管理、集約監控，智能運維、智能診斷運維等特點，從而節省機房空間，減少接口數量和調試工作量，降低建設運維成本。

（1）減少投資成本：創新性地提出運營生產與運維管理“云-邊-端”三層全覆蓋的融合共建模式，中心基于城軌云與大數據平臺建設，邊緣通過邊緣控制云節點整合各專業服務器、控制器、診斷器及接入網絡。這種多專業融合的集約化建設模式，相較以往運營系統與運維系統孤立建設、各系統運維設備及網絡孤立搭建的傳統建設模式，可整體降低投資建設成本約20%。

（2）節省機房空間：由于整合了多專業的硬件設施，可減少車站有限的機房空間的占用。單機電專業，通過邊緣控制云節點、邊緣云節點集成站臺門、風機、水泵、蓄電池等子專業的診斷器、服務器，單站可至少減少5面機柜的物理空間。故可整體節省機房空間占用約15%。

（3）提升運維效率：通過ECC，實現在云邊端各層整合了原先各專業孤立的運維系統，可實現全系統統一終端運維。同時，通過設備故障預測與健康管理研究的深入，將相關診斷模型部署在ECC上，可從傳統設備計劃修、故障修運維模式轉向更精準有效的設備狀態修模型，進而減少不必要的運維人員投入。故可提升運維整體效率25%以上。

（4）提升開發效率：根據本項目各專業特點，ECC通過除滿足和利時自身業務需求外，還可以為業務廠家和業務專家快速實現智能運維應用的部署，可將新型應用的開發效率提升25%以上。

5 項目意義

ECC在重慶江北國際機場旅客捷運系統的成功應用，叩開了工業互聯網在民航捷運系統以及城軌行業應用的大門，促進了工業互聯網平臺、城軌云平臺、邊緣云平臺、四型機場的融合發展，為后續民航捷運工程、城市軌道交通工程的建設提供了借鑒參考。

“十四五”時期是民航機場科技創新、以技術引領發展的關鍵時期。和利時緊密圍繞“四型機場”建設主旨，充分融入重慶機場五期擴建工程，實現以捷運建設助推重慶機場建設高質量發展。即將捷運系統項目打造成智慧、綠色、安全、舒適的行業亮點工程，同時推進智慧交通行業高質量、可持續發展！

摘自《自動化博覽》2022年12月刊