★北京和利時(shí)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(chǎng)旅客捷運系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：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(wù)。全線(xiàn)均采用地下敷設方式，線(xiàn)路全長(cháng)約2.353km（雙線(xiàn)），設置T3A航站樓站、T3B航站樓站、運維中心各一座。列車(chē)為具備超級電容的跨座式單軌車(chē)體。全線(xiàn)采用GoA4級別的全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統。

圖1重慶江北國際機場(chǎng)旅客捷運系統線(xiàn)路示意圖

結合捷運系統項目定位、航站樓車(chē)站無(wú)人值守功能、多專(zhuān)業(yè)綜合管控、多專(zhuān)業(yè)智慧運維等功能需求，北京和利時(shí)系統工程有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：和利時(shí)）為捷運系統量身打造基于智能城軌綜合業(yè)務(wù)平臺的捷運系統工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺，在車(chē)站、運維中心設置邊緣控制云節點(diǎn)（Edge Control Center，簡(jiǎn)稱(chēng)ECC），滿(mǎn)足ATS、ISCS、BAS、PSCADA等多專(zhuān)業(yè)運營(yíng)生產(chǎn)需求的中央調度系統與滿(mǎn)足ISCS、通信系統、供電系統、信號系統、車(chē)輛系統、環(huán)控系統、給排水系統、綜合蓄電池系統、站臺門(mén)系統、道岔系統、綜合網(wǎng)管系統的多專(zhuān)業(yè)智能運維系統相結合，進(jìn)而“云-邊-端”相依而生，協(xié)同運作，實(shí)現資源協(xié)同、管理協(xié)同、數據協(xié)同、服務(wù)協(xié)同的智慧交通一體化解決方案。

2 邊緣控制云節點(diǎn)（ECC）功能及應用介紹

ECC是以緊湊的工業(yè)尺寸，融合工業(yè)控制、邊緣計算、邊云協(xié)同、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò )、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(chǎn)品介紹

ECC通過(guò)工業(yè)級無(wú)風(fēng)扇設計搭載高性能多核CPU，支持USB2.0、USB3.0、DisplayPort++、以太網(wǎng)等多種外設接口，支持多種存儲介質(zhì)擴容的工業(yè)級邊緣智能計算控制硬件設備。依托虛擬化技術(shù)，可將ECC劃分為工業(yè)控制、邊緣計算等不同業(yè)務(wù)系統，靈活劃分各業(yè)務(wù)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(yè)控制、邊緣計算、協(xié)議轉換等行業(yè)應用，并與捷運系統云平臺深度融合，實(shí)現云邊端協(xié)同。

圖3 云-邊-端協(xié)同架構

協(xié)同內容如下：

（1）資源協(xié)同

ECC提供計算、存儲、網(wǎng)絡(luò )、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(wǎng)絡(luò )連接管理。

（2）管理協(xié)同

ECC提供應用部署與運行環(huán)境，并對本節點(diǎn)應用的生命周期進(jìn)行管理；云端實(shí)現對全部邊緣節點(diǎn)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(xié)同

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

（4）服務(wù)協(xié)同

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

ECC承載工業(yè)實(shí)時(shí)控制、智能診斷、數據分析等多類(lèi)邊緣智能應用，具備如下功能：

（1）工業(yè)控制

ECC除自身應用程序軟件外，承載和利時(shí)自主的MACS-SCADA4.0工業(yè)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(chǎng)工業(yè)總線(xiàn)。實(shí)現對車(chē)站風(fēng)機、水泵、動(dòng)照、PSCADA等系統的工業(yè)控制功能，實(shí)現對各類(lèi)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(guò)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(guò)部署FEP服務(wù)，實(shí)現現場(chǎng)數據接入（FEP）服務(wù)采用跨平臺設計，實(shí)現現場(chǎng)數據接入功能。結合數據交互、協(xié)議轉換等功能，實(shí)現與車(chē)站能管表計、電氣火災主機、感溫光纖主機、站臺門(mén)控制盤(pán)、站臺門(mén)運維工作站、弱電綜合UPS、車(chē)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(shí)、高效的AI算法，并針對捷運系統不同系統，不同應用場(chǎng)景，實(shí)現個(gè)性化、泛在化的智能應用服務(wù)，為邊緣側賦能。ECC除支撐常規數據采集功能外，可以通過(guò)高頻數據采集模塊實(shí)現毫秒級的對現場(chǎng)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(fēng)機、水泵、站臺門(mén)、蓄電池、車(chē)輛等設備的智能設備診斷、故障預測等各類(lèi)應用。

（4）物聯(lián)網(wǎng)絡(luò )

ECC通過(guò)基于工業(yè)以太網(wǎng)的標準多種開(kāi)放協(xié)議，通過(guò)自研時(shí)隙分配和管理軟件，實(shí)現時(shí)隙的分配、節點(diǎn)的管理、數據的收發(fā)、實(shí)時(shí)數據的獲取/交互、非實(shí)時(shí)數據的獲取/交互等功能，通過(guò)以上通信方式可實(shí)現ECC與現場(chǎng)設備、云端的無(wú)縫連接。完全滿(mǎn)足現場(chǎng)高實(shí)時(shí)性的數據傳輸要求。

（5）本地顯示

ECC通過(guò)集成的本地顯示功能，就地搭建組態(tài)、調試環(huán)境，可在本地實(shí)現實(shí)時(shí)數據監控等功能，方便現場(chǎng)維護工作。

（6）信息安全

ECC提供車(chē)站級計算、存儲和網(wǎng)絡(luò )資源，低延時(shí)傳輸，ECC采用和利時(shí)成熟的信息安全方案，將IT技術(shù)引入到工業(yè)生產(chǎn)層面，滿(mǎn)足捷運系統在車(chē)站邊緣側可靠性、安全性的信息安全要求。

依托于云邊端協(xié)同架構，捷運系統首創(chuàng )運營(yíng)生產(chǎn)與運維管理融合共建的集約化平臺建設方案，實(shí)現非安全網(wǎng)和安全網(wǎng)兩張感知網(wǎng)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(shí)現BAS實(shí)時(shí)控制、高頻數據采集、外專(zhuān)業(yè)接口及站臺門(mén)、風(fēng)機、水泵等重點(diǎn)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(chē)站示例）

邊緣智能控制器通過(guò)虛機、容器兩級虛擬化承載多種實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)應用。其中，開(kāi)放側系統部署的容器應用由中心云平臺統一進(jìn)行配置管理。T3A/T3B虛擬化配置見(jiàn)表1。

表1 T3A/T3B虛擬化配置表

3 項目創(chuàng )新

從民航捷運系統發(fā)展至今來(lái)看，捷運系統相比城市軌道交通系統具備如下特點(diǎn)：

（1）站點(diǎn)規模少、終端設備多、存在與航站樓共用的多類(lèi)設備；

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

（3）7×24小時(shí)不間斷運行；

（4）運營(yíng)生產(chǎn)與運營(yíng)維護相對獨立，并沒(méi)有相互融合。

結合捷運系統建設要求、運營(yíng)運維特點(diǎn)與管理需求，充分將ECC的產(chǎn)品特性最大化，捷運系統采用如下創(chuàng )新點(diǎn)以及解決思路：

（1）將運營(yíng)生產(chǎn)與運營(yíng)維護通過(guò)ECC提供的多協(xié)議接口模塊，進(jìn)行數據匯總，打通數據壁壘，滿(mǎn)足各類(lèi)設備接入。

（2）通過(guò)ECC的強大的PLC、FEP等功能，做到硬件資源節約，投資優(yōu)化。實(shí)現高可靠性、高實(shí)時(shí)性、高安全性的嵌入式虛擬化技術(shù)。通過(guò)自研的虛擬化平臺，可實(shí)現毫秒級調度控制，并虛擬化為多個(gè)大型PLC或多個(gè)智能診斷器；多種異構的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的接入，高頻數據、TSN網(wǎng)絡(luò )接入；開(kāi)放的符合工業(yè)級低代碼二次開(kāi)發(fā)環(huán)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(shù)，使得整個(gè)邊緣智能控制平臺可信啟動(dòng)、可信計算。

（3）工業(yè)級實(shí)時(shí)、時(shí)序大數據分析和共享，低代碼開(kāi)發(fā)工具共享。研究工業(yè)設備實(shí)時(shí)、時(shí)序數據融合與數據治理及提供工業(yè)級PaaS開(kāi)發(fā)環(huán)境。

（4）基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、邊緣控制云節點(diǎn)，為各專(zhuān)業(yè)設備提供邊緣層的通用智能控制與診斷平臺，實(shí)現邊緣層泛在化接入，智能化計算，預測性診斷，真正實(shí)現診斷模型云層訓練、邊層執行、端層賦能的云邊端協(xié)同。

（5）結合ECC具備的虛擬化技術(shù)實(shí)現業(yè)務(wù)系統的邊端部署和降級應用，既滿(mǎn)足就地運維需要，同時(shí)可通網(wǎng)絡(luò )，為多部門(mén)、多業(yè)務(wù)提供滿(mǎn)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(yè)務(wù)平臺綜合承載中央調度系統、智能運維系統兩大核心業(yè)務(wù)系統，將滿(mǎn)足ATS、ISCS、BAS、PSCADA等多專(zhuān)業(yè)運營(yíng)生產(chǎn)需求的中央調度系統與滿(mǎn)足ISCS、通信系統、供電系統、信號系統、車(chē)輛系統、環(huán)控系統、給排水系統、綜合蓄電池系統、站臺門(mén)系統、道岔系統、綜合網(wǎng)管系統的多系統智能運維需求的智能運維系統相結合，實(shí)現集中管理、集約監控，智能運維、智能診斷運維等特點(diǎn)，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(chuàng )新性地提出運營(yíng)生產(chǎn)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(guò)邊緣控制云節點(diǎn)整合各專(zhuān)業(yè)服務(wù)器、控制器、診斷器及接入網(wǎng)絡(luò )。這種多專(zhuān)業(yè)融合的集約化建設模式，相較以往運營(yíng)系統與運維系統孤立建設、各系統運維設備及網(wǎng)絡(luò )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(zhuān)業(yè)的硬件設施，可減少車(chē)站有限的機房空間的占用。單機電專(zhuān)業(yè)，通過(guò)邊緣控制云節點(diǎn)、邊緣云節點(diǎn)集成站臺門(mén)、風(fēng)機、水泵、蓄電池等子專(zhuān)業(yè)的診斷器、服務(wù)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(guò)ECC，實(shí)現在云邊端各層整合了原先各專(zhuān)業(yè)孤立的運維系統，可實(shí)現全系統統一終端運維。同時(shí)，通過(guò)設備故障預測與健康管理研究的深入，將相關(guān)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(tài)修模型，進(jìn)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(kāi)發(fā)效率：根據本項目各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，ECC通過(guò)除滿(mǎn)足和利時(shí)自身業(yè)務(wù)需求外，還可以為業(yè)務(wù)廠(chǎng)家和業(yè)務(wù)專(zhuān)家快速實(shí)現智能運維應用的部署，可將新型應用的開(kāi)發(fā)效率提升25%以上。

5 項目意義

ECC在重慶江北國際機場(chǎng)旅客捷運系統的成功應用，叩開(kāi)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在民航捷運系統以及城軌行業(yè)應用的大門(mén)，促進(jìn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、城軌云平臺、邊緣云平臺、四型機場(chǎng)的融合發(fā)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(shí)期是民航機場(chǎng)科技創(chuàng )新、以技術(shù)引領(lǐng)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。和利時(shí)緊密?chē)@“四型機場(chǎng)”建設主旨，充分融入重慶機場(chǎng)五期擴建工程，實(shí)現以捷運建設助推重慶機場(chǎng)建設高質(zhì)量發(fā)展。即將捷運系統項目打造成智慧、綠色、安全、舒適的行業(yè)亮點(diǎn)工程，同時(shí)推進(jìn)智慧交通行業(yè)高質(zhì)量、可持續發(fā)展！

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年12月刊