★北京和利时系统工程有限公司柴军，祝德昱

1 项目背景

重庆江北国际机场旅客捷运系统（以下简称：捷运系统）承担T3A航站楼至T3B航站楼之间的旅客和工作人员的运送任务。全线均采用地下敷设方式，线路全长约2.353km（双线），设置T3A航站楼站、T3B航站楼站、运维中心各一座。列车为具备超级电容的跨座式单轨车体。全线采用GoA4级别的全自动无人驾驶系统。

图1重庆江北国际机场旅客捷运系统线路示意图

结合捷运系统项目定位、航站楼车站无人值守功能、多专业综合管控、多专业智慧运维等功能需求，北京和利时系统工程有限公司（以下简称：和利时）为捷运系统量身打造基于智能城轨综合业务平台的捷运系统工业互联网云平台，在车站、运维中心设置边缘控制云节点（Edge Control Center，简称ECC），满足ATS、ISCS、BAS、PSCADA等多专业运营生产需求的中央调度系统与满足ISCS、通信系统、供电系统、信号系统、车辆系统、环控系统、给排水系统、综合蓄电池系统、站台门系统、道岔系统、综合网管系统的多专业智能运维系统相结合，进而“云-边-端”相依而生，协同运作，实现资源协同、管理协同、数据协同、服务协同的智慧交通一体化解决方案。

2 边缘控制云节点（ECC）功能及应用介绍

ECC是以紧凑的工业尺寸，融合工业控制、边缘计算、边云协同、物联网络、信息安全、本地显示、信息安全等核心能力于一体的边缘智能计算控制平台。

图2 ECC产品介绍

ECC通过工业级无风扇设计搭载高性能多核CPU，支持USB2.0、USB3.0、DisplayPort++、以太网等多种外设接口，支持多种存储介质扩容的工业级边缘智能计算控制硬件设备。依托虚拟化技术，可将ECC划分为工业控制、边缘计算等不同业务系统，灵活划分各业务系统的硬件资源、外设，使得各系统安全隔离、灵活扩展。集成成熟的工业控制、边缘计算、协议转换等行业应用，并与捷运系统云平台深度融合，实现云边端协同。

图3 云-边-端协同架构

协同内容如下：

（1）资源协同

ECC提供计算、存储、网络、虚拟化等基础设施资源，具有本地资源调度管理能力，也接收并执行云端的资源调度管理策略；云端则提供资源调度管理策略，包括边缘端的设备管理、资源管理以及网络连接管理。

（2）管理协同

ECC提供应用部署与运行环境，并对本节点应用的生命周期进行管理；云端实现对全部边缘节点应用的全生命周期管理，包括应用的推送、安装、卸载、更新、监控及日志等。

（3）数据协同

ECC负责终端设备数据的收集，并对数据进行初步处理与分析，然后将处理后的数据发送至云端；云端对海量的数据进行存储、分析与价值挖掘。

（4）服务协同

云端进行大数据的存储，利用大数据分析和机器学习建立模型；云端将训练的模型通过云边通道同步到边缘侧ECC，在ECC中进行计算，实现设备的控制输出；云端根据设备的运行情况，持续优化模型。

ECC承载工业实时控制、智能诊断、数据分析等多类边缘智能应用，具备如下功能：

（1）工业控制

ECC除自身应用程序软件外，承载和利时自主的MACS-SCADA4.0工业控制程序，完全集成PLC功能。提供容量更大、速度更快的多种现场工业总线。实现对车站风机、水泵、动照、PSCADA等系统的工业控制功能，实现对各类温湿度传感器、气体传感器的信息采集功能。

（2）数据接入

ECC通过灵活的硬件配置的方式，完全集成前端处理器FEP（Front End Processor）。通过部署FEP服务，实现现场数据接入（FEP）服务采用跨平台设计，实现现场数据接入功能。结合数据交互、协议转换等功能，实现与车站能管表计、电气火灾主机、感温光纤主机、站台门控制盘、站台门运维工作站、弱电综合UPS、车载数据落地接收等设备和系统接口。

（3）边缘计算

ECC搭载轻量级、低延时、高效的AI算法，并针对捷运系统不同系统，不同应用场景，实现个性化、泛在化的智能应用服务，为边缘侧赋能。ECC除支撑常规数据采集功能外，可以通过高频数据采集模块实现毫秒级的对现场设备传感器的高频数据采样，并扩展APU模块增强边缘计算能力，支撑风机、水泵、站台门、蓄电池、车辆等设备的智能设备诊断、故障预测等各类应用。

（4）物联网络

ECC通过基于工业以太网的标准多种开放协议，通过自研时隙分配和管理软件，实现时隙的分配、节点的管理、数据的收发、实时数据的获取/交互、非实时数据的获取/交互等功能，通过以上通信方式可实现ECC与现场设备、云端的无缝连接。完全满足现场高实时性的数据传输要求。

（5）本地显示

ECC通过集成的本地显示功能，就地搭建组态、调试环境，可在本地实现实时数据监控等功能，方便现场维护工作。

（6）信息安全

ECC提供车站级计算、存储和网络资源，低延时传输，ECC采用和利时成熟的信息安全方案，将IT技术引入到工业生产层面，满足捷运系统在车站边缘侧可靠性、安全性的信息安全要求。

依托于云边端协同架构，捷运系统首创运营生产与运维管理融合共建的集约化平台建设方案，实现非安全网和安全网两张感知网中设备数据的采集与融合。捷运系统在T3A、T3B各部署4套边缘智能控制器，在边缘侧实现BAS实时控制、高频数据采集、外专业接口及站台门、风机、水泵等重点设备的智能诊断。捷运系统架构图如下：

图4 ECC捷运系统架构图（单车站示例）

边缘智能控制器通过虚机、容器两级虚拟化承载多种实时、非实时的业务应用。其中，开放侧系统部署的容器应用由中心云平台统一进行配置管理。T3A/T3B虚拟化配置见表1。

表1 T3A/T3B虚拟化配置表

3 项目创新

从民航捷运系统发展至今来看，捷运系统相比城市轨道交通系统具备如下特点：

（1）站点规模少、终端设备多、存在与航站楼共用的多类设备；

（2）捷运系统接口多，特别是对民航各个部门，捷运系统的需要与多个民航管理部门、运营部门存在接口，并且需为各个部门提供不同的数据结果使用；

（3）7×24小时不间断运行；

（4）运营生产与运营维护相对独立，并没有相互融合。

结合捷运系统建设要求、运营运维特点与管理需求，充分将ECC的产品特性最大化，捷运系统采用如下创新点以及解决思路：

（1）将运营生产与运营维护通过ECC提供的多协议接口模块，进行数据汇总，打通数据壁垒，满足各类设备接入。

（2）通过ECC的强大的PLC、FEP等功能，做到硬件资源节约，投资优化。实现高可靠性、高实时性、高安全性的嵌入式虚拟化技术。通过自研的虚拟化平台，可实现毫秒级调度控制，并虚拟化为多个大型PLC或多个智能诊断器；多种异构的工业网络的接入，高频数据、TSN网络接入；开放的符合工业级低代码二次开发环境；内置的智能诊断算法；内置安全芯片，搭载全方位的信息安全防御技术，使得整个边缘智能控制平台可信启动、可信计算。

（3）工业级实时、时序大数据分析和共享，低代码开发工具共享。研究工业设备实时、时序数据融合与数据治理及提供工业级PaaS开发环境。

（4）基于工业互联网平台、边缘控制云节点，为各专业设备提供边缘层的通用智能控制与诊断平台，实现边缘层泛在化接入，智能化计算，预测性诊断，真正实现诊断模型云层训练、边层执行、端层赋能的云边端协同。

（5）结合ECC具备的虚拟化技术实现业务系统的边端部署和降级应用，既满足就地运维需要，同时可通网络，为多部门、多业务提供满足需求的运维数据。

4 项目效益分析

捷运系统ECC基于智能城轨综合业务平台综合承载中央调度系统、智能运维系统两大核心业务系统，将满足ATS、ISCS、BAS、PSCADA等多专业运营生产需求的中央调度系统与满足ISCS、通信系统、供电系统、信号系统、车辆系统、环控系统、给排水系统、综合蓄电池系统、站台门系统、道岔系统、综合网管系统的多系统智能运维需求的智能运维系统相结合，实现集中管理、集约监控，智能运维、智能诊断运维等特点，从而节省机房空间，减少接口数量和调试工作量，降低建设运维成本。

（1）减少投资成本：创新性地提出运营生产与运维管理“云-边-端”三层全覆盖的融合共建模式，中心基于城轨云与大数据平台建设，边缘通过边缘控制云节点整合各专业服务器、控制器、诊断器及接入网络。这种多专业融合的集约化建设模式，相较以往运营系统与运维系统孤立建设、各系统运维设备及网络孤立搭建的传统建设模式，可整体降低投资建设成本约20%。

（2）节省机房空间：由于整合了多专业的硬件设施，可减少车站有限的机房空间的占用。单机电专业，通过边缘控制云节点、边缘云节点集成站台门、风机、水泵、蓄电池等子专业的诊断器、服务器，单站可至少减少5面机柜的物理空间。故可整体节省机房空间占用约15%。

（3）提升运维效率：通过ECC，实现在云边端各层整合了原先各专业孤立的运维系统，可实现全系统统一终端运维。同时，通过设备故障预测与健康管理研究的深入，将相关诊断模型部署在ECC上，可从传统设备计划修、故障修运维模式转向更精准有效的设备状态修模型，进而减少不必要的运维人员投入。故可提升运维整体效率25%以上。

（4）提升开发效率：根据本项目各专业特点，ECC通过除满足和利时自身业务需求外，还可以为业务厂家和业务专家快速实现智能运维应用的部署，可将新型应用的开发效率提升25%以上。

5 项目意义

ECC在重庆江北国际机场旅客捷运系统的成功应用，叩开了工业互联网在民航捷运系统以及城轨行业应用的大门，促进了工业互联网平台、城轨云平台、边缘云平台、四型机场的融合发展，为后续民航捷运工程、城市轨道交通工程的建设提供了借鉴参考。

“十四五”时期是民航机场科技创新、以技术引领发展的关键时期。和利时紧密围绕“四型机场”建设主旨，充分融入重庆机场五期扩建工程，实现以捷运建设助推重庆机场建设高质量发展。即将捷运系统项目打造成智慧、绿色、安全、舒适的行业亮点工程，同时推进智慧交通行业高质量、可持续发展！

摘自《自动化博览》2022年12月刊