1　项目目标和概述

1.1　挑战

针对行业多样化的边缘智能业务场景，运用分布式计算、边缘计算、AI、视频监控、IoT、5G等先进技术，打造具有数字化能力的新型基础设施，增强场景化、数智化能力，将“通信塔”升级为“数字塔”，服务社会各行业的数字化转型。

（1）端云方案弊端

视联业务使用100M云专线，单摄像机500元/月，云存储、网络带宽费用较高；针对实时监控、工业物联等敏感性业务，云端检测并回传数据时延较高；中心云AI推理服务器成本较高；面对高度关注信息安全的场景，要求本地业务自治、视频数据不出园区。

（2）业务不同软硬件需求不同

为适应全国范围内不同业务场景的需求，需针对边缘智能网关产品做差异化功能定制开发，提供不同型号的软硬件产品解决方案；边缘设备计算资源受限，需在有限的计算资源内提升视频编解码和压缩效率；端边设备协议多样，为边缘智能网关在通信协议统一提出挑战。

（3）云平台多标准各异

应用场景的算法来自于不同的厂商和平台，其加载和运行方式各不相同，对边缘智能网关AI算法的部署、管理、适配和授权等方面带来了技术难点；随着行业产品不断丰富，云平台支撑的业务场景逐渐呈现差异化、个性化，同时受限于无线、有线网络差异，对云边协同、远程运维等带来了新的技术问题。

（4）算法框架差异大适配难

当前边缘智能网关存在多种异构硬件产品（瑞芯微、海思、英伟达），不同硬件平台在底层算子支持、计算框架等方面存在较大差异，算法模型需要针对性的移植适配；算法模型在不同的硬件平台适配后，缺少量化精度损失、性能、模型大小等指标对比数据。

（5）需求碎片化开发周期长

随着网关产品系列的不断扩充和迭代，硬件平台由不同厂商提供，功能界面各自独立开发，实现参数配置、状态监控、视频/数据调阅等操作界面和流程的统一，为本项目的一项重要技术挑战；针对不断碎片化的客户需求，如何快速开发边缘侧AI算法应用，如何从POC到商用快速抢占市场，为本项目的另一项新的挑战。

1.2　目标和总体概述

针对行业多样化的边缘智能业务场景，运用分布式计算、边缘计算、AI、视频监控、IoT、5G等先进技术，打造具有数字化能力的新型基础设施，增强场景化、数智化能力，将“通信塔”升级为“数字塔”，服务社会各行业的数字化转型。

（1）分布式边缘计算降低业务服务成本和时延

本地处理，降低数据传输及存储成本；中训边推，降低算力使用成本；边缘计算，降低业务时延，本地处理快速响应。

（2）打造差异化产品竞争力

视频监控+边缘AI+5G特色解决方案；算力卡、射频等硬件模块化设计的边缘智能网关；物联网设备统一接入能力。

（3）快速满足智能化场景需求

差异化的容器化运行时环境及算力编排底座；统一的视频抽帧处理、AI推理和告警上报开发框架；AI算法开发和移植效率提升。

（4）构建多元化的行业云平台对接能力

针对视联及维护业务的平台对接能力；4G/5G无线、WAN有线，HTTP、GB28181、MQTT多协议接入能力。

2　案例介绍

2.1　系统架构

基于边缘智能网关的视频业务系统，在前端摄像机和中心云平台之间增加了具有分布式智能计算能力的边缘层，形成弹性更强的端边云协同架构，支撑行业数字化解决方案。

图1

2.2　硬件平台

采用主板+核心板+通用接口的设计：核心板+主板分离设计，将AI芯片与通用元器件独立布局，屏蔽不同厂商AI芯片对外观结构设计的影响；主要部件采取模块化设计，预留硬盘仓，可按需增减配，提供差异化的硬件产品。

图2

2.3　软件平台

边缘智能网关融合5G网络通信、IoT及视频终端接入、云边协同、运行管理、工具链&SDK等核心能力，为场景化的智能算法和应用的部署运行提供开放的基础软硬件环境，并提供多元化的平台接入能力。

图3

2.4　数据通讯

边缘智能网关常见的网络通信方式包括有线、4G/5G无线、Wi-Fi无线三种，为控制设备成本，因地制宜选择一种或两种适合的传输方式即可，无须配置冗余的通信模组，避免造成资源浪费。

图4

2.5　安全措施

模型加密：通过对称算法（AES128）加密模型，实现模型快速加解密。

模型授权：非对称算法生成授权文件，避免伪造和篡改。模型鉴权：通过磁盘挂载实现容器中的算法模型授权。

提供硬件加解密安全环境：根主密钥可存放于芯片安全存储空间，出厂烧写后无法读取且不可更改。

支持GB35114要求的芯片级SM2、SM3、SM4算法。

支持芯片级RSA2048、DES、AES、SHA256算法。

2.6　灵活部署

根据算法厂家对不同运行时环境的需求，支持基础镜像、完整镜像、独立进程三种部署方式。

图5

2.7　边缘推理引擎和中间件

智能分析是边缘智能网关边缘计算功能的核心部分，它从技术实现上通常包括视频取流、解码、抽帧、预处理、推理、后处理以及编码输出等主要环节。

图6

2.8　异构硬件算法适配

针对AI算法在不同异构硬件平台的边缘智能网关移植工作量较大的问题，通过AI算法移植工具链，提升模型的适配效率，构建边缘模型的评估及版本迭代能力。

图7

2.9　便携式设计

面向施工工地安全监控场景，针对施工人员未戴安全帽、未穿荧光服等情况进行实时监控和违规行为告警。设计拉杆箱式的监控箱，同时满足“收纳态、工作态、运输态”需求，实现“开箱即用，收箱即走”。

图8

2.10　本地部署的数据驾驶舱

边缘智能网关内嵌行业大屏功能，满足客户本地化、私有化部署的需求，实现单个设备即可形成小型自治平台，形成面向石油石化、施工安全、智慧园区、轨道交通等业务场景的行业解决方案。

图9

3　代表性及推广价值

3.1　应用情况和效果

边缘智能网关已在铁塔视联加油站、隧道、铁路、工地、乡镇、社区、园区场景应用。截至2024年7月，涉及河南（3011.95万元）、云南（2270.77万元）、福建（1146.19万元）、贵州（119.14万元）等省行拓对外提供服务落地合同额达6548.05万元，四省已经提供应用证明。

在铁塔智能运维项目，基于有动环监控设备基础上，试点期间获得合同额489.4万元，推进运用6.3万台边缘网关设备，分布式计算节约投资646万/年，网络成本节约1020万/年。

3.2　创新性

（1）降低铁塔视联业务服务成本30%

视频本地处理，降低数据传输及存储成本；本地智能计算，人防向技防升级，降低人力成本；中训边推，分布式边缘计算采用SOC架构NPU芯片，降低算力成本。

（2）缩短智能算法和应用开发、部署时间70%

抽帧中间件，大幅降低视频处理开销；开放推理引擎，容器运行时环境降低应用开发、部署及调试时间；算法适配工具链，缩减不同芯片架构下不同模型移植时间80%。

（3）提升差异化竞争力门槛

多协议设备接入：IPC（ONVIF/RTSP/GB28181）、IoT（Modbus/485）、局域网（Wi-Fi/LAN）；多元化云边协同：AIoT（MQTT）、铁塔运监（IpSec/Http）、算法仓（IEF）、铁塔视联（GB28181级联）。

（4）批量化行业赋能

铁塔视联，20+地市的加油站、隧道、铁路、工地、园区场景赋能；智能运维，运维数智化、精益化管理水平提升。

3.3　技术的示范效应

（1）决策效率提升：模块化硬件设计和开放式软件架构，多平台、多协议兼容性设计，提升了不同行业解决方案选型和决策效率。（2）生产效率提升：通过配套工具链及SDK提升算法模型开发效率70%、部署和运行效率30%。（3）市场相应速度提升：形成了“一套边缘设备即为一个整体解决方案”的商业推广模式，针对不断碎片化的客户需求，能够快速开发边缘侧AI算法应用，支撑POC到商用的快速响应。（4）交付部署速度提升：三种容器运行时框架（基础镜像、完整镜像、独立进程）和智算编排系统，支撑行业算法和应用的快速部署。

3.4　方案成熟性

（1）产品与解决方案：边缘智能网关产品创新成果通过了中国信通院泰尔实验室评估测试，内容包括：产品基本规格、外观结构、网络通信功能、视频接入及处理能力、设备管理功能测试视、音频处理功能、操作系统环境、适应性及电磁兼容性。（2）数据与算法：通过对接铁塔AIoT和视联平台实现算法和数据共享，关键算法准确率提升至95%。（3）可靠性：设计要求边缘智能网关使用寿命不低于5年，MTBF不低于30000小时。（4）耐用性：符合GB/T2423环境适应性要求。（5）安全性：支持芯片级RSA2048、DES、AES、SHA256算法，支持公安部GB35114要求。

3.5　商业价值

（1）河南铁塔：在智慧社区、加油站、施工工地、城市隧道实现规模推广，累计支撑销售额3011.95万元，节省成本529.8万元。

（2）云南铁塔：在智慧边境、边界立体化防控场景中实现规模推广，解决了政法客户边境防控监管不及时、无法取证等实际问题，累计支撑销售额2270.88万元。

（3）福建铁塔：在智慧乡镇、智慧工厂和铁路护路场景中实现规模推广，在驻地网运维、智慧楼宇解决了生产与运营过程中人工监控效率低、处理响应时延长、算控同步、区域系统自治等实际问题，累计支撑销售额1146.19万元，节省成本约20%。

（4）河南智能维护：郑州市分公司代维费用由288.2万元/月下降至257.1万元/月，维护成本下降约10%，节约的维护成本用于增加智能维护后台稽核人员以及通过视频检查基站现场质量人员。

3.6　社会价值

（1）行业数字化转型：支撑中国铁塔变“通信塔”为“数字塔“的战略，提升公司云-边-端整体解决方案的市场竞争力和行业影响力，促进各行业数字化转型。（2）低功耗：基于端边云协同方案，可减少至少90%的网络带宽；4款网关设备满载功率约20-30W，且采用主动散热设计，同配置服务器约200W，对比能耗减少80%以上。（3）低成本：中训边推方案通过低成本边缘推理芯片可节省30%的智算资源；4G/5G流量卡接入公网，平均约为30-50元/月，使用专线的边缘智能设备平均约为500元/月，对比成本减少90%以上。（4）生产效率提升：工具及SDK提升算法模型开发效率70%、部署和运行效率30%。（5）推进信创：边缘智能网关产品主要采用瑞芯微系列SOC芯片，并支持寒武纪算力卡扩展，大力支撑芯片国产化替代战略。

摘自《自动化博览》2025年2月刊