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地铁智控进化:和利时推出基于工业互联网的新型城轨集成平台

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和利时近期推出了一些智慧地铁新技术与解决方案。控制类的信号系统领域-和利时推出四网融合的信号系统解决方案。所谓四网就是我们的地铁、市域铁路、城际铁路,还有干线铁路(高铁、普铁),目前这四个轨道交通制式的信号控制是不一样的,和利时提出四网融合的信号理念。我们现在的信号系统设备比较分散,比如地面分成了联锁、ZC等,分散造成了维护点比较多,接口增多,造成故障可能增加,所以和利时提出信号系统集成一体化方案,把地面、车载相关设备分别集成在一个平台上,减少接口,增加可靠性,提高安全性。再一个是基于主动控制的列车控制系统,也就是俗称的基于“车车通信”的信号,通俗来讲将来由车根据前面列车情况来自主判断决策采取最优化的控制,而地面就变成了辅助。在目前提的比较火的“智慧地铁”方面,和利时为此也做了很长期的准备。目前不管地铁也好,其他轨道交通制式也好,所有的系统都是分立的,像信号系统、综合监控系统、PIS等等,要实现他们之间的信息交互,存在很多障碍,数据比较分散。我们现在新集成平台提供一个“容器化”的概念,所有的系统经过虚拟化后,微服务化后集成到我们这个平台里面去。带来的好处是统一的数据存储与管理,为日后智慧地铁的各种运用打下一个基础,这也是符合智慧地铁所提出的基于云--端的体系架构。

和利时推出基于工业互联网的新型城轨集成平台,塑造以城轨信息模型为核心的平台能力,实现基于统一数据共享的业务流程,进而实现联合竞争和共同发展,提高城轨核心竞争力,高效实现城轨智慧应用。和利时综合智能运维解决方案,涵盖智慧车站管理系统、智慧运维监测系统、智慧调度决策系统等,可实现智能互联、智能可视化、智能检修和智能计划,打造轨道交通智慧运维新前景。 

5G、人工智能、物联网、云计算、大数据等技术发展的驱动下,轨道交通智能控制行业面临的挑战来自几个方面,轨道交通是一个传统行业,但是又承担着旅客运输这样一个很重要的安全任务和职责,所以在某种程度上对新技术应用有一定的顾虑,但对于5G、大数据等新一代技术给轨道交通带来管理理念上的冲击,对于管理对于运营会带来一种观念上的变革。

第二方面,这些新技术的运用如何发挥它的功能或达到预期目标,这也是一种挑战。现在新技术投资都比较大,上云也好,上新算法也好,上工业互联网新集成平台也好,如何最大程度上发掘这些新技术的价值来匹配我们运营维护的需求。

第三方面,各厂家都在推出 “智慧地铁”概念的产品或解决方案,但是没有一个统一的标准,无法清晰定义,具体如何操作,各个厂家、地铁运营、建设单位也都处于摸索阶段,我们也要携手同行、业主、专家们共同研发出适用于轨道交通领域的产品、技术、解决方案,更好地服务用户。

近年来,和利时始终致力于轨道交通运行控制技术的创新研究,结合新技术、新需求,加大基础研发,突破支撑关键技术,在“智能控制、智慧管理、自主可控、安全可信”战略指导方针下构建轨道交通新业态,并取得了一定的科技成果。

例如,和利时融合物联网、云计算、大数据等新一代信息技术,推出基于城轨云平台的综合监控系统,并成功应用于呼和浩特地铁12号线及深圳地铁6号线。基于城轨云平台的综合监控系统具有车站、线网两级硬件部署,可对客流量、环境、能耗、设备稳定运行等进行智能分析,实现对供电、环控等二十余项专业子系统的智能化集成监控,以保障系统间的快速联动和应急处置。与传统综合监控系统相比,现有系统可靠性、可维护性、可扩展性大幅提高,为地铁的安全、稳定运行提供了更为牢固的保障。

同时,和利时以云、人工智能、大数据等智能技术为手段,研发了综合智能运维解决方案,可实现智能互联、智能可视化、智能检修和智能计划,打造轨道交通智慧运维新前景。该方案是一体化管理平台,使用一套系统实现对运维管理多维度的高效统一管理;通过自动、实时、全面透彻的感知,强调物与物、人与物、人与人的全面互联、互通、互动,处置由事后向事前预警预测转移,实现预测维修管理模式落地,目前正在深圳等地铁线路及预研项目上推广应用。

通过智能化技术为城轨建设赋能,以城轨云为代表的城轨信息化成为智慧城轨建设的重要着力点,目前城轨云建设存在的问题第一个瓶颈是目前城轨云建设仅使用了云计算的IaaS层,即只是实现硬件资源方面共享,包括计算、存储、网络等,各业务系统的架构没有变化,各业务软件以虚拟机的方式部署在云平台中,大多是单体应用,随着功能越来越多,应用越发庞大,升级维护越发复杂,影响范围广,风险高;第二个瓶颈是各业务软件及数据是分立的,业务和流程这块是没有打通的,为满足数据访问的需求,各业务系统相互之间接口繁多,呈网状,接口协议多样,导致同一协议不同厂家重复开发,成本高,车站控制设备的管控及智能化不足,没有提供可重复使用的城轨服务,无法深度挖掘数据的价值,如何快速响应智慧地铁应用功能快速迭代的要求也是一个瓶颈。

和利时基于工业互联网的新型城轨集成平台构架、落地方案与系统亮点是和利时工业互联网的新型城轨集成平台的架构主要包括两大体系,四个层面。两大体系包括标准规范体系和安全防护体系,四个层面包括边缘层、IaaS层、城轨PaaS层、城轨应用层。边缘层实现城轨现场设备的通信连接、协议转换、数据采集、数据处理,并提供城轨边缘智能服务;IaaS层提供平台运行所需的基础设施,包括计算、存储、网络等资源;城轨PaaS层一方面提供数据处理、数据共享、数据分析等数据管理能力,另一方面将城轨建设、运营过程中的技术、经验、知识等固化为可重复使用的微服务组件,第三方面提供统一的开发运管工具,帮助城轨各业务厂家快速构建智慧应用;城轨应用层是城轨各业务厂家基于城轨PaaS层定制化独特的高品质应用。

基于工业互联网的新型城轨集成平台的智能城轨系统,其应用架构与传统架构相比有很大的不同,结合各地法律法规的要求,及各系统自身的特点,建议在落地时将业务应用的改造分为三个阶段,业务云化、部分业务微服务化、全部业务微服务化。可以先将PSCADA\BAS等业务系统基于平台进行微服务化改造,然后再将通信专业系统进行微服务化改造,最后实现信号等其他专业的微服务化改造,进而实现城轨业务全面的微服务化。

平台的亮点主要包括:

我们做的是用于城轨生产调度系统,具有工控品质要求的一个平台。

第一个亮点,具备工业级的品质,主要体现在我们的可靠性可用性可维护性安全性,完全符合城轨各系统RAMS指标及性能要求;

第二点,和利时的平台是“懂业务”的平台,在业务中台里提供了适用于城轨业务的服务及数据

第三点,和利时研发的是一个开放的平台,定义框架及标准规范,特别通用的功能会开放出来,希望各个厂家也按数据接口规范服务接口规范来做,优化城轨业务流程,实现基于统一数据共享的业务流程,具备完备的城轨通用服务能力,提高城轨核心竞争力,依托统一的开发运行环境,高效实现城轨智慧应用,支撑打造城轨生态圈,实现联合竞争和共同发展;

第四点,具备后发优势,应用比较先进的一些技术,该平台是一个端--云协同一体化的平台,采用了“容器化”技术,比传统虚拟化的资源占用率能降低10-20%左右。

和利时提出边缘智能在轨道交通设备实时监控等地铁细分场景下的应用,目前取得的进展、面临的挑战与未来展望有车站级智能控制的功能承载的底座典型的应用场景,比如车站里的环控,节能,要采集非常多的数据,对变量通过复杂算法在车站产线级做计算,再如现在做设备诊断,电扶梯等一些车站设备,需要做现场采集,和协议的转化,还需要做复杂的计算,计算完成后再把结果输出到现场控制器去,同时把一些初步诊断数据发送到云端去,整个线路或线网的统计学习完了以后的模型下载下来,再在边缘控制器上做实施。

再具体的场景如,原来车站环控系统已有是BASMCC,现在要加上智慧节能,需要三套PLC,建设及运维成本大,车站设备机房面积很有限,很难再加设备上去,通过边缘智能控制器,提供远超PLC的算力,同时提供虚拟化,保证各系统应用功能调试的独立性。

需要强大边缘端计算能力及网络接入能力的智能诊断系统典型的应用场景:如电扶梯诊断系统,每个扶梯需采集20多个振动传感器,采集频率大于10KHZ,同时进行复杂的信号处理与诊断。每部扶梯占用的网络带宽接近50M,需要在边缘端实时计算。同时服务器不具备高速采样功能,常规的PLC计算能力远低于要求。和利时推出的边缘智能控制器具备高速采样及智能计算能力,可以满足这类的需求场景,还可实现云-边协同。