【英特爾】2023中國城市軌道交通交控機白皮書

在新一輪科技革命和產業(yè)變革的浪潮推動下，中國城軌市場將從高速發(fā)展年3月，中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》提出：到2035年，中國智能城市軌道交通進入世界先進智隨著國內城市軌道交通總體規(guī)模的增大，智慧軌道系統(tǒng)的市場規(guī)模也將逐步釋放，智慧化交通工業(yè)控制計算機迎來重要發(fā)展契機。作為城市軌道交通數字化系統(tǒng)的重要組成部分，交控機在軌道安全監(jiān)控和預警系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)(AFC)、乘客信息系統(tǒng)、交通信號系統(tǒng)、交通通信系統(tǒng)、綜合監(jiān)控《中國城市軌道交通交控機白皮書》從利益相關者的視角來展開對于智能城市軌道交通細分場景的闡述，厘清城市軌道交通管理部門、運營企業(yè)、乘客等不同利益相關者的異同需求，意義非凡。此外，白皮書還對當前城市軌道交通交控機面臨的要求與挑戰(zhàn)進行了深入挖掘，以期為設計者提供軌道交通網() 02中國城市軌道交通的數字化、智能化變革 02 02 03 05 052.3.2售檢票系統(tǒng) 06 0603面向未來的中國智能城市軌道交通建設 07 08 09 04面向智能城市軌道交通的交控機產品與方案 4.3集和誠城市軌道交控機—PIS版 05結語 作為城市交通體系的重要組成部分，城市軌道交通在提升通行效率、帶動城市經濟發(fā)展等方面具備重要優(yōu)勢，并成為眾多城市競相推進的建設方向。歷經20余年的高速發(fā)展，我國城市軌道交通取得舉世矚目的成就：線網規(guī)在人工智能(AI)、物聯網、云計算、大數據等技術的驅動下，城市軌道交通開啟了數字化、智慧化轉型的大幕，通過構建智慧檢票系統(tǒng)、智慧安檢系統(tǒng)、智慧交通感知與控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)，城市軌道交通部門能夠強化交通數據的收集、分析與利用，從數據中獲得更深入的洞察，在構建智慧化處理流程、提升交通管理效率與精度的同時，提升基于數據的感知能力，加速構建數字孿生智慧交通體系。這不僅有助于緩解交通擁堵、提升城市軌道交通運行效率，還能夠為更廣泛的乘客提供便利，提升乘客交通工業(yè)控制計算機（以下簡稱：交控機）是城市軌道交通數字化系統(tǒng)的重要組成部分，在軌道安全監(jiān)控和預警系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)(AFC)、乘客信息系統(tǒng)、交通信號系統(tǒng)、交通通信系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)等場景中有著廣泛應用，其通常承擔著數據計算、存儲、轉發(fā)、AI推理等關鍵負載，其性能、穩(wěn)定性、耐用性對于線網運行、售票、檢票、安防等環(huán)節(jié)有著重要020202近年來，中國城市軌道交通實現了快速的增長，其中2018年之前處于高速增長期，自2018年國家發(fā)改委發(fā)布58號文以來，中國城市軌道交通的投資建設逐步進入平緩發(fā)展階段。數據顯示，截至2022年底，中國大陸地區(qū)共有55個城市開通交通（運營線路308條，運營線路總長度10287.45公里。其中，地鐵運營線路8008.17公里，占比77.84%；其他制式城軌在線網規(guī)模和運營線路數量持續(xù)增長的同時，中國城市軌道交通正在逐步擴大在數字化技術方面的投入，以提升自動化、智能化水平。以自動化運行線路為例，中國大陸已經有北京、上海、深圳、廣州、武漢、鄭州、太原等20但同時，中國城市軌道交通在數字化方面仍有眾多不足，如舊線路裝備水平普遍不高，新線路盡管在控制水平方面有所提高，在本白皮書中，我們將以利益相關者(Stakeholder)的視角來展開對于智能城市軌道交通細分場景的闡述。在智能城市軌道交通中，主要的利益相關者為城市軌道交通管理部門、運營企業(yè)、乘客，不同利益相關者的需求各有不同，厘清這些需求有利于門而言，其希望通過數字化轉化轉型的要求包括：經過科學驗證，能夠切實提升交通運行效乘客是城市軌道交通的主要有助于構建更加便利的城市城市軌道交通運營企業(yè)是數字化轉型的經濟性這三個維度：從效率角度而言，通過計算機視覺、自動化控制等技術，能夠提升線路運行、售檢票系統(tǒng)的運行效率，降低擁堵，縮短運營間隔；從安全性而言，通過由計算機視覺、多維傳感等技術賦能的智能安防系統(tǒng)、前方對象檢測等系統(tǒng)，能夠提升軌道交通運行的安全性，實現安全隱患的及時處置；從經濟性而言，通過自動化、智能化流程的實施，有助于降低各項運營成本，03在城市軌道交通數字化系統(tǒng)中，交控機通常部署于邊緣場景，由以下幾個模塊/功能組件構成：計算單元（通常為CPU）、圖?計算單元：能夠在特定的供電、外形、功耗等限制下，提供強大的通用計算能力，同時能夠支撐AI推理等新型負載的高效?圖形單元：承擔多路視頻的采集、解碼、轉發(fā)等負載，并需要具備AI推理的擴展能力。由于城市軌道交通系統(tǒng)交控機在散?網絡單元：提供多個自適應以太網端口?I/O單元：提供多個PCIe、PCH、USB等高速I/O，以及I2C、SPI、eSPI、UART、SDIO、GPIO等低速I/O，支持冗余。?顯示和音頻：提供HDMI/DP/eDP等多種顯示接口支持，并支持高清音頻由于交控機運行環(huán)境較為嚴苛，且需要長時間不間斷運行，因此對于交控機的可靠性、穩(wěn)定性有著尤為嚴格的要求。根據行業(yè)?可在寬溫（如?可在寬溫（如-20℃~+70℃),以及幅度較大的濕度范圍（如10%~97%）下穩(wěn)定運行?可靠性強，平均無故障工作時間(MTBF)通常需要超過100,000小時?CPU、內存、存儲等主要元器件需要達到工業(yè)級的耐用性、可用性，并具備快速恢復的能力這些標準對于交控機的設計帶來了巨大的挑戰(zhàn)：一方面，要滿足上述標準的要求，交控機的關鍵組件需要經過針對性設計，在可靠性、耐用性等方面經過長期檢驗，且整體系統(tǒng)需要經過嚴格的工業(yè)級驗證；另一方面，交控機需要承載大量傳統(tǒng)負載與新04元器件降額：元器件的選擇往往是產品設計的重要一環(huán)。為了提高可靠性，交控機應該選擇更加穩(wěn)定和可靠的元器件。同時，交控機需要對元器件的使用環(huán)境進行分析和評估，針對不同的使用環(huán)境，對元器件的參數進行合理的降額處理，以提高其穩(wěn)定電源信號監(jiān)護：利用系統(tǒng)電源管理芯片，可以時刻看護電源信號的健康狀態(tài)。如果發(fā)現異常，例如供電信號的電壓超過正常值BIOS區(qū)域恢復：BIOS是產品啟動的重要環(huán)節(jié)。一旦因為某種原因，BIOS無法啟動，整個系統(tǒng)將無法啟動和運行。為了解決這個問題，可以利用BIOS的恢復模式修復原有的BIOS或者采用雙BIOS的方案自動切換到備份B內存錯誤檢測：內存錯誤是產品運行中常見的問題，它會導致系統(tǒng)的崩潰和數據丟失。為了規(guī)避內存錯誤的風險，交控機一般能。當BIOS內存初始化代碼通過檢測發(fā)現某個內存通道的內存不可用，它會關閉這個內存通道，并不把該通道對應的內存區(qū)系統(tǒng)溫度監(jiān)控：產品在長時間運行過程中，會產生大量的熱量。如果這些熱量不能快速地散發(fā)并不停地累積，系統(tǒng)的溫度會逐漸升高。當溫度過高時，會對產品的性能，穩(wěn)定性和可靠性均帶來不利影響。為了避免這些問題，可以考慮利用系統(tǒng)電源管理芯片對系統(tǒng)主要區(qū)域進行溫度監(jiān)控，包括處理器，橋片，內存等。當溫度很高時，電源管理芯片可以根據不同的策略采取不同突然斷電保護：突然斷電是產品使用中不可避免的突發(fā)情況。為了降低突然斷電帶來的影響，需要在產品設計上做些特別的處理。除了引入UPS電源之外，在電源設計上做些適當的隔離，例如系統(tǒng)主的電源和RTC(RealTimeClock)供電要做隔離，以USB設備丟失恢復：當產品長時間運行，某些USB設備因為某種原因突然丟失時，可以通過設備占用的USB端口對該設備進02在不同的應用場景中，車載端、路02在不同的應用場景中，車載端、路側端和邊云協(xié)同端對于交控機的性能、功耗組合有著特定的要求。因此，面向城市軌道交通系統(tǒng)的交控機需要實現軟硬件的靈活配置，滿03面向城市軌道交通系統(tǒng)的交控機不僅需要承擔數據采集、壓縮、格式轉換、管理存儲和通訊轉發(fā)等負載，還越來越多地承載了視頻編解碼等圖像處理運算、神經網絡運算等負載，因此交控機不還需要對于圖像處理等關鍵負載05交控機在城市軌道交通中有著廣泛的應用。本白皮書重點從軌道安全監(jiān)控和預警系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)(AFC)和乘客信息系統(tǒng)中的在途監(jiān)控和預警系統(tǒng)交通通信系統(tǒng)車站管理系統(tǒng)無線連接服務器在途監(jiān)控和預警系統(tǒng)交通通信系統(tǒng)車站管理系統(tǒng)視頻錄制和監(jiān)控自動收費車輪檢查乘客信息系統(tǒng)視頻錄制和監(jiān)控自動收費車輪檢查乘客信息系統(tǒng)圖2.城市軌道交通系統(tǒng)的交控機常見應用場景部署于邊緣端的交控機可以將數據統(tǒng)一匯聚到城軌云中，從而實現云邊端的協(xié)同，通過統(tǒng)一運管平臺進行資源、數據、應用、在城市軌道交通的運行過程中，環(huán)境事故、入侵對象、意外障礙都可能導致軌道上出現異物，嚴重影響軌道交通運行的安全，實時檢測車載系統(tǒng)實時檢測攝像頭/激光雷達軌道安全監(jiān)控和預警系統(tǒng)的交控機中運行的關鍵負載包括視頻分析/人工智能推理、傳感器信號處理、傳感器融合等，其依賴于攝像頭和激光雷達所捕捉的視覺信息和傳感器數據，并將其傳輸到邊緣部署的車載系統(tǒng)進行數據關聯分析、人工智能推理等處06由于軌道安全監(jiān)控和預警系統(tǒng)的應用環(huán)境復雜，因此交控機需要應對苛刻的挑戰(zhàn)，具備工業(yè)級的標準，如處理器和關鍵部件具有寬溫支持，系統(tǒng)可靠性進行設計、驗證和認證，平均修復時間(MTTR)在數分鐘之內，增強型機械設計和結構部件設計，具閘門動作控制指示燈讀卡器和顯示器生物特征檢測傳感器售檢票系統(tǒng)(AFC)作為交通售票系統(tǒng)和票價執(zhí)行系統(tǒng)，能夠自動計算每個乘客通過電子閘門的進出票價，并對閘門進行控制，從而提升售檢票效率、降低擁堵并為乘客帶來更加便利的服務。據統(tǒng)計，2021年，中國平均每天有6400萬乘客通過AFC系統(tǒng)1。閘門動作控制指示燈讀卡器和顯示器生物特征檢測傳感器》由于城市軌道交通在交通體系中的重要價值，AFC故障很容易釀成人員擁擠、踩踏等安全事故，因此設備的穩(wěn)定性、可用性是重中之重。AFC系統(tǒng)一般要求交控機發(fā)生的概率，支持24/7全天候運行，并可在惡劣環(huán)境》圖4.AFC系統(tǒng)典型應用場景乘客信息系統(tǒng)(PIS)通常以交控機等設備作為硬件支撐，以車載顯示終端等媒介，以多媒體播放的形式向乘客提供當前線路的乘客信息系統(tǒng)的主要負載包括信息發(fā)布、網絡傳輸、視頻編解碼等，以保證系統(tǒng)能夠及時地獲取相關信息。此實現城市軌道運營活動的可測、可控、可視，以數據可視化的方式呈現綜合數據看板和設備情況信息，為智慧對于交控機而言，除了要保證可靠性與穩(wěn)定性之外，還需要優(yōu)化融媒體性能，簡化視頻編碼、解碼和預處理操作，并優(yōu)化圖形硬件例程，提供高效可行的方法來輕松車內管理多媒體信息發(fā)布與更新車內管理交通信息查閱070303圍繞中國智能城市軌道交通系統(tǒng)在交控機方面所面臨的挑戰(zhàn)，英特爾集成商(SI)、獨立軟件開發(fā)商(ISV)等伙伴合作，依托英特爾卓越的軟硬件技術，打造高性能、高穩(wěn)定、高耐用、高擴展的交控機產品。在此基礎上，面向智能城市軌道交通系統(tǒng)的不同應用場景，融入相應的軟件與算法，推出解決方案。目前，這些方英特爾認為，面向未來的智能城市軌道交通系統(tǒng)是智慧城市的重要組成部分，需要具備更高的性能、提供多云算力支持，實現更高的可擴展性和靈活性、應對不同場景的需求，具備工業(yè)級的耐用性、可靠性與可用性，實現工作負載整合，利用基于軟件的虛擬化技術將不同的設備、功能、流程和應用集中到單個平臺上，從而簡化系統(tǒng)部署與運維，提升投資收益。面向未來的智能城市軌道交通系統(tǒng)還需要進一步擁抱數字孿生，實現對于對象的準確語義和運動學參數估計，用于捕捉實時信息、檢測潛在英特爾正在深化面向城市軌道交通的生態(tài)建設，銜接上下游生態(tài)參與者，構建一體化的智能城市軌道交通方案，推動云計算、邊緣計算、物聯網、人工智能等技術的深入落地，幫助用戶提升交通效率、維護城市交通安全有序的運行，并催生更多創(chuàng)新應高性能，能夠支持傳統(tǒng)負載與AI等新型負載；高兼容、高擴展，能夠支持海量的外設這些優(yōu)勢使得英特爾產品成為城市軌選擇。該系列處理器不僅具有強大的計算能力，還具有低功耗、高性價比和安全可靠等特點，是城市軌道交通系統(tǒng)構建嚴苛的工業(yè)級標準。此外，英特爾還提供了一體化SoC，具有低功耗和BGA封裝，具備寬溫設計、緊湊的無風扇設計、增強的抗振功能，能夠在極端環(huán)境下長時間穩(wěn)定工作。這些處理器可支持高數據速率(GbE)、低功耗和低成本、精確的時間同步協(xié)議(IEEE1588)操作?？梢蕴峁〧P32、INT8等豐富的數據類型支持，結合OpenVINO?工具套件優(yōu)化，可以英特爾?vPro?技術：英特爾?博銳?是一項綜合性平臺技術，旨在08精確時間同步協(xié)議(IEEE1588)與寬溫工作等特點，可以直連現場信號源，形成性價比優(yōu)異的網絡通訊環(huán)境。集成顯卡和FPGA在內的英特爾硬件平臺（包括加速器）上擴展工作負載并顯著提升性能。借助面向預訓練模型的內置模型優(yōu)化器，和面向專用硬件加速的推理引擎Runtime，OpenVINO?工具套件可在所有英特爾平臺上部署并加速神經英特爾?oneAPI視頻處理庫（英特爾?oneVPL具備易于使用的視頻處理軟件開發(fā)套件和完整管道演示快視頻播放、編解碼、處理和媒體格式轉換。英特爾?oneVPL能夠使用全面、方便的基于英特爾?架構的軌道安全監(jiān)控和預警系統(tǒng)能夠憑借英特爾?酷睿?處理器提供的算力，支持激光雷達點云的數據密集型PCL處理。處理器搭載的集成式Xe架構GPU，能夠支持運行高密度的媒體和人工智能推理工作負載，滿足前軌道安全監(jiān)控和iGPUiGPU3D點云中的融合結果激光雷達基于PCLYOLOv3，FP16VPP和人工智能推理3D點云攝像頭CPU持較長的運行壽命和較高百分比的活動水平，還具備道路車輛功能安全標準(FuSa)特性和設計指南，可有效提升運行安全性。?強大和可擴展的CPU+iGP?一體化SoC，具有低功耗和BGA封裝，09基于英特爾?架構的AFC系統(tǒng)參考解決方案搭載高可靠交控機，其采用了無風扇的緊湊設計，借助系統(tǒng)?無風扇、堅固、緊湊?借助系統(tǒng)性機械設計抗振?集成的人工智能功能用于生物特征檢測、防夾?集成的人工智能功能用于生物特征檢測、防夾等，無需額外的加速器?面向遠程管理的操作系統(tǒng)和特定BIOS支持?強制性認證，如EN50155故障或缺電情況下的數據保護機制(100/1000COM(RS232/422/485)、LPT(100/1000COM(RS232/422/485)、LPT、DI、DO、USB、?集成的人工智能功能和優(yōu)化的人工智能算法（采用OpenVINO?),可實現非接觸式體驗，由于無需額外的加速器，總體乘客信息系統(tǒng)的交控機部署在車輛上，會受到強烈的震動以及寬溫等挑戰(zhàn)，因此交控機需要具備較高的耐用性。此外，車輛在行進中，維護的難度極高，因此交控機需要提供高可用性、遠程維護等特性，以保證系統(tǒng)的正常運行。多媒體信息處理是乘客英特爾還提供了一個完整的軟件棧用于加速媒體數據處理。在底層，邊緣服務器提供了針對英特爾?硬件優(yōu)化的底層庫來提升人員提供了創(chuàng)建消費和專業(yè)級視頻解決方案所需的標準應用編程接口，可以在各種平臺上提供實現卓越視頻性能的優(yōu)化例程，簡化視頻編碼、解碼和預處理操作，并包括了可用于優(yōu)化圖形硬件例程的出色功能，為開發(fā)團隊提供了一種高效可行的方法來?支持高密度多通道編解碼器和視頻處理，可將關鍵工作負載從CPU卸載到集成GPU中。?提供豐富的可擴展性和高吞吐?實現工作負載整合，支持視頻流0404面向智能城市軌道交通系統(tǒng)需求，英特爾與中國本地OEM、ODM、SI和ISV等合作伙伴協(xié)同，提供了高可靠、高可用、高性能的國產交控機產品與解決方案。這些產品與方案植根于中國市場，實現了可信、可控，為中國發(fā)展智慧交通、把握新一輪科目前，銳寶智聯、集和誠等ODM已經推出了基于英特爾?架構的交控機產品，在AFC、乘客信息系統(tǒng)等場景中得到了廣泛產品主要應用于智慧零售、智慧金融、網絡安全、智慧交通、智慧安防等智能系統(tǒng)行業(yè)。公司以專業(yè)、貼心、精準、誠實的服銳寶智聯軌道交控機采用工業(yè)級英特爾凌動?X6425RE處理器，板貼8GDDR4內存顆粒，最大支持16G2。設備具備豐富的接口，能夠在-20-70℃范圍內的各種極限溫度環(huán)境下穩(wěn)定運行，同時MTBF＞10萬小時3，可廣泛應用各種類型的閘機、自助售票機和半自動售票機等AFC設備中。除了AI推理之外，銳寶智聯軌道交控機還可以運行閘機控制、自助售票、顯示、信息收發(fā)等各種負載，全面支撐AFC系統(tǒng)的高效運行。?采用工業(yè)級英特爾凌動?系列處理器，以及工業(yè)級的英特爾?以太網控制器I226-IT，工作溫度達到-40-85°,保障交控機在嚴苛環(huán)境下的穩(wěn)定性4。數據援引自銳寶智聯內部數據。英特爾并不控制或審計第三方數據。請您審查該內容，咨詢其他來源，并確認提及數據是否準確。?板貼DDR4內存顆粒，整機運行更加穩(wěn)定，MTBF>10萬小時6，通過車載級產品EN50155認證，以及批量產品實測?支持9-36V寬壓輸入，可以適應軌交現場各種類型電壓輸目前，銳寶智聯軌道交控機已經在上海6號線、上海12號線、青島3號線、武漢快速公交系統(tǒng)(BRT)、金義東交通此外，銳寶智聯還積極與合作伙伴展開合作。例如，銳寶智聯與伙伴合作，推出了創(chuàng)新的閘機驗證方案：掌靜脈特征這一方案能夠對乘客指掌紋進行快速識別，實現用戶快速過閘通行，既緩解了高峰時期用戶擁擠的問題，也避免了二深耕多年的行業(yè)經驗和強大的科研背景，不斷再創(chuàng)新，持續(xù)專注于AI邊緣計算及系統(tǒng)應用平臺的研發(fā)與生產，實現“物聯機聯集和誠推出了基于英特爾?架構的軌道交控機，集和誠軌道交控機聚焦在AFC、車站/車載PIS、弓網監(jiān)測、運維檢具備算力強勁、低功耗、性能可擴展、安全可靠以及可遠?板載CPU和內存，減震安裝設計數據援引自銳寶智聯內部數據。英特爾并不控制或審計第三方數據。請您審查該內容，咨詢其數據援引自集和誠內部數據。英特爾并不控制或審計第三方數據。請您審查該內?滿足JHCEIO擴展總線規(guī)范，可靈活定制功能模塊集和誠持續(xù)賦能城市軌道交通行業(yè)的智能化、智慧化、綠色化轉型。產品已通過3C、CE、FCC、E-Mark、EN50155等安全法規(guī)和行業(yè)認證，已廣泛應用于軌道交通行業(yè)等多個領域。目前集和誠城市軌道相關產品已成功應4.3集和誠城市軌道交控機—PIS版在PIS系統(tǒng)中，集和誠城市軌道交控機可以承載視頻管理、駕駛室控制、客室控制等關鍵職能，其能夠接收數字視頻流，并進行查看、存儲、上傳、管理等功能設備，還可以實現列車到站信息、聯動信息的獲取，預錄廣播信息的存儲，同時輸出廣播終端的控制信息，實現與TCMS、Radio、火災系統(tǒng)的接口的連接。集和誠城市軌道交控機—PIS版采用箱體式設計，無風扇設計寬溫工作，可安裝在車載機柜中，并保證嚴苛環(huán)境下的長時間運行。該交控機搭載英特爾?酷睿?系列處理器、算力強大、能耗低，能夠有效保證