英特尔-中国城市轨道交通行业交控机白皮书

在新一轮科技革命和产业变革的浪潮推动下，中国城轨市场将从高速发展年3月，中国城市轨道交通协会发布《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》提出：到2035年，中国智能城市轨道交通进入世界先进智能城市轨道随着国内城市轨道交通总体规模的增大，智慧轨道系统的市场规模也将逐步释放，智慧化交通工业控制计算机迎来重要发展契机。作为城市轨道交通数字化系统的重要组成部分，交控机在轨道安全监控和预警系统、售检票系统(AFC)、乘客信息系统、交通信号系统、交通通信系统、综合监控《中国城市轨道交通交控机白皮书》从利益相关者的视角来展开对于智能城市轨道交通细分场景的阐述，厘清城市轨道交通管理部门、运营企业、乘客等不同利益相关者的异同需求，意义非凡。此外，白皮书还对当前城市轨道交通交控机面临的要求与挑战进行了深入挖掘，以期为设计者提供轨道交通网()2023年10月 0102中国城市轨道交通的数字化、智能化变革 022.1智能城市轨道交通的几个观察维度：服务社会经济、运 022.2面向城市轨道交通的交控机要求及挑战 032.3交控机在城市轨道交通数字化系统中的主要应用场景 052.3.1轨道安全监控和预警系统 052.3.2售检票系统 062.3.3乘客信息系统 0603面向未来的中国智能城市轨道交通建设 073.1轨道安全监控和预警系统参考解决方案 083.2售检票系统参考解决方案 093.3乘客信息系统参考解决方案 1004面向智能城市轨道交通的交控机产品与方案 4.1锐宝智联轨道交控机 4.2集和诚城市轨道交控机—通用版 4.3集和诚城市轨道交控机—PIS版 1305结语 1501作为城市交通体系的重要组成部分，城市轨道交通在提升通行效率、带动城市经济发展等方面具备重要优势，并成为众多城市竞相推进的建设方向。历经20余年的高速发展，我国城市轨道交通取得举世瞩目的成就：线网规模突飞猛进、技术能力持续攀在人工智能(AI)、物联网、云计算、大数据等技术的驱动下，城市轨道交通开启了数字化、智慧化转型的大幕，通过构建智慧检票系统、智慧安检系统、智慧交通感知与控制系统等子系统，城市轨道交通部门能够强化交通数据的收集、分析与利用，从数据中获得更深入的洞察，在构建智慧化处理流程、提升交通管理效率与精度的同时，提升基于数据的感知能力，加速构建数字孪生智慧交通体系。这不仅有助于缓解交通拥堵、提升城市轨道交通运行效率，还能够为更广泛的乘客提供便利，提升乘客交通工业控制计算机（以下简称：交控机）是城市轨道交通数字化系统的重要组成部分，在轨道安全监控和预警系统、售检票系统(AFC)、乘客信息系统、交通信号系统、交通通信系统、综合监控系统、综合安防系统等场景中有着广泛应用，其通常承担着数据计算、存储、转发、AI推理等关键负载，其性能、稳定性、耐用性对于线网运行、售票、检票、安02门而言，其希望通过数字化转化转型的要求包括：经过科学验证，能够切实提升交通运行效乘客是城市轨道交通的主要有助于构建更加便利的城市02近年来，中国城市轨道交通实现了快速的增长，其中2018年之前处于高速增长期，自2018年国家发改委发布58号文以来，中国城市轨道交通的投资建设逐步进入平缓发展阶段。数据显示，截至2022年底，中国大陆地区共有55个城市开通城市轨道交通（运营线路308条，运营线路总长度10287.45公里。其中，地铁运营线路8008.17公里，占比77.84%；其他制式城轨交通运营线路2279.28公里，占比22.16%。线网规模和运营线路数量双双位居世界首位。在线网规模和运营线路数量持续增长的同时，中国城市轨道交通正在逐步扩大在数字化技术方面的投入，以提升自动化、智能化水平。以自动化运行线路为例，中国大陆已经有北京、上海、深圳、广州、武汉、郑州、太原等20座城市正在建设全自动运行系统轨道交通线路，线网长度超过1400公里。但同时，中国城市轨道交通在数字化方面仍有众多不足，如旧线路装备水平普遍不高，新线路尽管在控制水平方面有所提高，在本白皮书中，我们将以利益相关者(Stakeholder)的视角来展开对于智能城市轨道交通细分场景的阐述。在智能城市轨道交通中，主要的利益相关者为城市轨道交通管理部门、运营企业、乘客，不同利益相关者的需求各有不同，厘清这些需求有利于城市轨道交通运营企业是数字化转型的经济性这三个维度：从效率角度而言，通过计算机视觉、自动化控制等技术，能够提升线路运行、售检票系统的运行效率，降低拥堵，缩短运营间隔；从安全性而言，通过由计算机视觉、多维传感等技术赋能的智能安防系统、前方对象检测等系统，能够提升轨道交通运行的安全性，实现安全隐患的及时处置；从经济性而言，通过自动化、智能化流程的实施，有助于降低各项运营成本，03在城市轨道交通数字化系统中，交控机通常部署于边缘场景，由以下几个模块/功能组件构成：计算单元（通常为CPU）、图.计算单元：能够在特定的供电、外形、功耗等限制下，提供强大的通用计算能力，.图形单元：承担多路视频的采集、解码、转发等负载，并需要具备AI推理的扩.网络单元：提供多个自适应以太网端口(100/1000Mbps)，以及无线连接功能，以满足大量数据的转发需求。.I/O单元：提供多个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。.显示和音频：提供HDMI/DP/eDP等多种显示接口支持，并支持高清音频、I2S、SoundWire、数字麦克风等音频扩展。由于交控机运行环境较为严苛，且需要长时间不间断运行，因此对于交控机的可靠性、稳定性有着尤为严格的要求。根据行业.可在宽温（如.可在宽温（如-20℃~+70℃),以及幅度较大的湿度范围（如10%~97%）下稳定运行.可靠性强，平均无故障工作时间(MTBF)通常需要超过100,000小时.提供国家强制3C认证.具有良好的抗电磁干扰能力，保证整机全天24小时不停机的稳定运行.具有故障自动检测功能，并具备在必要时复位的能力.具备电源故障数据保护功能，以避免在电源故障时丢失数据.CPU、内存、存储等主要元器件需要达到工业级的耐用性、可用性，并具备快速恢复的能力这些标准对于交控机的设计带来了巨大的挑战：一方面，要满足上述标准的要可靠性、耐用性等方面经过长期检验，且整体系统需要经过严格的工业级验证；另一方面，交控机需要承载大量传统负载与新040202在不同的应用场景中，车载端、路侧端和边云协同端对于交控机的性能、功耗组合有着特定的要求。因此，面向城市轨道交通系统的交控机需要实现软硬件的灵活配置，满03交控机需要对元器件的使用环境进行分析和评估，针对不同的使用环境，对元器件的参数进行合理的降额处理，以提高其稳定电源信号监护：利用系统电源管理芯片，可以时刻看护电源信号的健康状这个问题，可以利用BIOS的恢复模式修复原有的BIOS或者采用双BIOS的方案自动切换到备份BIOS进行启动。内存错误检测：内存错误是产品运行中常见的会考虑这两种方法：一是打开ECC，它可以发现和纠正一些错误的内存比特；第二，可以在BIOS使能“MemoryDisable”功能。当BIOS内存初始化代码通过检测发现某个内存通道的内存不可用，它会关闭这个内存通道，并不把该通道对应的内存区系统温度监控：产品在长时间运行过程中，会产生大量的热量。如果这些热量不能快速地散渐升高。当温度过高时，会对产品的性能，稳定性和可靠性均带来不利影响。为了避免这些问题，可以考虑利用系统电源管理芯片对系统主要区域进行温度监控，包括处理器，桥片，内存等。当温度很高时，电源管理芯片可以根据不同的策略采取不同突然断电保护：突然断电是产品使用中不可避免的突发情况。为了降低突然断电带来的影理。除了引入UPS电源之外，在电源设计上做些适当的隔离，例如系统主的电源和RTC(RealTimeClock)供电要做隔离，以USB设备丢失恢复：当产品长时间运行，某些USB设备因为某种原因突然丢失时，可以通过设备占用的USB端口对该面向城市轨道交通系统的交控机不仅需要承担数据采集、压缩、格式转换、管理存储和通讯转发等负载，还越来越多地承载了视频编解码等图像处理运算、神经网络运算等负载，因此交控机不还需要对于图像处理等关键负载05乘客信息系统视频录制和监控乘客信息系统视频录制和监控交控机在城市轨道交通中有着广泛的应用。本白皮书重点从轨道安全监控和预警系统、售检票系统(AFC)和乘客信息系统中的车站管理系统交通通信系统无线连接服务器在途监控和预警系统车轮检查车轮检查图2.城市轨道交通系统的交控机常见应用场景部署于边缘端的交控机可以将数据统一汇聚到城轨云中，从而实现云边端的协同，通过统一运管平台进行资源、数据、应用、在城市轨道交通的运行过程中，环境事故、入侵对象、意外障碍都可能导致轨道上出现异物，严重影响轨道交通运行的安全，实时检测车载系统实时检测摄像头/激光雷达轨道安全监控和预警系统的交控机中运行的关键负载包括视频分析/人工智能推理、传感器信号处理、传感器融合等，其依赖于摄像头和激光雷达所捕捉的视觉信息和传感器数据，并将其传输到边缘部署的车载系统进行数据关联分析、人工智能推理等处06由于轨道安全监控和预警系统的应用环境复杂，因此交控机需要应对苛刻的挑战，具备工业级的标准，如处理器和关键部件具有宽温支持，系统可靠性进行设计、验证和认证，平均修复时间(MTTR)在数分钟之内，增强型机械设计和结构部件设计，具售检票系统(AFC)作为交通售票系统和票价执行系统，能够自动计算每个乘客通过电子闸门的进出票价，并对闸门进行控制，从而提升售检票效率、降低拥堵并为乘客带来更加便利的服务。据统计，2021年，中国平均每天有6400万乘客通过AFC系统1。很容易酿成人员拥挤、踩踏等安全事故，因此设备的稳定性、可用性是重中之重。AFC系统一般要求交控机MTBF高于5万甚至10万小时，尽可能地降低重大故障发生的概率，支持24/7全天候运行，并可在恶劣环境AFC系统的关键负载包括票价/费用收取系统、多显示系指示灯闸门动作控制读卡器和显示器指示灯闸门动作控制生物特征检测传感器图4.AFC系统典型应用场景息（如手掌、手指等）对乘客进行认证，实现非接触式体验，同时确保高速通过，这对于交控机的A乘客信息系统(PIS)通常以交控机等设备作为硬件支撑，以车载显示终端等媒介，以多媒体播放的形式向乘客提供当前线路的乘客信息系统的主要负载包括信息发布、网络传输、视频编解码等，以保证系统能够及时地获取相关信息。此实现城市轨道运营活动的可测、可控、可视，以数据可视化的方式呈现综合数据看板和设备情况信息，为智慧对于交控机而言，除了要保证可靠性与稳定性之外，还需要优化融媒体性能，简化视频编码、解码和预处理操作，并优化图形硬件例程，提供高效可行的方法来轻松车内管理多媒体信息发布与更新车内管理交通信息查阅数据援引自中国城市轨道交通协会于2022年4月份发布的《2021年度城市轨道交通统计分析报告》。0703围绕中国智能城市轨道交通系统在交控机方面所面临的挑战，英特尔正在与原始设备制造商(OEM)、原始设计制造商(ODM)、集成商(SI)、独立软件开发商(ISV)等伙伴合作，依托英特尔卓越的软硬件技术，打造高性能、高稳定、高耐用、高扩展的交控机产品。在此基础上，面向智能城市轨道交通系统的不同应用场景，融入相应的软件与算法，推出解决方案。目前，这些方英特尔认为，面向未来的智能城市轨道交通系统是智慧城市的重要组成部分，需要具备更高的性能、提供多云算力支持，实现更高的可扩展性和灵活性、应对不同场景的需求，具备工业级的耐用性、可靠性与可用性，实现工作负载整合，利用基于软件的虚拟化技术将不同的设备、功能、流程和应用集中到单个平台上，从而简化系统部署与运维，提升投资收益。面向未来的智能城市轨道交通系统还需要进一步拥抱数字孪生，实现对于对象的准确语义和运动学参数估计，用于捕捉实时信息、检测潜在英特尔正在深化面向城市轨道交通的生态建设，衔接上下游生态参与者，构建一体化的智能城市轨道交通方案，推动云计算、边缘计算、物联网、人工智能等技术的深入落地，帮助用户提升交通效率、维护城市交通安全有序的运行，并催生更多创新应高性能，能够支持传统负载与AI等新型负载；高兼容、高扩展，能够支持海量的外设......这些优势使得英特尔产品成为城市轨泛处理器选择。其中，英特尔®酷睿™处理器支持不同的操作系统平台和选择。该系列处理器不仅具有强大的计算能力，还具有低功耗、高性价比和安全可靠等特点，是城市轨道交通系统构建边缘人工智能平台的理想选择。在城市轨道交通场景，英特尔®处理器在稳定性、耐用性等方面经过特定设计，能够满足严苛的工业级标准。此外，英特尔还提供了一体化SoC，具有低功耗和BGA封装，具备宽温设计、紧凑的无风扇设计、增强的抗振功能，能够在极端环境下长时间稳定工作。这些处理器可支持高数据速率(GbE)、低功耗和低成本、精确的时间同步协议(IEEE1588)操作。英特尔锐炬®显卡：集成于英特尔®酷睿™处理器中的英特尔锐炬®显卡具备强大、灵活的架构，拥有多达96个图形单可以提供FP32、INT8等丰富的数据类型支持，结合OpenVINO™工具套件优化，可以支持AI推理应用的高效运行。英特尔®vPro®技术：英特尔®博锐®是一项综合性平台技术，旨在减少IT维护成本、提高安全性和节约能源消耗。列技术(RAID:RedundantArrayofIndependentDisks)。英特尔®芯片组能够提供丰富的PCIe接口以及扩展性，可全08精确时间同步协议(IEEE1588)与宽温工作等特点，可以直连现场信号源，形成性价比优异的网络通讯环境。OpenVINO™工具套件：基于卷积神经网络(CNN)而设计，支持从边缘到云的深度学习推理，可在包括英特尔®CPU、集成显卡和FPGA在内的英特尔硬件平台（包括加速器）上扩展工作负载并显著提升性能。借助面向预训练模型的内置模型优化器，和面向专用硬件加速的推理引擎Runtime，OpenVINO™工具套件可在所有英特尔平台上部署并加速神经英特尔®oneAPI视频处理库（英特尔®oneVPL具备易于使用的视频处理软件开发套件和完整管道演示，可显著加快视频播放、编解码、处理和媒体格式转换。英特尔®oneVPL能够使用全面、方便的API对媒体管道进行原型设计、优基于英特尔®架构的轨道安全监控和预警系统能够凭借英特尔®酷睿™处理器提供的算力，支持激光雷达点云的数据密集型PCL处理。处理器搭载的集成式Xe架构GPU，能够支持运行高密度的媒体和人工智能推理工作负载，满足前轨道安全监控和iGPUiGPU3D点云中的融合结果激光雷达基于PCLYOLOv3，FP162D图像中的融合结果VPP和人工智能推理3D点云摄像头CPU图6.基于英特尔®架构的轨道安全监控该方案搭载了高可靠的交控机，具备低功耗特性，能够在-40⁰C到100⁰C的扩展温度范围下持较长的运行寿命和较高百分比的活动水平，还具备道路车辆功能安全标准(FuSa)特性和设计指南，可有效提升运行安全性。.强大和可扩展的CPU+iGPU配置，为基于传感器融合的对象检测提供异构计算功能。.一体化SoC，具有低功耗和BGA封装，具备宽温设计、紧凑的无风扇设计、增强的抗振功能。.适用于工业或嵌入式条件的处理器，.提供基于开源代码的优化软件参考实现方案，支持性能评估、.坚固和紧凑的PC设计，能够克服恶劣的车内环境影响。09•集成的人工智能功能用于生物特征检测、防夹等，无需额外的加速器•面向远程管理的操作系统和特定BIOS•集成的人工智能功能用于生物特征检测、防夹等，无需额外的加速器•面向远程管理的操作系统和特定BIOS支持基于英特尔®架构的AFC系统参考解决方案搭载高可靠交控机，其采用了无风扇的紧凑设计，借助系统性机械设计抗振，可在-20℃~+70℃温度，10%~97%湿度下稳定运行，MTBF≥100,000小时，MTTR<1小时，并具备自动故障检测和恢复能力，该方案还能够通过英特尔®酷睿™处理器/英特尔凌动®处理器集成的英特尔锐炬®显卡对于深度学习算法进行高效推理，结合OpenVINO™工具套件，能够在不增加额外加速器的情况下，有效满足无接触识别等算法对于AI性能的需求。•借助系统性机械设计抗振•-20℃~+70℃温度，10%~97%湿度•MTBF≥100,000小时，MTTR<1小时•强制性认证，如EN50155故障或缺电情况下的数据保护机制(100/1000Mbps)HMI用于生物特征检测COM(RS(100/1000Mbps)HMI用于生物特征检测COM(RS232/422/485)、LPT、DI、DO、USB、图7.基于英特尔®架构的AFC交控机具备多重优势.高性能、低功耗的SoC，支持实时控制、交易处理和更多工作负载。.工业或嵌入式处理器，具有扩展的温度和高可靠性，有助于.丰富的I/O接口，支持各种外设、控制器和显示器。),可实现非接触式体验，由于无需额外的加速器，总体.集成的人工智能功能和优化的人工智能算法（采用OpenVINO™),可实现非接触式体验，由于无需额外的加速器，总体.工业PC设计具有宽温支持、无风扇、坚固的机箱、防水/防尘、防震等特性，可克服恶劣的环境影响。10乘客信息系统的交控机部署在车辆上，会受到强烈的震动以及宽温等挑战，因此交控机需要具备较高的耐用性。此外，车辆在行进中，维护的难度极高，因此交控机需要提供高可用性、远程维护等特性，以保证系统的正常运行。多媒体信息处理是乘客酷睿™处理器集成了英特尔锐炬®Xe显卡，提英特尔还提供了一个完整的软件栈用于加速媒体数据处理。在底层，边缘服务器提供了针对英特尔®硬件优化的底层库来提升性能，包括英特尔®oneVPL，OpenVINO™工具套件，算法库及算子级优化的库和编程接口。其中，英特尔®oneVPL为开发人员提供了创建消费和专业级视频解决方案所需的标准应用编程接口，可以在各种平台上提供实现卓越视频性能的优化例程，简化视频编码、解码和预处理操作，并包括了可用于优化图形硬件例程的出色功能，为开发团队提供了一种高效可行的方法来.支持高密度多通道编解码器和视频处理，可将关键工作负载从CPU卸载到集成GPU中。.提供丰富的可扩展性和高吞吐量，支持存储和以太网，以及NVMe、SATA等主流接口。04面向智能城市轨道交通系统需求，英特尔与中国本地OEM、ODM、SI和ISV等合作伙伴协同，提供了高可靠、高可用、高性能的国产交控机产品与解决方案。这些产品与方案植根于中国市场，实现了可信、可控，为中国发展智慧交通、把握新一轮科目前，锐宝智联、集和诚等ODM已经推出了基于英特尔®架构的交控机产品，在AFC、乘客信息系统等场景中得到了广泛产品主要应用于智慧零售、智慧金融、网络安全、智慧交通、智慧安防等智能系统行业。公司以专业、贴心、精准、诚实的服锐宝智联轨道交控机采用工业级英特尔凌动®X6425RE处理器，板贴8GDDR4内存颗粒，最大支持16G2。设备具备丰富的接口，能够在-20-70℃范围内的各种极限温度环境下稳定运行，同时MTBF＞10万小时3，可广泛应用各种类型的闸机、自助售票机和半自动售票机等AFC设备中。锐宝智联轨道交控机集成了英特尔®处理器、英特尔锐炬®显卡，能够高效运行掌静脉识别等算法，结合OpenVINO™除了AI推理之外，锐宝智联轨道交控机还可以运行闸机控制、自助售票、显示、信息收发等各种负载，全面支撑AFC系统的高效运行。.采用工业级英特尔凌动®系列处理器，以及工业级的英特尔®以太网控制器I226-IT，工作温度达到-40-85°,保障交控机在严苛环境下的稳定性4。.采用30mm厚铝型材+铜导管，提供更好的散热效果5。.提供了高性能计算和图形处理能力，为AI算法推理、大数据特征匹配等应用提供强大的算力支持。数据援引自锐宝智联内部数据。英特尔并不控制或审计第三方数据。请您审查该内容，咨询其他来源，并确认提及数据是否准确。.板贴DDR4内存颗粒，整机运行更加稳定，MTBF>10万小时6，通过车载级产品EN50155认证，以及批量产品实测和权.支持9-36V宽压输入，可以适应轨交现场各种类型电压输入7。目前，锐宝智联轨道交控机已经在上海6号线、上海12号线、青岛3号线、武汉快速公交系统(BRT)、金义东交通此外，锐宝智联还积极与合作伙伴展开合作。例如，锐宝智联与伙伴合作，推出了创新的闸机验证方案：掌静脉特征识别方案。该解决方案在基于英特尔®架构的锐宝智联轨道交控机上，搭载了掌静脉算法，共同应用于掌静脉闸机。这一方案能够对乘客指掌纹进行快速识别，实现用户快速过闸通行，既缓解了高峰时期用户拥挤的问题，也避免了二深耕多年的行业经验和强大的科研背景，不断再创新，持续专注于AI边缘计算及系统应用平台的研发与生集和诚推出了基于英特尔®架构的轨道交控机，集和诚轨道交控机聚焦在AFC、车站/车载PIS、弓网监测、运维检具备算力强劲、低功耗、性能可扩展、安全可靠以及可远.铝合金+不锈钢加固结构，无风扇散热，宽温-40~70℃8.板载CPU和内存，减震安装设计数据援引自锐宝智联内部数据。英特尔并不控制或审计第三方数据。请您审查该内容，咨询其他来源，并确认提及数据是否准数据援引自集和诚内部数据。英特尔并不控制或审计第三方数据。请您审查该内容，咨询其他13.主板+子卡+隔离电源+扩展模块ALL-In-One模块化设计.满足JHCEIO扩展总线规范，可灵活定制功能模块.IO功能丰富，适合差异化现场应用需求集和诚持续赋能城市轨道交通行业的智能化、智慧化、绿色化转型。产品已通过3C、CE、FCC、E-Mark、EN50155等安全法规和行业认证，已广泛应用于轨道交通行业等多个领域。目前集和诚城市轨道相关产品已成功应4.34.3集和诚城市轨道交控机—PIS版在PIS系统中，集和诚城市轨道交控机可以承载视频管理、驾驶室控制、客室控制等关键职能，其能够接收数字视频流，并进行查看、存储、上传、管理等功能设备，还可以实现列车到站信息、联动信