嵌入式工业计算机在轨道交通系统中的应用

1. 前言：

   地铁是人们重要的出行工具之一。站台上许多操作简单的设施包括自动售票机、检票闸机、环境监控系统等都是由由嵌入式系统一手掌控，华北工控的嵌入式工业计算机便在其中扮演了重要的角色。

   作为嵌入式工业计算机产业的领导厂商之一，华北工控针对城市轨道交通产业形成了完整的产品线，行业系列产品以其高处理能力、丰富的接口、超低的功耗、无风扇静音、灵活的扩展工程等特性成为城市轨道交通行业解决方案的首选品牌。在广州地铁8号线、西部机场等重大项目中均有出色的表现。

2.英特尔Atom平台及特点

  随着绿色环保意识的增强，产品的功耗与散热成为备受瞩目的焦点。2008年3月初，英特尔发布了新的低功耗处理器家族，命名为Atom。

   Atom处理器是英特尔历史上体积最小和功耗最小的处理器。Atom基于新的微处理架构，专门为小型设备设计，旨在降低产品功耗，同时也保持了同酷睿2双核指令集的兼容，并支持多线程处理。所有这些特性只集集成在了面积不足25平方毫米的芯片上，而这块芯片内含4700万个晶体管。
 

  Atom基于45纳米工艺和hi-k技术制造。产品的热设计功耗为0.6瓦到2.5瓦之间，而处理器的频率却能达到了1.8GHz。目前，英特尔Atom处理器专门设计用于体积小、功耗低的应用空间，如图1。

 

 

3.在轨道交通产业的应用

  交通工具的不断演化让人们对出行的要求越来越严格，创造安全、快速、舒适的乘车环境成为所有系统集成商的目标。


  由于环境封闭，空间受限，打印、报警等外接设备多，轨道交通产业要求产品具备体积小、功耗低、散热性能好、抗震、防尘、接口丰富等优势。这些特点都是Atom处理器所拥有的，所以英特尔Atom处理器被广泛应用于轨道交通产业。

  嵌入式工业计算机在轨道交通中的应用主要集中在自动售检票AFC系统、乘客信息导引系统PIS系统、信号系统、环境监控系统BAS系统等，每一个系统应用都对嵌入式计算机提出了不同的要求。

3.1轨道交通自动售检票系统（AFC）
 

   轨道交通自动售检票系统（AFC）是由中央计算机、编码/分拣机、车站计算机、车站AFC现场设备（进/出闸机、双向闸机、自动售票机、票房售票机和自动验票机）、车票及通信网络组成。工控机在AFC系统中多用于闸机、自动售票机、半自动售票机中。如图2所示。

   华北工控的闸机解决方案采用X86的Atom系统平台，架构灵活，方便扩展，支持第三方开发。华北工控的系列产品针对闸机的特殊应用环境而设计，功耗低，散势性能好，采用无风扇设计，结构紧凑，体积小巧。除闸机外，华北工控的系列产品还广泛应用于自动售票机、半自动售票机、自动充值机等系统。

   AG-6570是华北工控专门为城市轨道交通AFC系统量身打造的一款高性能无风扇准系统，它基于Intel945GSE+ICH7M芯片组，板载 Intel Atom N270处理器，一条200Pin DDDRⅡ SO-DIMM插槽，最大支持2G DDDRⅡ400/533MHz内存等。它具备强大的数据处理能力，且功耗低，整合性能强劲，在轨道交通检票系统中具有无可比拟的作用。

   TVM-6571（见图3）是一款针对轨道交通自动/半自动售票应用而研发的行业专用产品。该产品基于Intel Atom处理器，功耗低，性能强劲，接口丰富，支持VGA/LVDS/DVI显示等。TVM-6571结构紧凑，体积小巧，机壳采用独家设计，坚固抗震，散热性能好，非常适合在自动/半自动售票系统 应用环境中使用。

3.2乘客信息导引系统PIS系统

   轨道交通的乘客信息导引系统（PIS）是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介，向乘客提供信息服务。华北工控产品在PIS中的应用分成两类，一种是在站台上，用于信息引导，另一类是在行驶的车辆上，用于播放各种资讯。
 
   PIS系统对于工控机等设备的性能除了主频、内存、硬盘、显卡等基本要求外，由于轨道交通设备工作环境特殊，还要求有很好的抗震性能、低功耗无风扇设计、体积小适合车内狭小空间安装、方便拆卸、可以扩充插卡等要求，此要求有华北工控的系列产品都可以做到。
 
  站台乘客信息导引系统应用中，华北工控的BIS-6310、BIS-6540LC、BIS-6540HD、BIS-6520、BIS-6550HD均有良好的应用。

  BIS-6550是一款适用范围广泛的高清多媒体播放器，它基于Intel Atom处理器平台，采用华北工控已注册商标的冰翅外观，内部高效的铜管散热设计，提供高性能低功耗的无风扇安装方式。媒体接口包括 VGA，HDMI，S_VIDEO，TV-out，搭配高清硬件解码卡满足全高清视频格式的播放；CF插座，SD读卡器，2个SATA2接口提供多样的存储模式；2个标准USB2.0端口；内置的WIFI和千兆以太网提供灵活的网络应用环境；可选的外置USB无线高清电视调协器。工业级嵌入式主板和高效散热的无风扇设计使其适应轨道交通应用对于震动、体积小、接口丰富等要求，是PIS系统的理想解决方案。

    工业计算机在车厢内的乘客信息导引系统应用中除了需要具备站台环境下的多串口、小体积、低功耗等特点外，由于列车的运行会造成剧烈的震动产品还需要拥有出色的抗震性能呢。华北工控的系列产品BIS-6620等在实际的项目应用中都以优异的表现证明了在该应用中的良好性能。

    BIS-6620是一款结构小巧紧凑，方便使用的瘦客户机，采用目前Intel最流行的Menlow平台，使得整机具备强大的逻辑运算能力，功耗最大仅 5.5W，无噪音设计，具有SATA、SD和CF卡多存储手段，显示终端的多样性为客户提供更多的可选择性，客制化的扩展槽可以提升外围的扩展弹性，在轨道交通多媒体信息播放应用领域有着出色的表现。

3.3调度集中系统CTC

   调度集中系统CTC在计算机技术、通信技术、信号技术高度发达以及DMIS系统成功实施的基础上,提出来的一种新型的行车指挥和信号控制设备，同时也带来一种新的高效的运输组织管理模式。华北工控的工业计算机是整个系统中的控制中心。通过对前端车辆信息的及时互动反馈，控制中心根据行车速度、车辆距离等数据给出最优的通行解决方案。调度中心人员可实时监控所有车辆的运行轨迹、运行速度等有效信息。在突发事件发生时该系统还具备自动报警功能。

   调度集中系统的可靠性、安全性决定了列车运行的安全可靠。所以，轨道交通的调度集中系统对工业计算平台的稳定性和可靠性要求非常高，调度集中系统CTC一般采用嵌入式主板/无风扇一体机/服务器/标准工控机与交换机组合而成，华北工控的准系统BIS-311基于英特尔处理器，数据处理能力强劲，稳定性好，该系列低功耗、无风扇产品采实现了轨道交通运输的智能化、信息化管理，完成对高密度城市轨道交通调度指挥控制。

3.4环境监控系统BAS

   在地铁这一不同于地面建筑运行环境的公共交通工程内应用BAS系统除了要求完备的环境监测功能以外可靠的防灾控制系统尤为重要。地铁内的环境复杂、设备众多，难以单纯的依据某一项指标来进行调控；同时，地铁通风口较少，乘客流量大，人员不易疏散，因此，BAS系统必须能够控制全线车站的环境控制，有效确保其它设备安全、高效、协调的运行，保证轨道交通运行环境的良好舒适，并在突发事件时快速反应，指挥相关设备转向危险模式，为地铁乘车环境提供安全保证。

   华北工控将存储设备与控制中心分离，根据数据量的大小分别采用DS-500或者DS-1240作为存储设备，数据保存、转储、恢复操作系统非常简便；采用 FWMB-7851F或者FWMB-7833作为高端服务器，良好系统散热设计，系统更稳定，保证了数据的安全，并且延长硬盘使用寿命。

   利用华北工控完全自主知识产权的创新技术，针对地铁的特殊条件和功能要求，该系统采用了超强的抗高温、潮湿、粉尘等干扰的措施，华北工控的工控设备在系统中担当存储设备和高端服务器，负责对整个地铁环境的统一调度和环境监测，对电梯、空调、照明、给排水等设备实时控制并最大效能优化。当火灾等特殊事故发生的时候，紧急模式提供安全保证。

四、总结

   华北工控采用工业级配件及设计，性能稳定，适应各种宽温、多尘、潮湿、震动的恶劣工作环境，可长期连续24小时无人值守运行，确保系统运行万无一失，让系统集成商更加专注于核心业务。

   针对轨道交通领域应用的特殊要求，华北工控系列产品接口丰富，扩展整合能力强劲，支持显示、打印、报警等多种外接设备接入。通过完备的I/O和可扩展能力，该系列产品为多功能应用提供了更多选择，适应未来发展需求。

    面对日益紧张的能源危机，高效、节能的新型交通方案已成为清洁交通理想的选择。华北工控在研发过程中充分利用节能减排技术，采用独特的散热方案，大大降低系统发热量，同时采用无风扇设计有效提升产品稳定性。

   华北工控的系列产品在北京地铁、广州地铁、西部机场建设等国内乃至国际重大项目中均有突出表现。