5G云XR協(xié)同在智慧地鐵運(yùn)營領(lǐng)域的應(yīng)用
引言：
中興通訊是全球領(lǐng)先的綜合通信解決方案提供商，為全球160多個國家和地區(qū)的電信運(yùn)營商和行業(yè)客戶提供創(chuàng)新技術(shù)與產(chǎn)品解決方案。基于在5G、云XR等領(lǐng)域的深入理解和豐富實踐，中興通訊推出了5G云XR創(chuàng)新平臺產(chǎn)品ZTE XRExplore。
江蘇中車數(shù)字科技有限公司是中國中車旗下子公司，專業(yè)為企業(yè)提供一流智能制造全面解決方案的企業(yè)。公司擁有完善的創(chuàng)新和研發(fā)機(jī)制，以聯(lián)接，數(shù)字，智能，效率，質(zhì)量，柔性的經(jīng)營理念，通過“平臺+產(chǎn)品+服務(wù)”模式， 構(gòu)建了“中車工業(yè)數(shù)字平臺”以及“智能物流、智能制造、智能運(yùn)營”等三大解決方案陣營。公司致力于為國內(nèi)外制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供全面的技術(shù)支撐、業(yè)務(wù)咨詢以及一站式、精益化、智能化、平臺化服務(wù)。助力企業(yè)提高資產(chǎn)運(yùn)營效率，推動生產(chǎn)力不斷提升，驅(qū)動企業(yè)持續(xù)改進(jìn)。
中國移動通信集團(tuán)江蘇有限公司南京分公司，下轄江寧、浦口、六合、溧水、高淳縣（區(qū)）分公司，被評為“江蘇省企業(yè)信息化建設(shè)示范企業(yè)”。
一、項目概況
1. 項目背景
5G時代，網(wǎng)速限制將被徹底解除，用戶可隨時隨地觀看視頻，VR、AR等XR業(yè)務(wù)將走出科技館，走向真實的行業(yè)和用戶，借助沉浸式科技，用戶將擁有看待世界的全新視角，看見原本看不見的，看懂原本看不懂的，做到原本不能做的。
5G 網(wǎng)絡(luò)使得接觸資源的速度加快，幫助用戶高效選擇出適合的資源。
借助5G大帶寬與低延時的能力，將XR內(nèi)容云化，可以提供更加高效便捷內(nèi)容分發(fā)能力。
在5G網(wǎng)絡(luò)的支撐下，用戶不能身處何地都可通過網(wǎng)絡(luò)即時獲取到所需的XR內(nèi)容資源。5G網(wǎng)絡(luò)的成熟，將使不同行業(yè)和類型的用戶更加便捷地開展部署XR業(yè)務(wù)，并將促進(jìn)多形態(tài)XR業(yè)務(wù)與內(nèi)容不斷豐富。
2. 項目簡介
ZTE XRExplore 創(chuàng)新平臺基于端邊云架構(gòu)，提供邊緣識別、邊緣渲染和推流，降低對終端性能要求和終端功耗，可大大提升業(yè)務(wù)質(zhì)量和體驗；平臺提供豐富的3D內(nèi)容展示、云VR沉浸式業(yè)務(wù)和 AR增強(qiáng)現(xiàn)實業(yè)務(wù)，可應(yīng)用于多人協(xié)作設(shè)計、培訓(xùn)、遠(yuǎn)程指導(dǎo)等多種場景。
中車結(jié)合ZTE XRExplore平臺在兩個場景提出了具體的應(yīng)用需求。
1. 數(shù)字孿生場景
中車面向客戶進(jìn)行機(jī)車產(chǎn)品和核心部件的市場推廣和技術(shù)討論時，大部分環(huán)節(jié)只有二維圖紙和碎片化的文字介紹，無法直觀，生動和快速體現(xiàn)機(jī)車和核心部件的價值所在，生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實際運(yùn)營數(shù)據(jù)脫節(jié)，無法數(shù)字化展現(xiàn)和打通媒介，亟需XR解決方案。
2. 故障檢修場景
面對復(fù)雜的機(jī)車故障檢修時，往往需要中車技術(shù)人員、現(xiàn)場維修人員、機(jī)車管理人員等多角色現(xiàn)場參與定位和解決，需要耗費(fèi)大量的人力、物力、財力以及時間成本，亟需遠(yuǎn)程解決方案。
3. 項目目標(biāo)
1. 針對產(chǎn)品展示場景，結(jié)合ZTE XRExplore創(chuàng)新平臺，存儲海量數(shù)字模型，隨時隨地使用多終端以數(shù)字孿生方式展現(xiàn)全量機(jī)車產(chǎn)品和核心部件的生產(chǎn)制造全生命周期數(shù)據(jù)，聯(lián)通PHM系統(tǒng)檢測實時回傳數(shù)據(jù)，通過檢測數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比分析，提供機(jī)車改造優(yōu)化的效率。
2. 應(yīng)對故障檢修場景，結(jié)合數(shù)字孿生功能和遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)功能，使能參與故障解決的多方人員可以隨時隨地，使用多終端方式異地同時組會討論，協(xié)商解決方案，實現(xiàn)實時AR遠(yuǎn)程指導(dǎo)，完成故障定位和檢修，提高故障解決效率，節(jié)省人力，物力，財力和時間成本。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
基于在5G、XR技術(shù)等方面的雄厚積累，中興通訊推出了以PAD/手機(jī)/VR和AR眼鏡客戶端、邊緣云XR渲染平臺和中心云管理平臺為主體的三級系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)具備故障弱化能力，在中心管理平臺不可用的情況下，保證現(xiàn)有的邊緣服務(wù)不中斷。系統(tǒng)利用邊緣云XR渲染平臺計算能力，釋放終端壓力，保證XR順暢運(yùn)行，改善體驗。
ZTE XRExplore產(chǎn)品采用了端、邊、云的系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)，在部署時可以靈活的端、邊、云分離部署，也可以合設(shè)部署。
系統(tǒng)架構(gòu)如下：
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)
中心管理平臺可以部署在云端（公有云或私有云），也可以部署在邊緣側(cè)。中心管理平臺提供了中心門戶、用戶管理、內(nèi)容管理、業(yè)務(wù)管理、智能運(yùn)維、智能運(yùn)營等功能模塊；
邊緣-云渲染平臺采用分層架構(gòu)，底層是GPU服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過邊緣云平臺為云渲染平臺提供彈性計算服務(wù)、GPU虛擬化服務(wù)、存儲服務(wù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。中間是云XR能力層，提供了云XR渲染、云XR推流、工作流編排、會控及媒體處理、視頻流分發(fā)等能力組件。上層是面向各行業(yè)的云XR應(yīng)用服務(wù)層，提供了門戶、會議AS、數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)和接口機(jī)等功能模塊；
XR客戶端：集成XR渲染平臺服務(wù)端的對外服務(wù)的能力，封裝成SDK給XR客戶端APK進(jìn)行調(diào)用，實現(xiàn)XR業(yè)務(wù)的交互服務(wù)。針對微信小程序也提供渲染引擎插件功能。
除以上核心能力以外，該平臺提供能力開放功能給第三方生態(tài)合作伙伴開發(fā)XR應(yīng)用：
1. 渲染能力開放：提供標(biāo)準(zhǔn)SDK開放給第三方應(yīng)用提供商集成，支持云XR渲染應(yīng)用。
2. 智能識別能力開放：提供標(biāo)準(zhǔn)SDK開放給第三方應(yīng)用提供商集成，支持云端識別應(yīng)用。
3. 業(yè)務(wù)管理能力開放：包括內(nèi)容管理接口、統(tǒng)計分析接口、話單接口等API的開放功能。
4. 點(diǎn)直播能力開放：提供標(biāo)準(zhǔn)SDK開放給第三方應(yīng)用提供商集成，支持XR點(diǎn)播、直播及錄播等應(yīng)用。
結(jié)合中車的數(shù)字孿生和故障檢修場景，ZTE基于云XR的能力中臺，研發(fā)了云XR協(xié)作應(yīng)用，既能滿足海量數(shù)字孿生模型的場景打通生產(chǎn)數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)，又能實現(xiàn)多方異地協(xié)同以XR方式解決復(fù)雜故障的場景。
2. 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
中興通訊XRExplore產(chǎn)品借助于公司在其它視頻類產(chǎn)品（如：IPTV/ OTT/ CDN、視頻會議和安防等視頻產(chǎn)品）可靠性方面的深厚積累（如在雙機(jī)部署、異地容災(zāi)、N+1備份、產(chǎn)品安全方面等有成熟的部署經(jīng)驗），在產(chǎn)品化規(guī)模部署和安全性方面具有顯著優(yōu)勢。
下圖為中興通訊XRExplore產(chǎn)品的部署架構(gòu)圖。
圖2 產(chǎn)品部署網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
結(jié)合中車場景，具體部署情況如下：
端側(cè)支持各類異構(gòu)胖瘦終端，通過無線網(wǎng)絡(luò)靈活接入系統(tǒng)。邊側(cè)基于私有云部署，存儲海量三維模型數(shù)據(jù)并提供可視化算力支持，以數(shù)字孿生方式展現(xiàn)機(jī)車產(chǎn)品和核心部件的生產(chǎn)制造全生命周期數(shù)據(jù)，支持拖拉、旋轉(zhuǎn)、標(biāo)記、涂色等多人操作。中心管理平臺進(jìn)行用戶管理、內(nèi)容管理、應(yīng)用管理，為智能運(yùn)維提供支持。
3. 具體應(yīng)用場景和應(yīng)用模式
針對產(chǎn)品展示場景，結(jié)合ZTE XRExplore創(chuàng)新平臺，存儲海量數(shù)字模型，隨時隨地，使用多終端以數(shù)字孿生方式展現(xiàn)全量機(jī)車產(chǎn)品和核心部件的生產(chǎn)制造全生命周期數(shù)據(jù)，通過檢測數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比分析，提供機(jī)車改造優(yōu)化的效率。
1）5G+XR數(shù)字孿生系統(tǒng)，產(chǎn)品質(zhì)量分析會多人同場景沉浸式協(xié)作。
主要功能和業(yè)務(wù)：
n 多人協(xié)同，提高多部門跨地域會議效率；
n 生產(chǎn)制造全生命周期數(shù)據(jù)管理；
n PHM（預(yù)測與健康管理）系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)合分析；
n 檢測數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比分析。
圖3 多人協(xié)作
2）XRExplore平臺在工業(yè)領(lǐng)域遠(yuǎn)程指導(dǎo)的應(yīng)用
應(yīng)對故障檢修場景，結(jié)合數(shù)字孿生功能和遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)功能，使能參與故障解決的多方人員可以隨時隨地，使用多終端方式異地同時組會討論，協(xié)商解決方案，實現(xiàn)實時AR遠(yuǎn)程指導(dǎo)，完成故障定位和檢修，提高故障解決效率，節(jié)省人力、物力、財力和時間成本。
XRExplore平臺結(jié)合5G與邊緣計算功能后，可以充分發(fā)揮大帶寬低時延特性，實時傳輸遠(yuǎn)程高清視頻。現(xiàn)場人員佩戴AR眼鏡后，可以實時回傳現(xiàn)場結(jié)合AR信息的高清視頻，后方專家端可以對回傳信息進(jìn)行凍屏、標(biāo)注并結(jié)合語音信息流完成對現(xiàn)場的實時指導(dǎo)，指導(dǎo)效果如身臨其境，大大提升了工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)維、裝配等工作的工作效率。
三、下一步實施計劃
當(dāng)前階段主要完成多人協(xié)同應(yīng)用在列車產(chǎn)品質(zhì)量分析方面的落地，后續(xù)將重點(diǎn)推動多人協(xié)同應(yīng)用場景在列車市場推廣、售后維護(hù)等環(huán)節(jié)的落地應(yīng)用。
四、項目創(chuàng)新點(diǎn)和實施效果
1. 項目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
1） 端、邊、云架構(gòu)：基于在5G技術(shù)方面的雄厚積累，推出了以VR和AR眼鏡客戶端、邊緣云XR渲染平臺和中心云管理平臺為主體的三級系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)具備故障弱化能力，在中心管理平臺不可用的情況下，保證現(xiàn)有的虛擬課堂服務(wù)不中斷。無需接入頭盔線纜連接，利用邊緣云XR渲染平臺計算能力，釋放終端壓力，保證XR順暢運(yùn)行改善體驗。
2） 良好的終端兼容性：與核心芯片廠家包括高通，三星，Intel，瑞芯微，全志，炬力等深度合作，支持上百家VR/AR設(shè)備廠家，同時可以通過提供SDK接入其它未驗證對接過的VR和AR終端。邊端渲染與系統(tǒng)底層深度優(yōu)化，與邊端渲染配合終端APP都是基于OpenGL編程，效率高，功耗低，使用穩(wěn)定。
3） 良好的應(yīng)用兼容性：既支持SteamVR、HTC平臺VR應(yīng)用，也支持基于自有SDK開發(fā)的VR應(yīng)用，并同時支持AR應(yīng)用。
4） 完善的云平臺管理：中心云提供學(xué)校管理，用戶管理，產(chǎn)品管理，終端管理，內(nèi)容管理等功能。邊緣云提供虛擬課堂教學(xué)資源動態(tài)管理、終端統(tǒng)一接入和狀態(tài)管理等功能。具有豐富的電信級BOSS系統(tǒng)對接運(yùn)營經(jīng)驗。
5） 云XR渲染：云渲染平臺支持虛擬化部署，物理資源由虛擬化平臺進(jìn)行動態(tài)調(diào)度和統(tǒng)一管理。支持一路虛機(jī)多路渲染，滿足大規(guī)模并發(fā)和物理資源的充分利用。多種關(guān)鍵技術(shù)保障效果穩(wěn)定，低時延體驗。包括STP姿態(tài)預(yù)測, DTR異步時間扭曲和SLAM技術(shù)等。
6） 云XR識別：云XR平臺支持內(nèi)容邊端識別，在現(xiàn)實場景下疊加3D模型或者視頻進(jìn)行虛實融合。滿足AR景點(diǎn)秀、博物館文物識別等識別類應(yīng)用的需求。
7） 云編輯和編排：支持中心云和邊緣云XR內(nèi)容的在線編輯、離線編輯和內(nèi)容場景化編排，極大地增強(qiáng)了教學(xué)互動體驗。
8） 支持音視頻一體化會議：老師和學(xué)生可通過內(nèi)置會議系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)討論和課堂互動，解決了佩戴頭盔對環(huán)境聲音不敏感的問題。
9） 豐富的內(nèi)容資源：中興通訊聯(lián)合數(shù)十家業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的XR內(nèi)容提供商提供數(shù)千個優(yōu)質(zhì)的XR內(nèi)容，支持3D模型、視頻、動畫和圖片等各種內(nèi)容類型。
2. 實施效果
本項目階段性成果
1）在2019年10月17日舉行的世界智能制造大會上，中國中車聯(lián)合中興通訊展示數(shù)字孿生技術(shù)在機(jī)車核心部件上的應(yīng)用。
2）2020年3月17日，由中興通訊聯(lián)合中車數(shù)字、江蘇移動南京分公司共同開發(fā)的5G云XR協(xié)作應(yīng)用在列車制造運(yùn)營領(lǐng)域的實踐，成功通過項目二期評定驗收。
3）XR應(yīng)用場景：
實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量分析多人協(xié)同評審和工業(yè)現(xiàn)場巡檢指導(dǎo)的應(yīng)用。
4）5G云XR與傳統(tǒng)對比方案對比 ：
ü 5G大帶寬低時延，確保視頻質(zhì)量和視頻交互的上傳和分發(fā)時延。
ü 云XR邊緣渲染平臺，實現(xiàn)計算上移，可滿足滿足模型的渲染和呈現(xiàn)，降低對終端能力的要求。
ü 不同地域、不同專業(yè)多人協(xié)同分析評審，提升工作效率。
ü 5G+云XR打通了PHM等平臺和人機(jī)可視化交互之間的數(shù)據(jù)通道。
聲明
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