上海華瑞眾信技術有限公司田海濤，唐俊，孫東寧

關鍵詞：云邊協同；邊緣計算；碳排放核算；企業碳管理

1　引言

隨著全球工業化和城市化進程的加速，碳排放量不斷增加，導致全球氣候變暖、極端天氣事件頻發等環境問題日益嚴重。為了應對氣候變化，各國紛紛制定減排目標，并要求企業進行碳排放核算和管理。我國于2022年9月正式提出2030年碳達峰2060年碳中和的宏偉目標。然而，傳統的年度碳核查方法存在數據采集不及時、處理效率低下等問題，難以滿足現代企業對動態碳排放核算及碳資產管理的迫切需求。

近年來，云服務和邊緣計算技術的快速發展為企業實時動態碳核算需求提供了新的解決方案。云邊協同技術通過合理分配云計算與邊緣計算的任務策略，實現碳排放方法學庫模型的云端部署與企業動態實時數據的邊緣側核算與數據統計實時分析的云邊協同應用。本文將云邊協同技術應用于企業碳核算中，設計并實現了一種基于云邊協同的企業碳核算邊緣一體機，旨在提高企業碳排放管理的效率和準確性。

2　系統架構

2.1　系統總體架構

基于云邊協同應用技術的企業碳核算邊緣一體機系統架構如圖1所示。核心系統主要由三部分組成：企業碳核算邊緣一體機（碳算盤）、云端服務器（雙碳大腦平臺）和用戶終端。

圖1 基于云邊協同的企業碳核算邊緣一體機系統架構圖

2.2　邊緣一體機

邊緣一體機是企業碳核算的核心設備，它通過內置的嵌入式數據采集軟件，對實時采集到的企業能源消費總量數據、碳排放活動相關數據等基礎數據源，以及匹配過程的排放數據和其他排放源數據、排放因子、碳排放方法學模型等進行統計核算，按相關標準規定核算出企業動態實時碳排放量。邊緣一體機具備以下功能：

數據采集：通過嵌入式數據采集軟件及一體機自帶的RS485串口、RJ45網絡接口，實時采集各種能源計量器具輸出的能源消費量數據，以及各種信息化系統中含碳原料的消費量數據。

數據處理：利用一體機自身的邊緣計算能力，對采集到的數據進行預處理、數據分類、數據標識、數據清洗后，根據行業方法學模型進行碳排放量核算，并將核算結果存儲到邊緣一體機本地，面向用戶端展示。

核算分析：根據特定行業方法學算法模型，對碳排放核算相關的各類活動數據、排放因子等參數進行碳排放量核算，并對核算結果按綜合評價指標需求進行匯總、統計與分析。

2.3　云端服務器

云端服務器負責提供企業碳管理功能相關的系統預設參數，如碳排放因子、行業碳排放方法學庫、全球變暖潛勢GWP、各能源品種熱值等基礎字典信息，接收邊緣一體機上傳的數據，并進行深度分析和存儲。其主要功能包括：

邊緣賦能：預置各種邊緣一體機進行碳排放量核算相關的行業方法學庫、排放因子參數、能源熱值等基礎字典信息，動態跟蹤碳交易市場波動價格并提供API接口供邊緣一體機調用。

數據接收：接收邊緣一體機注冊授權申請、行業方法學模型請求下載、行業碳排放量基線指標同步等相關數據請求信息并響應。

數據分析：利用大數據和人工智能技術，對企業碳排放總量及強度等相關數據上報至政府監管平臺的時效性、準確率、成功率、完整度等指標進行統計分析，并通過對全部邊緣一體機的歷史上報數據進行橫向對比分析后，展示綜合評分及行業或區域數據質量排名等。

設備管理：在云邊協同應用技術支撐下，通過云服務器對邊緣一體機進行注冊授權、方法學模型下發、排放因子更新、設備狀態遠程管理和參數配置等一系列操作，實時動態管理邊緣一體機聯網狀況、授權期限、軟件版本信息、日志查看及遠程維護等設備生命周期相關信息，方便企業用戶對邊緣一體機的高效率運維和管理。

2.4　用戶終端

用戶終端是企業用戶訪問碳排放管理系統的接口，它通過瀏覽器訪問碳核算邊緣一體機，實時獲取企業碳排放量、碳排放強度等相關業務數據。其主要功能包括：

數據查看：實時查看企業組織邊界碳排放量、活動數據詳情、碳排放類型構成及占比分析、碳排放源清單及相應碳排放量數據。

報告查看：查看企業年度碳排放報告，用于企業年度碳核查和對外報告。

預警通知：根據預先設定的企業年度碳排放量目標、月度碳排放量計劃或主管部門發放的碳排放配額，系統自動監測對比碳排放量數據，當碳排放量超過預設閾值時，自動發送預警通知。

系統設置：支持用戶對邊緣一體機的用戶權限、碳排放目標、碳資產交易記錄及碳排放設施管理等相關配置和系統管理。

3　關鍵技術與方法研究

3.1　云邊協同技術

云邊協同技術通過將云計算與邊緣計算緊密結合，合理分配云服務器與邊緣一體機的計算任務清單，充分發揮邊緣一體機在企業端側對數據的實時本地處理和分析計算優勢，對時效性要求高、數據安全敏感性高的數據在企業網絡內實現邊緣一體機與用戶端之間的數據閉環應用。同時，它借助云端服務器在廣域網范圍內可提供的運維管理便利性、深度數據分析和存儲的云計算能力，保障企業碳排放核算與管理系統的穩定運行能力與系統先進性。云邊協同應用技術框架如圖2所示。

圖2 云邊協同應用技術框架

3.2　邊緣數據處理方法

多維數據模式識別：為確保數據的準確性與實用性，邊緣一體機預處理業務單元需要對采集到的能源流與物質（原料）流兩大類數據從時間切片、工藝路徑、工序識別與生產批次追蹤等多維度進行數據分類與優化處理，為后續業務單元根據碳排放方法學模型進行統計分析提供精準數據支撐。

異常數據處理策略：針對生產系統對接過程中因異常而重復推送的數據，數據預處理業務單元建立智能化去重機制業務模型，自動比對識別并剔除重復數據；對于能源計量器具或能源系統轉發的突變數據或無效數據進行標識并拋轉至異常數據庫，阻止其進入后續業務單元，避免數據污染對碳計量結果的準確性造成影響。

3.3　數據建模方法研究

以溫室氣體排放設施為最小核算單元，以碳盤查指標為數據建模對象，根據組織邊界碳核算標準，梳理數據建模相關的采集數據項、計量器具、活動數據、排放因子、工藝路徑、設施名稱、工序單元等各項參數之間的關聯關系及業務邏輯關系，對全部相關要素進行編碼化定義與組合構建，定義出7段16位碳排放源指標編碼，實現編碼指標全局唯一性，通過編碼體系可以對碳排放源進行分類分項匯總，為后續各項業務前端應用數據的匯總分析處理奠定基礎。相關數據要素的梳理邏輯如圖3所示。

圖3 邏輯關系梳理與數據建模

3.4　數據流轉邊緣計算模型

邊緣一體機自帶的嵌入式數據采集軟件完成各種能源計量器具的實時數據采集與初始數據治理后，將數據根據配置工具軟件配置的指標編碼存入本地實時數據庫緩存。碳排放量核算表達式計算服務將根據設定的核算方法學公式對活動數據、排放因子等參數進行合規性檢查，包括數據有效性、數據質量、數據時間標識、排放源類型符號（表征排放或吸收）等，對于不符合運算條件的參數變量進行報錯提醒，待全部參變量符合運算條件后，碳排放計算引擎服務將啟動運算，并根據每一個步驟的計算邏輯輸出計算結果到下一個計算單元過程，將核算結果存入邊緣一體機本地的時序數據庫中。部分業務數據判斷過程如圖4所示。

圖4 表達式計算服務數據流圖

3.5　邊緣一體機結構設計

邊緣一體機外部結構設計為一臺2U高度后出線標準機架式結構（如圖5），前面板配置一塊5寸觸摸式液晶屏，用于顯示企業碳排放量及碳排放類別占比等統計信息；內部結構采用嵌入式低功耗處理器、無風扇被動散熱設計理念，通過布置于機構側面的散熱鰭片實現設備與外界的熱交換。高效的散熱效能和無旋轉部件結構設計，在提高一體機產品使用壽命和廣泛適應安裝場景方面有重要意義。

產品后面板配有6個千兆獨立MAC以太網接口，4個隔離RS485總線通信接口用于實時數據采集與通信；1個4G無線通信接口，可擴展Lora無線通信接口。豐富的數據采集接口可以直接與能源消耗計量器具（如電表、熱表、燃氣表、地磅、皮帶秤等）連接，利用內置的嵌入式數據采集軟件，實現實時能源消耗數據采集、解析、處理、轉換、存儲入庫，為后續碳排放量核算與統計分析提供全面高質量的活動數據源。

圖5 企業碳排放核算邊緣一體機實物圖（后視圖）

4　綜合評價指標

本文提出的基于云邊協同應用技術的企業碳排放量核算方法可以實時、動態反映企業在生產過程中的能源/原料消耗與碳排放量之間的關聯關系，有助于企業從宏觀層面把握生產進度、設定年度碳排放量計劃目標等戰略規劃。但僅僅有排放量指標還不足以指導企業從更多維度進行節能降碳及碳中和路徑規劃等實踐行動，故在本次產品研究開發過程中，我們從以下幾個方面提取相關數據要素并以數據量化方法更加直觀地呈現企業生產過程中能源消耗與碳排放量、碳資產構成等方面的相互影響關系，進而可以輔助企業實現碳達峰、碳中和與低碳轉型目標。

4.1　碳排放類別占比

通過對企業碳排放源及碳排放類別的梳理，分類匯總統計企業化石燃料直接碳排放、生產過程碳排放、凈外購電力碳排放、凈外購熱力碳排放、特殊排放及固碳產品碳排放等多種排放類別，并通過柱狀圖、餅狀圖等直觀方式展示碳排放類別占比。

4.2　能源碳排放占比

通過對各排放類型中由能源消耗產生的碳排放量進行匯總加和，與企業全部碳排放量進行比較，最終量化出企業能源消耗產生碳排放量占比。此指標可以衡量企業經營與生產過程中能源消費總量與產值之間的關系，并通過進一步分析直接燃燒排放和間接排放的構成比例，輔助企業探索低碳燃料或綠電替代的降碳路徑。

4.3　綠電使用量占比

通過評價固定周期內（通常是1個自然年度）企業購買綠電量與總用電量之比，反映企業參與綠電交易、消納清潔能源的意愿和積極性。

4.4　碳配額履約率

通過企業動態碳排放量與年度碳配額量之間的比較分析，可以清晰展示企業在年度生產過程中的產量進度、本年度碳排放累計量與年度碳排放量配額之間的關系，并可以適時調整生產計劃或產品品類（高碳排放產品或低碳產品）的生產占比，或通過購買綠電、CCER、開展節能降碳項目等方式完成年度履約任務。

5　結論

本文研究并開發了一種基于云邊協同應用技術的企業碳核算邊緣一體機，通過邊緣計算與云服務的高效協同，實現了對企業碳排放數據的實時采集、處理和分析，并通過多項評價指標，綜合分析并反映了企業在生產經營過程中的動態碳排放相關指標，在提供豐富的數據分析功能的同時，有助于企業提高碳管理的效率和準確性。

在電子制造行業、建筑材料生產行業、新能源汽車銅箔加工領域及燃煤電廠領域的試點示范項目應用表明，該系統顯著提高了碳排放活動數據采集和處理效率，顯著提升了企業面對第三方碳核查及企業碳管理能力。未來，我們將進一步優化系統性能，擴大應用范圍，積累更多實踐數據和案例，為企業碳管理提供更加全面的解決方案。

作者簡介：

田海濤（1980-），男，遼寧鐵嶺人，高級工程師，學士，現就職于上海華瑞眾信技術有限公司，主要從事邊緣計算網關、邊緣碳計量一體機及OT/IT融合應用技術產品設計與云邊協同應用技術解決方案推廣工作。

唐　俊（1989-），男，陜西漢中人，工程師，學士，現就職于上海華瑞眾信技術有限公司，主要從事邊緣計算網關、邊緣碳計量一體機及OT/IT融合應用技術產品研發方面的工作。

孫東寧（1985-），女，河北承德人，工程師，學士，現就職于上海華瑞眾信技術有限公司，主要從事邊緣碳計量一體機產品的需求分析與功能設計工作。

摘自《自動化博覽》2025年2月刊