变电站边缘 AI 盒功耗与散热预算手册
调研日期：约 2026-10-25（Asia/Shanghai）
定位：柜内 / 户外箱供电容量、PoE 相机负载、SoC/NPU 热设计、过热降级阶梯；与 BOM、FPS 矩阵、可观测性、多路 RTSP 对齐。
衔接：edge-ai-substation-gateway-bom.md、edge-ai-board-fps-power-matrix.md、edge-ai-cn-npu-fps-matrix.md、edge-ai-observability-logging-metrics.md、edge-ai-multistream-rtsp-scheduling.md、edge-ai-d60-d90-acceptance-checklist.md。
数字为公开规格量级；未核到的写 unknown；禁止把 Zoo / 模组 TDP 直接写进柜电合同。
0. 一句话结论与红线
结论：站端电与热预算必须按「板卡实测满载 + PoE 相机峰值 + 盘/蜂窝/风扇 + ≥30% 余量」估算；散热优先被动导热到壳/柜壁，有风扇须过业主安规与清灰策略；热降频必须可观测（edgeai_soc_temp_celsius + THERMAL_THROTTLE），并走「降帧 → 砍次要路 → ops 告警」阶梯，禁止闷到死机前才发现。
| 红线 ID |
禁止项 |
说明 |
| T1 |
禁止按 Zoo / 模组标称 TDP 估柜电 |
Orin「7/15/25 W」、RK「Max 10～14 W」是模组/板级量级，不含 PoE PSE、相机、SSD、4G、交换机空载；合同电源按 整柜分项实测 |
| T2 |
热降频必须可观测 |
触发降频 / 主动降路须打 THERMAL_THROTTLE ops，并抬升 edgeai_soc_temp_celsius；禁止静默掉 FPS |
| T3 |
散热方案须过业主安规 |
柜内加装风扇、开孔、空调、加热除湿须符合站规 / 消防 / EMC；户外箱 IP、滤网、风扇朝向须业主书面确认 |
| T4 |
禁止 AI 盒并入保护电源与跳闸回路 |
对齐 BOM 网络红线；电源取自管理信息大区 / 站用辅电隔离变压器侧 |
| T5 |
满载热否决不可豁免 |
D90：目标路数满载 ≥30 min 无不可恢复降频、无死机；否则否决上线（对齐 D90-01 / D90-04） |
1. 功耗分项与估算公式
1.1 分项表（量级，须本站实测替换）
| 分项 |
A 入门（1–2 路） |
B 标准（4–8 路） |
C 汇聚（16–32 路） |
备注 / 来源量级 |
| 算力板卡 |
空闲 1–3 W；满载约 8–14 W（RK3588J 类） |
Orin 模组 7/15/25 W；整机含载板常预算 35–45 W 输入头；CV186AH 盒约 5–8 W |
BM1684X SE7 类典型 ≤18–20 W（第三方满载约 17–20 W；个别叙述约 33 W → 以选型机实测为准） |
见 BOM / FPS 矩阵；非合同值 |
| PoE 交换（PSE） |
8 口工业 PoE+，总预算约 120 W 级；空载约 5–15 W（型号 unknown） |
8～16 口，预算 120–250 W |
16～24 口或双机 |
802.3at：PSE 口约 30 W，PD 端保证约 25.5 W/100 m |
| 相机 PD（峰值） |
枪机 IR 开：约 4–8 W/路；双光/补光约 8–13 W |
同左 ×N；PTZ 无加热约 15–25 W；带加热雨刷可达 40–60 W（需 802.3bt，非本手册默认） |
按点位 |
按夜间 IR/加热峰值，勿用白天平均 |
| 证据 SSD / NVMe |
约 0.5–3 W 持续；写高峰略高 |
同左；多盘 unknown |
同左 |
工业宽温盘优先 |
| 4G/5G 模组 |
可选；待机约 1–3 W，发射高峰约 3–10 W 量级 |
建议 1 |
建议 1 |
仅 MQTT/OTA；峰值与网络条件相关 |
| 风扇 / 加热除湿 |
无风扇优先；小风扇约 1–5 W |
Orin 强制风冷：按整机风扇规格（unknown 具体瓦） |
跟厂商整机 |
加热器按柜规单独计，勿算进 AI 盒 TDP |
| 其他 |
USB 传感、隔离 RS485、指示灯 |
同左 + 可选串口采集盒 |
同左 |
单路传感通常 ≪1–2 W |
PoE 相机负载规则
- 单路 PD 取 datasheet 最大功耗（含 IR/加热），再对长缆留损耗余量。
- Σ PD 峰值 ≤ 交换机 PoE 总预算 × 0.8（默认 20% 头寸）。
- 任一 PD >25.5 W → 改本地供电或 802.3bt，不能靠「总预算够」硬塞 at 口。
- AI 盒若内置 PoE（如部分 Orin 工业盒宣称 4×PoE+、总预算约 50 W）：4 路枪机尚可，8 路必须外置工业 PoE 交换（对齐 BOM）。
1.2 估算公式
P_cam_peak = Σ_i P_cam_i_max # 各相机 datasheet 峰值（IR/加热全开）
P_poe_sw = P_sw_idle + P_cam_peak / η_pse # η_pse 取 0.85～0.95（未知则用 0.85）
P_box = P_soc_meas + P_ssd + P_wwan_peak + P_fan
P_cabinet = P_box + P_poe_sw + P_heater_dehum # 加热除湿按柜规另计
P_supply_min = P_cabinet × 1.30 # ≥30% 余量；UPS 容量再按 VA/功率因数放大
| 符号 |
含义 |
取值建议 |
P_soc_meas |
本站目标路数满载 30 min 平均板卡功耗 |
用钳表/电源读数；禁止用 Zoo TDP |
η_pse |
PSE 转换效率 |
无厂家数 → 0.85 保守 |
1.30 |
电侧余量 |
含同时启动、低温加热、4G 发射尖峰 |
| UPS |
在线式 |
BOM：B/C 档 500–1000 VA 量级；续航按站规（unknown） |
三档供电速查（量级，非合同）
| 档位 |
相机假设 |
P_cabinet 粗算 |
建议电源输入头 |
| A |
2×7 W 枪机 + RK 盒 12 W + PoE 空载 10 W |
≈ 40–55 W → ×1.3 ≈ 55–75 W |
DC 12 V / ≥10 A 或宽压等价；小 UPS 可选 |
| B |
6×8 W + Orin 整机预算 40 W + PoE 空载 12 W |
≈ 100–120 W → ×1.3 ≈ 130–160 W |
宽压 9–36 V 工业电源 + UPS ≥500 VA |
| C |
16×8 W + BM 盒 20 W + 大 PoE 空载 20 W |
≈ 170–200 W → ×1.3 ≈ 220–260 W；16 口 PoE 总预算仍须 ≥ ΣPD/0.8 |
双路或 UPS N+1；PoE 交换独立供电 |
上表仅为数量级校核；正式 BOM 须用实测 P_soc_meas 与相机峰值替换。
1.3 柜内 vs 户外箱供电注意
| 场景 |
供电要点 |
热环境 |
| 二次室 / 柜内导轨 |
站用 AC220 或 DC110/220 → 隔离宽压电源 → 盒；PoE 交换同柜独立空开 |
夏季密闭柜内可达 50 ℃+ 量级（工业文述）；优先被动散热 |
| 汇控柜 / 智能控制柜 |
与测控/交换分空开；禁止共享保护装置电源 |
柜内上下温差规范量级（如智能控制柜温差 ≤10 ℃ 类要求，具体站规 unknown） |
| 户外箱 / 壁挂 |
IP54～IP65；进线防水接头；4G 天线外置 |
暴晒舱内可达 60 ℃ 量级；需导热到金属外壳或业主批准的散热/空调 |
2. 热设计与可观测联动
2.1 结温 / 壳温 / 进风
| 量 |
定义 |
工程动作 |
| 结温 Tj |
芯片内部温度 |
由 SoC 热传感器 / hwmon 间接反映；触发 DVFS / thermal throttle |
| 壳温 Tc / 外壳 |
铝壳或 flattop 表面 |
满载测点贴片；与进风温差过大 → 导热路径失效 |
| 进风 / 环境 Ta |
柜内或箱内空气 |
测点放进风侧，勿贴在鳍片出风口冒充环境 |
| 导热路径 |
芯片 → TIM → 均热板/热管 → 铝壳鳍片 → 空气 / 柜壁 |
工业无风扇盒常见路径；柜内 flattop 方案须贴紧金属板/柜壁（公开例：Orin NX 20 W 模式贴 50×50×0.2 cm 金属板时宣称 60 ℃ 无降频量级——仅参考，须本机复测） |
设计原则
- 能无风扇则无风扇（粉尘柜优先），靠外壳自然对流；算力高（Orin 25 W+、多路解码）再上受控风扇。
- 鳍片竖直、进风净空；滤网朝下/侧，避免积灰堵死。
- 宽温元器件与工业 SSD；商用 Orin 开发套件禁止直接挂户外柜。
- EMC：金属壳兼作屏蔽；风扇电源加磁环；开孔方案过安规。
2.2 高温柜实测最小集
| 步骤 |
动作 |
记录 |
| 1 |
组柜：目标 N 路码流清单冻结（分辨率/编码/目标 FPS） |
《码流基线》 |
| 2 |
环境：实验室高温箱或站内夏季柜；记录 Ta |
Ta 曲线 |
| 3 |
满载 ≥30 min；同步记功耗、壳温、edgeai_soc_temp_celsius、edgeai_decode_fps / edgeai_infer_latency_seconds |
CSV + 照片 |
| 4 |
观察是否触发内核 thermal、DVFS、主动降路 |
dmesg / ops 事件 |
| 5 |
清灰前后对比（有风扇时） |
温升差 |
2.3 与可观测性告警联动
对齐 edge-ai-observability-logging-metrics.md：
| 信号 |
用途 |
edgeai_soc_temp_celsius |
主温度 Gauge；超板卡降频点 → 告警 |
telemetry.temp_c / power_w |
MQTT 周期快照（有传感器则报） |
ops THERMAL_THROTTLE |
WARN：温度触发降频或 FPS 雪崩；载荷：temp_c、action（reduce_fps/drop_cam）、cams |
edgeai_drop_frames_total / edgeai_decode_fps |
验证降级是否生效、是否过度 |
阈值模板（须按 BOM 板卡改数，勿抄博客）
| 级 |
条件（示例） |
动作 |
| L0 正常 |
temp < T_warn |
满配路数与目标 FPS |
| L1 预警 |
temp ≥ T_warn 持续 ≥60 s |
日志 WARN；telemetry 加快；准备降帧 |
| L2 降频协同 |
temp ≥ T_throttle 或内核已 throttle |
进入 §3 阶梯；发 THERMAL_THROTTLE |
| L3 保护 |
temp ≥ T_crit 或风扇故障 |
仅保留 P0 路；必要时安全停推理进程（不断电乱拔）；严重告警 |
T_warn / T_throttle / T_crit：unknown 统一数——写入《机柜热设计表》，来源为所选 SoC datasheet + 整机厂商指南 + 本站 30 min 曲线。
3. 过热策略阶梯（不断推理到死机前）
与多路手册一致：先降帧，再砍次要路；MQTT / telemetry 旁路可丢，解码/NPU 热路径不堵。
L1 降帧 / 隔帧推理 → 目标 FPS ×0.5～0.7；次要任务 ROI 缩小
L2 砍次要路（P2→P1） → 保留安防/烟火等 P0；发 THERMAL_THROTTLE
L3 仅 P0 + 最低 FPS → 证据抓拍降频；停主动学习上传
L4 安全停推理进程 → 保留看门狗与温感上报；人工介入前不自动复满载
| 阶梯 |
触发启发 |
调度动作 |
可观测 |
| 降帧 |
soc_temp ≥ T_warn 或 infer_q >80% 且温升中 |
drop-frame-interval / sample_interval；次要模型隔帧 |
edgeai_drop_frames_total↑；FPS 有意下降 |
| 砍路 |
soc_temp ≥ T_throttle 或降帧后温升仍不回落 ≥2 min |
按优先级卸流：P2 巡视 → P1 一般 → 保 P0 |
THERMAL_THROTTLE + streams[].state |
| THERMAL_THROTTLE ops |
任一主动降级或内核 throttle 位 |
MQTT events/ops，QoS1；不进保护点表 |
值班可见 |
| 禁止 |
— |
无界队列硬扛；静默降频不告警；过热死机重启后立刻复满载无冷却窗 |
— |
恢复：温度回落至 T_warn − 5 ℃（示例）并稳定 ≥5 min，才逐步加回 FPS / 路数；避免热振荡。
4. 两周落地 + 验收门禁
第 1 周：算清电、定热路径
| Day |
动作 |
产出 |
| D1 |
定 BOM 档位 A/B/C + N 路清单 + 相机峰值功耗表 |
《功耗分项表》v0 |
| D2 |
选电源/UPS/PoE 总预算；核对单口 at/bt |
电源规格勾选 |
| D3 |
定散热：被动壳 / flattop 贴柜壁 / 受控风扇；提交业主安规确认 |
《散热方案》+ 业主签批（或邮件记录） |
| D4–5 |
实验室单板上电：功耗模式、hwmon 温度节点、风扇 PWM（如有） |
传感器路径文档 |
| D5 |
Agent：暴露 edgeai_soc_temp_celsius；模拟超阈发 THERMAL_THROTTLE |
联调日志 |
第 2 周：组柜热测与门禁
| Day |
动作 |
产出 |
| D6–7 |
组柜布线；测点：进风、壳温、电源读数 |
测点照片 |
| D8–9 |
目标 N 路满载 30 min；记录 FPS/温/功耗；触发一次人为降温验证恢复逻辑 |
《热性能报告》草稿 |
| D10 |
跑通降帧→砍路阶梯（可用加热或限风模拟） |
阶梯录像/日志 |
| D11–12 |
对表 D90-01 / D90-04；修风道或降 N 直至门禁通过 |
签字版报告 |
| D13–14 |
冻结《机柜热设计表》（T_*、路数、电源余量）；写入运维手册 |
基线入库 |
验收门禁（与 D90 对齐）
| ID |
门禁 |
否决？ |
| TB-01 |
《功耗分项表》含实测 P_soc_meas，未用 Zoo TDP 代替 |
否决 |
| TB-02 |
P_supply ≥ P_cabinet × 1.30；PoE ΣPD ≤ 预算 ×0.8 |
否决 |
| TB-03 |
散热方案有业主安规确认记录 |
否决（无确认不得投运） |
| TB-04 |
满载 ≥30 min：无死机；若发生 throttle 必须有 THERMAL_THROTTLE 且阶梯生效 |
否决 |
| TB-05 |
edgeai_soc_temp_celsius 进 /metrics 与 telemetry |
否决 |
| TB-06 |
恢复逻辑有冷却窗，无热振荡 |
警告（反复失败升级否决） |
5. 与既有手册衔接
| 文档 |
衔接点 |
| BOM |
三档板卡功耗量级、PoE 120–250 W、UPS、散热行；本手册补分项公式与余量 |
| FPS / 国产 NPU 矩阵 |
合同只认端到端；本手册要求热测与 FPS 同工况记录 |
| 可观测性 |
温度指标、THERMAL_THROTTLE、telemetry.temp_c/power_w |
| 多路 RTSP |
过载与过热共用「降帧→砍路」；热优先看 soc_temp |
| D60/D90 |
D90-01 满载性能含功耗与降频曲线；D90-04 BOM 散热否决 |
| VLAN / 安全 |
电源与网均不进保护；ops 事件不出保护点表 |
6. 未知与禁止编造
| 项 |
状态 |
统一 T_warn/T_throttle/T_crit ℃ |
unknown（按板卡+整机填写） |
| 具体工业 PoE 交换空载瓦数 |
unknown（按型号 datasheet） |
| 业主柜内允许开孔/风扇的站规条文号 |
unknown（项目商务提供） |
| 站用 DC110/220 转宽压的精确效率 |
unknown |
| Orin/RK/BM 在「本站夏季柜」的保证无降频环境温度 |
unknown（仅公开实验室/厂商板级条件，须复测） |
| 加热除湿与消防联动细节 |
unknown |
禁止：用 model-only FPS 反推「很凉快所以功耗低」；用模组 7 W 模式承诺 8 路满载柜电；静默热降频冒充稳定运行。
7. 参考来源（公开，非站规）
- 工业边缘盒无风扇/宽温热管理工程叙述（导热垫、均热板、铝壳鳍片、柜内高温量级）。
- IEEE 802.3af/at/bt PoE 功率与工业 PoE 预算实践（PD 峰值、20% 头寸、单口上限）。
- 公开工业 Orin 盒：flattop 传导散热、PoE+ 总预算约 50 W、20 W 模式贴金属板 60 ℃ 无降频宣传条件（须自测）。
- Jetson 功耗模式与热量近似等于电功率的热设计常识。
- 本仓库：BOM、FPS 矩阵、observability、multistream、D60/D90 清单。
— 完；只落盘，不改飞书。