地鐵門禁系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成案例

王建文 羅 慧

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510010)

地鐵門禁系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成案例

王建文 羅 慧

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510010)

地鐵門禁系統(tǒng)(ACS)以往是相對(duì)獨(dú)立的安防系統(tǒng)，這次首次嘗試將其集成在綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)中。以廣州地鐵5號(hào)線的實(shí)際項(xiàng)目為背景，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、功能及接口設(shè)計(jì)、平臺(tái)開發(fā)及實(shí)施等多個(gè)角度對(duì)集成方案進(jìn)行闡述。

地鐵;門禁系統(tǒng);綜合監(jiān)控系統(tǒng);集成

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成范圍

在地鐵車站中，設(shè)置了各種機(jī)電系統(tǒng)，目的在于保障地鐵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保運(yùn)營(yíng)安全，提高乘客和工作人員的舒適度。為提高軌道交通自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)管理水平，廣州地鐵3號(hào)線首次嘗試采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)，為眾多機(jī)電系統(tǒng)提供一個(gè)信息整合的平臺(tái)。近年來，越來越多后續(xù)建設(shè)的地鐵線路使用這一系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)軌道交通運(yùn)營(yíng)的綜合自動(dòng)化控制及管理。

隨著技術(shù)的進(jìn)步和運(yùn)營(yíng)需求的不斷提高，綜合監(jiān)控系統(tǒng)所集成或互聯(lián)的子系統(tǒng)逐漸增多，大家越來越多地討論集成的深度。所謂深度集成，一般是指將子系統(tǒng)完全融入到綜合監(jiān)控這種系統(tǒng)平臺(tái)上。在數(shù)據(jù)傳輸方式上，子系統(tǒng)的控制器能與綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的“透明”傳輸，采用開放的通信協(xié)議;在表現(xiàn)形式上，被集成的子系統(tǒng)可以完全舍棄管理層的工作站，綜合監(jiān)控的人機(jī)界面上就可以實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的所有功能，從而減少車站及中央的終端數(shù)量，便于調(diào)度人員掌握和使用。

目前，從國(guó)內(nèi)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)情況看，尚有一些專業(yè)仍未集成，只是采用互聯(lián)的方式與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的交換。在這些專業(yè)中，一類是其本身系統(tǒng)的獨(dú)立性和安全性的原因，不宜集成在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，如信號(hào)系統(tǒng)(SIG)、自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng)等;另一類則是其功能相對(duì)專業(yè)和復(fù)雜的系統(tǒng)，軟件平臺(tái)一直由本行業(yè)內(nèi)的公司開發(fā)并實(shí)施，如門禁系統(tǒng)(ACS)、調(diào)度電話系統(tǒng)(DLT)等。

門禁系統(tǒng)是否適合集成在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，一直以來都是眾說紛紜的。有些觀點(diǎn)認(rèn)為，門禁系統(tǒng)作為特有的安保出入控制管理系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的安全性和特殊性，不適合集成在ISCS中。但隨著ISCS在技術(shù)上的不斷成熟和進(jìn)步，已完全具備集成ACS的條件，而且ISCS的功能重點(diǎn)也逐漸由實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)向信息管理。廣州地鐵5號(hào)線的ISCS在設(shè)計(jì)和實(shí)施前，已經(jīng)積累和總結(jié)了先前線路的經(jīng)驗(yàn)，本著擴(kuò)展ISCS的廣度和深度的初衷，將ACS納入到集成范圍當(dāng)中。

2 車站ACS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

ACS以車站為單位，站級(jí)設(shè)備由現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備以及車站總控單元組成。其中，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備包括就地控制器、讀卡器、開門按鈕、門磁等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，車站總控單元與就地控制器通過總線連接，以主從關(guān)系通信，負(fù)責(zé)集中采集就地控制器的信息，或向就地控制器下發(fā)指令，并負(fù)責(zé)與ISCS進(jìn)行通信。圖1為車站級(jí)ACS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

若ACS不在ISCS上集成，則會(huì)設(shè)置獨(dú)立的全線傳輸網(wǎng)絡(luò)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般為兩級(jí)管理(車站級(jí)、中央級(jí))和三級(jí)控制(現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、車站級(jí)、中央級(jí))。若ACS集成在ISCS上，則其車站級(jí)和中央級(jí)的功能完全交由ISCS實(shí)現(xiàn)。車站集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 車站ACS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 車站集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集成后的ACS不再單獨(dú)組網(wǎng)，站級(jí)ACS總控單元連接至ISCS骨干網(wǎng)，ISCS先通過前端數(shù)據(jù)處理器(RTU)對(duì)信息初步處理，再上傳至ISCS服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，ACS的工作站由ISCS的站級(jí)工作站所取代，作為站務(wù)和調(diào)度人員操作和管理的終端設(shè)備。在此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，門禁控制器開放底層通信協(xié)議，通過通信端口直接與ISCS實(shí)現(xiàn)連接，而不是基于PC層面的通信(頂層集成)。

同樣，中央級(jí)的管理功能也由ISCS完成，ISCS單獨(dú)設(shè)置中央門禁授權(quán)工作站，原ACS中央服務(wù)器由ISCS中央歷史服務(wù)器取代，用于對(duì)全線ACS的授權(quán)操作和信息儲(chǔ)存及管理，如圖3所示。

圖3 中央集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 ACS功能和實(shí)現(xiàn)方案

地鐵ACS的功能主要可分為兩大類:監(jiān)控功能和授權(quán)管理功能。監(jiān)控功能包括對(duì)門的開關(guān)狀態(tài)、報(bào)警信息、刷卡信息的實(shí)時(shí)監(jiān)視，以及對(duì)門鎖的遠(yuǎn)程控制，還應(yīng)包括出現(xiàn)火警或其他緊急情況時(shí)的災(zāi)害響應(yīng)。授權(quán)管理功能應(yīng)具有對(duì)員工卡授權(quán)、檔案數(shù)據(jù)庫管理、歷史報(bào)表查詢及篩選等功能，根據(jù)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需求還可加入考勤及巡更系統(tǒng)。以往的門禁管理系統(tǒng)采用獨(dú)立開發(fā)的專業(yè)軟件，下面介紹ACS集成在ISCS后幾個(gè)重點(diǎn)功能的實(shí)現(xiàn)方案。

3.1 監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)方案

為滿足ACS監(jiān)控功能的實(shí)時(shí)性，ISCS與ACS采用基于TCP/IP的Modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。ISCS的車站數(shù)據(jù)處理終端RTU作為Modbus主機(jī)，對(duì)門禁車站的主控單元進(jìn)行輪詢，并獲取響應(yīng)寄存器內(nèi)的門狀態(tài)以及刷卡信息，RTU將ACS信息上傳至車站服務(wù)器和IAS(集中告警系統(tǒng))服務(wù)器，供在MMI(人機(jī)界面)上顯示;同樣，操作人員也可在MMI上下發(fā)控制命令，通過車站RTU寫入ACS總控單元相應(yīng)的寄存器內(nèi)，總控單元再通過RS485總線下發(fā)到各個(gè)就地控制器中，達(dá)到控制目的。ISCS平臺(tái)的MMI監(jiān)控界面如圖4所示。

圖4 ACS監(jiān)控功能界面

在整個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞的過程中，流經(jīng)的環(huán)節(jié)較多，尤其是ACS總控單元與就地控制器之間采用串口通信方式，傳輸速度有限，難免會(huì)發(fā)生信息延遲甚至丟失的情況。為避免這種情況，針對(duì)刷卡信息，另增加了一條數(shù)據(jù)傳輸通道。車站ACS總控單元作為整個(gè)數(shù)據(jù)流承上啟下的環(huán)節(jié)，將當(dāng)天車站內(nèi)各就地讀卡器內(nèi)完整的刷卡信息記錄在一個(gè)文檔中，并于每天運(yùn)營(yíng)結(jié)束后(如凌晨2∶00)采用FTP的方式，定時(shí)上傳至綜合監(jiān)控歷史服務(wù)器中，生成報(bào)表，供運(yùn)營(yíng)管理和查詢。采用這種方式，使ACS總控單元與ISCS在接口斷開期間仍能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)記錄，在雙方接口恢復(fù)后ISCS仍能獲取到這段時(shí)間的刷卡信息。

綜上所述，綜合監(jiān)控和ACS通過兩種協(xié)議方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)滿足運(yùn)營(yíng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和離線恢復(fù)的需求。數(shù)據(jù)流向如圖5所示，其中IAS為集中告警系統(tǒng)。

圖5 監(jiān)控功能數(shù)據(jù)流

3.2 授權(quán)功能的實(shí)現(xiàn)方案

授權(quán)功能是ACS中的核心部分，關(guān)系到地鐵環(huán)境的安全性，而正確引導(dǎo)和管理授權(quán)人員的行為是此系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)。因此，在功能設(shè)計(jì)和平臺(tái)開發(fā)過程中，應(yīng)充分注意運(yùn)營(yíng)的管理模式和參與授權(quán)人員的行為習(xí)慣，同時(shí)從安全性和人性化兩方面著手考慮。

在人員管理方面，整條線路只有控制中心的授權(quán)工作站具有授權(quán)權(quán)限，并且通過指定的賬戶密碼進(jìn)行保護(hù)。在操作人性化方面，運(yùn)營(yíng)在授權(quán)行為中有幾個(gè)特點(diǎn):一是授權(quán)的資料來源于運(yùn)營(yíng)相關(guān)部門的一張Excel表格，并且有固定的格式(見表1);二是采用權(quán)限等級(jí)來授權(quán)某張卡，每個(gè)權(quán)限等級(jí)是若干房間的組合(見表2);三是運(yùn)營(yíng)員工眾多，單張卡授權(quán)方式不現(xiàn)實(shí)，需采用批量授權(quán)方式。

表1 門禁使用權(quán)限申請(qǐng)樣表

表2 門禁級(jí)別設(shè)置樣表

綜上所述，確定授權(quán)功能實(shí)現(xiàn)方案如下:運(yùn)營(yíng)授權(quán)人員只需通過控制中心大樓內(nèi)的門禁授權(quán)工作站手動(dòng)導(dǎo)入“門禁使用權(quán)限申請(qǐng)表”和“門禁級(jí)別設(shè)置表”，ISCS軟件平臺(tái)就會(huì)自動(dòng)生成出ACS就地控制器需要的格式文件。由于導(dǎo)入的表格是具有固定格式和規(guī)律的，所以此功能采用面向?qū)ο蟮姆椒?，?shí)現(xiàn)起來非常簡(jiǎn)單。

在接口的選擇上，仍采用TCP/IP協(xié)議組中的FTP協(xié)議，通用便捷。在ISCS生成授權(quán)數(shù)據(jù)包后，下發(fā)標(biāo)志位來通知各車站門禁總控單元FTP獲取，從原始表格導(dǎo)入到ACS總控單元來獲取授權(quán)包。整個(gè)過程在不出現(xiàn)異常的情況下，幾秒鐘就可以完成，數(shù)據(jù)流如圖6所示。

圖6 授權(quán)功能數(shù)據(jù)流

3.3 災(zāi)害響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方案

在火災(zāi)等緊急情況下，ACS應(yīng)既能滿足消防疏散的要求，又能記錄全部事件信息備查。ISCS與眾多機(jī)電系統(tǒng)存在接口，是各個(gè)專業(yè)數(shù)據(jù)信息融合的平臺(tái)，其最大的作用就是在緊急和災(zāi)害情況下，使各系統(tǒng)按照ISCS預(yù)定的方案協(xié)調(diào)運(yùn)行，也就是具有所謂的聯(lián)動(dòng)功能。

聯(lián)動(dòng)功能按照運(yùn)營(yíng)工況分為不同的場(chǎng)景，災(zāi)害工況便是其中之一。例如，當(dāng)出現(xiàn)火警或其他緊急情況時(shí)，ACS應(yīng)能斷電開鎖，使房?jī)?nèi)的人員可以順利逃生。由于綜合監(jiān)控與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)之間存在接口，又與ACS集成，因此能輕而易舉地實(shí)現(xiàn)災(zāi)害響應(yīng)。同時(shí)，利用ISCS自身的歷史數(shù)據(jù)庫和報(bào)表功能，將過程事件記錄備查。圖7是廣州地鐵5號(hào)線車站火災(zāi)場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)方案。

4 存在的問題及完善措施

圖7 車站火災(zāi)場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)方案

作為第一條ACS與ISCS集成的線路，在功能設(shè)計(jì)、開發(fā)和使用過程中，不可避免地出現(xiàn)了一些問題。調(diào)度人員在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)，車站房間門的開關(guān)次數(shù)較為頻繁，會(huì)產(chǎn)生較大數(shù)量的事件信息。由于ISCS身負(fù)十幾個(gè)子專業(yè)的信息監(jiān)控功能，ACS的實(shí)時(shí)事件影響了調(diào)度人員對(duì)其他子專業(yè)的狀態(tài)監(jiān)視。另外，ACS的信息與其他機(jī)電專業(yè)有所不同，一般子專業(yè)的事件和報(bào)警信息(如設(shè)備的啟停、溫度過高或過低等開關(guān)量類型的信息)用一條事件便可描述清楚，但ACS的每個(gè)刷卡信息需要同時(shí)包括刷卡人名、員工號(hào)、部門職位、刷卡結(jié)果等多個(gè)因素，所以在事件的顯示格式上與其他子專業(yè)不同。針對(duì)這種情況，ISCS平臺(tái)界面專為ACS開辟一個(gè)事件顯示模塊，解決與其他子專業(yè)顯示沖突的問題。

上面曾提到 ACS自身所用總線為 RS485，它是20世紀(jì)60—70年代興起的一種工業(yè)界數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，比特率一般為9.6kbit/s，在進(jìn)行大量人員的授權(quán)時(shí)，ACS總控單元寫命令到各個(gè)就地控制器的過程時(shí)間較長(zhǎng)。因此，在門禁使用權(quán)限申請(qǐng)表中加設(shè)了一欄“增刪標(biāo)志”，ISCS僅針對(duì)該表中增加、修改、刪除的變化部分生成授權(quán)文檔，ACS車站內(nèi)的總控單元收到主控的針對(duì)變化部分的授權(quán)信息文檔后，對(duì)相應(yīng)的控制器進(jìn)行授權(quán)。這樣一來，除了本條線路的首次授權(quán)以及就地控制器更換重置的情況之外，都節(jié)省了授權(quán)的通信時(shí)間。

5 結(jié)語

門禁系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成后有其顯著的優(yōu)點(diǎn):車站的門禁工作站取消，減少設(shè)備數(shù)量，節(jié)約空間，軟件平臺(tái)風(fēng)格統(tǒng)一，提高站務(wù)和調(diào)度人員的工作效率;增強(qiáng)各個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，使得聯(lián)動(dòng)性能提高;獨(dú)立的門禁數(shù)據(jù)庫與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行融合，獨(dú)立的門禁管理系統(tǒng)加入到軌道交通運(yùn)營(yíng)管理體系中，提高了軌道交通全線的整體自動(dòng)化水平，為線網(wǎng)級(jí)門禁授權(quán)功能的實(shí)現(xiàn)提供了條件。

在門禁系統(tǒng)是否適合集成在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的討論中，本著“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的思想，廣州地鐵5號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)做了一次嘗試，為更多后續(xù)建設(shè)的城市軌道交通線路提供了經(jīng)驗(yàn)。萬事開頭難，此次嘗試從設(shè)計(jì)方案到功能討論，從確定接口到協(xié)議制訂，從運(yùn)營(yíng)需求到廠家之間的協(xié)調(diào)，每一步都無比艱難。筆者有幸參與了其全部關(guān)鍵過程，并從中得出體會(huì):綜合監(jiān)控系統(tǒng)的存在是對(duì)整個(gè)地鐵運(yùn)營(yíng)過程的優(yōu)化，其功能和設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)從單純的集中、實(shí)時(shí)監(jiān)控，逐步轉(zhuǎn)向?qū)π畔⒌膮f(xié)調(diào)與管理。作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)或?qū)嵤┤藛T，需開闊思路，發(fā)掘系統(tǒng)的潛力，使其發(fā)揮更大的作用。

［1］北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司.廣州地鐵5號(hào)線MCS用戶需求書［G］.北京，2010.

［2］北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司.廣州地鐵5號(hào)線MCS與ACS接口說明書［G］.北京，2010.

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Integration Option of Metro Access Control System and Integrated Supervisory Control System

Wang Jianwen Luo Hui
(Guangzhou Metro Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510010)

Abstract:The normal Access Control System(ACS)is an independent security system in metro.Guangzhou metro Line 5 attempted to integrate it into the integrated monitoring system(ISCS).This article is based on practical projects，describing the integrated option from several aspects，including network structure and function，interface design，platform development and implementation.

Key words:metro;ACS;ISCS;system integration

U29-39

A

1672-6073(2013)02-0108-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2013.02.027

收稿日期:2012-02-15

2012-03-19

作者簡(jiǎn)介:王建文，男，碩士，設(shè)計(jì)師，從事城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究工作，noshoe@126.com

(編輯:郭 潔)