地鐵門禁系統與綜合監控系統集成案例

王建文 羅 慧

(廣州地鐵設計研究院有限公司 廣州 510010)

地鐵門禁系統與綜合監控系統集成案例

王建文 羅 慧

(廣州地鐵設計研究院有限公司 廣州 510010)

地鐵門禁系統(ACS)以往是相對獨立的安防系統，這次首次嘗試將其集成在綜合監控系統(ISCS)中。以廣州地鐵5號線的實際項目為背景，從網絡架構、功能及接口設計、平臺開發及實施等多個角度對集成方案進行闡述。

地鐵;門禁系統;綜合監控系統;集成

1 綜合監控系統集成范圍

在地鐵車站中，設置了各種機電系統，目的在于保障地鐵的正常運轉，確保運營安全，提高乘客和工作人員的舒適度。為提高軌道交通自動化運營管理水平，廣州地鐵3號線首次嘗試采用綜合監控系統(ISCS)，為眾多機電系統提供一個信息整合的平臺。近年來，越來越多后續建設的地鐵線路使用這一系統，用以實現軌道交通運營的綜合自動化控制及管理。

隨著技術的進步和運營需求的不斷提高，綜合監控系統所集成或互聯的子系統逐漸增多，大家越來越多地討論集成的深度。所謂深度集成，一般是指將子系統完全融入到綜合監控這種系統平臺上。在數據傳輸方式上，子系統的控制器能與綜合監控數據庫之間進行數據的“透明”傳輸，采用開放的通信協議;在表現形式上，被集成的子系統可以完全舍棄管理層的工作站，綜合監控的人機界面上就可以實現子系統的所有功能，從而減少車站及中央的終端數量，便于調度人員掌握和使用。

目前，從國內城市軌道交通綜合監控系統的建設情況看，尚有一些專業仍未集成，只是采用互聯的方式與綜合監控系統進行部分數據的交換。在這些專業中，一類是其本身系統的獨立性和安全性的原因，不宜集成在綜合監控系統中，如信號系統(SIG)、自動售檢票(AFC)系統等;另一類則是其功能相對專業和復雜的系統，軟件平臺一直由本行業內的公司開發并實施，如門禁系統(ACS)、調度電話系統(DLT)等。

門禁系統是否適合集成在綜合監控系統中，一直以來都是眾說紛紜的。有些觀點認為，門禁系統作為特有的安保出入控制管理系統，具有很強的安全性和特殊性，不適合集成在ISCS中。但隨著ISCS在技術上的不斷成熟和進步，已完全具備集成ACS的條件，而且ISCS的功能重點也逐漸由實時監控轉向信息管理。廣州地鐵5號線的ISCS在設計和實施前，已經積累和總結了先前線路的經驗，本著擴展ISCS的廣度和深度的初衷，將ACS納入到集成范圍當中。

2 車站ACS網絡構成

ACS以車站為單位，站級設備由現場級設備以及車站總控單元組成。其中，現場級設備包括就地控制器、讀卡器、開門按鈕、門磁等現場設備，車站總控單元與就地控制器通過總線連接，以主從關系通信，負責集中采集就地控制器的信息，或向就地控制器下發指令，并負責與ISCS進行通信。圖1為車站級ACS系統網絡結構。

若ACS不在ISCS上集成，則會設置獨立的全線傳輸網絡，其系統結構一般為兩級管理(車站級、中央級)和三級控制(現場級、車站級、中央級)。若ACS集成在ISCS上，則其車站級和中央級的功能完全交由ISCS實現。車站集成網絡系統結構如圖2所示。

圖1 車站ACS網絡系統結構

圖2 車站集成網絡系統結構

集成后的ACS不再單獨組網，站級ACS總控單元連接至ISCS骨干網，ISCS先通過前端數據處理器(RTU)對信息初步處理，再上傳至ISCS服務器的數據庫中，ACS的工作站由ISCS的站級工作站所取代，作為站務和調度人員操作和管理的終端設備。在此種網絡結構中，門禁控制器開放底層通信協議，通過通信端口直接與ISCS實現連接，而不是基于PC層面的通信(頂層集成)。

同樣，中央級的管理功能也由ISCS完成，ISCS單獨設置中央門禁授權工作站，原ACS中央服務器由ISCS中央歷史服務器取代，用于對全線ACS的授權操作和信息儲存及管理，如圖3所示。

圖3 中央集成網絡系統結構

3 ACS功能和實現方案

地鐵ACS的功能主要可分為兩大類:監控功能和授權管理功能。監控功能包括對門的開關狀態、報警信息、刷卡信息的實時監視，以及對門鎖的遠程控制，還應包括出現火警或其他緊急情況時的災害響應。授權管理功能應具有對員工卡授權、檔案數據庫管理、歷史報表查詢及篩選等功能，根據運營的實際需求還可加入考勤及巡更系統。以往的門禁管理系統采用獨立開發的專業軟件，下面介紹ACS集成在ISCS后幾個重點功能的實現方案。

3.1 監控功能的實現方案

為滿足ACS監控功能的實時性，ISCS與ACS采用基于TCP/IP的Modbus協議進行數據傳輸。ISCS的車站數據處理終端RTU作為Modbus主機，對門禁車站的主控單元進行輪詢，并獲取響應寄存器內的門狀態以及刷卡信息，RTU將ACS信息上傳至車站服務器和IAS(集中告警系統)服務器，供在MMI(人機界面)上顯示;同樣，操作人員也可在MMI上下發控制命令，通過車站RTU寫入ACS總控單元相應的寄存器內，總控單元再通過RS485總線下發到各個就地控制器中，達到控制目的。ISCS平臺的MMI監控界面如圖4所示。

圖4 ACS監控功能界面

在整個數據實時傳遞的過程中，流經的環節較多，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，難免會發生信息延遲甚至丟失的情況。為避免這種情況，針對刷卡信息，另增加了一條數據傳輸通道。車站ACS總控單元作為整個數據流承上啟下的環節，將當天車站內各就地讀卡器內完整的刷卡信息記錄在一個文檔中，并于每天運營結束后(如凌晨2∶00)采用FTP的方式，定時上傳至綜合監控歷史服務器中，生成報表，供運營管理和查詢。采用這種方式，使ACS總控單元與ISCS在接口斷開期間仍能對現場設備的狀態進行持續記錄，在雙方接口恢復后ISCS仍能獲取到這段時間的刷卡信息。

綜上所述，綜合監控和ACS通過兩種協議方式進行數據交換，同時滿足運營實時監控和離線恢復的需求。數據流向如圖5所示，其中IAS為集中告警系統。

圖5 監控功能數據流

3.2 授權功能的實現方案

授權功能是ACS中的核心部分，關系到地鐵環境的安全性，而正確引導和管理授權人員的行為是此系統建設的重點。因此，在功能設計和平臺開發過程中，應充分注意運營的管理模式和參與授權人員的行為習慣，同時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工作站具有授權權限，并且通過指定的賬戶密碼進行保護。在操作人性化方面，運營在授權行為中有幾個特點:一是授權的資料來源于運營相關部門的一張Excel表格，并且有固定的格式(見表1);二是采用權限等級來授權某張卡，每個權限等級是若干房間的組合(見表2);三是運營員工眾多，單張卡授權方式不現實，需采用批量授權方式。

表1 門禁使用權限申請樣表

表2 門禁級別設置樣表

綜上所述，確定授權功能實現方案如下:運營授權人員只需通過控制中心大樓內的門禁授權工作站手動導入“門禁使用權限申請表”和“門禁級別設置表”，ISCS軟件平臺就會自動生成出ACS就地控制器需要的格式文件。由于導入的表格是具有固定格式和規律的，所以此功能采用面向對象的方法，實現起來非常簡單。

在接口的選擇上，仍采用TCP/IP協議組中的FTP協議，通用便捷。在ISCS生成授權數據包后，下發標志位來通知各車站門禁總控單元FTP獲取，從原始表格導入到ACS總控單元來獲取授權包。整個過程在不出現異常的情況下，幾秒鐘就可以完成，數據流如圖6所示。

圖6 授權功能數據流

3.3 災害響應的實現方案

在火災等緊急情況下，ACS應既能滿足消防疏散的要求，又能記錄全部事件信息備查。ISCS與眾多機電系統存在接口，是各個專業數據信息融合的平臺，其最大的作用就是在緊急和災害情況下，使各系統按照ISCS預定的方案協調運行，也就是具有所謂的聯動功能。

聯動功能按照運營工況分為不同的場景，災害工況便是其中之一。例如，當出現火警或其他緊急情況時，ACS應能斷電開鎖，使房內的人員可以順利逃生。由于綜合監控與火災自動報警系統之間存在接口，又與ACS集成，因此能輕而易舉地實現災害響應。同時，利用ISCS自身的歷史數據庫和報表功能，將過程事件記錄備查。圖7是廣州地鐵5號線車站火災場景聯動方案。

4 存在的問題及完善措施

圖7 車站火災場景聯動方案

作為第一條ACS與ISCS集成的線路，在功能設計、開發和使用過程中，不可避免地出現了一些問題。調度人員在使用時發現，車站房間門的開關次數較為頻繁，會產生較大數量的事件信息。由于ISCS身負十幾個子專業的信息監控功能，ACS的實時事件影響了調度人員對其他子專業的狀態監視。另外，ACS的信息與其他機電專業有所不同，一般子專業的事件和報警信息(如設備的啟停、溫度過高或過低等開關量類型的信息)用一條事件便可描述清楚，但ACS的每個刷卡信息需要同時包括刷卡人名、員工號、部門職位、刷卡結果等多個因素，所以在事件的顯示格式上與其他子專業不同。針對這種情況，ISCS平臺界面專為ACS開辟一個事件顯示模塊，解決與其他子專業顯示沖突的問題。

上面曾提到 ACS自身所用總線為 RS485，它是20世紀60—70年代興起的一種工業界數據通信標準，比特率一般為9.6kbit/s，在進行大量人員的授權時，ACS總控單元寫命令到各個就地控制器的過程時間較長。因此，在門禁使用權限申請表中加設了一欄“增刪標志”，ISCS僅針對該表中增加、修改、刪除的變化部分生成授權文檔，ACS車站內的總控單元收到主控的針對變化部分的授權信息文檔后，對相應的控制器進行授權。這樣一來，除了本條線路的首次授權以及就地控制器更換重置的情況之外，都節省了授權的通信時間。

5 結語

門禁系統與綜合監控系統集成后有其顯著的優點:車站的門禁工作站取消，減少設備數量，節約空間，軟件平臺風格統一，提高站務和調度人員的工作效率;增強各個子系統之間的聯系，使得聯動性能提高;獨立的門禁數據庫與綜合監控系統進行融合，獨立的門禁管理系統加入到軌道交通運營管理體系中，提高了軌道交通全線的整體自動化水平，為線網級門禁授權功能的實現提供了條件。

在門禁系統是否適合集成在綜合監控系統的討論中，本著“實踐是檢驗真理的唯一標準”的思想，廣州地鐵5號線綜合監控系統做了一次嘗試，為更多后續建設的城市軌道交通線路提供了經驗。萬事開頭難，此次嘗試從設計方案到功能討論，從確定接口到協議制訂，從運營需求到廠家之間的協調，每一步都無比艱難。筆者有幸參與了其全部關鍵過程，并從中得出體會:綜合監控系統的存在是對整個地鐵運營過程的優化，其功能和設計的重點應從單純的集中、實時監控，逐步轉向對信息的協調與管理。作為系統設計或實施人員，需開闊思路，發掘系統的潛力，使其發揮更大的作用。

［1］北京和利時系統工程有限公司.廣州地鐵5號線MCS用戶需求書［G］.北京，2010.

［2］北京和利時系統工程有限公司.廣州地鐵5號線MCS與ACS接口說明書［G］.北京，2010.

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［6］張道，王文榮，徐強.上海軌道交通10號線門禁系統設計方案［J］.城市軌道交通研究，2011(1):92-95.

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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

作者簡介:王建文，男，碩士，設計師，從事城市軌道交通機電系統的設計與研究工作，noshoe@126.com

(編輯:郭 潔)