地铁门禁系统与综合监控系统集成案例

王建文 罗 慧

(广州地铁设计研究院有限公司 广州 510010)

地铁门禁系统与综合监控系统集成案例

王建文 罗 慧

(广州地铁设计研究院有限公司 广州 510010)

地铁门禁系统(ACS)以往是相对独立的安防系统，这次首次尝试将其集成在综合监控系统(ISCS)中。以广州地铁5号线的实际项目为背景，从网络架构、功能及接口设计、平台开发及实施等多个角度对集成方案进行阐述。

地铁;门禁系统;综合监控系统;集成

1 综合监控系统集成范围

在地铁车站中，设置了各种机电系统，目的在于保障地铁的正常运转，确保运营安全，提高乘客和工作人员的舒适度。为提高轨道交通自动化运营管理水平，广州地铁3号线首次尝试采用综合监控系统(ISCS)，为众多机电系统提供一个信息整合的平台。近年来，越来越多后续建设的地铁线路使用这一系统，用以实现轨道交通运营的综合自动化控制及管理。

随着技术的进步和运营需求的不断提高，综合监控系统所集成或互联的子系统逐渐增多，大家越来越多地讨论集成的深度。所谓深度集成，一般是指将子系统完全融入到综合监控这种系统平台上。在数据传输方式上，子系统的控制器能与综合监控数据库之间进行数据的“透明”传输，采用开放的通信协议;在表现形式上，被集成的子系统可以完全舍弃管理层的工作站，综合监控的人机界面上就可以实现子系统的所有功能，从而减少车站及中央的终端数量，便于调度人员掌握和使用。

目前，从国内城市轨道交通综合监控系统的建设情况看，尚有一些专业仍未集成，只是采用互联的方式与综合监控系统进行部分数据的交换。在这些专业中，一类是其本身系统的独立性和安全性的原因，不宜集成在综合监控系统中，如信号系统(SIG)、自动售检票(AFC)系统等;另一类则是其功能相对专业和复杂的系统，软件平台一直由本行业内的公司开发并实施，如门禁系统(ACS)、调度电话系统(DLT)等。

门禁系统是否适合集成在综合监控系统中，一直以来都是众说纷纭的。有些观点认为，门禁系统作为特有的安保出入控制管理系统，具有很强的安全性和特殊性，不适合集成在ISCS中。但随着ISCS在技术上的不断成熟和进步，已完全具备集成ACS的条件，而且ISCS的功能重点也逐渐由实时监控转向信息管理。广州地铁5号线的ISCS在设计和实施前，已经积累和总结了先前线路的经验，本着扩展ISCS的广度和深度的初衷，将ACS纳入到集成范围当中。

2 车站ACS网络构成

ACS以车站为单位，站级设备由现场级设备以及车站总控单元组成。其中，现场级设备包括就地控制器、读卡器、开门按钮、门磁等现场设备，车站总控单元与就地控制器通过总线连接，以主从关系通信，负责集中采集就地控制器的信息，或向就地控制器下发指令，并负责与ISCS进行通信。图1为车站级ACS系统网络结构。

若ACS不在ISCS上集成，则会设置独立的全线传输网络，其系统结构一般为两级管理(车站级、中央级)和三级控制(现场级、车站级、中央级)。若ACS集成在ISCS上，则其车站级和中央级的功能完全交由ISCS实现。车站集成网络系统结构如图2所示。

图1 车站ACS网络系统结构

图2 车站集成网络系统结构

集成后的ACS不再单独组网，站级ACS总控单元连接至ISCS骨干网，ISCS先通过前端数据处理器(RTU)对信息初步处理，再上传至ISCS服务器的数据库中，ACS的工作站由ISCS的站级工作站所取代，作为站务和调度人员操作和管理的终端设备。在此种网络结构中，门禁控制器开放底层通信协议，通过通信端口直接与ISCS实现连接，而不是基于PC层面的通信(顶层集成)。

同样，中央级的管理功能也由ISCS完成，ISCS单独设置中央门禁授权工作站，原ACS中央服务器由ISCS中央历史服务器取代，用于对全线ACS的授权操作和信息储存及管理，如图3所示。

图3 中央集成网络系统结构

3 ACS功能和实现方案

地铁ACS的功能主要可分为两大类:监控功能和授权管理功能。监控功能包括对门的开关状态、报警信息、刷卡信息的实时监视，以及对门锁的远程控制，还应包括出现火警或其他紧急情况时的灾害响应。授权管理功能应具有对员工卡授权、档案数据库管理、历史报表查询及筛选等功能，根据运营的实际需求还可加入考勤及巡更系统。以往的门禁管理系统采用独立开发的专业软件，下面介绍ACS集成在ISCS后几个重点功能的实现方案。

3.1 监控功能的实现方案

为满足ACS监控功能的实时性，ISCS与ACS采用基于TCP/IP的Modbus协议进行数据传输。ISCS的车站数据处理终端RTU作为Modbus主机，对门禁车站的主控单元进行轮询，并获取响应寄存器内的门状态以及刷卡信息，RTU将ACS信息上传至车站服务器和IAS(集中告警系统)服务器，供在MMI(人机界面)上显示;同样，操作人员也可在MMI上下发控制命令，通过车站RTU写入ACS总控单元相应的寄存器内，总控单元再通过RS485总线下发到各个就地控制器中，达到控制目的。ISCS平台的MMI监控界面如图4所示。

图4 ACS监控功能界面

在整个数据实时传递的过程中，流经的环节较多，尤其是ACS总控单元与就地控制器之间采用串口通信方式，传输速度有限，难免会发生信息延迟甚至丢失的情况。为避免这种情况，针对刷卡信息，另增加了一条数据传输通道。车站ACS总控单元作为整个数据流承上启下的环节，将当天车站内各就地读卡器内完整的刷卡信息记录在一个文档中，并于每天运营结束后(如凌晨2∶00)采用FTP的方式，定时上传至综合监控历史服务器中，生成报表，供运营管理和查询。采用这种方式，使ACS总控单元与ISCS在接口断开期间仍能对现场设备的状态进行持续记录，在双方接口恢复后ISCS仍能获取到这段时间的刷卡信息。

综上所述，综合监控和ACS通过两种协议方式进行数据交换，同时满足运营实时监控和离线恢复的需求。数据流向如图5所示，其中IAS为集中告警系统。

图5 监控功能数据流

3.2 授权功能的实现方案

授权功能是ACS中的核心部分，关系到地铁环境的安全性，而正确引导和管理授权人员的行为是此系统建设的重点。因此，在功能设计和平台开发过程中，应充分注意运营的管理模式和参与授权人员的行为习惯，同时从安全性和人性化两方面着手考虑。

在人员管理方面，整条线路只有控制中心的授权工作站具有授权权限，并且通过指定的账户密码进行保护。在操作人性化方面，运营在授权行为中有几个特点:一是授权的资料来源于运营相关部门的一张Excel表格，并且有固定的格式(见表1);二是采用权限等级来授权某张卡，每个权限等级是若干房间的组合(见表2);三是运营员工众多，单张卡授权方式不现实，需采用批量授权方式。

表1 门禁使用权限申请样表

表2 门禁级别设置样表

综上所述，确定授权功能实现方案如下:运营授权人员只需通过控制中心大楼内的门禁授权工作站手动导入“门禁使用权限申请表”和“门禁级别设置表”，ISCS软件平台就会自动生成出ACS就地控制器需要的格式文件。由于导入的表格是具有固定格式和规律的，所以此功能采用面向对象的方法，实现起来非常简单。

在接口的选择上，仍采用TCP/IP协议组中的FTP协议，通用便捷。在ISCS生成授权数据包后，下发标志位来通知各车站门禁总控单元FTP获取，从原始表格导入到ACS总控单元来获取授权包。整个过程在不出现异常的情况下，几秒钟就可以完成，数据流如图6所示。

图6 授权功能数据流

3.3 灾害响应的实现方案

在火灾等紧急情况下，ACS应既能满足消防疏散的要求，又能记录全部事件信息备查。ISCS与众多机电系统存在接口，是各个专业数据信息融合的平台，其最大的作用就是在紧急和灾害情况下，使各系统按照ISCS预定的方案协调运行，也就是具有所谓的联动功能。

联动功能按照运营工况分为不同的场景，灾害工况便是其中之一。例如，当出现火警或其他紧急情况时，ACS应能断电开锁，使房内的人员可以顺利逃生。由于综合监控与火灾自动报警系统之间存在接口，又与ACS集成，因此能轻而易举地实现灾害响应。同时，利用ISCS自身的历史数据库和报表功能，将过程事件记录备查。图7是广州地铁5号线车站火灾场景联动方案。

4 存在的问题及完善措施

图7 车站火灾场景联动方案

作为第一条ACS与ISCS集成的线路，在功能设计、开发和使用过程中，不可避免地出现了一些问题。调度人员在使用时发现，车站房间门的开关次数较为频繁，会产生较大数量的事件信息。由于ISCS身负十几个子专业的信息监控功能，ACS的实时事件影响了调度人员对其他子专业的状态监视。另外，ACS的信息与其他机电专业有所不同，一般子专业的事件和报警信息(如设备的启停、温度过高或过低等开关量类型的信息)用一条事件便可描述清楚，但ACS的每个刷卡信息需要同时包括刷卡人名、员工号、部门职位、刷卡结果等多个因素，所以在事件的显示格式上与其他子专业不同。针对这种情况，ISCS平台界面专为ACS开辟一个事件显示模块，解决与其他子专业显示冲突的问题。

上面曾提到 ACS自身所用总线为 RS485，它是20世纪60—70年代兴起的一种工业界数据通信标准，比特率一般为9.6kbit/s，在进行大量人员的授权时，ACS总控单元写命令到各个就地控制器的过程时间较长。因此，在门禁使用权限申请表中加设了一栏“增删标志”，ISCS仅针对该表中增加、修改、删除的变化部分生成授权文档，ACS车站内的总控单元收到主控的针对变化部分的授权信息文档后，对相应的控制器进行授权。这样一来，除了本条线路的首次授权以及就地控制器更换重置的情况之外，都节省了授权的通信时间。

5 结语

门禁系统与综合监控系统集成后有其显著的优点:车站的门禁工作站取消，减少设备数量，节约空间，软件平台风格统一，提高站务和调度人员的工作效率;增强各个子系统之间的联系，使得联动性能提高;独立的门禁数据库与综合监控系统进行融合，独立的门禁管理系统加入到轨道交通运营管理体系中，提高了轨道交通全线的整体自动化水平，为线网级门禁授权功能的实现提供了条件。

在门禁系统是否适合集成在综合监控系统的讨论中，本着“实践是检验真理的唯一标准”的思想，广州地铁5号线综合监控系统做了一次尝试，为更多后续建设的城市轨道交通线路提供了经验。万事开头难，此次尝试从设计方案到功能讨论，从确定接口到协议制订，从运营需求到厂家之间的协调，每一步都无比艰难。笔者有幸参与了其全部关键过程，并从中得出体会:综合监控系统的存在是对整个地铁运营过程的优化，其功能和设计的重点应从单纯的集中、实时监控，逐步转向对信息的协调与管理。作为系统设计或实施人员，需开阔思路，发掘系统的潜力，使其发挥更大的作用。

［1］北京和利时系统工程有限公司.广州地铁5号线MCS用户需求书［G］.北京，2010.

［2］北京和利时系统工程有限公司.广州地铁5号线MCS与ACS接口说明书［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

作者简介:王建文，男，硕士，设计师，从事城市轨道交通机电系统的设计与研究工作，noshoe@126.com

(编辑:郭 洁)