編者按：

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、邊緣計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創(chuàng )新。智慧系統解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統解決方案應用水平，現由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng )新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì )主辦，控制網(wǎng)（fcfhome.com）＆《自動(dòng)化博覽》承辦的2021智慧系統解決方案征集活動(dòng)已正式啟動(dòng)，面向全行業(yè)公開(kāi)征集智慧系統解決方案。本刊特開(kāi)設智慧系統解決方案專(zhuān)欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

1　目標和概述

目前智慧交通已在諸多城市軌道建設項目中有所應用，無(wú)人駕駛技術(shù)作為智慧車(chē)站建設中的重要一環(huán)，在許多城市軌道交通中已實(shí)現了推廣應用，如香港的迪士尼線(xiàn)、上海地鐵10號線(xiàn)，以及哥本哈根、巴黎、新加坡等城市的地鐵線(xiàn)路。隨著(zhù)技術(shù)設備的革新，管理模式不斷創(chuàng )新，大大提高了設備的可靠性和應急處置效率。因此無(wú)人駕駛得以成為城市軌道交通發(fā)展的一種趨勢。無(wú)人駕駛的意義主要體現在以下三方面：

（1）大幅度提高運營(yíng)服務(wù)質(zhì)量：無(wú)人駕駛避免了工作人員操作失誤（延誤）、疲勞、傷病、罷工等人為因素對運營(yíng)的干擾。

（2）降低運營(yíng)成本：列車(chē)不需要司機駕駛，在人力資源成本較高的情況下節約了運營(yíng)成本。

（3）促進(jìn)乘客文明素質(zhì)的提高：列車(chē)沒(méi)有司機駕駛，乘客不再有對不文明乘車(chē)行為“人性化”操作的心理依賴(lài)，有利于促進(jìn)乘客文明乘車(chē)習慣的養成和文明素質(zhì)的提高。

縱使無(wú)人駕駛有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際運行過(guò)程中仍存在一定的安全隱患：

（1）無(wú)人駕駛可以大幅度提高運營(yíng)服務(wù)質(zhì)量，但如果乘客文明程度不高，運營(yíng)服務(wù)質(zhì)量非但不能提高，還會(huì )因缺乏司機的現場(chǎng)監控和處置而面臨巨大的安全風(fēng)險。例如乘客在無(wú)人值守的情況下非法進(jìn)入軌行區或者乘客禁行區，又或是運維人員在列車(chē)通行期間進(jìn)入了軌行區作業(yè)，影響列車(chē)正常運行，造成人身安全隱患。

（2）信號系統的安全、可靠是實(shí)現無(wú)人駕駛的重要基礎。在正常情況下，信號系統會(huì )準確、及時(shí)地向列車(chē)發(fā)送運行、開(kāi)關(guān)門(mén)、折返作業(yè)等指令。如果信號系統發(fā)生嚴重故障，無(wú)人駕駛只能被迫中斷，因此涉及人身安全的重大防護區域，除了需配置高保障性的信號系統之外，還應增加強硬的門(mén)禁控制，以確保在列車(chē)通行期間防止任何人員進(jìn)入。

本方案意在建設一套可聯(lián)動(dòng)無(wú)人駕駛與信號系統的門(mén)禁控制系統，通過(guò)相關(guān)管理規定，設定一系列的門(mén)禁邏輯控制，實(shí)現列車(chē)進(jìn)出車(chē)站時(shí)，對站內及軌行區的相關(guān)通道門(mén)進(jìn)行強制管控，確保人員無(wú)法進(jìn)入防控區域給列車(chē)運行造成影響。

2　方案介紹

2.1　概述

門(mén)禁系統作為安全防范系統中極其重要的一部分，在軌道交通、機場(chǎng)等智慧交通領(lǐng)域起著(zhù)越來(lái)越重要的作用。門(mén)禁系統與其他眾多安防系統有所不同，根本原因是其改變了安防產(chǎn)品如閉路監控、報警等被動(dòng)的安防模式，以主動(dòng)控制替代了被動(dòng)監視，通過(guò)對主要通道和出入口的控制大大防止了非法人員進(jìn)出，并且可以在事件發(fā)生時(shí)通過(guò)對通道門(mén)和出入口的控制限制人員的活動(dòng)范圍，制止非法活動(dòng)或減少損失/風(fēng)險，同時(shí)在門(mén)禁與安全集成管理系統軟件中包含了強大的數據庫功能，可以處理更多更為復雜的現場(chǎng)情況。

愛(ài)克信門(mén)禁系統根據上述設計原則和主導思想，對實(shí)用性、可靠性、先進(jìn)性、可持續發(fā)展性、經(jīng)濟性、開(kāi)放性和擴展性等方面進(jìn)行綜合考慮，是可適用于多行業(yè)多場(chǎng)所的各種門(mén)禁控制應用。

愛(ài)克信門(mén)禁與安全集成系統運行于標準Windows系統，通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò )和現場(chǎng)總線(xiàn)，對門(mén)禁點(diǎn)、報警點(diǎn)進(jìn)行控制。系統具備擴展功能，可以簡(jiǎn)單通過(guò)輸入/輸出點(diǎn)或TCP/IP協(xié)議方式，與行車(chē)信號系統、閉路監控、消防報警等實(shí)現聯(lián)動(dòng)和集成。該系統將安防門(mén)禁以及第三方系統應用等有機結合起來(lái)，充分發(fā)揮設備的功能，提高安防和智能化管理控制的效率。

2.2　系統架構

系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖

2.3　軟硬件平臺

（1）門(mén)禁系統服務(wù)器：用于安裝部署門(mén)禁系統軟件，完成對門(mén)禁設備的控制和數據處理。同時(shí)對接第三方系統（如行車(chē)系統、監控系統、報警系統等），實(shí)現一系列聯(lián)動(dòng)控制功能。

（2）門(mén)禁管理工作站：安裝部署客戶(hù)端管理軟件，管理員通過(guò)此工作站可實(shí)現車(chē)站門(mén)禁的監視與控制、操作與管理。

（3）第三方系統平臺：包括行車(chē)信號系統、綜合監控系統等，通過(guò)相關(guān)接口與門(mén)禁系統對接集成，實(shí)現一系列聯(lián)動(dòng)控制功能。

（4）門(mén)禁系統管理軟件及接口軟件：包含門(mén)禁系統的服務(wù)器軟件、用戶(hù)端軟件、第三方系統接口、操作系統、數據庫軟件等；主要完成門(mén)禁系統的運行管理和第三方系統的對接管理。

（5）門(mén)禁網(wǎng)絡(luò )控制器：由愛(ài)克信網(wǎng)絡(luò )主控制器組成，所有控制信息包括設置參數、持卡人記錄、準入等級、準入時(shí)間表和所有其它與系統有關(guān)的操作數據均從服務(wù)器下載?？刂破鲗?shí)時(shí)監控所有的通道通信，在與服務(wù)器通信中斷時(shí)保存相關(guān)事件信息，通信恢復后自動(dòng)上傳到服務(wù)器。

（6）門(mén)禁讀卡控制器：一個(gè)讀卡控制器支持兩個(gè)門(mén)禁點(diǎn)，用于連接終端設備如讀卡器、密碼鍵盤(pán)讀卡器、人臉識別機、門(mén)磁、出門(mén)按鈕、門(mén)鎖以及報警信號I/O點(diǎn)等。

（7）讀卡器：用于識別持卡人的感應卡，采用Wiegand格式將卡號發(fā)送給控制器，每個(gè)門(mén)禁點(diǎn)至少需要一個(gè)；可采用IC卡、CPU卡、二維碼、藍牙、人臉等識別設備。

（8）感應卡：采用感應識別技術(shù)（RFID），用于代表持卡人身份，每個(gè)員工需要一張卡。

（9）電控鎖：控制門(mén)鎖開(kāi)關(guān)的電子裝置，每個(gè)門(mén)禁點(diǎn)至少需要一把。

（10）出門(mén)按鈕：用于觸發(fā)開(kāi)啟門(mén)鎖的按鈕，每個(gè)單向刷卡的門(mén)禁點(diǎn)至少需要一個(gè)。

（11）門(mén)磁：用于探測門(mén)的開(kāi)合狀態(tài)，每個(gè)門(mén)禁點(diǎn)至少需要一個(gè)。

（12）網(wǎng)絡(luò )通信設備：包括TCP/IP局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)、主控制器層網(wǎng)絡(luò )、設備層網(wǎng)絡(luò )，以及讀卡器、輸入輸出設備等的線(xiàn)纜、交換機、接口等。

2.4　應用功能及數據流程

數據流程如圖2所示。

圖2 數據流程圖

（1）讀卡器在正常工作狀態(tài)下，讀取卡片內的人員數據信息（如圖2流程1）；

（2）讀卡器將獲取的卡信息傳送至門(mén)禁讀卡控制器（如圖2流程2）；

（3）門(mén)禁網(wǎng)絡(luò )控制器在線(xiàn)狀態(tài)下，讀卡控制器將數據發(fā)至門(mén)禁網(wǎng)絡(luò )控制器，由門(mén)禁網(wǎng)絡(luò )控制器完成卡片信息的權限判斷處理（如圖2流程3）；網(wǎng)絡(luò )控制器離線(xiàn)的情況下，根據事先下發(fā)至讀卡控制器中的數據，獨立完成卡片信息的權限判斷處理；

（4）卡片信息驗證通過(guò)后，由讀卡控制器發(fā)送指令，打開(kāi)門(mén)禁點(diǎn)電鎖（如圖2流程4）；

（5）門(mén)禁網(wǎng)絡(luò )控制器將門(mén)禁刷卡記錄上傳至門(mén)禁系統服務(wù)器（如圖2流程5）；門(mén)禁系統服務(wù)器通過(guò)TCP/IP方式，下發(fā)門(mén)禁數據至門(mén)禁網(wǎng)絡(luò )控制器；

（6）如遇列車(chē)進(jìn)站，行車(chē)信號系統將預警信號（I/O信號）發(fā)送至門(mén)禁讀卡控制器（如圖2流程6），或通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò )接口協(xié)議發(fā)送至門(mén)禁系統服務(wù)器（如圖2流程7），此時(shí)門(mén)禁系統將端門(mén)等關(guān)鍵區域的門(mén)鎖切換至閉鎖狀態(tài)，同時(shí)拒絕所有刷卡開(kāi)門(mén)響應操作；當報警信號撤銷(xiāo)時(shí)，系統恢復至正常工作狀態(tài)。

2.5　安全措施

將行車(chē)信號系統集成至門(mén)禁系統中，加以邏輯控制，可有效防止人員非法進(jìn)入軌行區造成行車(chē)影響和人身危險。對軌行區關(guān)鍵出入口的門(mén)禁進(jìn)行行車(chē)信號聯(lián)動(dòng)，當有列車(chē)即將進(jìn)站時(shí)，行車(chē)系統向門(mén)禁系統發(fā)送預警信號，門(mén)禁系統設備通過(guò)接收預警信號并自動(dòng)關(guān)閉關(guān)鍵區域的出入口門(mén)禁，禁止人員進(jìn)出軌行區。當列車(chē)出站后，行車(chē)預警信號撤銷(xiāo)，門(mén)禁系統恢復至智慧系統解決方案正常運行狀態(tài)，有權限的人員可通過(guò)刷卡進(jìn)出。

本系統方案可從實(shí)際應用上解決無(wú)人值守車(chē)站的關(guān)鍵區域人員進(jìn)出管控問(wèn)題，系統使用人員需根據各車(chē)站的軌行區相關(guān)出入口位置，配合管理規定，提前設定好所有相關(guān)門(mén)點(diǎn)的聯(lián)動(dòng)規則，以確保系統可達到最大的安全性與便利性。同時(shí)，在設定聯(lián)動(dòng)規則時(shí)，應對系統操作員進(jìn)行合理的權限規劃以及加密處理，以避免出現非法登錄系統篡改設置影響系統使用。

3　代表性及推廣價(jià)值

智慧交通無(wú)人駕駛相比有人駕駛更容易受到乘客的干擾，因為大部分工作將由設備自動(dòng)完成，電腦很難進(jìn)行類(lèi)似司機那樣的“人性化”操作，一旦受到干擾，要利用輔助設備遠程處置或由車(chē)站人員前往處置，影響將會(huì )擴大。因此無(wú)人駕駛比有人駕駛更需要乘客的“呵護”。然而，無(wú)人駕駛在很多地區還是新鮮事物，乘客對無(wú)人駕駛的認知有一個(gè)過(guò)程，乘客既要了解無(wú)人駕駛的優(yōu)點(diǎn)，消除不必要的擔憂(yōu)，逐步接受這種全新的運營(yíng)模式，又要認識到無(wú)人駕駛的特殊性，更好地遵守運營(yíng)規則。因此，在智慧車(chē)站推行的過(guò)程中，應充分考慮人員進(jìn)出的各種情況，利用智能識別系統對重要出入口進(jìn)行強制管控，防止意外情況影響列車(chē)正常運行。

在軌道交通運營(yíng)管理規定中，軌行區作為列車(chē)通行的區域，在列車(chē)通行期間是嚴禁任何人員進(jìn)入的，因此在各車(chē)站內對軌行區的關(guān)鍵出入口（端門(mén)、屏蔽門(mén)、設備區往軌行區通道門(mén)等），勢必會(huì )進(jìn)行嚴格的安全防護和進(jìn)出管理。

傳統的軌道交通在運營(yíng)管理過(guò)程中，對行車(chē)區域的關(guān)鍵出入口均采用人工值守方式來(lái)管控，如需進(jìn)入軌行區作業(yè)，需要運維人員提前向車(chē)控中心請檢，然后現場(chǎng)保安呼叫中心確認是否有列車(chē)進(jìn)站，在確保軌行區安全的情況下再由值守保安打開(kāi)端門(mén)放行，整個(gè)管理流程對人力資源投入需求較大。

采用無(wú)人駕駛技術(shù)配合門(mén)禁邏輯控制之后，對軌行區關(guān)鍵出入口的門(mén)禁進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設置，當有列車(chē)即將進(jìn)站時(shí)，行車(chē)系統向門(mén)禁系統發(fā)送預警信號，門(mén)禁系統通過(guò)接收行車(chē)信號并自動(dòng)關(guān)閉關(guān)鍵區域的出入口門(mén)禁，此時(shí)即使有權限的運維人員也無(wú)法通過(guò)刷卡進(jìn)出軌行區，當列車(chē)出站后，門(mén)禁系統再根據行車(chē)信號將出入口門(mén)禁狀態(tài)恢復正常，此時(shí)運維人員即可刷卡進(jìn)出完成巡檢排查工作。

從地鐵建設安全及運營(yíng)成本角度考慮，采用“智能化”的邏輯控制，不僅免去了龐大的人力投入，還有效避免了人為疏忽所帶來(lái)不可預見(jiàn)的風(fēng)險。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年9月刊