需求分析與技術挑戰

　　地鐵系統具有線路長、車站多、管理人員少的特點。各個車站、車輛段、主變電站以及運營控制中心是地鐵運行的控制管理區域，大部分房間為無人值班。為確保地鐵正常、安全運營，保證授權人員在受控情況下方便地進入設備管理區域，防止非授權人員進入限制區，需要在車站、控制指揮中心、車輛段、停車場主要的設備管理用房設置門禁系統(ACS系統)。

　　已建地鐵系統的門禁系統擴容續建主要帶來的技術難點是新舊系統的兼容互通。

　　新興城市的地鐵系統則通常為多條線路整體規劃建設，作為綜合安防管理的核心系統，需求方對門禁系統提出了更多新的需求：基于多條線路的整體平臺規劃、大型分布式應用、需要具備強大的伸縮擴展能力、實現通訊穩定可靠、各類報警信息實時上傳、系統軟件智能化操作等等。

　　優化設計思路

　　為適應地鐵的復雜應用環境，應對大型地鐵門禁系統的新需求，設計需要從立足于高技術起點，結合已有的具體工程實踐，進行優化及創新的設計：

　　分布式數據庫，分級管理

　　總體兼容規劃，滿足后續線路無縫接入

　　采用新型多總線通訊，實現通訊穩定可靠冗余

　　組態軟件架構，實現操作簡單智能化

　　提供標準接口，滿足綜合監控平臺集成聯動

　　高彈性，具備伸縮擴展能力

　　由于篇幅所限，本文集中介紹披克電子公司分布式架構及多總線通訊網絡優化。

　　分布式系統優化設計

　　地鐵ACS系統主要由ACS系統軟件、操作系統、數據庫等相關軟件及運行以上軟件的服務器、工作站，以及有關控制器、前端設備及通信設備組成。

　　傳統地鐵ACS系統通常采用單一中央數據庫，各個控制器、管理工作站通過內部局域網與中央數據庫進行通訊。這種過于依賴中央數據庫的結構，當局域網通訊故障時，各個管理工作站、控制器進入離線工作狀態，只能依照原有參數設置進行自行工作，雖然不影響已存儲門禁權限的判斷，但授權變更、遠程維護恢復等都無法操作。傳統地鐵ACS系統的可靠性往往取決于中央服務器、局域網絡的性能，而且通常對于系統擴容及后續線路的接入都造成技術困難。

　　分布式結構設計，則完全可滿足地鐵ACS系統的應用需求。分布式地鐵ACS系統采用三層結構，在車站、線路、線網級管理中心均設置分布式數據庫，每一層管理中心都依照層次關系，接受上一層管理中心的控制管理，同時根據被賦予的權限進行向下控制管理。系統不再完全依賴于中央數據庫，在網絡故障時，可依照權限進行自行向下管理，網絡恢復時，自行信息同步。系統穩定可靠、安全性高，易于維護，自行恢復能力強，可大大提高最終用戶的操作效率。

　　分布式地鐵ACS系統三層結構設備組成如下：

　　1)車站及就地級門禁設備：電磁鎖、門磁開關、讀卡器、開門按鈕、緊急破玻按鈕、就地控制器、門禁網絡控制器等;車站通信管理器、車站級門禁工作站(可與綜合監控專業共享)。

　　2)線路級門禁管理系統：線路級ACS服務器、線路級ACS管理工作站、線路級ACS授權工作站、ACS維修工作站。

　　3)線網級門禁管理系統：線網級ACS服務器、線網級ACS管理工作站、線網級ACS授權工作站、線網級ACS維修工作站。

　　多級控制管理規劃

　　整個地鐵ACS系統基于TCP/IP協議通訊，可實現多級控制管理。各級控制管理功能規劃如下：

　　各車站、控制中心、車輛段、停車場各自組成一級門禁控制子系統，進行本地化區域性的門禁管理和監控;在線路控制中心設置線路控制系統，對各區域子系統進行二級管理。在線網控制中心則設置線網級控制系統，對各線路進行三級管理控制。

　　各區域子系統都建立有車站級管理工作站(可與綜合監控專業共享)，作為各車站的管理工作站，門禁專業設置本地通信管理器，擁有獨立的區域數據庫。本地通信管理器運行支持TCP/IP協議的專業門禁軟件，在系統中作為Socket通訊服務器，并為本地的車站管理工作站(Socket客戶端)提供可靠的數據、通信、時間管理、統計等服務;保證各車站級依照權限規劃，可不依賴于外部通信環境和服務環境，自成一體，安全可靠的獨立運行。

　　車站級管理工作站，通過綜合監控系統提供的TCP/IP網絡與線路級服務器聯網，建立基于IP網絡的雙向數據通道。

　　線路級服務器將分散的各區域子系統整合在一起，形成一個完全的總體線路數據庫。此總體數據庫涵蓋各站點的門禁管理數據與事件數據，并可完成數據查看、修改、報表制作，線路級服務器通過車站管理工作站Socket通訊接口實現控制站點門禁的功能，實現二級聯網。

　　線網級服務器將各線路子系統整合在一起，形成一個完整的線網級數據庫。對整個線網ACS系統實現全面的聯網管理。

　　多總線結構優化設計

　　為保證地鐵ACS系統的通訊可靠性，通訊冗余設計必不可少，目的是在某通訊線路故障時實現自行監測和恢復。

　　我國已建的多個地鐵ACS系統參考國外已有系統，利用網絡控制器(主控器)RS-485總線環網連接就地控制器(分控器)的方式實現通訊冗余。

　　主控器與分控器的環路總線結構主要防范了環路中單一故障點風險。例如，潛在故障點B或C發生時，其他分控器仍可通過另一端正常的總線進行返回通訊。但在潛在故障點A發生以及潛在故障點B和C同時發生時，系統不再具備正常通訊能力。

　　創新的多總線結構，進一步發展了主控制和分控器通訊冗余能力，更加穩定可靠。

　　主控器通過雙TCP/IP連接網絡交換機，同時通過4組RS-485總線，每個分控器順序接入雙RS-485總線。在潛在故障點A、B、C、D單個或同時發生時，系統仍保持完整的通訊能力，且分控器還可擴展選用TCP/IP直接連接網絡，實現真正可靠的多總線通訊冗余。

　　多總線結構并非簡單的通訊端口疊加，而是要實現可靠穩定的通訊冗余。系統具備智能通訊監控，故障自行恢復的同時，通過虛擬IP技術實現設備在系統中的唯一映射，避免邏輯混淆;采用負載平衡機制，實現多總線同時通訊時傳輸速度翻倍，具有傳統結構無法比擬的優勢。

　　應用展望

　　除上述內容外，創新的分布式多總線地鐵ACS系統，還采用三層拓撲軟件架構、組態設計等新技術，為與綜合監控系統集成提供標準可靠的接口，為后續線路接入搭建標準化的接口平臺，全面滿足地鐵運營方的“更安全、更可靠、更智能”的需求。

　　分布式多總線系統ACS系統不僅適應于軌道交通行業，還將廣泛應用于機場、銀行、大型集團，具有廣泛的技術發展前景和市場潛力。