可操控的軌道交通周界安防系統(tǒng)

湯建華

(上海慧谷多高信息工程有限公司， 上海 201108)

可操控的軌道交通周界安防系統(tǒng)

湯建華

(上?；酃榷喔咝畔⒐こ逃邢薰?， 上海 201108)

提出了一種直接用控制中心計算機和前端數(shù)字化探測器二部分組成的可操控的軌道交通周界安防系統(tǒng)新方法。利用實時處理(Real-time processing)技術(shù)開發(fā)前端數(shù)字化周界探測器；利用直接數(shù)字控制(Direct Digital Control, DDC)技術(shù)開發(fā)控制中心計算機與探測器操控系統(tǒng)；利用自動巡檢(Auto Patrol Inspection)技術(shù)開發(fā)周界安防接警中心系統(tǒng)。突破現(xiàn)有周界安防系統(tǒng)三部分組成的架構(gòu)模式的缺陷，實現(xiàn)了軌道交通周界安防系統(tǒng)數(shù)字化精準控制，實用距離更長、安全性更高，為軌道周界安防系統(tǒng)提供了新的解決辦法。

軌道交通;周界安防;操控性;精準控制;數(shù)字化探測器

0 引 言

軌道交通周界安防系統(tǒng)是由前端探測器、報警控制主機、控制中心計算機三部分組成[1-2]。前端探測器報警時發(fā)出觸點報警信號，該信號通過總線傳輸?shù)綀缶刂浦鳈C，再由報警控制主機處理后送到控制中心接警計算機，由周界安防系統(tǒng)軟件進行接警處理。這樣的架構(gòu)系統(tǒng)，控制中心計算機不能與前端探測器進行數(shù)字通信，不能對前端探測器進行相應(yīng)的設(shè)置、檢測、控制。另外，現(xiàn)有前端探測器的數(shù)字化程度不高，無法檢測出周圍環(huán)境或探測器本身問題造成的探測器探測性能的變化?，F(xiàn)有周界安防系統(tǒng)中所采用報警控制主機信息處理能力差，總線回路不足，每個回路傳輸距離有限，報警輸出模塊數(shù)量不足。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的報警控制主機在系統(tǒng)中所起的作用，完全可以由控制中心計算機來實現(xiàn)，而且控制中心計算機比報警控制主機功能更強大，更能克服這種傳統(tǒng)沿襲下來周界安防系統(tǒng)架構(gòu)帶來的缺陷。

針對軌道交通周界安防現(xiàn)狀，提出了通過數(shù)字化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化手段提升現(xiàn)有系統(tǒng)，將其設(shè)計成智能型脈沖電子圍欄系統(tǒng)[3]，對信號的發(fā)生、檢測、判定都實現(xiàn)數(shù)字化。既要有精準的探測功能，還要有實時雙向通信功能。實現(xiàn)控制中心計算機能直接數(shù)字控制到周界前端探測器，實現(xiàn)接警中心自動巡檢。這種用前端數(shù)字化探測器與控制中心計算機二部分組成的可操控的軌道交通周界安防系統(tǒng)，有效地解決了軌道周界安防系統(tǒng)距離長、防區(qū)多、分布廣等問題，實現(xiàn)對軌道交通安防系統(tǒng)更精準、更安全、更快速的保護。

1 軌道交通周界探測器數(shù)字化智能化開發(fā)設(shè)計

軌道交通周界探測器采用目前世界上先進的高壓電子圍欄探測器，它引用了“阻擋為主，報警為輔” 最新的報警理念，使圍欄帶有非致命的高壓脈沖電，它具有威懾(降低作案欲望)、阻擋(制造入侵障礙)、報警(聲、光、聯(lián)動報警)三重功能。與傳統(tǒng)的紅外、微波、靜電感應(yīng)等周界安防系統(tǒng)相比，具有誤報率低、不受地形和環(huán)境限制、安全性高等明顯優(yōu)點。在設(shè)計中，選用MICROCHIP 公司PIC16系列芯片作為高壓智能型探測器的CPU，該系列芯片具有多路A/D接口，多個INT中斷，還帶USART/SCI通信接口等電路，能滿足探測器數(shù)字化智能型實時處理的需求。

圖1 高壓智能型探測器功能框圖

1.1 探測器的數(shù)字化設(shè)計

1.1.1 高壓系統(tǒng)

如圖1所示。(1)高壓電路，將低壓直流電經(jīng)數(shù)字脈沖調(diào)制(PWM)升壓，再送到高壓變壓器二次升壓，其輸出電壓完全受控于微處理器設(shè)置的給定數(shù)值。(2)高壓脈沖控制電路，通過CPU的定時器(TIMER)定時時間來設(shè)置高壓脈沖寬度和脈沖間隔，將定時器的輸出信號控制高壓開關(guān)電路，實現(xiàn)將高壓能量控制在安全范圍內(nèi)，同時高壓輸出端有檢測、限壓等多重保護措施，不致電壓失控。(3)高壓圍欄，高壓發(fā)送端連接合金線一端，高壓接收端連接合金線的另一端，使圍欄帶高壓脈沖電。(4)每臺探測器有二個防區(qū)，沿軌道左右分開設(shè)置。每個防區(qū)有二路獨立的高壓輸出，使每根圍欄線帶電。

1.1.2 檢測系統(tǒng)

實時檢測每根圍欄線上的電壓，檢測接收端每根圍欄線上電壓，將該電壓值降壓后通過A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)值，經(jīng)計算后，就得到該圍欄線上每個脈沖電壓的精準數(shù)值。分析電壓值的變化，有效地捕捉闖入信號及圍欄的工作狀況，再根據(jù)安全等級設(shè)定的警戒閾值，判斷是否報警。如果周界圍欄線某處出現(xiàn)觸網(wǎng)，那么圍欄上高壓就通過觸網(wǎng)的人或物放電到大地。使接收端電壓小于正常值。經(jīng)計算機檢測判斷發(fā)出相應(yīng)報警信息輸出。如果周界圍欄某處發(fā)生短路或斷路，那么接收端電壓大大降低，接近為零，計算機檢測判斷后發(fā)出報警信息。一旦確認報警，探測器組織實施報警處理。

1.1.3 通信控制與報警輸出系統(tǒng)

采用CPU芯片自帶通信接口連接RS485芯片，做成探測器總線RS485通信系統(tǒng)，在CPU相應(yīng)的地址中存放探測器有關(guān)數(shù)據(jù)，通過通信協(xié)議，在控制中心計算機上安裝與探測器通信的專用軟件，直接訪問、設(shè)定、檢測探測器上相關(guān)數(shù)據(jù)信息[4]。當(dāng)報警時，探測器將報警防區(qū)數(shù)字信息(ADD+ZONE+TYPE)存放到CPU相應(yīng)報警存儲器中，接警中心巡檢時將采集報警存儲器數(shù)據(jù)并傳送到控制中心接警計算機，同時報警防區(qū)輸出兩組獨立觸點報警信號(NO×2，NC×2)。讓現(xiàn)場收到警情，驅(qū)動相關(guān)設(shè)備工作。

1.2 探測器的智能化設(shè)計

1.2.1 數(shù)字智能處理系統(tǒng)

(1)人道主義防傷害系統(tǒng)，當(dāng)檢測系統(tǒng)檢測到有觸及圍欄時，根據(jù)安全級別設(shè)定，采用了人工智能技術(shù)，探測器智能執(zhí)行高低電壓再打擊次數(shù)和高低電壓自動轉(zhuǎn)換等功能，完成一系列有效打擊和保護的功能。既能高壓電擊闖入者，又能保障闖入者相對安全，對闖入者進行人道主義保護。(2)自動值守系統(tǒng)，充分利用CPU運算功能，對輸出電壓設(shè)定數(shù)值、圍欄電壓檢測數(shù)值進行分析比較，自動調(diào)整電壓值、時間間隔、觸發(fā)閾值，確保高壓智能型探測器能長期(24小時)滿足室外圍欄線斷、短路狀態(tài)下連續(xù)運行。

1.2.2 顯示及操作控制系統(tǒng)

利用微處理器豐富的I/O接口、INT中斷口，設(shè)計專用鍵盤與探測器相連，實現(xiàn)在鍵盤上設(shè)定、顯示和操控等功能。通過探測器專用鍵盤，實現(xiàn)設(shè)定探測器地址、工作方式、工作參數(shù)等功能。也實現(xiàn)了在探測器與控制中心計算機總線不連通情況下，用專用鍵盤設(shè)置、啟動、檢測、顯示等功能，方便現(xiàn)場操控。還可在探測器自動或總線運行模式時，將鍵盤卸下。

2 控制中心計算機與探測器DDC系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

2.1 控制中心計算機與探測器DDC系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制中心計算機，通常選用市場銷售的普通PC計算機(如聯(lián)想臺式機，Windows操作系統(tǒng)，3個以上USB接口)，將PC機的USB端口與RS485/USB光電總線轉(zhuǎn)換控制器的USB口相連，安裝驅(qū)動軟件選定合適的計算機串口地址。將RS485/USB光電總線轉(zhuǎn)換控制器的RS485口與探測器的RS485通信端口相連，這樣實現(xiàn)了控制中心計算機與探測器在硬件通信線路上的連通。根據(jù)軌道交通周界的特點，由控制中心計算機提供2個USB接口給二臺總線轉(zhuǎn)換控制器，每臺總線轉(zhuǎn)換控制器帶2路RS485接口，這樣控制中心計算機可帶4路RS485總線，其中2路總線供控制中心計算機前方軌道左右二側(cè)，另2路總線供控制中心計算機后方軌道左右二側(cè)。通過對總線信號光電隔離放大，再加中繼，每路總線有效傳輸距離可達5千米。一臺控制中心計算機可以保護10千米的軌道，可控防區(qū)數(shù)量大大增加。將沿路控制中心計算機通過光纖組成網(wǎng)絡(luò)，距離更可以擴大，將整個路段方便集成在一個周界安防系統(tǒng)平臺上。

2.2 控制中心計算機與探測器DDC系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制中心計算機監(jiān)測探測器的軟件是運行于Windows平臺上的數(shù)據(jù)通信軟件，在控制中心計算機軟件界面上，根據(jù)提示，選擇通信軟件串口地址與RS485/USB光電總線控制器和PC機相連的USB口串口地址一致，這樣實現(xiàn)了控制中心計算機通信軟件與探測器通信軟件互聯(lián)。根據(jù)控制中心計算機監(jiān)測探測器的通信軟件界面提示，如圖2所示，輸入前端探測器地址后，按“發(fā)送”鍵，使控制中心計算機與前端探測器之間實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信，可以按“開始通訊監(jiān)測”按鈕，實時進行通信線路檢測。在控制中心計算機上輕松操控遠端探測器，執(zhí)行 “啟動運行”、“停機等待”命令操作。實現(xiàn)對每臺探測器上電壓設(shè)定、觸發(fā)閾值設(shè)定、以及其它參數(shù)調(diào)閱、設(shè)定，還可實時檢測每根圍欄線的輸出電壓，接收端電壓信號強度。通過對接收端電壓強度數(shù)值分析，可以精準判斷圍欄工作狀況。

圖2 控制中心計算機直接操控探測器的軟件界面

3 軌道交通周界安防系統(tǒng)架構(gòu)及接警中心軟件

3.1 軌道交通周界安防系統(tǒng)架構(gòu)

圖3 可操控軌道交通周界安防系統(tǒng)架構(gòu)圖

現(xiàn)有普通PC計算機Windows操作系統(tǒng)穩(wěn)定，Intel CPU運行速度快，存儲量大，豐富的USB端口可以方便轉(zhuǎn)換成各種通信接口，整機性能穩(wěn)定，在現(xiàn)有控制中心UPS供電系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)環(huán)境下，可以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行，其性能已遠遠超越現(xiàn)有的報警控制主機。因此，將原來的報警控制主機和接警計算機二者糅合為控制中心接警PC計算機，PC計算機集成了報警控制主機的功能。如圖3所示，(1)利用PC機的二個USB端口對前端探測器DDC操控，實現(xiàn)報警主機信號輸入輸出功能，利用PC機的第三個USB端口連接報警輸出及地圖驅(qū)動控制器，實現(xiàn)報警主機報警輸出模塊功能。(2)利用PC機的存儲、顯示、鍵盤功能實現(xiàn)報警主機相應(yīng)功能。(3)PC機運行的接警軟件實現(xiàn)布防、撤防、接警處理等功能。(4)與PC機相連的所有USB端口信號進行防雷處理，并作光電隔離[5]，確保PC機與報警主機具有穩(wěn)定運行功能。(5)每臺報警輸出及地圖驅(qū)動控制器最多能驅(qū)動24路觸點輸出信號，輸出信號為20路防區(qū)報警輸出， 4路聯(lián)動報警輸出。通過對報警輸出及地圖驅(qū)動控制器地址設(shè)定，接警中心計算機能驅(qū)動報警輸出及地圖驅(qū)動控制器可以疊加擴大至16臺。綜上功能集成，實現(xiàn)了數(shù)字化智能型探測器與控制中心計算機二部分組成的可操控的軌道交通周界安防系統(tǒng)。

3.2 接警中心軟件

接警中心軟件是運行于Windows平臺上探測器檢測、布撤防管理和接警管理三大系統(tǒng)集成的綜合軟件。(1)探測器檢測系統(tǒng)，是接警PC機對前端探測器的操控，接警中心軟件運行后，首先通過參數(shù)設(shè)置菜單，啟動探測器運行、檢查和設(shè)置相關(guān)參數(shù)。(2)布撤防管理系統(tǒng)，經(jīng)檢測對正常工作探測器進行布撤防。布防后，接警處理系統(tǒng)根據(jù)前端探測器地址，實時自動巡檢布防探測器的報警信息[6]。不遺漏、不沖突，提升了系統(tǒng)安全性和可靠性。還可根據(jù)需要對任意一臺探測器重新布撤防，實現(xiàn)整個系統(tǒng)全天候按需布撤防，適合戒備苛刻的場合。(3)接警管理系統(tǒng)，當(dāng)收到報警信息時，所有警情信息都自動完整保存在報警記錄數(shù)據(jù)庫中，同時驅(qū)動報警輸出系統(tǒng)聯(lián)動，視頻聯(lián)動和電子地圖顯示等聯(lián)動功能，并有警號聲光指示。根據(jù)權(quán)限可進行接警處理，所有操作都實時記錄在相關(guān)數(shù)據(jù)文件中。(4)系統(tǒng)在布防狀態(tài)下，無需撤防，實現(xiàn)接警、查詢、生成報表、打印等信息處理功能，警情數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)保存大于一年。

4 結(jié)束語

應(yīng)用數(shù)字化智能化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)改變現(xiàn)有的軌道交通安防系統(tǒng)架構(gòu)模式，實現(xiàn)了用前端智能型探測器與控制中心計算機二部分組成的可操控的軌道交通周界安防系統(tǒng)。經(jīng)上海軌道交通實際使用，整個系統(tǒng)符合軌道交通穩(wěn)定、可控運行要求，多項性能指標優(yōu)良，并順利通過上海市公安局軌道交通分局的驗收。另外在建設(shè)成本、運行維護成本上也具有明顯優(yōu)勢，利用數(shù)字化精準檢測和對測試數(shù)據(jù)分析，控制中心清楚了解前端探測器的運行狀況，及時做好響應(yīng)防范預(yù)案等方面，取得了滿意的效果。該方法對安防系統(tǒng)數(shù)字化智能化建設(shè)具有一定的借鑒作用。

[1] 安全防范工程技術(shù)規(guī)范及條文說明GB50348-2004[S]. 北京: 中國標準出版社，2004.

[2] 滬公技防. (2008)0013 本市安防工程用高壓電子脈沖式探測器基本技術(shù)要求[S]. 上海： 上海市公安局技術(shù)防范辦公室，2008.

[3] 脈沖電子圍欄及其安裝和運行GB/T 7946-2008[S]. 北京: 中國標準出版社，2008.

[4] 李江全，魏中巖，姚帥，等. 單片機通信與控制應(yīng)用編程實例[M]. 北京: 中國電力出版社, 2012.

[5] 吳光寧，曹曉斌，李瑞芳，等. 軌道交通供電系統(tǒng)的防雷與接地[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2011.

[6] 張毅，張寶芬，曹麗，等. 自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2012.

A Controllable Perimeter Security System for Rail Transit

Tang Jianhua

(Shanghai Highwit Information Engineering Co., Ltd., Shanghai 201108, China)

This paper presents a novel controllable rail transit perimeter security system directly composed of two parts, namely a control centre computer and a digital front-end detector. In this system, real-time processing is used to develop the digital front-end perimeter detector; DDC (direct digital control) technology is used to develop the control center computer and detector control system, auto patrol inspection technology is used to develop the perimeter security alarm receiving center system. This approach overcomes the defects of the architectural pattern of the existing perimeter security system composed of three parts, and realizes digital precision control of the rail transit perimeter security system, for it allows a longer practical distance and higher security, thus providing a new solution for the rail transit perimeter security system.

rail transit； perimeter security and protection； controllability； precise control； digital detector

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.01.029

TP29,TP277

A

1000-3886(2017)01-0098-03

湯建華 (1965-)，男，江蘇啟東人，碩士生，工程師，從事自動化、智能化系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等研究。

定稿日期: 2016-09-30