鐵路安全防護門監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

徐炳輝

（國家能源集團朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

鐵路沿線設(shè)置防護網(wǎng)，防止閑雜人員進入，鐵路作業(yè)人員需經(jīng)防護網(wǎng)門方能進入鐵路沿線從事作業(yè)等工作?，F(xiàn)有的護網(wǎng)門加裝普通的統(tǒng)一式機械掛鎖，而機械掛鎖鑰匙則為專用的統(tǒng)一鑰匙，這種機械掛鎖易被惡意打開，且鑰匙多、管理難度大，鐵路員工可以拿到鑰匙，造成進入護網(wǎng)的人員繁雜，極易發(fā)生社會上的混雜人員進入鐵路沿線，增加各種路內(nèi)外交通事故和違法犯罪活動發(fā)生的概率，給鐵路行車安全帶來極大的安全隱患。因此，現(xiàn)場迫切需要一種能夠自動對進出護網(wǎng)門的人員進行登記并綜合管理的裝置。

1 管理系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)組成

鐵路安全防護門智能耦合鎖及監(jiān)控管理系統(tǒng)由硬件設(shè)備和軟件兩部分組成。硬件設(shè)備主要有智能耦合鎖、門狀態(tài)監(jiān)控裝置；軟件主要有手機APP 用戶端和系統(tǒng)管理平臺和防火墻，系統(tǒng)組成如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成

1.2 系統(tǒng)工作原理及流程

管理員通過系統(tǒng)操作對護網(wǎng)門智能耦合鎖進行初始設(shè)置，包括對鎖具進行編號、歸類、命名，管理員利用管理平臺將設(shè)置好的智能耦合鎖的授權(quán)數(shù)據(jù)，通過云端服務(wù)器下放到作業(yè)人員手機APP 用戶端，授權(quán)數(shù)據(jù)包括工作人員的權(quán)限等級、開鎖的時間段等信息。作業(yè)人員收到此耦合鎖的授權(quán)數(shù)據(jù)后，打開手機APP 用戶端即可開啟對應(yīng)的智能耦合鎖，未經(jīng)授權(quán)的作業(yè)人員將無法開啟，作業(yè)人員可通過手機APP 用戶端掃描智能耦合鎖二維碼申請開鎖，管理員同意開鎖申請后，云端服務(wù)器自動下放授權(quán)數(shù)據(jù)到作業(yè)人員手機APP 用戶端，即可開啟智能耦合鎖。智能耦合鎖開啟記錄數(shù)據(jù)信息通過藍牙回傳至手機APP 用戶端，利用手機網(wǎng)絡(luò)自動將開鎖的數(shù)據(jù)信息上傳至云端服務(wù)器（如果當時開鎖人員的手機處于無網(wǎng)狀態(tài)，也不會影響順利開鎖，開鎖信息將會在有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時再自動上傳）。

管理系統(tǒng)平臺根據(jù)要求統(tǒng)計智能耦合鎖的開啟人員、開啟次數(shù)、開啟時間段等信息，可以遠程掛失或修改授權(quán)數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)實現(xiàn)了智能耦合鎖的真正智能化使用和管理。監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控護網(wǎng)門的日常狀態(tài)，定時上報護網(wǎng)門的狀態(tài)，護網(wǎng)門開啟后，管理系統(tǒng)平臺收到護網(wǎng)門開啟信息，管理系統(tǒng)軟件以彈窗形式顯示護網(wǎng)門開啟，并以聲、光報警，提示護網(wǎng)開啟，系統(tǒng)工作原理及流程如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理及流程

1.3 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要由智能耦合鎖和護網(wǎng)門狀態(tài)監(jiān)控裝置組成。

1.3.1 智能耦合鎖

智能耦合鎖由太陽能供電、單片機、微型驅(qū)動電機及電子鎖芯、藍牙模塊、鎖體、藍牙鑰匙和電子鑰匙組成。

（1）太陽能供電。系統(tǒng)主要通過太陽能電池的充放電，為藍牙模塊、單片機和微型電機等提供可靠的電源；充電電路整體設(shè)計思路為：在日光足夠充足的環(huán)境下，使用降壓功能電路使過高的太陽能輸出電壓通過電路編程轉(zhuǎn)換為適合使用的范圍。根據(jù)降壓電路所需的條件，以及鋰電池的條件需求，設(shè)計原理：在輸入電壓足夠高的時候，通過降壓芯片與外部電路的工作使得輸出電壓穩(wěn)定在4.2 V，達到收集太陽能并給鋰電池充電的目的。

（2）單片機。單片機主要設(shè)計控制電路，用于控制微型電機的開啟。

（3）微型驅(qū)動電機及電子鎖芯。這是智能耦合鎖區(qū)別于其他電子鎖的主要標志，因為智能耦合鎖按照需求必須具有內(nèi)外開鎖功能，因此鎖芯必須采取通體鎖芯，實現(xiàn)內(nèi)外開鎖。

（4）藍牙模塊。藍牙模塊指集成藍牙功能的芯片，用于短距離的數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)通信，可以方便地和手機APP 的藍牙設(shè)備連接，實現(xiàn)與主模塊之間的數(shù)據(jù)互通，避免繁瑣的線纜連接，可與各類手機藍牙配對使用。藍牙鑰匙設(shè)計一個指示燈、一個照明燈；指示燈用來提示藍牙連接與操作信號。指示燈綠燈閃爍表示藍牙鑰匙的藍牙開關(guān)打開，等待手機搜索信號連接藍牙鑰匙。紅燈長亮：表示藍牙鑰匙與手機連接成功。綠燈長亮表示藍牙鑰匙接受到手機發(fā)出的操作信號。照明燈用于夜間照明，方便插入鑰匙孔內(nèi)。

藍牙鑰匙與電子鑰匙的區(qū)別：①開鎖的方式不同：電子鑰匙插入鎖芯就可以直接開鎖，無需手機APP，開鎖方式相對簡單快捷；藍牙鑰匙需和手機APP 連接；②采用不同的供電方式：電子鑰匙內(nèi)置2032 紐扣電池，藍牙鑰匙為充電電池；③開鎖信息傳輸不同：電子鑰匙開鎖后不能直接傳輸實時開鎖信息，只是記錄存儲在鎖芯內(nèi)部，需要時必須通過藍牙鑰匙和手機APP 導出；而藍牙鑰匙可以直接通過手機APP 進行實時傳輸；④授權(quán)方式不同：電子鑰匙是用管理器來授權(quán)開鎖和取消開鎖權(quán)限，不可進行遠程授權(quán)，鑰匙需要插入鎖芯才能授權(quán)和取消授權(quán)，且授權(quán)不可設(shè)定開鎖時間段，只能設(shè)定能否開鎖。藍牙鑰匙授權(quán)方式是手機APP 遠程授權(quán)，授權(quán)時間可自由設(shè)定時間段。

1.3.2 護網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控裝置

護網(wǎng)門狀態(tài)監(jiān)控裝置由門磁感應(yīng)模塊和傳輸模塊組成。

（1）門磁感應(yīng)模塊。門磁是用來檢測門是否開啟的一個小型感應(yīng)器，門磁傳感器安裝在鎖具鎖舌位置，它由兩部分組成：較小的部件為永磁體，內(nèi)部有一塊永久磁鐵，用來產(chǎn)生恒定的磁場；較大的是無線門磁主體，它內(nèi)部有一個常開型的干簧管，當永磁體和干簧管靠得很近時，無線門磁傳感器處于工作守候狀態(tài)，當永磁體離開干簧管一定距離后，無線門磁傳感器立即發(fā)射電信號。門磁感應(yīng)模塊參數(shù)如下：尺寸：9.5 mm×22 mm；感應(yīng)距離：15～25 mm；開關(guān)形式：常閉型、常開型；電氣參數(shù)：最大功率10 W，最高電壓100 V，最大電流0.5 A；外殼材料：ABS，白色；ABS，棕色；適用范圍：鐵質(zhì)或金屬門磁。

（2）傳輸模塊。無線通信模塊是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，利用公共運營商網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無線長距離傳輸功能，采用高性能的工業(yè)級16/32 位通信處理器工業(yè)級無線模塊，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，可直接連接串口設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸，將護網(wǎng)門狀態(tài)實時信息傳輸?shù)奖O(jiān)控管理平臺，以確保對防護門狀態(tài)的實時監(jiān)控。

1.4 軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)主要包括手機APP 用戶端和管理系統(tǒng)平臺。

1.4.1 手機APP 用戶端

用戶在手機安裝該用戶端APP，使用該APP 來接收授權(quán)、開鎖、關(guān)鎖、采集數(shù)據(jù)、上傳記錄等日常操作。手機APP 開鎖功能是手機APP 用戶端基本的功能，手機APP 與智能耦合鎖藍牙建立連接，實現(xiàn)手機APP 用戶端直接開鎖。

1.4.2 管理系統(tǒng)平臺

管理系統(tǒng)平臺指管理部門或管理人員通過辦公室的計算機，對鎖具和員工進行信息管理和任務(wù)分配等操作。

管理系統(tǒng)平臺包括兩個獨立的部分：數(shù)據(jù)庫和PC 端操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫可以安裝在用戶指定的服務(wù)器，也可以使用云端服務(wù)；PC 端軟件用于對鎖具和員工進行管理，包括發(fā)送開鎖權(quán)限、采集鎖具狀態(tài)、統(tǒng)計員工記錄等功能。數(shù)據(jù)庫防火墻部署于應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫之間。用戶必須通過該系統(tǒng)才能對數(shù)據(jù)庫進行訪問或管理。數(shù)據(jù)庫防火墻所采用的主動防御技術(shù)能夠主動實時監(jiān)控、識別、告警、阻擋繞過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊界防護的外部數(shù)據(jù)攻擊、來自于內(nèi)部的高權(quán)限用戶的數(shù)據(jù)竊取、破壞、損壞等，從數(shù)據(jù)庫SQL 語句精細化控制的技術(shù)層面，提供一種主動安全防御措施，結(jié)合獨立于數(shù)據(jù)庫的安全訪問控制規(guī)則，幫助用戶應(yīng)對來自內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)安全威脅。

2 技術(shù)創(chuàng)新點

（1）智能耦合鎖鎖芯內(nèi)置64 位加密芯片。此芯片是一款高速度、高性能64 位信息安全芯片，集成高速的安全算法和通信接口，摒棄傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)加解密處理方式，使數(shù)據(jù)流加解密速度大幅提升。

（2）采用隔離艙結(jié)構(gòu)，屏蔽開鎖工具，防止技術(shù)性盜開。鎖芯與鑰匙采用三觸點接觸進行數(shù)據(jù)信息核對，屏蔽開鎖工具，任何機械工具無法進行技術(shù)盜開。

（3）無源鎖芯，故障率低，穩(wěn)定性好。鎖芯采用無源結(jié)構(gòu)，當需要用智能鑰匙開鎖時，智能鑰匙為鎖芯提供電源，鎖芯與鑰匙進行數(shù)據(jù)信息核對，核對無誤后鎖芯啟動微電機轉(zhuǎn)動開啟門鎖，鎖芯的無源設(shè)計，降低了故障率，提高了穩(wěn)定性。

（4）鑰匙無法復制，鑰匙丟失可自助掛失，安全無漏洞。鑰匙只有通過管理器針對某鎖芯授權(quán)設(shè)置后，才能開啟此鎖芯，未被授權(quán)的鎖芯或鑰匙無法開啟鎖芯，鑰匙和鎖芯為三觸點接觸，無法復制；鑰匙丟失后可通過管理器刪除此鑰匙的授權(quán)或通過管理系統(tǒng)平臺刪除此鑰匙。

（5）后臺管理系統(tǒng)對每一個護網(wǎng)門智能耦合鎖的鎖芯信息、授權(quán)信息、開門記錄、任何操作都有記錄，均可以溯源，記錄的信息都存儲在云端，無法偽造；遠程授權(quán)、遠程掛失，記錄自動上傳；加強對出入護網(wǎng)的管理、實時掌握護網(wǎng)門開關(guān)等信息，實現(xiàn)人員出入護網(wǎng)的數(shù)字化管理，將鐵路沿線護網(wǎng)門管理工作信息通過無線網(wǎng)絡(luò)自動匯總于管理平臺，方便防護網(wǎng)門的日常動態(tài)管理，提高管理水平，建立高效巡邏防控機制，全面構(gòu)建人防、物防、技防的鐵路治安防控體系。

3 結(jié)束語

綜上所述，鐵路安全防護門智能耦合鎖及監(jiān)控管理系統(tǒng)，綜合運用藍牙通信、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將原有的機械鎖具開發(fā)為光電一體化的新型鎖具。一方面提高鐵路上護網(wǎng)門鎖體實用性，防止非法技術(shù)開啟；另一方面加強對出入護網(wǎng)門的管理，實時掌握出入護網(wǎng)門的工作人員的開關(guān)門等信息，實現(xiàn)人員進出護網(wǎng)門數(shù)字化管理。將工作人員出入護網(wǎng)門日常難以管理的工作自動匯總?cè)牍芾砥脚_，供管理者掌握工作人員及護網(wǎng)門的狀態(tài)，提高管理能力，建立高效巡邏防控機制，全面構(gòu)建人防、物防、技防的鐵路治安防控體系。