湯建華

(上?；酃榷喔咝畔⒐こ逃邢薰?， 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(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)與探測器操控系統(tǒng)；利用自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了軌道交通周界安防系統(tǒng)數(shù)字化精準(zhǔn)控制，實(shí)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(zhǔn)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(bào)警控制主機(jī)、控制中心計(jì)算機(jī)三部分組成[1-2]。前端探測器報(bào)警時(shí)發(fā)出觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)，該信號(hào)通過總線傳輸?shù)綀?bào)警控制主機(jī)，再由報(bào)警控制主機(jī)處理后送到控制中心接警計(jì)算機(jī)，由周界安防系統(tǒng)軟件進(jìn)行接警處理。這樣的架構(gòu)系統(tǒng)，控制中心計(jì)算機(jī)不能與前端探測器進(jìn)行數(shù)字通信，不能對(duì)前端探測器進(jìn)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。現(xiàn)有周界安防系統(tǒng)中所采用報(bào)警控制主機(jī)信息處理能力差，總線回路不足，每個(gè)回路傳輸距離有限，報(bào)警輸出模塊數(shù)量不足。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的報(bào)警控制主機(jī)在系統(tǒng)中所起的作用，完全可以由控制中心計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，而且控制中心計(jì)算機(jī)比報(bào)警控制主機(jī)功能更強(qiáng)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(duì)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(jì)成智能型脈沖電子圍欄系統(tǒng)[3]，對(duì)信號(hào)的發(fā)生、檢測、判定都實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。既要有精準(zhǔn)的探測功能，還要有實(shí)時(shí)雙向通信功能。實(shí)現(xiàn)控制中心計(jì)算機(jī)能直接數(shù)字控制到周界前端探測器，實(shí)現(xiàn)接警中心自動(dòng)巡檢。這種用前端數(shù)字化探測器與控制中心計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通安防系統(tǒng)更精準(zhǔn)、更安全、更快速的保護(hù)。

1 軌道交通周界探測器數(shù)字化智能化開發(fā)設(shè)計(jì)

軌道交通周界探測器采用目前世界上先進(jìn)的高壓電子圍欄探測器，它引用了“阻擋為主，報(bào)警為輔” 最新的報(bào)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(bào)警(聲、光、聯(lián)動(dòng)報(bào)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(bào)率低、不受地形和環(huán)境限制、安全性高等明顯優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)時(shí)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(jì)

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(shí)器(TIMER)定時(shí)時(shí)間來設(shè)置高壓脈沖寬度和脈沖間隔，將定時(shí)器的輸出信號(hào)控制高壓開關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)將高壓能量控制在安全范圍內(nèi)，同時(shí)高壓輸出端有檢測、限壓等多重保護(hù)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(tái)探測器有二個(gè)防區(qū)，沿軌道左右分開設(shè)置。每個(gè)防區(qū)有二路獨(dú)立的高壓輸出，使每根圍欄線帶電。

1.1.2 檢測系統(tǒng)

實(shí)時(shí)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(jì)算后，就得到該圍欄線上每個(gè)脈沖電壓的精準(zhǔn)數(shù)值。分析電壓值的變化，有效地捕捉闖入信號(hào)及圍欄的工作狀況，再根據(jù)安全等級(jí)設(shè)定的警戒閾值，判斷是否報(bào)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(jì)算機(jī)檢測判斷發(fā)出相應(yīng)報(bào)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(jì)算機(jī)檢測判斷后發(fā)出報(bào)警信息。一旦確認(rèn)報(bào)警，探測器組織實(shí)施報(bào)警處理。

1.1.3 通信控制與報(bào)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(jì)算機(jī)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(bào)警時(shí)，探測器將報(bào)警防區(qū)數(shù)字信息(ADD+ZONE+TYPE)存放到CPU相應(yīng)報(bào)警存儲(chǔ)器中，接警中心巡檢時(shí)將采集報(bào)警存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)并傳送到控制中心接警計(jì)算機(jī)，同時(shí)報(bào)警防區(qū)輸出兩組獨(dú)立觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)(NO×2，NC×2)。讓現(xiàn)場收到警情，驅(qū)動(dòng)相關(guān)設(shè)備工作。

1.2 探測器的智能化設(shè)計(jì)

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(shí)，根據(jù)安全級(jí)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(dòng)轉(zhuǎn)換等功能，完成一系列有效打擊和保護(hù)的功能。既能高壓電擊闖入者，又能保障闖入者相對(duì)安全，對(duì)闖入者進(jìn)行人道主義保護(hù)。(2)自動(dòng)值守系統(tǒng)，充分利用CPU運(yùn)算功能，對(duì)輸出電壓設(shè)定數(shù)值、圍欄電壓檢測數(shù)值進(jìn)行分析比較，自動(dòng)調(diào)整電壓值、時(shí)間間隔、觸發(fā)閾值，確保高壓智能型探測器能長期(24小時(shí))滿足室外圍欄線斷、短路狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)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(jì)專用鍵盤與探測器相連，實(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)定探測器地址、工作方式、工作參數(shù)等功能。也實(shí)現(xiàn)了在探測器與控制中心計(jì)算機(jī)總線不連通情況下，用專用鍵盤設(shè)置、啟動(dòng)、檢測、顯示等功能，方便現(xiàn)場操控。還可在探測器自動(dòng)或總線運(yùn)行模式時(shí)，將鍵盤卸下。

2 控制中心計(jì)算機(jī)與探測器DDC系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制中心計(jì)算機(jī)與探測器DDC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制中心計(jì)算機(jī)，通常選用市場銷售的普通PC計(jì)算機(jī)(如聯(lián)想臺(tái)式機(jī)，Windows操作系統(tǒng)，3個(gè)以上USB接口)，將PC機(jī)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(dòng)軟件選定合適的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)了控制中心計(jì)算機(jī)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(diǎn)，由控制中心計(jì)算機(jī)提供2個(gè)USB接口給二臺(tái)總線轉(zhuǎn)換控制器，每臺(tái)總線轉(zhuǎn)換控制器帶2路RS485接口，這樣控制中心計(jì)算機(jī)可帶4路RS485總線，其中2路總線供控制中心計(jì)算機(jī)前方軌道左右二側(cè)，另2路總線供控制中心計(jì)算機(jī)后方軌道左右二側(cè)。通過對(duì)總線信號(hào)光電隔離放大，再加中繼，每路總線有效傳輸距離可達(dá)5千米。一臺(tái)控制中心計(jì)算機(jī)可以保護(hù)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(jì)算機(jī)通過光纖組成網(wǎng)絡(luò)，距離更可以擴(kuò)大，將整個(gè)路段方便集成在一個(gè)周界安防系統(tǒng)平臺(tái)上。

2.2 控制中心計(jì)算機(jī)與探測器DDC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制中心計(jì)算機(jī)監(jiān)測探測器的軟件是運(yùn)行于Windows平臺(tái)上的數(shù)據(jù)通信軟件，在控制中心計(jì)算機(jī)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(jī)相連的USB口串口地址一致，這樣實(shí)現(xiàn)了控制中心計(jì)算機(jī)通信軟件與探測器通信軟件互聯(lián)。根據(jù)控制中心計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)與前端探測器之間實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信，可以按“開始通訊監(jiān)測”按鈕，實(shí)時(shí)進(jìn)行通信線路檢測。在控制中心計(jì)算機(jī)上輕松操控遠(yuǎn)端探測器，執(zhí)行 “啟動(dòng)運(yùn)行”、“停機(jī)等待”命令操作。實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)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(shí)時(shí)檢測每根圍欄線的輸出電壓，接收端電壓信號(hào)強(qiáng)度。通過對(duì)接收端電壓強(qiáng)度數(shù)值分析，可以精準(zhǔn)判斷圍欄工作狀況。

圖2 控制中心計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)Windows操作系統(tǒng)穩(wěn)定，Intel CPU運(yùn)行速度快，存儲(chǔ)量大，豐富的USB端口可以方便轉(zhuǎn)換成各種通信接口，整機(jī)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(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，其性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越現(xiàn)有的報(bào)警控制主機(jī)。因此，將原來的報(bào)警控制主機(jī)和接警計(jì)算機(jī)二者糅合為控制中心接警PC計(jì)算機(jī)，PC計(jì)算機(jī)集成了報(bào)警控制主機(jī)的功能。如圖3所示，(1)利用PC機(jī)的二個(gè)USB端口對(duì)前端探測器DDC操控，實(shí)現(xiàn)報(bào)警主機(jī)信號(hào)輸入輸出功能，利用PC機(jī)的第三個(gè)USB端口連接報(bào)警輸出及地圖驅(qū)動(dòng)控制器，實(shí)現(xiàn)報(bào)警主機(jī)報(bào)警輸出模塊功能。(2)利用PC機(jī)的存儲(chǔ)、顯示、鍵盤功能實(shí)現(xiàn)報(bào)警主機(jī)相應(yīng)功能。(3)PC機(jī)運(yùn)行的接警軟件實(shí)現(xiàn)布防、撤防、接警處理等功能。(4)與PC機(jī)相連的所有USB端口信號(hào)進(jìn)行防雷處理，并作光電隔離[5]，確保PC機(jī)與報(bào)警主機(jī)具有穩(wěn)定運(yùn)行功能。(5)每臺(tái)報(bào)警輸出及地圖驅(qū)動(dòng)控制器最多能驅(qū)動(dòng)24路觸點(diǎn)輸出信號(hào)，輸出信號(hào)為20路防區(qū)報(bào)警輸出， 4路聯(lián)動(dòng)報(bào)警輸出。通過對(duì)報(bào)警輸出及地圖驅(qū)動(dòng)控制器地址設(shè)定，接警中心計(jì)算機(jī)能驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出及地圖驅(qū)動(dòng)控制器可以疊加擴(kuò)大至16臺(tái)。綜上功能集成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化智能型探測器與控制中心計(jì)算機(jī)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(yùn)行于Windows平臺(tái)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(jī)對(duì)前端探測器的操控，接警中心軟件運(yùn)行后，首先通過參數(shù)設(shè)置菜單，啟動(dòng)探測器運(yùn)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(duì)正常工作探測器進(jìn)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(shí)時(shí)自動(dòng)巡檢布防探測器的報(bào)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(duì)任意一臺(tái)探測器重新布撤防，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(bào)警信息時(shí)，所有警情信息都自動(dòng)完整保存在報(bào)警記錄數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，視頻聯(lián)動(dòng)和電子地圖顯示等聯(lián)動(dòng)功能，并有警號(hào)聲光指示。根據(jù)權(quán)限可進(jìn)行接警處理，所有操作都實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)接警、查詢、生成報(bào)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(shí)現(xiàn)了用前端智能型探測器與控制中心計(jì)算機(jī)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(shí)際使用，整個(gè)系統(tǒng)符合軌道交通穩(wěn)定、可控運(yùn)行要求，多項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，并順利通過上海市公安局軌道交通分局的驗(yàn)收。另外在建設(shè)成本、運(yùn)行維護(hù)成本上也具有明顯優(yōu)勢，利用數(shù)字化精準(zhǔn)檢測和對(duì)測試數(shù)據(jù)分析，控制中心清楚了解前端探測器的運(yùn)行狀況，及時(shí)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行GB/T 7946-2008[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4] 李江全，魏中巖，姚帥，等. 單片機(jī)通信與控制應(yīng)用編程實(shí)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(dòng)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(dòng)化、智能化系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等研究。

定稿日期: 2016-09-30