汤建华

(上海慧谷多高信息工程有限公司， 上海 201108)

可操控的轨道交通周界安防系统

汤建华

(上海慧谷多高信息工程有限公司， 上海 201108)

提出了一种直接用控制中心计算机和前端数字化探测器二部分组成的可操控的轨道交通周界安防系统新方法。利用实时处理(Real-time processing)技术开发前端数字化周界探测器；利用直接数字控制(Direct Digital Control, DDC)技术开发控制中心计算机与探测器操控系统；利用自动巡检(Auto Patrol Inspection)技术开发周界安防接警中心系统。突破现有周界安防系统三部分组成的架构模式的缺陷，实现了轨道交通周界安防系统数字化精准控制，实用距离更长、安全性更高，为轨道周界安防系统提供了新的解决办法。

轨道交通;周界安防;操控性;精准控制;数字化探测器

0 引 言

轨道交通周界安防系统是由前端探测器、报警控制主机、控制中心计算机三部分组成[1-2]。前端探测器报警时发出触点报警信号，该信号通过总线传输到报警控制主机，再由报警控制主机处理后送到控制中心接警计算机，由周界安防系统软件进行接警处理。这样的架构系统，控制中心计算机不能与前端探测器进行数字通信，不能对前端探测器进行相应的设置、检测、控制。另外，现有前端探测器的数字化程度不高，无法检测出周围环境或探测器本身问题造成的探测器探测性能的变化。现有周界安防系统中所采用报警控制主机信息处理能力差，总线回路不足，每个回路传输距离有限，报警输出模块数量不足。随着计算机技术的发展，现有的报警控制主机在系统中所起的作用，完全可以由控制中心计算机来实现，而且控制中心计算机比报警控制主机功能更强大，更能克服这种传统沿袭下来周界安防系统架构带来的缺陷。

针对轨道交通周界安防现状，提出了通过数字化，智能化，网络化手段提升现有系统，将其设计成智能型脉冲电子围栏系统[3]，对信号的发生、检测、判定都实现数字化。既要有精准的探测功能，还要有实时双向通信功能。实现控制中心计算机能直接数字控制到周界前端探测器，实现接警中心自动巡检。这种用前端数字化探测器与控制中心计算机二部分组成的可操控的轨道交通周界安防系统，有效地解决了轨道周界安防系统距离长、防区多、分布广等问题，实现对轨道交通安防系统更精准、更安全、更快速的保护。

1 轨道交通周界探测器数字化智能化开发设计

轨道交通周界探测器采用目前世界上先进的高压电子围栏探测器，它引用了“阻挡为主，报警为辅” 最新的报警理念，使围栏带有非致命的高压脉冲电，它具有威慑(降低作案欲望)、阻挡(制造入侵障碍)、报警(声、光、联动报警)三重功能。与传统的红外、微波、静电感应等周界安防系统相比，具有误报率低、不受地形和环境限制、安全性高等明显优点。在设计中，选用MICROCHIP 公司PIC16系列芯片作为高压智能型探测器的CPU，该系列芯片具有多路A/D接口，多个INT中断，还带USART/SCI通信接口等电路，能满足探测器数字化智能型实时处理的需求。

图1 高压智能型探测器功能框图

1.1 探测器的数字化设计

1.1.1 高压系统

如图1所示。(1)高压电路，将低压直流电经数字脉冲调制(PWM)升压，再送到高压变压器二次升压，其输出电压完全受控于微处理器设置的给定数值。(2)高压脉冲控制电路，通过CPU的定时器(TIMER)定时时间来设置高压脉冲宽度和脉冲间隔，将定时器的输出信号控制高压开关电路，实现将高压能量控制在安全范围内，同时高压输出端有检测、限压等多重保护措施，不致电压失控。(3)高压围栏，高压发送端连接合金线一端，高压接收端连接合金线的另一端，使围栏带高压脉冲电。(4)每台探测器有二个防区，沿轨道左右分开设置。每个防区有二路独立的高压输出，使每根围栏线带电。

1.1.2 检测系统

实时检测每根围栏线上的电压，检测接收端每根围栏线上电压，将该电压值降压后通过A/D转换得到数值，经计算后，就得到该围栏线上每个脉冲电压的精准数值。分析电压值的变化，有效地捕捉闯入信号及围栏的工作状况，再根据安全等级设定的警戒阈值，判断是否报警。如果周界围栏线某处出现触网，那么围栏上高压就通过触网的人或物放电到大地。使接收端电压小于正常值。经计算机检测判断发出相应报警信息输出。如果周界围栏某处发生短路或断路，那么接收端电压大大降低，接近为零，计算机检测判断后发出报警信息。一旦确认报警，探测器组织实施报警处理。

1.1.3 通信控制与报警输出系统

采用CPU芯片自带通信接口连接RS485芯片，做成探测器总线RS485通信系统，在CPU相应的地址中存放探测器有关数据，通过通信协议，在控制中心计算机上安装与探测器通信的专用软件，直接访问、设定、检测探测器上相关数据信息[4]。当报警时，探测器将报警防区数字信息(ADD+ZONE+TYPE)存放到CPU相应报警存储器中，接警中心巡检时将采集报警存储器数据并传送到控制中心接警计算机，同时报警防区输出两组独立触点报警信号(NO×2，NC×2)。让现场收到警情，驱动相关设备工作。

1.2 探测器的智能化设计

1.2.1 数字智能处理系统

(1)人道主义防伤害系统，当检测系统检测到有触及围栏时，根据安全级别设定，采用了人工智能技术，探测器智能执行高低电压再打击次数和高低电压自动转换等功能，完成一系列有效打击和保护的功能。既能高压电击闯入者，又能保障闯入者相对安全，对闯入者进行人道主义保护。(2)自动值守系统，充分利用CPU运算功能，对输出电压设定数值、围栏电压检测数值进行分析比较，自动调整电压值、时间间隔、触发阈值，确保高压智能型探测器能长期(24小时)满足室外围栏线断、短路状态下连续运行。

1.2.2 显示及操作控制系统

利用微处理器丰富的I/O接口、INT中断口，设计专用键盘与探测器相连，实现在键盘上设定、显示和操控等功能。通过探测器专用键盘，实现设定探测器地址、工作方式、工作参数等功能。也实现了在探测器与控制中心计算机总线不连通情况下，用专用键盘设置、启动、检测、显示等功能，方便现场操控。还可在探测器自动或总线运行模式时，将键盘卸下。

2 控制中心计算机与探测器DDC系统软硬件设计

2.1 控制中心计算机与探测器DDC系统硬件设计

控制中心计算机，通常选用市场销售的普通PC计算机(如联想台式机，Windows操作系统，3个以上USB接口)，将PC机的USB端口与RS485/USB光电总线转换控制器的USB口相连，安装驱动软件选定合适的计算机串口地址。将RS485/USB光电总线转换控制器的RS485口与探测器的RS485通信端口相连，这样实现了控制中心计算机与探测器在硬件通信线路上的连通。根据轨道交通周界的特点，由控制中心计算机提供2个USB接口给二台总线转换控制器，每台总线转换控制器带2路RS485接口，这样控制中心计算机可带4路RS485总线，其中2路总线供控制中心计算机前方轨道左右二侧，另2路总线供控制中心计算机后方轨道左右二侧。通过对总线信号光电隔离放大，再加中继，每路总线有效传输距离可达5千米。一台控制中心计算机可以保护10千米的轨道，可控防区数量大大增加。将沿路控制中心计算机通过光纤组成网络，距离更可以扩大，将整个路段方便集成在一个周界安防系统平台上。

2.2 控制中心计算机与探测器DDC系统软件设计

控制中心计算机监测探测器的软件是运行于Windows平台上的数据通信软件，在控制中心计算机软件界面上，根据提示，选择通信软件串口地址与RS485/USB光电总线控制器和PC机相连的USB口串口地址一致，这样实现了控制中心计算机通信软件与探测器通信软件互联。根据控制中心计算机监测探测器的通信软件界面提示，如图2所示，输入前端探测器地址后，按“发送”键，使控制中心计算机与前端探测器之间实现双向数据通信，可以按“开始通讯监测”按钮，实时进行通信线路检测。在控制中心计算机上轻松操控远端探测器，执行 “启动运行”、“停机等待”命令操作。实现对每台探测器上电压设定、触发阈值设定、以及其它参数调阅、设定，还可实时检测每根围栏线的输出电压，接收端电压信号强度。通过对接收端电压强度数值分析，可以精准判断围栏工作状况。

图2 控制中心计算机直接操控探测器的软件界面

3 轨道交通周界安防系统架构及接警中心软件

3.1 轨道交通周界安防系统架构

图3 可操控轨道交通周界安防系统架构图

现有普通PC计算机Windows操作系统稳定，Intel CPU运行速度快，存储量大，丰富的USB端口可以方便转换成各种通信接口，整机性能稳定，在现有控制中心UPS供电系统及空调系统环境下，可以实现连续稳定运行，其性能已远远超越现有的报警控制主机。因此，将原来的报警控制主机和接警计算机二者糅合为控制中心接警PC计算机，PC计算机集成了报警控制主机的功能。如图3所示，(1)利用PC机的二个USB端口对前端探测器DDC操控，实现报警主机信号输入输出功能，利用PC机的第三个USB端口连接报警输出及地图驱动控制器，实现报警主机报警输出模块功能。(2)利用PC机的存储、显示、键盘功能实现报警主机相应功能。(3)PC机运行的接警软件实现布防、撤防、接警处理等功能。(4)与PC机相连的所有USB端口信号进行防雷处理，并作光电隔离[5]，确保PC机与报警主机具有稳定运行功能。(5)每台报警输出及地图驱动控制器最多能驱动24路触点输出信号，输出信号为20路防区报警输出， 4路联动报警输出。通过对报警输出及地图驱动控制器地址设定，接警中心计算机能驱动报警输出及地图驱动控制器可以叠加扩大至16台。综上功能集成，实现了数字化智能型探测器与控制中心计算机二部分组成的可操控的轨道交通周界安防系统。

3.2 接警中心软件

接警中心软件是运行于Windows平台上探测器检测、布撤防管理和接警管理三大系统集成的综合软件。(1)探测器检测系统，是接警PC机对前端探测器的操控，接警中心软件运行后，首先通过参数设置菜单，启动探测器运行、检查和设置相关参数。(2)布撤防管理系统，经检测对正常工作探测器进行布撤防。布防后，接警处理系统根据前端探测器地址，实时自动巡检布防探测器的报警信息[6]。不遗漏、不冲突，提升了系统安全性和可靠性。还可根据需要对任意一台探测器重新布撤防，实现整个系统全天候按需布撤防，适合戒备苛刻的场合。(3)接警管理系统，当收到报警信息时，所有警情信息都自动完整保存在报警记录数据库中，同时驱动报警输出系统联动，视频联动和电子地图显示等联动功能，并有警号声光指示。根据权限可进行接警处理，所有操作都实时记录在相关数据文件中。(4)系统在布防状态下，无需撤防，实现接警、查询、生成报表、打印等信息处理功能，警情数据和操作数据保存大于一年。

4 结束语

应用数字化智能化网络化技术改变现有的轨道交通安防系统架构模式，实现了用前端智能型探测器与控制中心计算机二部分组成的可操控的轨道交通周界安防系统。经上海轨道交通实际使用，整个系统符合轨道交通稳定、可控运行要求，多项性能指标优良，并顺利通过上海市公安局轨道交通分局的验收。另外在建设成本、运行维护成本上也具有明显优势，利用数字化精准检测和对测试数据分析，控制中心清楚了解前端探测器的运行状况，及时做好响应防范预案等方面，取得了满意的效果。该方法对安防系统数字化智能化建设具有一定的借鉴作用。

[1] 安全防范工程技术规范及条文说明GB50348-2004[S]. 北京: 中国标准出版社，2004.

[2] 沪公技防. (2008)0013 本市安防工程用高压电子脉冲式探测器基本技术要求[S]. 上海： 上海市公安局技术防范办公室，2008.

[3] 脉冲电子围栏及其安装和运行GB/T 7946-2008[S]. 北京: 中国标准出版社，2008.

[4] 李江全，魏中岩，姚帅，等. 单片机通信与控制应用编程实例[M]. 北京: 中国电力出版社, 2012.

[5] 吴光宁，曹晓斌，李瑞芳，等. 轨道交通供电系统的防雷与接地[M]. 北京: 科学出版社, 2011.

[6] 张毅，张宝芬，曹丽，等. 自动检测技术及仪表控制系统[M]. 北京: 化学工业出版社, 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

汤建华 (1965-)，男，江苏启东人，硕士生，工程师，从事自动化、智能化系统、安防系统等研究。

定稿日期: 2016-09-30