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摘要：轨道交通门禁系统属于大型且较为集中的门禁系统，控制的点数多、联通的设备多、数据的通信量大和信息传输的距离远， 对安全性能的要求特别高。其设计与应用在地铁的建设中具有的重要意义。为保证地铁在运行过程中的稳定性能和安全性能，根据 地铁建设对门禁系统的要求，分析了门禁系统的构成，基于RS-485 和TCP/IP 两种通信方式设计了门禁系统需要的组网方式，以 满足系统传输数据的时效性要求。同时设计了系统统一授权方案，可以实现核心主数据全局一致性，用户卡片全局管理;简化跨线 工作人员授权，实现集中维护、集中查询和集中管理。
Application and Analysis of Access Control Systems in Metro Projects
Chen Manling
( Shenzhen DAS Intellitech Co.，Ltd.Shenzhen，Guangdong 518057.China )
Abstract：Rail transit access control system is a large and centralized access control system，which has a large number of control points and connected equipment，has big data communication volume and long information transmission distance，and has high requirements for safety performance.Its design and application are of great significance in subway construction.In order to ensure the stability and safety of subway in operation，according to the requirements of subway construction for entrance guard system，the composition of entrance guard system is analyzed， and the networking mode of entrance guard system is designed based on RS-485 and TCP/IP communication modes，so as to meet the timeliness requirements of system data transmission.At the same time，the unified authorization scheme of the system is designed，which can realize the global consistency of core master data and the global management of user cards，simplify cross-line staff authorization，and realize centralized maintenance，centralized inquiry and centralized management.
Key words：metro;access control system;design and application;RS-485;TCP/IP
0 引言
门禁系统是控制人员进出的自动化系统。门禁系统 可以具有工作人员的自动识别的功能，通过系统的设置 自动打开门锁，自动记录交易，自动收集数据，自动生成统计数据，生成报告，还可以实现区域管理，时间管理以及工作人员权限和考勤管理[1]。随着网络技术的不 断发展与普及，目前的门禁系统已由过去的主从式智能 门禁向基于网络、远程控制的转变。同时，它还将计算机、通信和自动识别技术相结合，形成一个大型的、综 合的门禁系统[2]，所以现在门禁系统相比早期在地铁建设工程中也更为复杂。随着城市规模的不断增大，地铁 作为一种重要的公共交通，可以有效地减轻城市的交通 压力，改善城市的交通效率和交通品质。如何确保地铁 门禁系统的控制方案科学合理，是保障地铁运营安全的 关键。
本文先介绍门禁系统由中央级系统、车站级系统、现场级设备和传输网络这四大部分的构成，再通过比较 RS-485 和TCP/IP 两种组网方式之间的区别，在适用的 场景以及未来前景方面进行了阐述，最后说明门禁系统 设置合理科学的授权方案，能够实现对轨道交通设施的 管理和人员的出入的管控，确保了地铁运行过程中的安 全性并提高管理人员的工作效率，避免了未经许可的人 进入。本文从这三个方面进行研究，具体给出了现阶段 门禁系统是如何运作的以及可以通过哪些方面的提升以 此来促进门禁系统未来更好的发展提供思路。
1 门禁系统的构成
门禁系统由4个主要部分组成：中央级系统、车站 级系统、现场级设备和传输网络。中央级系统使用现有 的中央级门禁系统进行扩容接入，实现整个线路系统的 贯通运营。每个车站、车辆段和停车场的车站级系统与 综合监控系统连接，中央级系统则是通过通信系统骨干 传输网络与车站级系统互联。
中央级系统设置在控制中心，主要包括中央门禁服务器、存储设备、中央管理工作站、台式读卡器、激光打印机、网络设备和笔记本电脑[3]。通过与中央级系统 的门禁交换机相连，设备接入综合监控系统的中央局域 网交换机，以此来完成骨干传输网络的接入。中央级系 统可以监测每个车站级系统内的所有门禁设备，还能够 控制系统的一系列操作，例如门禁授权、网络和数据库 的管理等等，以及具有收集、统计、存储和查询数据的 作用。
车站级系统由安装在车站、车辆段、停车场和主变电站的工作站和主控制器组成[4]。向上通过与车站级交 换机连接，车站级系统的主控制器接入通信系统的骨干 传输网络，向下则是利用现场双总线或者环网来管控前 端门禁设备。在负责的区域范围内，车站级系统与中央 及系统一样，能够监测现场级设备，完成控制系统运行、 管理网络和维修以及收集、统计、存储和查询数据。除 此之外，还将本地范围内门禁设备的数据进行采集对比、 计算分析等实现对系统的管控，还有在正常以及特殊情 况下通过前端设备完成门的打开功能。
现场级设备主要包括就地控制器、读卡器、磁力锁 和紧急开出门按钮等[5]，是执行命令完成动作的单元。
现场级设备安置在固定范围内的门内、门外和门上。
传输网络包括控制中心中央级局域网(使用现有的 中央级局域网络)、车站级局域网和从控制中心到每个 车站(包括车辆段和停车场)的通信传输网络(由通信 系统负责提供)，总体上选用分布式网络结构，三级管理(线网级、线路中央级、车站级) 和三级控制 模式[6]。
2 组网方式
系统通信网络在地铁的每一个环节都起着非常重要 的角色，在系统的正常工作中，对系统数据具有上传下达的桥梁功能。该系统由骨干传输网络和车站级传输网络两部分组成[7]，骨干传输网络，车站级门禁系统之间， 以及车站级门禁系统至中央级门禁系统相连接，形成整 个线路的通信。车站级传输网络则是以现场总线的形式 与车站内各个现场门禁设备相连。当前地铁门禁系统中 常见的通信方式主要包括RS-485、TCP/IP 两种，车站 级系统和中央级系统之间的通信方式大多数情况下使用的是TCP/IP，而车站内的现场级设备则通常采用RS- 485 组网的通信方式，本文对两种通信方式展开了分析。
TCP/IP 通信方式使用计算机网络通用性的标准协 议。TCP/IP 的组网方式是车站交换机与就地控制器之间 通过光纤线缆连接，每台交换机的端口仅与一个门禁就地控制器相连，然后交换机再接入主控制器，从而完成 组网。该组网方式简单，重要的是当某个就地控制器发 生故障时对整个门禁系统没有影响，方便了故障的检查 和系统的维护。此外，还可以通过增加交换机个数的方 法使得使用该组网方式时没有传输距离的限制。综上所述，TCP/IP 通信方式有较好的稳定性、传输速度也快、组网数量不受限制范围广、兼容性好[8]。在门禁系统中 使用TCP/IP 以太网的方式能够确保数据的快速传输和稳 定运行，具有很好的发展前景，但是其造价比较昂贵。
RS-485 的组网方式是主控制器与就地控制器之间用 RS-485 通信总线以串联的方式连接起来的，这种连接方 式可以做到1台车站门禁主控制器对多台就地控制器的数据传输和管理。RS-485 通信总线采用的是双绞线，可 实现多点双向通信的功能[9]。理论上，这种组网方式传输的最远距离是1200 m，最大速率为10 Mb/s，但是距 离越远，速率也就越慢。根据RS-485 通信芯片选型的 不同，RS-485 总线上通常情况下可以负载的就地控制器 数量分别是32、64 和128 台。在地铁建设的实际过程 中，也可以通过增设总线回路的形式实现更多台就地控 制器的接入。总体来说，RS-485 组网方式最大的特点是 施工过程中布线比较容易、所需的设备比较便宜，而且 基本能够达到地铁门禁系统的使用要求，所以目前地铁 门禁系统大多数采用还是RS-485 组网。
综上所述，TCP/IP 和RS-485 两种组网方式有着如下这些差别：
( 1 ) 传输距离：TCP/IP 没有传输距离的限制，而RS-485 理论上在1200 m 以内;
( 2 ) 传输速率：TCP/IP 的传输速率较快，RS-485比TCP/IP 慢，且随着距离的递增，传输速率降低;
(3 ) 设备成本：TCP/IP 的成本较高，RS-485 的成本略低;
(4 ) 通用性：TCP/IP 的兼容性好，RS-485 对连接 的设备具有一定的要求[10] 。
基于上述差异，虽然目前地铁门禁系统大多选用的 是RS-485 组网，但长远来看，TCP/IP 组网方式更适合 未来发展趋势。同时，由于智能化技术的飞速发展，门禁系统与地铁中的其他系统联系的更加紧密，例如综合 监控系统、火灾自动报警系统以及人脸识别系统等[11] 。
在这些方面中，应用的范围将会不断扩大，并且将会扮 演越来越重要的角色。其中，人脸识别系统主要是利用大量的数据，对人脸进行筛选匹配，从而实现对门禁的控制[12] 。而通过人脸识别来控制门禁管理的方式，对数 据传输速率有一定的要求，以此来确保数据处理的及时 性以及正确性，而这是RS-485 组网方式所不具备的， 只有采用TCP/IP 组网方式才能完成。
3 授权方案说明
不同的门禁系统是由不同的系统集成商和硬件制造商 共同建设的，因此，在不同的线路上，采用了多种型号的 门禁。为了更好地对各条轨道线路、地铁公司各栋建筑的 门禁系统进行集中管理，实现核心主数据全局一致性，用 户卡片全局管理;简化跨线工作人员授权，实现集中维 护、集中查询和集中管理，可通过ISCS 中央平台管理客户端的功能，来实现门禁系统集中管理和跨线授权。
( 1 ) 人员主数据维护：包括部门资料维护和卡片持有人资料维护;
(2 ) 数据代码字典定义：定义集团门禁全局数据代码字典;
(3 ) 区域定义：对线路车站及建筑物的地理位置区域进行全局统一编码;
(4 ) 卡片统一管理：地铁公司内部员工卡、各条线路车站员工卡、各相关协作单位人员卡在一个系统中进行统一的维护管理。包括发卡、挂失、解挂、冻结、回 收等状态维护[13] 。
(5 ) 集中门禁授权：在中央平台进行门禁集中授权，各个线路门禁系统，只要按规范要求建立数据接口 后，线网门禁系统就可以对其设备相关门禁点进行集中授权。线网集中授权提供按人、门直接授权，按门的用 途、人的岗位分组授权[14] 。
(6 ) 门禁授权查询：通过中央平台查询各线路(只要线路门禁系统已接入中央平台) 门禁授权，早期数据 在接入前导入。线网系统可以查询人员门禁授权的情况 (包括平台新授予的和线路门禁系统早期授予已导入 的)。提供按人、按门的门禁权限查询。
4 应用分析
通过对前面TCP/IP 和RS-485 两种组网方式的分析，这两种组网方式的技术指标差别可以总结为如表1 所示的TCP/IP 和RS-485 组网方式对比。
根据4项技术指标的对比，以及结合门禁系统需要 处理的数据量越来越多，还有最近几年，有关门禁系统 的各个技术水平上出现了新的发展和理念，也有了新的 改革。从整体的需求来看，门禁系统呈全面网络化、深 入集成地铁其他系统、一卡通技术持续推动的发展趋势。 这使得布线数量繁多、传输距离短、传输速率慢、兼容 性低等问题得以解决，以及通过建立控制软件平台，代 替单纯的硬件连接，极大地提高了联动控制的效率。在 功能上，门禁系统的设备更倾向于人机交互，更具人性 化的设计。综上所述，门禁系统使用TCP/IP 的组网方式 更符合今后的发展需求。如图2通道系统图，某些城市 地铁门禁已经实现人脸识别过闸的功能，在组网方式上 选用的都是TCP/IP 组网方式而没有选择RS-485 组网方 式的。这是因为人脸识别对数据传输速率的要求很高， 这样才能确保数据处理的及时性以及正确性，保证地铁 的正常运行。
纵观门禁系统的未来发展的趋势，门禁系统和人脸 识别系统的结合将会更加紧密，同时在地铁建设过程中，已实现了与综合监控系统、火灾报警系统、自动售检票 等系统的集成[15]，未来门禁系统需要处理的数据量越来越多，所以门禁系统采用TCP/IP 组网方式相比较RS- 485 组网方式更符合今后的发展需求。
5 结束语
本文就门禁系统的整体架构，TCP/IP 组网方式和 RS-485 组网方式的比较以及授权方案说明进行分析，对 门禁系统有了更进一步的说明。结合现阶段地铁门禁系 统在地铁运行过程中存在的问题以及纵观未来发展的趋 势，在组网方式上，TCP/IP 组网方式的特点更适合未来 的发展;在授权方案上，建立合理、规范、统一的制度， 可以确保了地铁运行过程中的安全性并提高管理人员的 工作效率。在地铁项目中，门禁系统的合理设计和正确 使用，既能确保地铁的安全，又能促进地铁的自动化， 并能有效地提升城市的运营效率。随着科技的进步和更 新，相信安全、便捷、快捷的地铁安全管理体系将会更 加完善。
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