需求分析与技术挑战
　　地铁系统具有线路长、车站多、管理人员少的特点。各个车站、车辆段、主变电站以及运营控制中心是地铁运行的控制管理区域，大部分房间为无人值班。为确保地铁正常、安全运营，保证授权人员在受控情况下方便地进入设备管理区域，防止非授权人员进入限制区，需要在车站、控制指挥中心、车辆段、停车场主要的设备管理用房设置门禁系统(ACS系统)。

    已建地铁系统的门禁系统扩容续建主要带来的技术难点是新旧系统的兼容互通。

    新兴城市的地铁系统则通常为多条线路整体规划建设，作为综合安防管理的核心系统，需求方对门禁系统提出了更多新的需求：基于多条线路的整体平台规划、大型分布式应用、需要具备强大的伸缩扩展能力、实现通讯稳定可靠、各类报警信息实时上传、系统软件智能化操作等等。

    优化设计思路

    为适应地铁的复杂应用环境，应对大型地铁门禁系统的新需求，设计需要从立足于高技术起点，结合已有的具体工程实践，进行优化及创新的设计：

    分布式数据库，分级管理

    总体兼容规划，满足后续线路无缝接入

    采用新型多总线通讯，实现通讯稳定可靠冗余

    组态软件架构，实现操作简单智能化

    提供标准接口，满足综合监控平台集成联动

    高弹性，具备伸缩扩展能力

    由于篇幅所限，本文集中介绍披克电子公司分布式架构及多总线通讯网络优化。

    分布式系统优化设计

    地铁ACS系统主要由ACS系统软件、操作系统、数据库等相关软件及运行以上软件的服务器、工作站，以及有关控制器、前端设备及通信设备组成。

    传统地铁ACS系统通常采用单一中央数据库，各个控制器、管理工作站通过内部局域网与中央数据库进行通讯。这种过于依赖中央数据库的结构，当局域网通讯故障时，各个管理工作站、控制器进入离线工作状态，只能依照原有参数设置进行自行工作，虽然不影响已存储门禁权限的判断，但授权变更、远程维护恢复等都无法操作。传统地铁ACS系统的可靠性往往取决于中央服务器、局域网络的性能，而且通常对于系统扩容及后续线路的接入都造成技术困难。

    分布式结构设计，则完全可满足地铁ACS系统的应用需求。分布式地铁ACS系统采用三层结构，在车站、线路、线网级管理中心均设置分布式数据库，每一层管理中心都依照层次关系，接受上一层管理中心的控制管理，同时根据被赋予的权限进行向下控制管理。系统不再完全依赖于中央数据库，在网络故障时，可依照权限进行自行向下管理，网络恢复时，自行信息同步。系统稳定可靠、安全性高，易于维护，自行恢复能力强，可大大提高最终用户的操作效率。

    分布式地铁ACS系统三层结构设备组成如下：

    1)车站及就地级门禁设备：电磁锁、门磁开关、读卡器、开门按钮、紧急破玻按钮、就地控制器、门禁网络控制器等；车站通信管理器、车站级门禁工作站(可与综合监控专业共享)。

    2)线路级门禁管理系统：线路级ACS服务器、线路级ACS管理工作站、线路级ACS授权工作站、ACS维修工作站。

    3)线网级门禁管理系统：线网级ACS服务器、线网级ACS管理工作站、线网级ACS授权工作站、线网级ACS维修工作站。

    多级控制管理规划

    整个地铁ACS系统基于TCP/IP协议通讯，可实现多级控制管理。各级控制管理功能规划如下：

    各车站、控制中心、车辆段、停车场各自组成一级门禁控制子系统，进行本地化区域性的门禁管理和监控；在线路控制中心设置线路控制系统，对各区域子系统进行二级管理。在线网控制中心则设置线网级控制系统，对各线路进行三级管理控制。

    各区域子系统都建立有车站级管理工作站(可与综合监控专业共享)，作为各车站的管理工作站，门禁专业设置本地通信管理器，拥有独立的区域数据库。本地通信管理器运行支持TCP/IP协议的专业门禁软件，在系统中作为Socket通讯服务器，并为本地的车站管理工作站(Socket客户端)提供可靠的数据、通信、时间管理、统计等服务；保证各车站级依照权限规划，可不依赖于外部通信环境和服务环境，自成一体，安全可靠的独立运行。

    车站级管理工作站，通过综合监控系统提供的TCP/IP网络与线路级服务器联网，建立基于IP网络的双向数据通道。

    线路级服务器将分散的各区域子系统整合在一起，形成一个完全的总体线路数据库。此总体数据库涵盖各站点的门禁管理数据与事件数据，并可完成数据查看、修改、报表制作，线路级服务器通过车站管理工作站Socket通讯接口实现控制站点门禁的功能，实现二级联网。

    线网级服务器将各线路子系统整合在一起，形成一个完整的线网级数据库。对整个线网ACS系统实现全面的联网管理。

    多总线结构优化设计

    为保证地铁ACS系统的通讯可靠性，通讯冗余设计必不可少，目的是在某通讯线路故障时实现自行监测和恢复。

    我国已建的多个地铁ACS系统参考国外已有系统，利用网络控制器(主控器)RS-485总线环网连接就地控制器(分控器)的方式实现通讯冗余。

    主控器与分控器的环路总线结构主要防范了环路中单一故障点风险。例如，潜在故障点B或C发生时，其他分控器仍可通过另一端正常的总线进行返回通讯。但在潜在故障点A发生以及潜在故障点B和C同时发生时，系统不再具备正常通讯能力。

    创新的多总线结构，进一步发展了主控制和分控器通讯冗余能力，更加稳定可靠。

    主控器通过双TCP/IP连接网络交换机，同时通过4组RS-485总线，每个分控器顺序接入双RS-485总线。在潜在故障点A、B、C、D单个或同时发生时，系统仍保持完整的通讯能力，且分控器还可扩展选用TCP/IP直接连接网络，实现真正可靠的多总线通讯冗余。

    多总线结构并非简单的通讯端口叠加，而是要实现可靠稳定的通讯冗余。系统具备智能通讯监控，故障自行恢复的同时，通过虚拟IP技术实现设备在系统中的唯一映射，避免逻辑混淆；

　　采用负载平衡机制，实现多总线同时通讯时传输速度翻倍，具有传统结构无法比拟的优势。

    应用展望

    除上述内容外，创新的分布式多总线地铁ACS系统，还采用三层拓扑软件架构、组态设计等新技术，为与综合监控系统集成提供标准可靠的接口，为后续线路接入搭建标准化的接口平台，全面满足地铁运营方的“更安全、更可靠、更智能”的需求。

    分布式多总线系统ACS系统不仅适应于轨道交通行业，还将广泛应用于机场、银行、大型集团，具有广泛的技术发展前景和市场潜力。