徐炳輝

（國(guó)家能源集團(tuán)朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)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(hù)網(wǎng)，防止閑雜人員進(jìn)入，鐵路作業(yè)人員需經(jīng)防護(hù)網(wǎng)門(mén)方能進(jìn)入鐵路沿線從事作業(yè)等工作?，F(xiàn)有的護(hù)網(wǎng)門(mén)加裝普通的統(tǒng)一式機(jī)械掛鎖，而機(jī)械掛鎖鑰匙則為專用的統(tǒng)一鑰匙，這種機(jī)械掛鎖易被惡意打開(kāi)，且鑰匙多、管理難度大，鐵路員工可以拿到鑰匙，造成進(jìn)入護(hù)網(wǎng)的人員繁雜，極易發(fā)生社會(huì)上的混雜人員進(jìn)入鐵路沿線，增加各種路內(nèi)外交通事故和違法犯罪活動(dòng)發(fā)生的概率，給鐵路行車(chē)安全帶來(lái)極大的安全隱患。因此，現(xiàn)場(chǎng)迫切需要一種能夠自動(dòng)對(duì)進(jìn)出護(hù)網(wǎng)門(mén)的人員進(jìn)行登記并綜合管理的裝置。

1 管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

鐵路安全防護(hù)門(mén)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(mén)狀態(tài)監(jiān)控裝置；軟件主要有手機(jī)APP 用戶端和系統(tǒng)管理平臺(tái)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(guò)系統(tǒng)操作對(duì)護(hù)網(wǎng)門(mén)智能耦合鎖進(jìn)行初始設(shè)置，包括對(duì)鎖具進(jìn)行編號(hào)、歸類、命名，管理員利用管理平臺(tái)將設(shè)置好的智能耦合鎖的授權(quán)數(shù)據(jù)，通過(guò)云端服務(wù)器下放到作業(yè)人員手機(jī)APP 用戶端，授權(quán)數(shù)據(jù)包括工作人員的權(quán)限等級(jí)、開(kāi)鎖的時(shí)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(kāi)手機(jī)APP 用戶端即可開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的智能耦合鎖，未經(jīng)授權(quán)的作業(yè)人員將無(wú)法開(kāi)啟，作業(yè)人員可通過(guò)手機(jī)APP 用戶端掃描智能耦合鎖二維碼申請(qǐng)開(kāi)鎖，管理員同意開(kāi)鎖申請(qǐng)后，云端服務(wù)器自動(dòng)下放授權(quán)數(shù)據(jù)到作業(yè)人員手機(jī)APP 用戶端，即可開(kāi)啟智能耦合鎖。智能耦合鎖開(kāi)啟記錄數(shù)據(jù)信息通過(guò)藍(lán)牙回傳至手機(jī)APP 用戶端，利用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)將開(kāi)鎖的數(shù)據(jù)信息上傳至云端服務(wù)器（如果當(dāng)時(shí)開(kāi)鎖人員的手機(jī)處于無(wú)網(wǎng)狀態(tài)，也不會(huì)影響順利開(kāi)鎖，開(kāi)鎖信息將會(huì)在有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時(shí)再自動(dòng)上傳）。

管理系統(tǒng)平臺(tái)根據(jù)要求統(tǒng)計(jì)智能耦合鎖的開(kāi)啟人員、開(kāi)啟次數(shù)、開(kāi)啟時(shí)間段等信息，可以遠(yuǎn)程掛失或修改授權(quán)數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控護(hù)網(wǎng)門(mén)的日常狀態(tài)，定時(shí)上報(bào)護(hù)網(wǎng)門(mén)的狀態(tài)，護(hù)網(wǎng)門(mén)開(kāi)啟后，管理系統(tǒng)平臺(tái)收到護(hù)網(wǎng)門(mén)開(kāi)啟信息，管理系統(tǒng)軟件以彈窗形式顯示護(hù)網(wǎng)門(mén)開(kāi)啟，并以聲、光報(bào)警，提示護(hù)網(wǎng)開(kāi)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(jì)

系統(tǒng)硬件主要由智能耦合鎖和護(hù)網(wǎng)門(mén)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(yáng)能供電、單片機(jī)、微型驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電子鎖芯、藍(lán)牙模塊、鎖體、藍(lán)牙鑰匙和電子鑰匙組成。

（1）太陽(yáng)能供電。系統(tǒng)主要通過(guò)太陽(yáng)能電池的充放電，為藍(lán)牙模塊、單片機(jī)和微型電機(jī)等提供可靠的電源；充電電路整體設(shè)計(jì)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(guò)高的太陽(yáng)能輸出電壓通過(guò)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(jì)原理：在輸入電壓足夠高的時(shí)候，通過(guò)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(dá)到收集太陽(yáng)能并給鋰電池充電的目的。

（2）單片機(jī)。單片機(jī)主要設(shè)計(jì)控制電路，用于控制微型電機(jī)的開(kāi)啟。

（3）微型驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(biāo)志，因?yàn)橹悄荞詈湘i按照需求必須具有內(nèi)外開(kāi)鎖功能，因此鎖芯必須采取通體鎖芯，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外開(kāi)鎖。

（4）藍(lán)牙模塊。藍(lán)牙模塊指集成藍(lán)牙功能的芯片，用于短距離的數(shù)據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信，可以方便地和手機(jī)APP 的藍(lán)牙設(shè)備連接，實(shí)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(jī)藍(lán)牙配對(duì)使用。藍(lán)牙鑰匙設(shè)計(jì)一個(gè)指示燈、一個(gè)照明燈；指示燈用來(lái)提示藍(lán)牙連接與操作信號(hào)。指示燈綠燈閃爍表示藍(lán)牙鑰匙的藍(lán)牙開(kāi)關(guān)打開(kāi)，等待手機(jī)搜索信號(hào)連接藍(lán)牙鑰匙。紅燈長(zhǎng)亮：表示藍(lán)牙鑰匙與手機(jī)連接成功。綠燈長(zhǎng)亮表示藍(lán)牙鑰匙接受到手機(jī)發(fā)出的操作信號(hào)。照明燈用于夜間照明，方便插入鑰匙孔內(nèi)。

藍(lán)牙鑰匙與電子鑰匙的區(qū)別：①開(kāi)鎖的方式不同：電子鑰匙插入鎖芯就可以直接開(kāi)鎖，無(wú)需手機(jī)APP，開(kāi)鎖方式相對(duì)簡(jiǎn)單快捷；藍(lán)牙鑰匙需和手機(jī)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(lán)牙鑰匙為充電電池；③開(kāi)鎖信息傳輸不同：電子鑰匙開(kāi)鎖后不能直接傳輸實(shí)時(shí)開(kāi)鎖信息，只是記錄存儲(chǔ)在鎖芯內(nèi)部，需要時(shí)必須通過(guò)藍(lán)牙鑰匙和手機(jī)APP 導(dǎo)出；而藍(lán)牙鑰匙可以直接通過(guò)手機(jī)APP 進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸；④授權(quán)方式不同：電子鑰匙是用管理器來(lái)授權(quán)開(kāi)鎖和取消開(kāi)鎖權(quán)限，不可進(jìn)行遠(yuǎn)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(kāi)鎖時(shí)間段，只能設(shè)定能否開(kāi)鎖。藍(lán)牙鑰匙授權(quán)方式是手機(jī)APP 遠(yuǎn)程授權(quán)，授權(quán)時(shí)間可自由設(shè)定時(shí)間段。

1.3.2 護(hù)網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控裝置

護(hù)網(wǎng)門(mén)狀態(tài)監(jiān)控裝置由門(mén)磁感應(yīng)模塊和傳輸模塊組成。

（1）門(mén)磁感應(yīng)模塊。門(mén)磁是用來(lái)檢測(cè)門(mén)是否開(kāi)啟的一個(gè)小型感應(yīng)器，門(mén)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(lái)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)；較大的是無(wú)線門(mén)磁主體，它內(nèi)部有一個(gè)常開(kāi)型的干簧管，當(dāng)永磁體和干簧管靠得很近時(shí)，無(wú)線門(mén)磁傳感器處于工作守候狀態(tài)，當(dāng)永磁體離開(kāi)干簧管一定距離后，無(wú)線門(mén)磁傳感器立即發(fā)射電信號(hào)。門(mén)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(kāi)關(guān)形式：常閉型、常開(kāi)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(mén)磁。

（2）傳輸模塊。無(wú)線通信模塊是一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)終端，利用公共運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無(wú)線長(zhǎng)距離傳輸功能，采用高性能的工業(yè)級(jí)16/32 位通信處理器工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，可直接連接串口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸，將護(hù)網(wǎng)門(mén)狀態(tài)實(shí)時(shí)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控管理平臺(tái)，以確保對(duì)防護(hù)門(mén)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.4 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要包括手機(jī)APP 用戶端和管理系統(tǒng)平臺(tái)。

1.4.1 手機(jī)APP 用戶端

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

1.4.2 管理系統(tǒng)平臺(tái)

管理系統(tǒng)平臺(tái)指管理部門(mén)或管理人員通過(guò)辦公室的計(jì)算機(jī)，對(duì)鎖具和員工進(jìn)行信息管理和任務(wù)分配等操作。

管理系統(tǒng)平臺(tái)包括兩個(gè)獨(dú)立的部分：數(shù)據(jù)庫(kù)和PC 端操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)鎖具和員工進(jìn)行管理，包括發(fā)送開(kāi)鎖權(quán)限、采集鎖具狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)員工記錄等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)防火墻部署于應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)之間。用戶必須通過(guò)該系統(tǒng)才能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)或管理。數(shù)據(jù)庫(kù)防火墻所采用的主動(dòng)防御技術(shù)能夠主動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、識(shí)別、告警、阻擋繞過(guò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊界防護(hù)的外部數(shù)據(jù)攻擊、來(lái)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(kù)SQL 語(yǔ)句精細(xì)化控制的技術(shù)層面，提供一種主動(dòng)安全防御措施，結(jié)合獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)的安全訪問(wèn)控制規(guī)則，幫助用戶應(yīng)對(duì)來(lái)自內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)安全威脅。

2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（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(kāi)鎖工具，防止技術(shù)性盜開(kāi)。鎖芯與鑰匙采用三觸點(diǎn)接觸進(jìn)行數(shù)據(jù)信息核對(duì)，屏蔽開(kāi)鎖工具，任何機(jī)械工具無(wú)法進(jìn)行技術(shù)盜開(kāi)。

（3）無(wú)源鎖芯，故障率低，穩(wěn)定性好。鎖芯采用無(wú)源結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要用智能鑰匙開(kāi)鎖時(shí)，智能鑰匙為鎖芯提供電源，鎖芯與鑰匙進(jìn)行數(shù)據(jù)信息核對(duì)，核對(duì)無(wú)誤后鎖芯啟動(dòng)微電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)啟門(mén)鎖，鎖芯的無(wú)源設(shè)計(jì)，降低了故障率，提高了穩(wěn)定性。

（4）鑰匙無(wú)法復(fù)制，鑰匙丟失可自助掛失，安全無(wú)漏洞。鑰匙只有通過(guò)管理器針對(duì)某鎖芯授權(quán)設(shè)置后，才能開(kāi)啟此鎖芯，未被授權(quán)的鎖芯或鑰匙無(wú)法開(kāi)啟鎖芯，鑰匙和鎖芯為三觸點(diǎn)接觸，無(wú)法復(fù)制；鑰匙丟失后可通過(guò)管理器刪除此鑰匙的授權(quán)或通過(guò)管理系統(tǒng)平臺(tái)刪除此鑰匙。

（5）后臺(tái)管理系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)護(hù)網(wǎng)門(mén)智能耦合鎖的鎖芯信息、授權(quán)信息、開(kāi)門(mén)記錄、任何操作都有記錄，均可以溯源，記錄的信息都存儲(chǔ)在云端，無(wú)法偽造；遠(yuǎn)程授權(quán)、遠(yuǎn)程掛失，記錄自動(dòng)上傳；加強(qiáng)對(duì)出入護(hù)網(wǎng)的管理、實(shí)時(shí)掌握護(hù)網(wǎng)門(mén)開(kāi)關(guān)等信息，實(shí)現(xiàn)人員出入護(hù)網(wǎng)的數(shù)字化管理，將鐵路沿線護(hù)網(wǎng)門(mén)管理工作信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)匯總于管理平臺(tái)，方便防護(hù)網(wǎng)門(mén)的日常動(dòng)態(tài)管理，提高管理水平，建立高效巡邏防控機(jī)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(yǔ)

綜上所述，鐵路安全防護(hù)門(mén)智能耦合鎖及監(jiān)控管理系統(tǒng)，綜合運(yùn)用藍(lán)牙通信、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將原有的機(jī)械鎖具開(kāi)發(fā)為光電一體化的新型鎖具。一方面提高鐵路上護(hù)網(wǎng)門(mén)鎖體實(shí)用性，防止非法技術(shù)開(kāi)啟；另一方面加強(qiáng)對(duì)出入護(hù)網(wǎng)門(mén)的管理，實(shí)時(shí)掌握出入護(hù)網(wǎng)門(mén)的工作人員的開(kāi)關(guān)門(mén)等信息，實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出護(hù)網(wǎng)門(mén)數(shù)字化管理。將工作人員出入護(hù)網(wǎng)門(mén)日常難以管理的工作自動(dòng)匯總?cè)牍芾砥脚_(tái)，供管理者掌握工作人員及護(hù)網(wǎng)門(mén)的狀態(tài)，提高管理能力，建立高效巡邏防控機(jī)制，全面構(gòu)建人防、物防、技防的鐵路治安防控體系。