故宫博物院 王波

 

青岛三链锁业有限公司 王宇辉

一、前言

随着电子、通信和生物识别技术的发展，目前电子门锁已成为各类门禁系统的首选用锁，被广泛应用于各个领域，甚至在大中城市民用领域已成为普及产品。而国防、金融、保密、重要文物管理单位等要害部门，已经或正在应用更高安全级别的生物识别技术。国内门禁安防领域已进入智能化时代。

与此同时，还有不少应用场合(如文物管理部门、监狱管理部门等)，受环境等外部条件限制，不能安装内嵌或外装锁体，因而无法选用电子门锁，不得不使用传统的、沿用几千年的、安全系数较低、管理粗放的机械挂锁。而目前市场上还没有适合此类应用需求的智能挂锁安防产品问世。

为贯彻落实国务院领导同志“抓紧实施‘平安故宫’工程，进一步研究论证，抓紧拿出科学的、切实可行的方案”指示精神，故宫博物院单霁翔院长提出：“通过主动追踪、探索最前沿的安全技术和安防理念，实现对古建筑、文物藏品和观众安全的多种手段、多重保障、全面覆盖”，本着这样一个管理目标，本课题根据故宫博物院的管理现状和实际需求，面向社会，寻求解决方案，为故宫量体裁衣，量身定做，专门研发一套适合古建环境应用的智能挂锁门禁管理系统，使其成为故宫安全管理体系的重要组成部分。

二、课题背景

故宫又称“紫禁城”，是一座具有近600年历史的皇宫古建筑群体。故宫遗产保护区范围现占地112公顷，古建筑面积17万平方米，房屋近9千间，是世界上现存规模最大、保存最完整的古代宫殿建筑群。故宫博物院成立于1925年，既是故宫建筑群与宫廷史迹的保护管理机构，又是集文物收藏、保护、陈列、展览为一体的大型国家级博物馆。馆藏文物180余万件，其中包括我国博物馆系统60%以上的传世珍品，与古建筑群一起构成了故宫极高的综合文物价值。这座明清两朝的皇宫，以其无与伦比的古代建筑杰作，世界现存最大、最完整的木质结构的古建筑群，以及以皇帝、皇宫、皇权为核心的宫廷文化，成为明清时代中国文明无价的历史见证。1961年3月，国务院批准故宫为第一批全国重点文物保护单位。1987年12月，故宫被联合国教科文组织列入中国首批《世界遗产名录》。

作为不可再生资源的文化遗产，故宫建筑、园林本身及其馆藏珍品，在防盗、防火,及其日常管理中的预防、预警、应急处理等各个环节，都有其独具的特殊性。在这座皇家宫殿投入使用近六百年的历史进程中，这里的门禁系统一直是依靠对成千上万把机械挂锁的管理来实现的，这种原始的管理方式延续了几百年。新中国成立以来，故宫博物院始终坚持与时俱进的安全管理理念，引入先进科技先后四次对安防系统进行了提升改造，以保证安全技术防范系统长期处于先进水平。原有安防系统安装在建筑内外的报警及监控设备对空间起到了整体防护作用，而未涉及各院落、库房古建木门门锁的控制和管理。改造前的门禁系统在防盗性能、实时监控等方面存在一定的安全隐患，一是机械门锁仅是单纯的机械装置，稍具有专业知识的人员或借助专业开锁工具即可打开，防盗性能差;二是机械挂锁的开启、闭合状态从技术上缺少有效地监控，与中控室未建立联动关系，对锁的管理在技术防范上处于失控状态;三是在遇到突发事件时，机械挂锁的开启方式不利于快速处理警情，往往贻误最佳处警时机。以上问题，已不能适应当今科学技术发展和安防管理的现状，成为困扰故宫技防工作的难题之一。

三、智能挂锁门禁管理系统介绍

故宫博物院根据自身管理现状和实际需求，于2014年启动了门禁系统升级改造工程。其解决方案是：在不适合安装内嵌或外装锁体的应用场所(古建门体)，配备无需进行破拆安装的智能挂锁，并配备无线报警通信和显示终端设备、指纹手持机等管理设备，构建起一套完整的智能挂锁门禁管理系统”，使其成为故宫安防系统的重要组成部分。系统可根据实际需要进行升级，升级后可添加掌静脉手持机终端设备，增加重点部位的安全级别。

智能挂锁管理系统由7个相互独立、又相互融合的软/硬件模组组成，分别是：智能挂锁、电子钥匙、手持机、无线转发器、无线接收主机、电子钥匙读写器、报警系统服务软件。系统采用3层构架，其中每一个无线转发器和其相连的多个智能挂锁组成一个星型通信网络，负责智能挂锁开启、关闭、异常报警等信息的采集与传输。无线转发器和报警接收主机之间的“主干网”使用无线数据传输模块通信，具有通信距离远、数据传输速率高等特征，每一个无线转发器会收集连接在其下边的智能挂锁的数据，通过数据融合的方式，及时传输到报警接收主机上。报警接收主机通过无线数据传输模块接收多个无线转发器的数据后，经过数据过滤、数据挖掘等处理，将有效信息传输给系统服务器。系统服务器负责数据采集、分析、显示与网络管理等功能，通过友好的界面展示方式为用户提供可靠的应用性能与良好的用户体验。

四、故宫特殊的使用环境对系统技术的特殊要求

1、对系统物理性能的特殊要求。

故宫作为存世最大的皇家宫殿群，加上180余万件稀世藏品，要求智能挂锁应具备更高的安全等级，包括每一把锁具都有全球唯一编码;具有高强度的防撬、防锯、防砸、防跌落，以及北方室外环境下带来的一系列防风、防尘、防水、防冻、防极端高低温等问题。

为此，从原材料采购、零部件加工，到工艺工装，都按照高于军工的标准选用。同时，经过三年多上千次的测试试验，并在模拟状态下进行了各种极端应用场景试验，针对问题反复改进，最终满足了以上要求。

另外，为确保安全，智能挂锁除了配备专用的电子钥匙以外，不能再有其他的备用开启方式(比如机械钥匙开启方式)，从根本上杜绝了技术开启的可能。

2、对系统通讯方式的特殊要求。

主要有以下三个方面的考虑：

一是，为确保数据传输安全稳定可靠，防止因意外断电而造成通讯中断，系统不允许使用光缆光纤等有线传输，而只能使用无线传输方式实现。

二是，故宫作为国家级博物馆，观众数量庞大，最高日观众人数曾超过18万人。为避免因公众通讯数据量过大可能造成的智能挂锁数据及报警信息延迟，也不能使用目前市场上通用的无线数据传输方式。如：GPRS、CDMA等移动运营商提供的无线数据传输系统。

三是，故宫作为国家级博物馆，同时还是许多国事活动的接待场所，加上比邻天安门政治核心区，重大国事活动频繁。根据故宫所处地理环境，每逢这种情况，故宫内部和周边安全保卫、电视转播等多套系统同时集中运转，为避免与其他通讯信号互相干扰，或被其他信号源所屏蔽，该系统无线报警必须有自己相对独立的通信频段频点。

为满足以上数据传输要求，系统采用了CSMA载波监听多路访问技术、无线频分技术、ACK确认机制、数据融合与过滤技术等前沿技术，提高了数据传输的质量和可靠性，确保了在数据加密传输过程中，达到全天候、全时段，无干扰、无阻碍，及时、准确、稳定、安全的要求。

3、新系统需具备与故宫博物院原有的安防系统有效融合的软硬件接口。

故宫博物院在多年的安全管理实践中，已经建立健全了一整套完善的、行之有效的管理手段和与之相适应的管理制度。近年来又相继完成了安全技术防范系统、警情联动系统等多套智能化系统的提升建设，这就要求智能挂锁门禁管理系统的软硬件接口要与之兼容对接，并将门禁管理系统纳入故宫的安全管理体系，成为安全保障的重要一环。

围绕这一需求，系统研发方进行了大量的前期调研，针对原系统提供的端口对接协议进行了门禁管理系统的二次开发，将已经运行多年的“钥匙管理系统”与电子钥匙进行了一对一绑定，可同步读取工作证、钥匙牌内置芯片信息，在此基础上，增加了分级、分权管理和时间窗管理，形成了“领用人+电子钥匙+领用时间+开锁时间+闭锁时间+归还钥匙时间”的管理闭环。

五、结论

应用在故宫博物院的这套智能挂锁门禁管理系统，是为不适合安装内嵌或外装锁体的应用场所而专门设计研发的。系统提供安全、方便、高效的安防管理应用，配套的电子钥匙管理功能，具备无法技术开启的防盗性能及待机状态实时报警功能。智能挂锁无需改动门体任何结构，安装方便的特点，做到了对文物本体的零干预，解决了采用现代化信息技术安全防盗与文物保护原则之间的矛盾。同时，系统与故宫原有的安全技术防范系统实现了无障碍对接，可随时联动挂锁周边的视频监控资源进行报警复核，24小时实时监控挂锁的开闭状态，并能智能识别开门者的身份，对非法开锁、电压过低等状态提供实时远程报警。当发生：①智能挂锁被破坏;②智能挂锁被已经挂失的钥匙操作;③智能挂锁被非正常领用的电子钥匙开启;④智能挂锁在警戒时间内被开启;⑤智能挂锁内电池电压低等五种情况时，系统会发出报警信息，并在地图上显示发出报警信息的智能挂锁准确位置，真正实现了“让门锁开口说话”的设想。同时，视频监控系统会立即将视频监控画面切换到发出报警信息的智能挂锁区域，为准确判别警情提供了有效的辅助手段。系统提供的分级管理和一把电子钥匙可授权开启多把智能挂锁的权限设置，为及时处理警情争取了宝贵时间。智能门禁与安全技术防范系统有机结合，互为补充，有效提升了故宫博物院整体技防水平，符合现代安防理论和实践要求。 (作者是故宫博物院安全技术处处长)