邱華瑞 張 寧 徐 文 何鐵軍
(1.東南大學(xué)ITS工程研究中心 南京 210018;2.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100037)
城軌交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)架構(gòu)體系研究
邱華瑞1張 寧1徐 文2何鐵軍1
(1.東南大學(xué)ITS工程研究中心 南京 210018;2.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100037)
討論城市軌道交通自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng)的基本架構(gòu)及其體系的演變,認(rèn)為架構(gòu)設(shè)置是否合理不僅影響到AFC系統(tǒng)自身的發(fā)展,甚至?xí)?duì)城市軌道交通能否順利實(shí)現(xiàn)多線路網(wǎng)絡(luò)化高效運(yùn)營(yíng)起到?jīng)Q定性作用。在目前常用的AFC系統(tǒng)層標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)體系的基礎(chǔ)上,綜合考慮城市軌道交通的不同運(yùn)營(yíng)模式、管理體系、新技術(shù)引入、線路接入等因素,詳細(xì)分析基于合并線路中心與清分中心、多線路中心、區(qū)域中心以及設(shè)備嵌入層的多種AFC系統(tǒng)架構(gòu)體系,指出不同城市可以根據(jù)其自身特點(diǎn)與未來(lái)規(guī)劃靈活設(shè)置AFC系統(tǒng)架構(gòu)方案,為軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)與發(fā)展打好基礎(chǔ)。
城市軌道交通;自動(dòng)售檢票;內(nèi)置型讀寫(xiě)器;區(qū)域中心;多線路中心
自動(dòng)售檢票(automatic fare collection,AFC)系統(tǒng)是城市軌道交通的重要組成部分,為乘客提供便捷、高效、人性化的服務(wù)(如快捷簡(jiǎn)易的售檢票過(guò)程、合理的聯(lián)網(wǎng)換乘收費(fèi)策略),為運(yùn)營(yíng)商提供車(chē)票制作、售票、檢票、財(cái)務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析、審核等全過(guò)程及自動(dòng)化的管理平臺(tái)[1]。
我國(guó)城市軌道交通的建設(shè)經(jīng)歷了從單線建設(shè)階段到多線建設(shè)階段、再到網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)階段的過(guò)程,與之相對(duì)應(yīng),AFC系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)歷了啟蒙階段到實(shí)踐階段、再到調(diào)整階段的發(fā)展歷程[2]。我國(guó)的AFC系統(tǒng)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的五層構(gòu)架體系[3],隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通的快速發(fā)展,智能化與網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)營(yíng)時(shí)期已經(jīng)到來(lái)[4]。由于乘客對(duì)城市軌道交通服務(wù)需求的改變和運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)管理復(fù)雜程度的增大,對(duì)AFC系統(tǒng)的體系架構(gòu)也有了新的要求,衍生出了一些AFC系統(tǒng)架構(gòu)變體,包括北京多線共用AFC系統(tǒng)線路中心設(shè)計(jì)[5]、南京AFC系統(tǒng)區(qū)域中心探討[6],以及 AFC業(yè)務(wù)內(nèi)置型讀寫(xiě)器研究等[7-8],但對(duì)其在 AFC 系統(tǒng)中的定位、組合模式、適用條件及改造方案缺乏系統(tǒng)的論述。因此,在AFC系統(tǒng)五層標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架的基礎(chǔ)上,應(yīng)根據(jù)城市自身交通地理?xiàng)l件、線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、線路設(shè)置、運(yùn)營(yíng)管理需求、行政體系、政府政策等,對(duì)AFC系統(tǒng)進(jìn)行靈活的設(shè)置,選擇適合本地城市發(fā)展的AFC系統(tǒng)的體系架構(gòu)。下面首先介紹AFC系統(tǒng)的五層基本架構(gòu),然后從功能定位、組合模式、適用及改造條件角度詳細(xì)論述合并線路中心與清分中心、多線路中心、區(qū)域中心等系統(tǒng)層面的變體形式,最后引入業(yè)務(wù)內(nèi)置型讀寫(xiě)器對(duì)AFC系統(tǒng)基本架構(gòu)進(jìn)行設(shè)備層面的改變。
建設(shè)部在頒布的業(yè)內(nèi)規(guī)范GB/T 20907—2007《城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)技術(shù)條件》中,提出AFC系統(tǒng)組成的最新定義,即采用標(biāo)準(zhǔn)的五層構(gòu)架體系,其層次結(jié)構(gòu)是采用全封閉的運(yùn)行方式,以非接觸式IC卡為車(chē)票介質(zhì),根據(jù)各層次設(shè)備和子系統(tǒng)各自的功能、管理職能和所處的位置進(jìn)行劃分。五層構(gòu)架體系是根據(jù)我國(guó)國(guó)情和城市發(fā)展現(xiàn)狀,綜合考慮了軌道交通建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)(如票種設(shè)置豐富、線路多而復(fù)雜、與城市一卡通兼容等),具有一定的可伸縮性。
城市軌道交通AFC系統(tǒng)五層標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)體系由系統(tǒng)清結(jié)算中心(ACC)、線路中心 (LC)、車(chē)站中心(SC)、AFC設(shè)備(SLE)和票卡組成,其架構(gòu)體系如圖1所示。
1)清結(jié)算管理中心(ACC)。清結(jié)算中心作為整個(gè)AFC系統(tǒng)的頂層,主要是負(fù)責(zé)對(duì)地鐵線路之間、地鐵與城市一卡通系統(tǒng)之間的清分結(jié)算,對(duì)不同運(yùn)營(yíng)實(shí)體(或線路)進(jìn)行管理,制定業(yè)務(wù)規(guī)程和票務(wù)規(guī)則,制作發(fā)行票卡,全面協(xié)調(diào)不同線路間的日常運(yùn)營(yíng)。
圖1 AFC系統(tǒng)五層基本架構(gòu)
2)線路中心 (LC)。線路中心管理線路內(nèi)交易、客流、設(shè)備、票務(wù)等數(shù)據(jù),負(fù)責(zé)本線路系統(tǒng)的AFC收費(fèi)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、客流量數(shù)據(jù)的采集,生成報(bào)表以及對(duì)賬等。LC將收集的本線路數(shù)據(jù)上傳到清結(jié)算管理中心,接受清結(jié)算管理中心的命令與參數(shù),并將其下發(fā)到各車(chē)站系統(tǒng);同時(shí),LC也管理和下發(fā)線路級(jí)的命令及系統(tǒng)參數(shù),完成本線路的票務(wù)管理,具備票卡的庫(kù)存管理和調(diào)配等功能。
3)車(chē)站中心(SC)。車(chē)站中心用來(lái)監(jiān)控和配置車(chē)站本地設(shè)備,采集本地車(chē)站設(shè)備數(shù)據(jù),對(duì)車(chē)站的每一臺(tái)設(shè)備實(shí)施監(jiān)督、控制、參數(shù)化、數(shù)據(jù)采集和審計(jì)。SC接收LC的指令和參數(shù),并下發(fā)到相應(yīng)的設(shè)備。同時(shí),SC采集設(shè)備的交易、事件和審計(jì)數(shù)據(jù),上傳到LC。
4)AFC設(shè)備(SLE)。AFC設(shè)備層包括閘機(jī)、半自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)充值機(jī)、銀行圈存機(jī)、自助查詢(xún)機(jī)、移動(dòng)支付設(shè)備和其他設(shè)備等。
5)票卡。五層架構(gòu)體系的底層為票卡層,它是乘客所持的車(chē)費(fèi)支付媒介,包括計(jì)次票、儲(chǔ)值票、單程票、員工票和其他車(chē)票等。
隨著軌道交通線路網(wǎng)絡(luò)化的形成、新技術(shù)的引入以及國(guó)內(nèi)AFC系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的積累,人們逐漸認(rèn)識(shí)到AFC系統(tǒng)五層基本架構(gòu)在不同運(yùn)營(yíng)商所轄線路互聯(lián)互通、系統(tǒng)升級(jí)改造、資源高效利用上存在一定的局限性。許多原先建成AFC系統(tǒng)的城市為保證新線的順利接入,需對(duì)AFC系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和改造;而新建AFC系統(tǒng)的城市也應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn),在AFC系統(tǒng)基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上做出相應(yīng)的調(diào)整,使系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)更具針對(duì)性和本地特色。
一些城市由于規(guī)模所限,其人口增長(zhǎng)和交通需求有限,在近期和遠(yuǎn)期的軌道交通規(guī)劃中,所規(guī)劃的線路條數(shù)不多(一般少于10條)。由于運(yùn)營(yíng)商單一、運(yùn)營(yíng)的線路車(chē)站較少,清分結(jié)算壓力不大,所以可以本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則,合并五層架構(gòu)中的線路中心層和清分中心,直接將所有車(chē)站接入清分中心,將原先線路中心的功能分配至清分中心和車(chē)站中心。合并后,清分中心除具備日常清結(jié)算、票務(wù)管理等功能外,還需對(duì)所有車(chē)站進(jìn)行管理和監(jiān)控;車(chē)站中心則需收集、處理、分析各類(lèi)數(shù)據(jù),并根據(jù)清算對(duì)賬規(guī)定和原則直接與清分中心進(jìn)行對(duì)賬。合并線路中心和清分中心的架構(gòu)模式使系統(tǒng)得到精簡(jiǎn),可在一定程度上提高系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率,節(jié)約建設(shè)、維護(hù)資金,減少線路的接口界面。合并線路中心和清分中心的AFC系統(tǒng)架構(gòu)模式如圖2所示。
圖2 合并線路中心與清分中心的AFC系統(tǒng)架構(gòu)
隨著軌道交通線網(wǎng)的不斷擴(kuò)大以及運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的積累,許多城市軌道交通線路呈現(xiàn)多而復(fù)雜的特點(diǎn),不少運(yùn)營(yíng)商意識(shí)到如果在每條線路均設(shè)置LC,會(huì)造成投資和資源的較大浪費(fèi)。對(duì)于同一運(yùn)營(yíng)商所轄的線路,可以為這幾條線路設(shè)置多線路中心(MLC)而不再單獨(dú)為每條線路設(shè)置線路中心,這幾條線路的AFC數(shù)據(jù)可直接上傳至多線路中心。
設(shè)置多線路中心的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了相同運(yùn)營(yíng)商所轄線路的資源共享,使線路間的信息在ACC層以下得到處理?;诟鱾€(gè)運(yùn)營(yíng)商所轄多條線路構(gòu)成的MLC可以看成是一個(gè)小清分中心,能夠完成所轄線路內(nèi)運(yùn)營(yíng)、票務(wù)、數(shù)據(jù)、清分、報(bào)表等管理,節(jié)約資源,提高效率,節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)投資,并提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益與安全性。同時(shí),ACC面對(duì)的是不同的運(yùn)營(yíng)商,不再面對(duì)具體的線路,因此簡(jiǎn)化了清分模型,減輕了清分負(fù)擔(dān),有效緩解了ACC的工作壓力。為確保MLC所轄各自線路數(shù)據(jù)、責(zé)任的獨(dú)立性,需在SC層與MLC層之間為各線路設(shè)置AFC系統(tǒng)線路數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)。
目前,不同線路接入多線路中心主要有兩種模式:
1)不同線路服務(wù)器統(tǒng)一集中管理。該模式僅需要對(duì)原先服務(wù)器進(jìn)行空間上的遷移、對(duì)原有通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造,遷至多線路中心統(tǒng)一管理,從而節(jié)省投資和資源,提高管理效率。該模式可實(shí)現(xiàn)線路在物理上的接入,并未實(shí)現(xiàn)線路在邏輯上的接入,所以無(wú)需重新定義接口和各層功能分配,技術(shù)成熟且容易實(shí)現(xiàn),費(fèi)用較為節(jié)省且工期短。
2)不同線路接入同一服務(wù)器。該模式實(shí)現(xiàn)了不同線路在邏輯上接入線路中心,能實(shí)現(xiàn)真正意義上的集中化管理,自動(dòng)化程度和管理效率更高。對(duì)于這種演變模式,需要重新定義接口類(lèi)型、多線路中心內(nèi)部的清分規(guī)則,設(shè)置各線路數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),同時(shí)對(duì)原有的對(duì)賬模式、監(jiān)控模式、權(quán)限設(shè)置等都需要做出一定程度的改變。該方式技術(shù)難度較大,花費(fèi)費(fèi)用較高且工期較長(zhǎng)。
在線網(wǎng)中,設(shè)置多線路中心的AFC系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。
圖3 設(shè)置多線路中心的AFC系統(tǒng)架構(gòu)
區(qū)域中心(ZLC)是為面向軌道交通線網(wǎng)的區(qū)域化管理而提出的,旨在解決一定規(guī)模的線網(wǎng)內(nèi)相關(guān)線路獨(dú)立運(yùn)營(yíng)所帶來(lái)的管理復(fù)雜、維修調(diào)配不便的問(wèn)題,避免線網(wǎng)建設(shè)發(fā)展帶來(lái)的線路升級(jí)改造對(duì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響,克服新老線路間接口不統(tǒng)一帶來(lái)的麻煩。
區(qū)域中心通過(guò)統(tǒng)一并標(biāo)準(zhǔn)化車(chē)站與中心的接口,允許不同線路和車(chē)站根據(jù)區(qū)域管理需求進(jìn)行接入,并預(yù)留一定的接入能力來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)線路建設(shè)、改造的需求。在區(qū)域中心建設(shè)完成后,新建線路一般不再設(shè)置線路中心。區(qū)域中心的接入分為兩種情況:一種為線路層面的接入,屬于同一運(yùn)營(yíng)商的線路接入共同的區(qū)域中心,區(qū)域中心對(duì)所屬線路車(chē)站進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)及線路間的清分等,涉及數(shù)據(jù)層面的管理功能,類(lèi)似于MLC;另一種為車(chē)站層面的接入,對(duì)于車(chē)站,區(qū)域中心按照區(qū)域管理的需求,通過(guò)合理整合資源,對(duì)就近接入的車(chē)站進(jìn)行應(yīng)用層面的靈活管理,如票務(wù)管理、日常運(yùn)營(yíng)管理、維修管理等,而車(chē)站產(chǎn)生的各類(lèi)數(shù)據(jù)需傳輸至所屬線路對(duì)應(yīng)區(qū)域中心的數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn),便于不同運(yùn)營(yíng)商間的清分、ACC的對(duì)賬以及責(zé)任的追查。
區(qū)域中心的設(shè)置使得原先的運(yùn)營(yíng)管理模式向區(qū)域管理模式過(guò)渡,與之相對(duì)應(yīng),原有的清分管理、運(yùn)營(yíng)管理、票務(wù)管理、收益管理、維修管理、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表管理等的功能定義、數(shù)據(jù)格式、管理主體都需做出相應(yīng)變動(dòng),因此該演變模式還需要統(tǒng)一并標(biāo)準(zhǔn)化車(chē)站與中心的接口,同時(shí)設(shè)置數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)。值得注意的是,如果城市軌道交通線網(wǎng)在最初規(guī)劃時(shí)沒(méi)有考慮設(shè)置區(qū)域中心,在未統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的情況下,當(dāng)后期不同線路接入?yún)^(qū)域中心時(shí),調(diào)整難度就會(huì)較大。
在線網(wǎng)高速擴(kuò)張的形勢(shì)下,根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃,選擇合理的地點(diǎn)建設(shè)區(qū)域中心,通過(guò)實(shí)現(xiàn)接口的標(biāo)準(zhǔn)化,對(duì)就近接入的車(chē)站進(jìn)行靈活管理,可以節(jié)約日常運(yùn)管管理費(fèi)用,提高運(yùn)營(yíng)效率,并保證了后續(xù)線路建設(shè)和改造的便捷、順利,降低建設(shè)成本。在線網(wǎng)中,設(shè)置區(qū)域中心的AFC系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。
圖4 設(shè)置區(qū)域中心的AFC系統(tǒng)架構(gòu)
AFC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)五層架構(gòu)體系及上述幾種演變形式具有較好的伸縮性,可根據(jù)各個(gè)城市軌道交通功能需求、運(yùn)營(yíng)狀況以及行政體系的不同而做相應(yīng)的組合,滿(mǎn)足不同城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的特殊需求??傮w而言,上述的AFC系統(tǒng)架構(gòu)體系都屬于系統(tǒng)層面的變體形式。
城市軌道交通AFC系統(tǒng)的票務(wù)處理是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程,其中票卡(通常為IC卡)讀寫(xiě)設(shè)備發(fā)揮著極其重要的作用。在采用上述各種AFC系統(tǒng)架構(gòu)體系的過(guò)程中,當(dāng)票卡處理流程需要調(diào)整時(shí),不同類(lèi)型的讀寫(xiě)器產(chǎn)品提供的接口并不一樣,這給AFC系統(tǒng)升級(jí)改造帶來(lái)很大困難,使得票卡處理程序的變更升級(jí)工作量大,程序調(diào)試、測(cè)試工作繁雜。業(yè)務(wù)內(nèi)置型票卡讀寫(xiě)器(功能型IC卡讀寫(xiě)器)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,使以上問(wèn)題得到了有效解決,并能夠與上述各種AFC系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行組合。
業(yè)務(wù)內(nèi)置型票卡讀寫(xiě)器將AFC系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)則以及票卡處理流程內(nèi)置于票卡讀寫(xiě)器內(nèi),是結(jié)合城市軌道交通AFC業(yè)務(wù)而發(fā)展起來(lái)的IC卡讀寫(xiě)器。在AFC系統(tǒng)構(gòu)架體系中,設(shè)備層與票卡層之間添加了業(yè)務(wù)內(nèi)置型票卡讀寫(xiě)器層,主要是為了在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中,兼容不同線路承包商的IC卡讀寫(xiě)器產(chǎn)品,通過(guò)統(tǒng)一費(fèi)率計(jì)算、統(tǒng)一票卡處理流程、應(yīng)用軟件交互等,使運(yùn)營(yíng)商在地鐵票卡更新、票卡結(jié)構(gòu)變更或系統(tǒng)軟件升級(jí)時(shí),能夠解決接口不統(tǒng)一的問(wèn)題,輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)與維護(hù)。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵是運(yùn)營(yíng)部門(mén)能夠掌握其中的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn),如票卡處理流程等?;跇I(yè)務(wù)內(nèi)置型票卡讀寫(xiě)器的AFC系統(tǒng)架構(gòu)體系如圖5所示。
圖5 引入業(yè)務(wù)內(nèi)置讀寫(xiě)器的AFC系統(tǒng)架構(gòu)
設(shè)置內(nèi)置型票卡讀寫(xiě)器層的AFC系統(tǒng)架構(gòu)體系在本質(zhì)上屬于設(shè)備層面的變體形式,其特點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)全線網(wǎng)業(yè)務(wù)統(tǒng)一化、兼容化;全處理過(guò)程封裝于讀寫(xiě)器內(nèi)部,保證交易數(shù)據(jù)的安全;初期建設(shè)成本略高,但后續(xù)維護(hù)與升級(jí)費(fèi)用低;技術(shù)要求相對(duì)復(fù)雜。
隨著我國(guó)大規(guī)模地開(kāi)展城市軌道交通的建設(shè),以及城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)時(shí)代的到來(lái),網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)發(fā)展與本地化運(yùn)營(yíng)特色的需求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)五層架構(gòu)體系的AFC系統(tǒng)提出了新的要求。筆者在AFC系統(tǒng)的五層標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)體系的基礎(chǔ)上,分析了合并線路中心與清分中心、設(shè)置多線路中心和區(qū)域中心等標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)體系的演變形式、各自的功能特點(diǎn)及適應(yīng)場(chǎng)合。最后,考慮網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)所帶來(lái)的不同線路承包商的介入,提出了嵌入讀寫(xiě)器層的AFC體系架構(gòu)。靈活的AFC體系架構(gòu)設(shè)置可以適應(yīng)不同城市軌道交通發(fā)展的需求,更好地滿(mǎn)足新線建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的要求。
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Research of Architecture on Rail Transit’s AFC System
Qiu Huarui1Zhang Ning1Xu Wen2He Tiejun1
(1.ITS Research Center of MOE,Southeast University,Nanjing 210096;2.Beijing Urban Construction Design&Development Group Co.,Ltd.,Beijing 100037)
The basic framework and system evolution history of automatic fare collection(AFC)system in urban rail transit was discussed.Rationality of the AFC design not only affects the AFC system’s development,but also decides the AFC network’s operation.AFC system’s five layers stan dard architecture was introduced in this paper first.The factors of different operation mode,management system,new technology and the lines on rail transit were taken into account in a comprehensive way;several structures of AFC system which are based on merging ACC and Line Center,multiple Line Center,Zone Center and DeviceNet were analyzed in detail.AFC system in different cities could be designed flexibly according to their own characteristic and future planning,which lays some foundations for their rail transit’s network opera-tion and development.
rail transit;AFC;Inlaid Reader-Writer;zone centre;multiline centre
U293.22
A
1672-6073(2014)02-0086-04
10.3969/j.issn.1672 -6073.2014.02.021
2013-04-08
2013-08-14
邱華瑞,男,碩士研究生,從事軌道交通機(jī)電工程研究,qiuhuarui12@163.com
工程項(xiàng)目:南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司項(xiàng)目(8550140042)
(
郭 潔)