天津地鐵1號線AFC系統(tǒng)改造項(xiàng)目實(shí)踐總結(jié)

□文/馮進(jìn)峰

天津地鐵1號線AFC系統(tǒng)改造項(xiàng)目實(shí)踐總結(jié)

□文/馮進(jìn)峰

天津地鐵1號線自動售檢票系統(tǒng)接入軌道交通清分系統(tǒng)的改造工程涉及到了國外技術(shù)封閉破解，新舊票卡兼容，臨時(shí)系統(tǒng)過渡，接入清分系統(tǒng)等多階段、高難度的方案設(shè)計(jì)、開發(fā)測試工作。在工程實(shí)施過程中，組織開展大量的實(shí)踐測試，攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題，完成了從臨時(shí)系統(tǒng)到接入清分系統(tǒng)的成功過渡。工程實(shí)施完成后，在保證系統(tǒng)順利接入軌道交通清分系統(tǒng)的同時(shí)極大地提升了原有系統(tǒng)的整體性能。

自動售檢票系統(tǒng)；改造；地鐵

天津地鐵1號線自動售檢票（AFC）系統(tǒng)于天津地鐵2、3號線建設(shè)中期接入天津軌道交通清分中心系統(tǒng)的改造工作。在整體項(xiàng)目實(shí)施過程中，由于1號線原有AFC系統(tǒng)核心技術(shù)掌握在國外的技術(shù)廠商手中，系統(tǒng)改造工作存在異乎尋常的難度。

1　改造難點(diǎn)

項(xiàng)目實(shí)施初期，需要在整個改造升級方案的設(shè)計(jì)中充分考慮1號線原有AFC系統(tǒng)的諸多限制因素，依據(jù)不同的問題點(diǎn)采取相應(yīng)的措施，以盡量避免改造對運(yùn)營的影響。

1.1改造方式選擇

在車站AFC系統(tǒng)設(shè)備布局方面，1號線車站出入口多且分散，而每個出入口的AFC設(shè)備通常只有2臺售票機(jī)和4、5個通道的閘機(jī)。在高峰時(shí)刻，這些出入口設(shè)備已經(jīng)接近飽和工作狀態(tài)，不能因改造而減少這些出入口設(shè)備的使用數(shù)量。在這種設(shè)備分布情況下，為避免可能引發(fā)的災(zāi)難性的客流壓力，無法選擇對分停機(jī)改造升級方式。所以，只能選擇設(shè)備在線改造方式，在設(shè)備升級后立即投入使用，以減少改造對運(yùn)營的影響。但這種方式要求新系統(tǒng)必須在正式改造前，全部完成調(diào)試和驗(yàn)證工作且后臺系統(tǒng)已經(jīng)具備正確統(tǒng)計(jì)和對賬的功能。

1.2核心技術(shù)破譯

當(dāng)確定在線改造升級方式后，需要考慮核心技術(shù)問題，即如何能夠保證新、舊AFC系統(tǒng)對單程票的無縫兼容并能在后期順利向統(tǒng)一的一票通技術(shù)規(guī)范體系過渡。這樣一來，系統(tǒng)升級需要兩次過渡才能完成最終的升級，第一步將使用舊單程票標(biāo)準(zhǔn)的舊AFC系統(tǒng)設(shè)備升級為兼容舊單程票標(biāo)準(zhǔn)和一票通技術(shù)規(guī)范的新AFC系統(tǒng)設(shè)備；第一步全部升級完成后，停止舊單程票的流通，啟用天津城市軌道交通清分中心（以下簡稱ACC）發(fā)行的一票通車票，在新舊車票切換完成后，再次對系統(tǒng)進(jìn)行升級，取消兼容舊版車票功能，整體AFC系統(tǒng)遷移至最終版本。

由于1號線舊AFC系統(tǒng)的現(xiàn)存技術(shù)資料除了單程票票卡結(jié)構(gòu)外，沒有其他可供利用的技術(shù)資料，票卡處理流程、密鑰算法和數(shù)字簽名等關(guān)鍵技術(shù)全部是由國外集成商封閉掌控。如果要實(shí)現(xiàn)票卡無縫兼容，必須破譯全部單程票的技術(shù)規(guī)則，唯一的破譯途徑就是通過無數(shù)次的試驗(yàn)，依據(jù)手中僅有的資料拼湊出舊系統(tǒng)的單程票技術(shù)規(guī)則。同時(shí)，在后續(xù)的開發(fā)過程中需要實(shí)現(xiàn)舊系統(tǒng)發(fā)行的單程票和ACC發(fā)行的單程票的分別識別和處理功能。

2　項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)

2.1單程票技術(shù)資料破譯

1）單程票處理流程破譯。在執(zhí)行單程票處理流程破譯時(shí)，由于已掌握單程票票卡結(jié)構(gòu)，此項(xiàng)破譯工作有一定的信息基礎(chǔ)。在具體破譯時(shí)采用了逐步分析法和信息倒推法。逐步分析法暨在舊系統(tǒng)的自動售票機(jī)、檢票機(jī)以及半自動售票機(jī)上分別做單程票發(fā)售、進(jìn)出站以及更新操作，將每一步操作的單程票卡內(nèi)信息讀取出來并跟蹤后臺系統(tǒng)執(zhí)行日志，這樣可掌握單程票從發(fā)售到最終回收的每一步的信息變更情況。信息倒推法是將單程票票卡結(jié)構(gòu)分成不同的操作區(qū)域，既靜態(tài)區(qū)操作、動態(tài)區(qū)操作、記錄區(qū)操作以及關(guān)鍵信息區(qū)操作。結(jié)合已掌握的單程票每個操作步驟的票卡信息，分別對不同區(qū)域操作前后信息進(jìn)行歸納，然后繪制票卡操作流程。

使用逐步分析法和信息倒推法需要優(yōu)先掌握票卡信息結(jié)構(gòu)，如果在票卡信息結(jié)構(gòu)未掌握的情況下，還需要增加票卡信息結(jié)構(gòu)的破譯，會增加單程票技術(shù)資料破譯工作的難度。此法在具體操作時(shí)要對每一個可能發(fā)生的設(shè)備操作都進(jìn)行模擬，特別是一些不常用的操作，如退票、超時(shí)更新等。

2）數(shù)字簽名破譯。分為算法破譯和計(jì)算信息破譯，數(shù)字簽名的算法一般情況下都采用系統(tǒng)建設(shè)時(shí)主流的簽名算法，因此，結(jié)合既有的資料或通過一些非工作方式，應(yīng)該比較容易得到算法信息。算法破譯后需要進(jìn)一步確認(rèn)參與數(shù)字簽名計(jì)算的票卡信息，此項(xiàng)工作使用遍歷法開展，暨遍歷所有可能字段信息來排列組合計(jì)算。每計(jì)計(jì)算完成后，將結(jié)果寫入單程票并在舊系統(tǒng)半自動售票機(jī)上進(jìn)行分析驗(yàn)證。

在破譯數(shù)字簽名后，需要對各類型的舊設(shè)備進(jìn)行單程票模擬寫入后的交叉兼容測試。

3）破譯后的驗(yàn)證工作。系統(tǒng)改造時(shí)將存在新設(shè)備（改造后的設(shè)備）和舊設(shè)備（未改造設(shè)備）共存階段，因此需要考慮好新舊設(shè)備同時(shí)處理舊單程票的驗(yàn)證工作。新系統(tǒng)在識別舊系統(tǒng)單程票方面容易實(shí)現(xiàn)，識別票卡信息和數(shù)字簽名驗(yàn)證正確后即可實(shí)現(xiàn)新舊兼容（適當(dāng)放寬檢查條件有助于降低開發(fā)難度），但舊系統(tǒng)對于票卡的一些關(guān)鍵信息驗(yàn)證需要特別注意。因此在破譯后的驗(yàn)證工作上，需要重點(diǎn)測試3個關(guān)鍵交叉階段上，即新售票機(jī)售賣、舊閘機(jī)進(jìn)站；新閘機(jī)進(jìn)站、舊閘機(jī)出站；新閘機(jī)回收、舊售票機(jī)售賣。

2.2AFC系統(tǒng)軟件開發(fā)

在解譯單程票核心的同時(shí)，可同步開展AFC系統(tǒng)改造其他工作，這樣可有效推進(jìn)項(xiàng)目工期?？赏介_展的工作主要包括讀卡器軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備硬件改造設(shè)計(jì)；后臺SC、LC系統(tǒng)（以下簡稱“后臺系統(tǒng)”）設(shè)計(jì)改造。

2.2.1讀寫器設(shè)計(jì)和硬件改造設(shè)計(jì)

在讀寫器設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)過程中，需要重點(diǎn)考慮的問題是即兼容既有閘機(jī)和售票機(jī)設(shè)備，同時(shí)能適應(yīng)未來新車票發(fā)行或新支付介質(zhì)的引入需求，滿足未來“大”讀卡器設(shè)計(jì)的性能要求。在新讀卡器的SAM卡卡槽預(yù)留和通信方式預(yù)留方面要重點(diǎn)考慮，地鐵1號線預(yù)留了8個SAM卡卡槽以及2個串口擴(kuò)展功能，方便增加新類型的射頻模塊。此外讀寫器操作系統(tǒng)的選擇在保證“大”讀卡器需求方面外，還需要考慮其兼容性和可擴(kuò)展性。1號線改造中采用了最新的ARM 9處理器、64M B內(nèi)存和嵌入式Li nux操作系統(tǒng)，不僅具備足夠的處理能力，還提供了良好的開發(fā)環(huán)境。另外讀卡器采用了CPU核心板+讀卡器板的設(shè)計(jì)方式，在這種方式下即使遇到處理器性能不足，必須升級讀卡器時(shí)，也只需要更換CPU核心板（甚至可以采用通用ARMCPU核心板代替），而其他硬件部分不需要改動，固件程序也可以做到最大限度的保留，這種硬件改造方式也有很好的借鑒意義。

2.2.2設(shè)備硬件改造設(shè)計(jì)

在硬件升級方面除了更換新讀卡器，還需要評估是否將部分故障率較高的模塊一并更換，如硬幣識別器等。硬件升級以自動售票機(jī)（TVM）和閘機(jī)（AGM）最為復(fù)雜，改造設(shè)計(jì)上著重考慮設(shè)備在升級施工過程中對周圍乘車乘客的影響，盡量利用原有安裝結(jié)構(gòu)。雖然減少拆改的工作量，但增加了硬件設(shè)計(jì)的難度。1號線改造中經(jīng)過綜合評估，最終只有TVM更換了硬幣分選通道，其余部件仍然利用原有的安裝結(jié)構(gòu)或使用轉(zhuǎn)換支架完成安裝。

2.2.3后臺SC、LC系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造工作

SC和LC設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作是倒接期間的通信協(xié)議規(guī)范和臨時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于1號線AFC系統(tǒng)計(jì)劃倒接時(shí)間的限制，AFC系統(tǒng)過渡版本必須結(jié)合ACC和一卡通技術(shù)規(guī)范來共同開發(fā)，單程票和一卡通車票交易分別遵循相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。單程票交易在ACC正式上線前全部保留在1號線LC數(shù)據(jù)庫中，ACC上線后交易再發(fā)往ACC。一卡通交易又被分為兩類，儲值票交易和地鐵類優(yōu)惠票交易（包括乘次票、學(xué)生票和老年票）。儲值票交易遵循一卡通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由LC直接送往一卡通后臺；優(yōu)惠票交易由LC送往1號線一卡通臨時(shí)系統(tǒng)。AFC系統(tǒng)的交易傳輸流程見圖1。

圖1　交易傳輸流程介紹

1）SC和LC系統(tǒng)在軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，能將每個票種的交易數(shù)據(jù)獨(dú)立生成，面對不同的結(jié)算對象時(shí)，可以分別發(fā)送。

2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多種通信協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)的兼容情況，以便在過渡期和試運(yùn)行期間完成相關(guān)的結(jié)算和統(tǒng)計(jì)工作。

3）針對不同的結(jié)算對象，設(shè)置不同的結(jié)算時(shí)間點(diǎn)，這樣可避免數(shù)據(jù)的錯發(fā)、漏發(fā)以及結(jié)算文件的誤處理。

4）所有與外部結(jié)算方相關(guān)的接口測試工作都必須充分測試并借助對方的測試平臺做好功能測試、壓力測試等前期工作。

3　工程改造實(shí)施

考慮在線改造升級的風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)BUG的不確定性，1號線AFC系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施過程也是配合開發(fā)進(jìn)度分階段逐步進(jìn)行，分為上線測試階段和改造實(shí)施階段。上線測試階段包含了開發(fā)過程的單程票兼容功能上線測試和一卡通功能上線測試，改造實(shí)施階段則開展了全線設(shè)備的升級改造。

3.1票卡兼容功能正線測試

票卡兼容是整個項(xiàng)目的成敗關(guān)鍵，故在1號線項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)首先開展了單站上線測試。測試在選定車站的兩個出入口分別部署了3臺自動售票機(jī)、8通道閘機(jī)和1臺半自動售票機(jī)，測試重點(diǎn)在新、舊售票機(jī)發(fā)售單程票和新、舊閘機(jī)交叉進(jìn)出站以及儲值票刷卡操作上。票卡兼容功能正線單站測試持續(xù)1月，在測試過程中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)并解決了一些售票機(jī)發(fā)售單程票的兼容問題。

3.2SC系統(tǒng)升級正線測試

單程票兼容測試完成后，可進(jìn)一步開展SC系統(tǒng)升級正線測試，1號線改造項(xiàng)目實(shí)施時(shí)選擇了客流量較大的4個車站，分別升級改造了1/2的終端設(shè)備并將對應(yīng)車站的SC做了升級改造。改造后的SC系統(tǒng)需要重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)接收和封裝打包情況、數(shù)據(jù)上傳情況、與終端讀寫器和LC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)審計(jì)情況。

3.3LC臨時(shí)過渡系統(tǒng)正線測試

為保證改造期間新老系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)需要搭建過渡LC系統(tǒng)，運(yùn)行新開發(fā)的軟件。同時(shí)與SC系統(tǒng)升級正線測試同步開展LC臨時(shí)過渡系統(tǒng)的正線測試。重點(diǎn)關(guān)注線路SC交易接收情況，與外部結(jié)算方的交易上傳情況以及結(jié)算文件的接收、入庫、處理、審計(jì)等功能。此外，LC臨時(shí)過渡系統(tǒng)除以上的測試外，還需要開展臨時(shí)過渡系統(tǒng)到正式系統(tǒng)的倒切工作，建議該倒切工作要做到“一夜切換”，做好倒切失敗的應(yīng)急預(yù)案，同時(shí)注意處理系統(tǒng)倒切引起的對賬差異。

3.4全線改造實(shí)施

完成所有的測試工作后，系統(tǒng)就具備了全線改造施工的條件。在改造準(zhǔn)備階段，綜合了改造測試所遇到的問題，對整體施工計(jì)劃和施工細(xì)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)評估。施工將售票機(jī)（包括半自動售票機(jī)）和閘機(jī)分開進(jìn)行，由兩個小組分別承擔(dān)改造任務(wù)。售票機(jī)以車站為單位推進(jìn)改造，每個出入口選擇1臺售票機(jī)，同站多個出入口同時(shí)進(jìn)行施工，每天完成2至3臺改造工作。閘機(jī)以出入口為單位，每天進(jìn)行5至6個出入口的1臺閘機(jī)改造，不區(qū)分車站。

4　結(jié)語

天津地鐵1號線AFC系統(tǒng)正式接入ACC，順利實(shí)現(xiàn)天津地鐵2、3號線聯(lián)網(wǎng)功能。整體升級過程困難重重，不斷出現(xiàn)新的問題，問題也被不斷地解決，最終順利實(shí)現(xiàn)接入工作。

施工過程中采用了國內(nèi)少見的在線升級方式，雖然開發(fā)難度大，但對于施工和車站的客流組織提供了極大的便利，改造過程中沒有因設(shè)備施工而導(dǎo)致的客流堆積，乘客糾紛問題。

改造完成后，地鐵1號線的整體AFC設(shè)備性能有了很大提高，設(shè)備月故障率較改造前下降了70%。

[1]閆彬.城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)研析[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2004，（2）：32-36.

[2]范巍，楊承東.城市軌道交通自動售檢票中央清分系統(tǒng)概論[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2004，（2）：37-39.

[3]趙時(shí)旻.軌道交通自動售檢票系統(tǒng)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2007.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.024

□U293.2+21

□C

□1008-3197（2015）01-70-03

□2014-08-29

□馮進(jìn)峰/男，1977年出生，高級工程師，碩士，天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司，從事地鐵安全質(zhì)量和項(xiàng)目管理等工作。