云計算技術(shù)在城市軌道交通AFC領(lǐng)域的應(yīng)用研究

姜若谷

摘要：現(xiàn)代城市軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)對城市的發(fā)展意義重大。我國許多大城市已經(jīng)建立起了自己的軌道交通網(wǎng)絡(luò)；它不僅可以提升城市的等級，還能夠方便人們的日常交通出行，給人們的生活帶來了極大的便利。云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設(shè)備?；谠朴嬎闫脚_的 AFC 系統(tǒng)實現(xiàn)了虛擬支付手段購票，克服了傳統(tǒng)購票模式的諸多問題，同時也使得地鐵運營商可以獲得除客流數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)以外更多的用戶數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：軌道交通；自動售檢票；云計算

對地鐵線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，原有地鐵自動售檢票系統(tǒng)出現(xiàn)建設(shè)成本高、資源利用率低、后期維護工作困難等問題，設(shè)計了一個基于云計算技術(shù)的地鐵自動售檢票系統(tǒng)CAFC。地鐵自動售檢票系統(tǒng)AFC是地鐵系統(tǒng)中的運營核心子系統(tǒng)，直接與乘客交互，關(guān)系著地鐵的收益。現(xiàn)有AFC 系統(tǒng)雖然在一定程度上實現(xiàn)了地鐵售檢票的自動化，但隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)化的開通運營，AFC 系統(tǒng)的建設(shè)投資成本越來越大、后期維護工作越來越困難、票務(wù)運營管理越來越復(fù)雜；而且系統(tǒng)資源利用率低，浪費了大量的資源和能源。云計算作為一種新型的計算模式，應(yīng)用于地鐵系統(tǒng)中以降低地鐵的建設(shè)和運營成本已成為發(fā)展的趨勢。

一、地鐵AFC 系統(tǒng)分析

地鐵AFC 系統(tǒng)五層樹狀架構(gòu)體系中的各層次相對獨立又逐級管理，能夠很好地完成地鐵票務(wù)業(yè)務(wù)功能。但是，隨著地鐵路網(wǎng)規(guī)模和業(yè)務(wù)的不斷擴大，五層架構(gòu)體系存在明顯的缺點。

1）系統(tǒng)越來越復(fù)雜隨著路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，樹狀結(jié)構(gòu)的節(jié)點越來越多，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。

2）資源利用率低系統(tǒng)各層都是按照最高的客流進行配置的，造成相當多的設(shè)備在計算和存儲能力上的浪費。

3）維護成本高隨著線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)節(jié)點越來越多、越來越分散，維護難度和成本越來越高。

4）層次間功能重疊CC 系統(tǒng)涵蓋LC 系統(tǒng)的車票調(diào)配、交易信息統(tǒng)計、客流信息統(tǒng)計、運營監(jiān)控、故障管理等部分功能。SC 系統(tǒng)負責(zé)收集和審查SLE 的數(shù)據(jù)信息，響應(yīng)CC 系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)要求；接收CC 系統(tǒng)下傳的系統(tǒng)參數(shù)，向SLE 下達運作命令等。相當于CC 系統(tǒng)與SLE 之間通信的中轉(zhuǎn)站。

5）數(shù)據(jù)過度冗余交易數(shù)據(jù)在系統(tǒng)每層逐級存儲互為備份，但真正使用數(shù)據(jù)的是在清分系統(tǒng)，各級設(shè)備存儲的數(shù)據(jù)存在過度備份的情況；而且每個層級都設(shè)置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，需要定時管理數(shù)據(jù)庫，使系統(tǒng)的管理越來越復(fù)雜。

二、云計算技術(shù)在 AFC 多線路中心的應(yīng)用

對于 AFC 線路中心來說，傳統(tǒng)的基于 UNIX 小型機和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)正在向基于分布式處理的云計算解決方案過渡。基于云計算的分布式處理系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于：采用PC 集群及開源的分布式數(shù)據(jù)庫，使得硬件投資大幅下降；采用分布式計算和分布式存儲，使得系統(tǒng)性能大幅提升；具有高系統(tǒng)可靠性及良好的擴展性。AFC 虛擬化平臺將 AFC 應(yīng)用服務(wù)器統(tǒng)一部署在云平臺上。應(yīng)用服務(wù)器主要完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理及其他系統(tǒng)管控工作，因數(shù)量較多，需求不定，將其統(tǒng)一部署在云平臺上可做到配置靈活，易于擴展，便于維護管理，并實現(xiàn)系統(tǒng)的高可用功能。高可用指的是：當1臺物理機發(fā)生故障時，之上的虛擬機可以實現(xiàn)在集群之內(nèi)的其他物理機上重新啟動，以保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性；支持在線的虛擬機遷移功能，可以實現(xiàn)虛擬機在集群之內(nèi)的不同物理機之間在線遷移；具有容錯機制，可以保證在硬件故障情況之下，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不中斷運行；每個虛擬機可以支持虛擬多路 CPU 技術(shù)，以滿足高負載應(yīng)用環(huán)境的要求；提供統(tǒng)一的圖形界面管理軟件，可以在 1個地點完成所有虛擬機的日常管理工作，包括控制管理、用戶管理、存儲管理、網(wǎng)絡(luò)管理、日志收集、性能分析、故障診斷、權(quán)限管理、在線維護等。

在軌道交通 AFC 領(lǐng)域，利用云計算的虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)集中的多線路中心的構(gòu)建，基于城市的私有云平臺，在邏輯上保留每條線路的虛擬線路中心，以實現(xiàn)各線路中心系統(tǒng)的全部功能。這一做法既提升了硬件資源的利用率，實現(xiàn)了集中管理，又減少了系統(tǒng)維護的工作量，同時可大大減少應(yīng)用服務(wù)器的硬件成本。

三、云計算技術(shù)在自動售票機上的應(yīng)用

1、虛擬支付及AFC云架構(gòu)。虛擬支付在傳統(tǒng)定義下僅包括支付方式的非現(xiàn)金化，即銀行卡支付、信用卡支付、網(wǎng)上支付、手機支付等各種非現(xiàn)金的支付方式；廣義上定義為支付介質(zhì)和交換物全是虛擬化的，支付完成后，形成虛擬化的支付憑證，如二維碼、加密文件戳等。目前，手機支付已經(jīng)成為了最為普遍的虛擬支付方式。傳統(tǒng)手機支付為儲值卡模式，乘客直接用手機里的電子現(xiàn)金進行消費，這要求用戶購買具有近距離無線通訊技術(shù)功能（NFC）的手機。雖然做到了錢包和消費流程的標準化，但由于各地票務(wù)業(yè)務(wù)的差異，造成真正實現(xiàn)互聯(lián)互通很困難。要想真正做到各地互聯(lián)互通，需要做到城市軌道交通單程票虛擬化，并構(gòu)建基于城市的地鐵云平臺?？紤]到當前實物貨幣還是支付主流，為了減小對已運營自動售檢票設(shè)備的改造難度，逐步過渡到完全的虛擬支付購票模式。為實現(xiàn)完全虛擬化的支付方案，需要構(gòu)建城市軌道交通 AFC云平臺，該系統(tǒng)由云、管、端部分組成：“云”指的是城市軌道交通云平臺；“管”指的是城市軌道交通專用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)；“端”指的是用戶 APP、自動售票機、自動檢票機等。由于每個城市的軌道交通通常由多條線路組成，由多個運營商運行，因此云平臺建設(shè)在城市軌道交通清分中心（ACC）最合適。

2、互聯(lián)網(wǎng)售票機方案

（1）方案實現(xiàn)途徑。由于各城市均已形成城市軌道交通線網(wǎng)，且目前已投入使用的傳統(tǒng)自動售票機、自動檢票機的使用壽命還遠遠沒有到期，為實現(xiàn)虛擬支付技術(shù)的推廣，同時減少對既有線網(wǎng)設(shè)備的改造，考慮在車站增加互聯(lián)網(wǎng)售票機，使虛擬支付購買實物單程票的過渡方案得以實現(xiàn)。互聯(lián)網(wǎng)售票機具備通過移動互聯(lián)網(wǎng)支付手段購買單程票，或憑驗證碼如二維碼獲取單程票的功能，這要求在售票系統(tǒng)上增加區(qū)別于傳統(tǒng)自動售票機的二維碼掃描窗、支付模塊和通信模塊。整個購票流程如下：乘客在手機上打開 APP 并選擇出發(fā)地和目的地，之后系統(tǒng)自動計算票價，乘客選擇微信、手機 QQ、支付寶、手機網(wǎng)上銀行等第三方支付手段支付后，生成驗證碼。乘客到地鐵站后，在互聯(lián)網(wǎng)售票機上掃描手機上的取票二維碼，售票機讀取二維碼并解析，發(fā)送到地鐵云平臺進行驗證、核銷，驗證成功后自動發(fā)售指定數(shù)量的單程票，之后乘客可進站乘車。

（2）方案優(yōu)勢分析

采用互聯(lián)網(wǎng)售票機方案的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下方面：①可以減少傳統(tǒng)自動售票機的數(shù)量，使現(xiàn)金處理工作相對減少，紙幣及硬幣識別器數(shù)量的減少也可以避免國外技術(shù)壟斷紙幣、硬幣模塊識別器，找零機，增加國產(chǎn)化比例；②無需設(shè)紙硬幣模塊，省電節(jié)能；③二維碼兌票機硬件成本低、故障率低，因此維護成本也低；④將現(xiàn)有自動售票機購票過程中最消耗時間的選站和支付環(huán)節(jié)引導(dǎo)至線上實現(xiàn)，并完成購票預(yù)付功能，產(chǎn)生購票驗證碼，乘客憑驗證碼到線下互聯(lián)網(wǎng)售票機上可快速兌換車票，減少至少 2/3 的購票時間。

現(xiàn)有的地鐵AFC 系統(tǒng)已經(jīng)擁有規(guī)模龐大的IT 基礎(chǔ)設(shè)施，只需要進行少量的投資，將現(xiàn)有的資源進行整合升級，就可以擁有云計算帶來的靈活和高效，而且符合目前倡導(dǎo)的低碳經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟理念。

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（作者單位：重慶市軌道交通（集團）有限公司）