基于云平臺的城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)設計

景亮 方暉 張森

摘 要：城市軌道交通 AFC 系統(tǒng)在運營中每天都會產(chǎn)生海量的票務及客流數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由車站終端設備不斷上傳到線路中央并存儲在線網(wǎng)中央清分系統(tǒng)中，隨著數(shù)據(jù)的不斷增加致使數(shù)據(jù)庫軟硬件設施和安防設備等不斷增容，既浪費資源又增加建設和運營使用成本。文章把云平臺應用在AFC 系統(tǒng)中，既可以減少軟硬件存儲和安防等設備，并可對數(shù)據(jù)的計算、存儲等流程進行云資源配置，有效降低 AFC 系統(tǒng)的建設采購及運營使用成本，提高整個城市軌道交通 AFC 系統(tǒng)線網(wǎng)的云平臺設計標準化水平。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;AFC 系統(tǒng);云平臺;控制中心;車站

中圖分類號：U231+.92

截至2019年底，國內(nèi)包括上海、北京、廣州、南京、重慶、武漢等共40座城市開通運營208條城市軌道交通線路，運營線路總長度達6 736.2 km，全年累計完成客運量237.1億人次，比上年增加26.4億人次，增長12.5%，日均約6 496萬人次。海量的客流和票務數(shù)據(jù)導致自動售檢票（AFC）系統(tǒng)不斷擴容改造，成倍增加存儲和信息處理能力，軟硬件建設及運營使用成本增加。如何實現(xiàn)AFC系統(tǒng)所有信息不斷交互共享，有效降低軟硬件設備及人力使用成本，以更加精細和動態(tài)地方式管理城市軌道交通AFC系統(tǒng)，提高整個線網(wǎng)AFC系統(tǒng)運營的信息化、數(shù)字化、智能化服務水平，成為每個城市軌道交通AFC系統(tǒng)的建設和運營方向。本文基于云平臺對城市軌道交通AFC系統(tǒng)進行優(yōu)化設計和探索研究，實現(xiàn)了AFC系統(tǒng)所有軟硬件集中設置，資源共享，提高了AFC系統(tǒng)智能化水平。

1 基于云平臺的AFC系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)功能

AFC系統(tǒng)控制中心云平臺作為整個城市軌道交通智慧化信息云平臺的一部分，主要包括以下功能：

（1）負責整個城市軌道交通線網(wǎng)車票的初始化和預付值、問題車票的處理和分析、線路間車票的調(diào)配、黑名單管理;

（2）負責各條線路票務管理、庫存管理、票卡調(diào)配、報表統(tǒng)計、車票清洗等。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

基于傳統(tǒng)線路的AFC系統(tǒng)和基于云架構(gòu)的AFC系統(tǒng)架構(gòu)對比如圖1所示。 AFC系統(tǒng)控制中心云平臺包含線路中央計算機系統(tǒng)（LCC）、線網(wǎng)清分中心系統(tǒng)（ACC）、互聯(lián)網(wǎng)AFC系統(tǒng)（iAFC）等所有AFC系統(tǒng)的中央控制系統(tǒng)，提供AFC系統(tǒng)線網(wǎng)控制中心的軟件和硬件管理設備，滿足AFC系統(tǒng)線網(wǎng)控制中心的運營管理需求，同時把各條線路的LCC系統(tǒng)、多線路中央計算機系統(tǒng)（MLC）等都納入AFC系統(tǒng)控制中心云平臺。AFC系統(tǒng)架構(gòu)由5層轉(zhuǎn)變?yōu)?層，使系統(tǒng)更加集約、軟硬件設備更加集中，同時，極大地減少了軟硬件資源的重復設置，提高了系統(tǒng)運行效率。

1.3 系統(tǒng)接口

AFC系統(tǒng)中央級公有云私有網(wǎng)絡（Virtual Private Cloud，VPC）是用戶可自定義的網(wǎng)絡，在這個私有網(wǎng)絡內(nèi)部署云主機、負載均衡、數(shù)據(jù)庫、存儲等云服務資源;虛擬數(shù)據(jù)中心（Virtual Data Center，VDC）用于對可用的CPU 、內(nèi)存資源、存儲和網(wǎng)絡進行管理。其特點是資源虛擬化、自動化、資源隔離，資源分配可追溯、自服務。VDC與VPC沒有本質(zhì)的不同，VDC是建立在VPC之上，只有VPC得以實現(xiàn)，VDC才能產(chǎn)生。在VDC里，網(wǎng)絡由用戶自己定義，包括二層網(wǎng)絡、三層網(wǎng)絡（子網(wǎng)）、路由、安全策略、負載均衡等都是用戶控制。

基于云架構(gòu)的AFC系統(tǒng)線路接口界面如圖2所示。AFC系統(tǒng)控制中心云平臺把所有AFC中央級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)全部通過VDC和VPC公有云上的私有網(wǎng)絡進行存儲和計算，所有數(shù)據(jù)通過通信骨干網(wǎng)連接每條線路車站SC系統(tǒng)，實現(xiàn)AFC系統(tǒng)控制中心云平臺上的中央級數(shù)據(jù)和車站級數(shù)據(jù)實時上傳下達;各車站AFC系統(tǒng)SLE包含自動售票機、自動檢票機、互聯(lián)網(wǎng)取票機等終端設備，負責把實體車票和電子車票的票務、客流、乘車等數(shù)據(jù)以及自身的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息收集歸類，上傳到各SC系統(tǒng)上，并執(zhí)行中央控制系統(tǒng)通過SC下發(fā)的所有參數(shù)和命令;各車站SC系統(tǒng)具有上傳下達功能，既把中央控制系統(tǒng)的參數(shù)和命令一并處理運算下發(fā)到SLE上，又負責把SLE上傳的數(shù)據(jù)在接入云平臺前先做線路數(shù)據(jù)匯聚，且每條線路的數(shù)據(jù)分別匯總，以減輕AFC系統(tǒng)控制中心云平臺軟硬件設備的負荷。

2 控制中心云平臺設計

AFC系統(tǒng)控制中心云平臺系統(tǒng)設備設置如圖3所示?；谠破脚_的控制中心整體結(jié)構(gòu)更為簡化，維護使用更為方便，同時，比傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)控制中心的性能更加強大。

2.1 硬件設備設置

AFC系統(tǒng)控制中心云平臺設置有存儲資源池、計算資源池、信息安全設備、網(wǎng)絡交換通信設備等硬件設備，根據(jù)云平臺對接入系統(tǒng)的信息安全等保要求，配置相應的安全設備;匯聚節(jié)點作為線路AFC系統(tǒng)防病毒升級及維護的管理后臺，為車站SC系統(tǒng)、票務、培訓 / 測試系統(tǒng)設置完整的病毒防護體系;控制中心云平臺下發(fā)至車站及現(xiàn)場終端設備的各類參數(shù)、黑名單、運營模式等數(shù)據(jù)，通過線路AFC數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至各車站SC及現(xiàn)場終端設備，且車站SC及現(xiàn)場終端上傳至控制中心云平臺的數(shù)據(jù)需經(jīng)過線路數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至控制中心云平臺。所有硬件資源集中共享，統(tǒng)一分配功能，減少接口界面，所有數(shù)據(jù)通過交換機和路由器直接進入控制中心云平臺進行存儲計算，改變傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)控制中心硬件設備分開設置，硬件設備冗余較大，獨立運行，接口復雜的運行狀態(tài)。

2.2 軟件設備設置

AFC系統(tǒng)控制中心云平臺設置有LCC、ACC等軟件系統(tǒng)，所有軟件系統(tǒng)集中運行，簡化軟件接口，其中LCC、ACC等軟件系統(tǒng)的相同功能可以進行合并。軟件系統(tǒng)運行時分布在各個硬件資源上同時進行，既提高了軟件運行效率，又降低了軟件運行中對硬件資源的需求量。數(shù)據(jù)在各軟件系統(tǒng)中可共享互用，集中受ACC系統(tǒng)統(tǒng)一清算調(diào)度使用，同時城市一卡通、各種互聯(lián)網(wǎng)支付平臺、銀聯(lián)支付系統(tǒng)等第三方支付系統(tǒng)直接上傳交易信息、客流信息等數(shù)據(jù)到AFC系統(tǒng)控制中心云平臺，與ACC進行實時清分對賬，減少外部系統(tǒng)與ACC系統(tǒng)的接口，節(jié)省清分流程和時間，確保對賬信息更加實時準確。

2.3 資源配置

AFC系統(tǒng)控制中心云平臺將硬件和軟件全部在云上進行存儲、計算，硬件資源實現(xiàn)集中共享，軟件系統(tǒng)實現(xiàn)接口簡化，功能合并，因此，軟硬件資源需求量及配置相比傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)控制中心冗余明顯減少，資源利用率明顯提高。3顆8核處理器和96G以上的內(nèi)存就足夠軟件計算使用，主機存儲量只需大于1524G，而共享的存儲可以大于10T，對網(wǎng)絡資源和安全資源的要求更低，滿足基本網(wǎng)絡即可，不需要增加網(wǎng)絡帶寬。

3 車站云平臺設計

AFC系統(tǒng)車站云平臺系統(tǒng)設備設置如圖4所示。整體結(jié)構(gòu)更為簡化，維護使用更為方便，同時需要的運營人員更少，有效降低了建設和運營成本。

3.1 硬件設備設置

傳統(tǒng)架構(gòu)的車站級AFC系統(tǒng)硬件設備包括售票機、閘機、交換機、服務器、票務室、車控室等硬件設備和房間，各硬件設備分別設置在不同的地方，交換機、服務器、通信網(wǎng)絡等硬件設備冗余較大，接口復雜，底層硬件設備和車站級系統(tǒng)需要多層傳輸。車站云平臺系統(tǒng)把車站內(nèi)的服務器、交換機、路由器等硬件設備全部集中設置進車站云平臺中，整個車站的AFC系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)存儲、計算全部在車站云平臺設備上進行，減少硬件設備的配置數(shù)量和設備占用的房間數(shù)量以及硬件設備之間的接口、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的層級，確保數(shù)據(jù)存儲、計算既快速又簡化。

3.2 軟件設備設置

傳統(tǒng)架構(gòu)的車站級 AFC系統(tǒng)軟件設置比較簡單，負責下發(fā)參數(shù)、交易算法等命令，上傳票務數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)等各類數(shù)據(jù)，幾乎不對各類命令和數(shù)據(jù)進行任何處理。車站云平臺系統(tǒng)把車站級所有軟件和硬件全部納入云平臺，存儲、計算的效率更高，可以對底層上傳的數(shù)據(jù)進行基本的計算和歸類后再統(tǒng)一上傳到控制中心中央級系統(tǒng);對中央下發(fā)的數(shù)據(jù)，可以進行初步分析，實時部署，保證底層設備運行速度最快，資源最節(jié)省，上傳到中央的數(shù)據(jù)存儲、計算更方便。

3.3 資源配置

AFC系統(tǒng)車站云平臺的使用使車站SC軟件功能更加強大。軟硬件資源全部進入車站云平臺，資源共享，效率較高，需要的處理器、內(nèi)存等計算資源較少。1顆8核處理器和16G以上的內(nèi)存就足夠軟件計算使用。SLE上傳的數(shù)據(jù)由于有車站云平臺共享的大于2T的存儲，因此，主機存儲量只需要大于500G，此外，對網(wǎng)絡資源和安全資源的要求更低，滿足基本網(wǎng)絡即可，不需要增加網(wǎng)絡帶寬。

4 結(jié)語

城市軌道交通AFC系統(tǒng)采用“云平臺架構(gòu)”是AFC系統(tǒng)的發(fā)展方向，整個系統(tǒng)分為控制中心云平臺和車站云平臺2部分，不但簡化軟件系統(tǒng)和接口，同時大量減少了硬件設備重復性設置和軟硬件設備的冗余度。中心級軟硬件設備全部進入控制中心云平臺，車站級軟硬件設備進入車站云平臺，彼此通過通信骨干網(wǎng)相連接，降低整個線網(wǎng)的復雜性，為AFC系統(tǒng)設計了從底層到中央全線網(wǎng)云平臺架構(gòu)和資源配置標準，提高了整個城市軌道交通AFC系統(tǒng)線網(wǎng)的云平臺設計標準化水平。

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收稿日期 2020-03-24

責任編輯 宗仁莉