城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)架構(gòu)輕量化改造設(shè)計(jì)方案

林忠山 肖芳

（廈門軌道建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司 福建省廈門市 361010）

城市軌道交通自動售檢票（AFC,Automatic Fare Collection System）系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通售票、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)和交易統(tǒng)計(jì)、收益清分及運(yùn)營管理等全過程的自動化信息系統(tǒng)。隨著城市軌道交通互聯(lián)網(wǎng)電子票、互聯(lián)網(wǎng)支付及業(yè)務(wù)模式的不斷發(fā)展，電子票卡的使用量占比逐步增加，實(shí)體單程票卡在軌道交通行業(yè)的使用量占比越來越低，導(dǎo)致運(yùn)營地鐵公司實(shí)體單程票卡無法停用、終端設(shè)備維護(hù)成本高、地鐵專用APP下載使用轉(zhuǎn)化率低等瓶頸問題日益突出。同時，新線設(shè)計(jì)由于受未來新技術(shù)發(fā)展趨勢的影響，決策風(fēng)險增高。

近年來，輕量化應(yīng)用在各行各業(yè)飛速發(fā)展，依托于騰訊等平臺，大量降低了服務(wù)及功能對于硬件的依賴，為用戶提供一種“觸手可及，無處不在”便捷獲得服務(wù)的渠道。

本文通過對城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合未來新技術(shù)發(fā)展趨勢，提出成熟地鐵自動售檢票系統(tǒng)架構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)方案及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，為已有線路輕量化改造或新建線路輕量化選型提供參考。

1 行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

架構(gòu)方面：地鐵自動售檢票系統(tǒng)（AFC）架構(gòu)傳統(tǒng)及主流架構(gòu)為五層。但AFC 五層架構(gòu)在系統(tǒng)投資、設(shè)備改造、新線開通接入時，逐漸暴露出弊端，部分城市軌道交通嘗試采用整合清分中心和線路中心的方式，構(gòu)建基于云計(jì)算的AFC 系統(tǒng)，從而達(dá)到精簡系統(tǒng)架構(gòu)、高效利用資源的目的。部分地鐵已實(shí)施三層架構(gòu)研究。

票卡形式方面：互聯(lián)網(wǎng)電子票務(wù)成為主流，傳統(tǒng)實(shí)體票卡逐漸式微。從2015年起隨著智能手機(jī)的普及以及生物識別技術(shù)的發(fā)展，車票不再是傳統(tǒng)意義上的實(shí)體卡片，它演變?yōu)槌丝统俗壍澜煌ǖ奶摂M憑證，如二維碼、NFC、人體生物特征（如人臉、掌/指靜脈、虹膜等）等。

支付方式方面：隨著支付寶、微信、銀聯(lián)云閃付等新型支付方式與人民生活的高度融合，其在AFC 系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用，支付方式呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢。支付技術(shù)改變乘客出行習(xí)慣，在2022年的今天，大多數(shù)人出行，優(yōu)先選擇電子支付。如圖1所示。

圖1

2 發(fā)展困惑

乘客的出行習(xí)慣推動著AFC 運(yùn)營模式、系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)備功能快速變革。這種發(fā)展的速度給運(yùn)營中的地鐵公司帶來困惑：

2.1 運(yùn)營維護(hù)成本高

以廈門地鐵2021年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，乘車碼及電子單程票的使用占比已達(dá)60%，非回收型票卡占比約39%，回收型實(shí)體單程票卡日均使用量約為3000 張，占比不足1%。由于實(shí)體單程票的流通，需要自動售票機(jī)（TVM）具備車票發(fā)售功能，自動檢票機(jī)（AGM）具備回收模塊功能。以廈門地鐵為例，每臺TVM日均發(fā)售單程票5 張，每臺出站AGM日均回收單程票2 張。整體來說，設(shè)備使用量極少但關(guān)聯(lián)維護(hù)工作流程、票務(wù)業(yè)務(wù)流程無法精簡，導(dǎo)致人工投入與運(yùn)營收益產(chǎn)出不對等，且設(shè)備閑置率過高。

2.2 新線選型風(fēng)險高

因AFC 系統(tǒng)線網(wǎng)運(yùn)營的特殊性，新開通線路必須兼容舊線所有現(xiàn)有功能，舊線必須實(shí)現(xiàn)新線所有新功能，導(dǎo)致新線的設(shè)計(jì)與舊線的改造互相制約。雖然在2021年單程票還有一席之地，但2年、3年之后的AFC技術(shù)發(fā)展程度無法預(yù)估，這是已開通多條線路地鐵公司無法逃避的現(xiàn)實(shí)問題。對于已開通多條地鐵線路的城市，存在新線選型決策方面的巨大困難。要么守舊，保持實(shí)體單程票的使用，新線沿用已運(yùn)營線路所有功能，繼續(xù)提供TVM 設(shè)備及AGM 回收模塊；要么革新，取消實(shí)體單程票的應(yīng)用，取消TVM 設(shè)備，在新線開通時線網(wǎng)所有線路同步改造到位。因從新線的功能定位、線網(wǎng)業(yè)務(wù)流程梳理、設(shè)備選型、明確需求、招標(biāo)到建成需要2-3年，導(dǎo)致無論是選擇守舊還是革新方案，都存在無法匹配未來行業(yè)發(fā)展方向的風(fēng)險：如決策正確，可匹配建成后的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展程度；如決策失誤，會存在建成即面臨改造、閑置、報廢的風(fēng)險。

2.3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更新與技術(shù)變革速度不匹配

由于國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等均需時間沉淀、數(shù)據(jù)支撐、行業(yè)統(tǒng)一認(rèn)識才得以形成，而AFC 系統(tǒng)新技術(shù)的應(yīng)用飛速發(fā)展，直接導(dǎo)致規(guī)范的更新落后于技術(shù)發(fā)展速度，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)各軌道公司對于后續(xù)新建線路自動售檢票系統(tǒng)設(shè)備的定位、選型存在頗多爭議。如遵從于技術(shù)、成本影響設(shè)備選型的多方面因素考慮，各地鐵均可以考慮新線設(shè)計(jì)時，減少或直接不再設(shè)置自動售票機(jī)，或直接改變設(shè)備的基本功能、內(nèi)部模塊。如果遵從招標(biāo)當(dāng)時的有效標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，則必須考慮設(shè)計(jì)、招標(biāo)、建設(shè)、運(yùn)營評審各過程需符合當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條款，需仔細(xì)斟酌是否可以承擔(dān)變革迅速帶來建成即開始改造的風(fēng)險。

3 輕量化改造方案設(shè)計(jì)

廈門地鐵綜合成本、服務(wù)、行業(yè)規(guī)范方面的制約條件，結(jié)合已運(yùn)營線路現(xiàn)有資源及后續(xù)線路規(guī)劃方向，提出一種自動售檢票系統(tǒng)架構(gòu)輕量化改造方案。該方案的實(shí)施可實(shí)現(xiàn)去實(shí)體單程票、降低運(yùn)營成本的效果，可向后適應(yīng)未來2、3年AFC 行業(yè)可能的發(fā)展方向，并符合現(xiàn)有行業(yè)規(guī)范，對已開通線路的AFC 系統(tǒng)更新改造影響極小，無須投入新設(shè)備，適用已有多條線路投入運(yùn)營的地鐵公司進(jìn)行架構(gòu)轉(zhuǎn)型時的平穩(wěn)過渡階段。詳細(xì)說明如下：

3.1 輕量級購票小程序應(yīng)用開發(fā)

2021年全網(wǎng)小程序數(shù)量已超700 萬，小程序觸手可及，生活中無處不在,已高度融入人民群眾日常生活。廈門地鐵將建設(shè)一套“輕量級購票小程序”應(yīng)用，充分利用微信小程序高普及性，提高乘客對于使用廈門地鐵購票小程序的接受程度，去除部分乘客不愿意下載地鐵專用APP 的顧慮，進(jìn)而推動電子票卡的接受程度。

3.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)輕量化

設(shè)備集約化：優(yōu)化地鐵自動售檢票系統(tǒng)終端類型，新線的車站站廳不再設(shè)置自動售票機(jī)（TVM）、半自動售票機(jī)（BOM），而是將TVM 及BOM 功能集成為智能乘客自助客服中心，節(jié)省建設(shè)和運(yùn)營成本。

結(jié)構(gòu)精簡化：去掉閘機(jī)（AGM）的單程票回收模塊；將閘機(jī)主控模塊與票卡讀寫器模塊合并，實(shí)現(xiàn)扇門控制、交易生成、票卡讀寫功能。每臺閘機(jī)可節(jié)省主控模塊、回收模塊的成本投入。

外觀輕薄化：閘機(jī)精簡掉回收模塊后，內(nèi)部主要模塊僅剩門模塊及讀寫器模塊。此時，如選擇使用拍打門，小巧輕薄，單位空間內(nèi)可部署更多閘機(jī)通道，提升服務(wù)；又可從拍打門造型上進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升地鐵形象。

3.3 接口標(biāo)準(zhǔn)化

軟件標(biāo)準(zhǔn)化：在設(shè)備結(jié)構(gòu)精簡化的基礎(chǔ)上，建設(shè)廈門地鐵本地行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行大讀寫器軟件標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)。后續(xù)線路建設(shè)，僅采購硬件，軟件直接使用廈門地鐵標(biāo)準(zhǔn)化讀寫器軟件。

入網(wǎng)檢測系統(tǒng)化：在軟件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，同步建設(shè)廈門地鐵硬件準(zhǔn)入檢測平臺。各不同品牌設(shè)備硬件進(jìn)入廈門地鐵線網(wǎng)前，需通過平臺檢測合格，確保提供的讀寫器及扇門等部件符合廈門地鐵地標(biāo)接口。此舉可推動終端軟件線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，減少軟件類型、降低后續(xù)線路軟件開發(fā)難度及費(fèi)用，降低維護(hù)成本，提升維護(hù)效率。

3.4 多功能手持終端機(jī)（PMA）應(yīng)用

對現(xiàn)有手持式檢票機(jī)進(jìn)行深度開發(fā)，從單一的檢票功能，融合傳統(tǒng)的自動售票機(jī)、半自動售票機(jī)功能，增加票卡發(fā)售、充值、乘客事務(wù)處理、AI 互動等功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)售打印紙質(zhì)二維碼單程票等功能。改造后的多功能終端機(jī)，作為客服人員的隨身攜帶設(shè)備，可隨時為乘客提供紙質(zhì)二維碼車票發(fā)售、城市一卡通充值服務(wù)，電子票乘客事務(wù)處理等功能，并可全方位覆蓋老人、學(xué)生、外地乘客等特殊乘客群體。

4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

4.1 微信購票小程序

應(yīng)用HTML5、CSS、JavaScript 等技術(shù)搭建系統(tǒng)界面，實(shí)現(xiàn)程序界面設(shè)計(jì)及功能開發(fā)、數(shù)據(jù)庫搭建。支持用戶掃碼所在車站默認(rèn)進(jìn)站站點(diǎn)、終點(diǎn)站變更、退票、歷史訂單查詢等功能。乘客可直接通過微信調(diào)用購票小程序，無須綁定支付方式，直接選擇站點(diǎn)購買車票，操作便捷靈活。如圖2所示。

圖2

小程序?qū)崟r與電子票務(wù)平臺進(jìn)行購票及取碼數(shù)據(jù)交互，交互過程中以加密形式傳輸，數(shù)據(jù)相關(guān)信息以《廈門市軌道交通線網(wǎng)AFC 技術(shù)規(guī)程》為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。購票流程如圖3所示。

圖3

小程序購票成功后的二維碼可使用二維碼通過AGM 進(jìn)出過閘，實(shí)現(xiàn)通過AGM 將用戶刷碼進(jìn)出站報文及交易文件打包上送至電子票務(wù)平臺；多功能手持終端可支持掃碼查詢相關(guān)信息，并進(jìn)行相關(guān)乘客事務(wù)處理。刷碼流程如圖4所示。

圖4

4.2 多功能手持終端（PMA）

應(yīng)用HTML5、CSS、JavaScript 等技術(shù)搭建系統(tǒng)界面，實(shí)現(xiàn)程序界面設(shè)計(jì)及功能開發(fā)、數(shù)據(jù)庫搭建。實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)二維碼單程票發(fā)售、打印功能，實(shí)現(xiàn)充值、乘客事務(wù)處理、AI互動等功能。下面對聯(lián)網(wǎng)方案、離線進(jìn)出、發(fā)售、AI 互動等主要技術(shù)方案進(jìn)行說明。

4.2.1 聯(lián)網(wǎng)方案

在廈門地鐵云智慧車站系統(tǒng)啟用前，通過運(yùn)營商提供的1 主1 備APN 專線+物聯(lián)網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入。網(wǎng)絡(luò)安全管控措施：采用物聯(lián)網(wǎng)流量卡與設(shè)備物理網(wǎng)卡綁定、生產(chǎn)網(wǎng)無線AP 白名單方式實(shí)現(xiàn)。在云智慧車站啟用后，根據(jù)統(tǒng)一規(guī)劃納入云服務(wù)。云智慧車站啟用前網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)方案如圖5所示。

圖5

4.2.2 斷網(wǎng)二維碼車票進(jìn)出站業(yè)務(wù)處理

按《廈門市軌道交通線網(wǎng)AFC 技術(shù)規(guī)程》中“寬進(jìn)寬出”接口規(guī)范開發(fā)，實(shí)現(xiàn)乘車碼、電子單程票、紙質(zhì)電子二維碼單程票的離線進(jìn)出站及發(fā)售功能。

4.2.3 發(fā)售、退票功能實(shí)現(xiàn)方案

按廈門地鐵APP 電子單程票發(fā)售方式，選擇進(jìn)站（默認(rèn)本站）、出站進(jìn)行電子單程票發(fā)售，選定行程后，展示收款碼給乘客掃碼支付或直接掃乘客付款碼收款。收款成功后，可通過PMA 自帶打印機(jī)打印車票或通過外掛藍(lán)牙打印機(jī)打印紙質(zhì)二維碼車票。二維碼車票可通過顏色區(qū)分優(yōu)惠票卡。如圖6。

圖6

如遇PMA 離線，可按廈門地鐵線網(wǎng)規(guī)范，啟用單機(jī)紙質(zhì)二維碼單程票應(yīng)急池車票進(jìn)行發(fā)售。安全管控措施：PMA必須由具備權(quán)限的操作員登錄后，才可使用應(yīng)急紙質(zhì)二維碼單程票應(yīng)急池車票。

4.2.4 “愛萌”人工智能小助手功能

包含簡單故障處理指導(dǎo)、應(yīng)急預(yù)案現(xiàn)場處置流程、規(guī)章制度等信息庫，包含遠(yuǎn)程呼叫援助功能等。

5 結(jié)語

本文結(jié)合了軌道交通行業(yè)自動售檢票系統(tǒng)現(xiàn)狀及未來技術(shù)發(fā)展趨勢，對AFC 系統(tǒng)架構(gòu)輕量化改造方案及技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了詳細(xì)論述和說明，該方案既可優(yōu)化現(xiàn)有的乘客出行購票方式，又可減少新線自動售檢票系統(tǒng)設(shè)備的采購成本，從而達(dá)到減少運(yùn)營維護(hù)成本，提升乘客服務(wù)的目的，可供各地鐵自動售檢票系統(tǒng)舊線改造及新線建設(shè)參考。