基于云計(jì)算地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

文 / 北京城市快軌建設(shè)管理有限公司 崔鵬鵬 北京京投億雅捷交通科技有限公司 潘云峰

我國(guó)城市化建設(shè)速度的不斷加快，在此背景下，城市軌道交通工程也得到了快速的發(fā)展。目前我國(guó)地鐵網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，售檢票工作壓力極大，原有的地鐵售檢票系統(tǒng)存在著工作效率低、維護(hù)成本高、日常使用不便等問題。為了解決上述問題，本文分析了現(xiàn)有地鐵自動(dòng)檢票系統(tǒng)的不足之處，并結(jié)合我國(guó)地鐵的售檢票現(xiàn)狀，提出了一種基于云計(jì)算技術(shù)的地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和理念，能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵自動(dòng)售檢票和票務(wù)流動(dòng)管理的功能，還能夠降低售檢票工作的設(shè)備成本和人工成本，從而全面提升地鐵管理運(yùn)行效率，希望本文能夠?yàn)槲覈?guó)地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的智能化改進(jìn)提供參考或借鑒。

引言

地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC系統(tǒng))是基于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地鐵的售票、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、清算等全過程的一體化控制系統(tǒng)。地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)從整體上可以分為清分中心、線路計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、乘客終端、車票系統(tǒng)，共五層系統(tǒng)。這五層系統(tǒng)在管理方面實(shí)行逐級(jí)管理，但工作時(shí)各自系統(tǒng)獨(dú)立，從而實(shí)現(xiàn)地鐵售檢票的一系列功能。其中，清分中心負(fù)責(zé)地鐵全線車票數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)各運(yùn)行線路的票款情況和客流情況；線路計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集、處理并儲(chǔ)存線路的售檢票數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)行過程中的一些其他數(shù)據(jù)，接收ACC下發(fā)的參數(shù)并向ACC上傳本線路的各自運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，是一個(gè)綜合數(shù)據(jù)傳輸中心；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要接收從LC下發(fā)的參數(shù)并想LC上傳本線路的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，同時(shí)完成票卡和現(xiàn)金的管理；乘客終端主要是車站內(nèi)常見的自動(dòng)售票機(jī)和自動(dòng)檢票機(jī)；車票系統(tǒng)則是與乘客直接接觸的一部分，與車站終端設(shè)備配合完成檢票，目前我國(guó)地鐵領(lǐng)域主要使用的是接觸式IC卡類型的車票。

這種傳統(tǒng)的五層地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在資源浪費(fèi)過度、安全性低、數(shù)據(jù)混亂、后期維護(hù)成本高、兼容性差等問題，影響了地鐵運(yùn)行管理的效率。云計(jì)算作為一種先進(jìn)的計(jì)算模式，已經(jīng)應(yīng)用到了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。因此，如何借助云計(jì)算的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步完善地鐵系統(tǒng)的售檢票管理工作，成為了軌道交通相關(guān)部門亟待解決的問題。

云計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)逐漸興起。云計(jì)算是一種分布式的計(jì)算方法，通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無數(shù)個(gè)小程序，然后，通過多種服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，得到結(jié)果后反饋給用戶?，F(xiàn)階段的云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了比較高的水平，不再局限于分布式計(jì)算，而是將分布式計(jì)算、負(fù)載均衡、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化技術(shù)、熱備份技術(shù)等多種計(jì)算技術(shù)結(jié)合的一種綜合性計(jì)算機(jī)技術(shù)。云計(jì)算相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)如下：

一是虛擬化。虛擬化是云計(jì)算最顯著的特點(diǎn)，包括應(yīng)用虛擬和資源虛擬。虛擬化突破了空間和時(shí)間的界限，只要在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，用戶便能獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源，但是它是虛擬的，物理平臺(tái)和應(yīng)用部署的環(huán)境在空間上沒有任何聯(lián)系，用戶并不需要了解應(yīng)用的存儲(chǔ)和運(yùn)行位置，只需要一臺(tái)終端設(shè)備就能夠達(dá)成使用需求。

二是按需部署。計(jì)算機(jī)包含了許多應(yīng)用和軟件，這些應(yīng)用和軟件與數(shù)據(jù)資源庫是對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在傳統(tǒng)模式下，用戶在使用不同的應(yīng)用時(shí)，需要計(jì)算系統(tǒng)有較強(qiáng)的計(jì)算能力對(duì)資源進(jìn)行部署，而云計(jì)算能夠根據(jù)用戶的需求快速匹配計(jì)算能力適用的系統(tǒng)和資源。

三是可靠程度高。云計(jì)算包含多種技術(shù)方法，如計(jì)算節(jié)點(diǎn)適配、數(shù)據(jù)副本容錯(cuò)，在服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響計(jì)算與應(yīng)用的正常進(jìn)行。因?yàn)閱吸c(diǎn)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)可以通過虛擬化技術(shù)將分布在不同物理服務(wù)器上面的應(yīng)用進(jìn)行恢復(fù)或是利用動(dòng)態(tài)擴(kuò)展功能部署新的服務(wù)器進(jìn)行重新計(jì)算。

四是兼容性高。目前我國(guó)市場(chǎng)上絕大多數(shù)的互聯(lián)網(wǎng)軟件和硬件都支持虛擬化技術(shù)，如存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)等。云系統(tǒng)數(shù)據(jù)虛擬倉庫中包含了各式各樣的虛擬化數(shù)據(jù)，可見云計(jì)算的兼容性非常高，既可以獲得更高的計(jì)算能力，又可以兼容一些配置非常低的機(jī)器，給用戶日常的使用帶來了方便。

基于云計(jì)算技術(shù)的地鐵售檢票系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我國(guó)地鐵售檢票系統(tǒng)管理現(xiàn)狀分析

目前我國(guó)大多數(shù)城市的地鐵售檢票系統(tǒng)均是采用單線管理的方式，以幾個(gè)重點(diǎn)城市為例，地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的管理現(xiàn)狀如表1所示。

表1 五大城市地鐵售檢票系統(tǒng)管理現(xiàn)狀

這些城市均設(shè)置了區(qū)域管理中心，總領(lǐng)各站點(diǎn)的售檢票工作，其中，北京和廣州采用多線路控制中心的模式；上海采用單線路控制中心的模式；南京則采用分區(qū)域管理的模式。

基于云計(jì)算的地鐵AFC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.總體結(jié)構(gòu)

基于云計(jì)算的地鐵AFC系統(tǒng)就是CAFC系統(tǒng)，其中C代表云計(jì)算。經(jīng)過上述對(duì)云計(jì)算特點(diǎn)的總結(jié)和對(duì)我國(guó)AFC系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，旨在解決AFC系統(tǒng)的現(xiàn)存問題，決定依舊采用分層結(jié)構(gòu)體系，在層級(jí)內(nèi)改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，總體將CAFC系統(tǒng)分為三個(gè)層次。

第一層是車票，是乘客所持有的車費(fèi)支付媒介。

第二層是終端設(shè)備，安裝在各車站的車站廳，直接為乘客提供售檢票服務(wù)的設(shè)備，規(guī)定了車站終端設(shè)備及運(yùn)營(yíng)管理的技術(shù)要求，該層可使系統(tǒng)與乘客完成信息交互。

第三層是“云端系統(tǒng)”。在新型AFC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，第三層做出了較大改變，云計(jì)算技術(shù)運(yùn)行過程中所需要的全部軟硬件構(gòu)成了AFC云中心，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的功能：一是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行集中采集后，能夠迅速的處理和分析數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)；二是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)算設(shè)備的集中管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控。CAFC系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 CAFC系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.軟件結(jié)構(gòu)

在地鐵CAFC系統(tǒng)中，軟件保證了云計(jì)算相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)，是系統(tǒng)的核心部分。主要軟件有云計(jì)算中心軟件、票務(wù)管理終端軟件和車站終端設(shè)備軟件。

其中，云計(jì)算中心軟件在所有云計(jì)算相關(guān)軟件中最為關(guān)鍵，分為集群級(jí)和應(yīng)用級(jí)兩個(gè)層級(jí)。該軟件具有實(shí)時(shí)遷移數(shù)據(jù)的功能，可以應(yīng)用于系統(tǒng)內(nèi)的大部分軟件，此外，還能夠幫助系統(tǒng)分擔(dān)部分服務(wù)功能，提升了系統(tǒng)的整體效率；票務(wù)終端軟件可以利用云計(jì)算中心的交互功能，在登錄系統(tǒng)中完成票務(wù)信息的處理，進(jìn)行工作交接。

在票務(wù)管理終端的桌面云中，虛擬資源技術(shù)和Web訪問技術(shù)相結(jié)合，Web訪問技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)云計(jì)算中心的訪問，進(jìn)行虛擬資源的調(diào)配，最終建立起兩部分之間的鏈接，使票務(wù)信息透明化；在設(shè)計(jì)車站終端設(shè)備軟件時(shí)，考慮到計(jì)算資源的利用率，決定選用嵌入式Windows系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)的雙層構(gòu)架，能夠最大限度的減少計(jì)算資源的浪費(fèi)。

車站終端設(shè)備軟件由操作系統(tǒng)和應(yīng)用端兩部分組成，依靠計(jì)算中心，能夠完成對(duì)軟件的遠(yuǎn)程調(diào)控和更新升級(jí)，極大的提高了終端的操作便利性。

結(jié)論

相比傳統(tǒng)的地鐵AFC系統(tǒng)，新型CAFC系統(tǒng)簡(jiǎn)化了整體結(jié)構(gòu)（五層體系變?yōu)槿龑芋w系），減少了系統(tǒng)容量，提高了計(jì)算資源和數(shù)據(jù)資源的利用率。此設(shè)計(jì)在一定程度上能夠解決我國(guó)地鐵AFC系統(tǒng)的現(xiàn)存問題，推動(dòng)我國(guó)的地鐵事業(yè)朝著綠色低碳、可持續(xù)的方向發(fā)展。