城市軌道交通AFC智慧系統(tǒng)架構(gòu)研究

隋麗莉，張 莉，張 坤，孟怡聲

（北京軌道交通路網(wǎng)管理有限公司，北京 100101）

智慧化的軌道交通自動(dòng)售檢票（AFC）兩層架構(gòu)系統(tǒng)在傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合了互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、監(jiān)視中心的全部需求，為智慧地鐵建設(shè)的 AFC智能化管理和智慧化服務(wù)建設(shè)指明方向。

1 現(xiàn)有AFC系統(tǒng)建設(shè)概況

傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)多數(shù)采用5層架構(gòu)模式，分為清分中心（ACC）、線路中心（LC）、車站計(jì)算機(jī)（SC）、終端設(shè)備（SLE）、車票。架構(gòu)層級(jí)分明，各層級(jí)系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)職責(zé)，保證AFC系統(tǒng)為地鐵乘客提供便捷服務(wù)。其中ACC為系統(tǒng)清分中心，承擔(dān)著軌道交通線網(wǎng)票款清分清算、客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，一票通票卡的發(fā)行和管理，售票終端的認(rèn)證管理等功能；LC為線路中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)線網(wǎng)級(jí)的運(yùn)營管理、下屬車站的參數(shù)管理、設(shè)備軟件管理等；SC為車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車站運(yùn)營管理、車站設(shè)備管理、車站級(jí)系統(tǒng)管理、車站數(shù)據(jù)管理、車站收益管理、車站報(bào)表管理、車站權(quán)限管理等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)車站級(jí)票務(wù)、維修、與多線路管理中心（MLC）/LC系統(tǒng)通信傳輸數(shù)據(jù)，接收 MLC/LC下發(fā)參數(shù)、模式、指令等信息，對(duì)車站 AFC 系統(tǒng)進(jìn)行整體管理，并上傳本站相關(guān)運(yùn)營數(shù)據(jù)；SLE為終端設(shè)備層，通過終端設(shè)備為乘客提供購票、補(bǔ)票、充值、進(jìn)/出站等服務(wù)；車票層重點(diǎn)關(guān)注票卡信息，實(shí)現(xiàn)卡的使用信息記錄，對(duì)車票的信息有效性進(jìn)行驗(yàn)證，并記錄和產(chǎn)生交易數(shù)據(jù)，上傳至上層中心系統(tǒng)。

近幾年，伴隨著各超一線、一線、二線等人口巨大的城市化地鐵建設(shè)逐漸成熟化，軌道交通城市運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，線網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，為滿足網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的需要，降本增效，提出多線共用線路中心系統(tǒng)概念并在多地實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用，如：北京地鐵多線路共用線路中心系統(tǒng)（MLC）、南京地鐵區(qū)域線路中心系統(tǒng)（ZLC）、深圳地鐵多線共享中心系統(tǒng)（CLC）等。鄭州地鐵在借鑒南京、北京、深圳等地建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，結(jié)合云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的發(fā)展趨勢及線路建設(shè)的實(shí)際需要，通過大量調(diào)研、方案討論及多次技術(shù)瓶頸的突破，融合MLC系統(tǒng)和ACC系統(tǒng)，建設(shè)了鄭州地鐵自動(dòng)售檢票線網(wǎng)管理中心系統(tǒng)（ANCC）。

另一方面，在傳統(tǒng)AFC 5層架構(gòu)滿足基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用，各地為滿足非現(xiàn)金業(yè)務(wù)需求，采用云平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行了兩層架構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中心系統(tǒng)建設(shè)，并提供相應(yīng)手機(jī)端APP系統(tǒng)，滿足乘客的日常出行需求。

同時(shí)為提高AFC系統(tǒng)運(yùn)營效率，AFC監(jiān)視中心進(jìn)行落地建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì) AFC 系統(tǒng)各層級(jí)設(shè)備數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、軟件版本、客流數(shù)據(jù)、票卡數(shù)據(jù)等統(tǒng)一監(jiān)控管理，及時(shí)對(duì)運(yùn)營發(fā)生的問題進(jìn)行統(tǒng)一處理。參數(shù)升級(jí)時(shí)管理分散，降低效率，人力物力成本增加，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提供決策支持。

以北京AFC系統(tǒng)架構(gòu)體系為例，系統(tǒng)建設(shè)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 當(dāng)前北京軌道交通AFC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall architecture of the current AFC system for Beijing rail transit

雖然近年來，AFC系統(tǒng)進(jìn)行各層級(jí)的系統(tǒng)建設(shè)，包括LC層的多線路中心系統(tǒng)共建，ACC層與LC層的線網(wǎng)中心級(jí)系統(tǒng)共建，互聯(lián)網(wǎng)中心系統(tǒng)搭建，監(jiān)視中心平臺(tái)建設(shè)。但各業(yè)務(wù)仍有明顯的層級(jí)區(qū)分，只是在一定程度上簡化了系統(tǒng)層級(jí)，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)不統(tǒng)一，需要各自進(jìn)行建設(shè)，仍需要大量的技術(shù)設(shè)施建設(shè)成本；系統(tǒng)間數(shù)據(jù)不能共享，傳輸層的數(shù)據(jù)差異，異常糾紛仍消耗大量人力資源；同時(shí)，系統(tǒng)主要的關(guān)注點(diǎn)仍是解決常規(guī)的售檢票服務(wù)，無法滿足多層次、多樣化的乘客出行需求，智慧運(yùn)營、智慧維修、智慧客流等高層次的智慧交通的建設(shè)需求日益迫切。

2 AFC智能化管控系統(tǒng)

智慧地鐵建設(shè)是國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)信息化建設(shè)的重點(diǎn)，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)智能化的新一代AFC系統(tǒng)，是適應(yīng)智慧城市建設(shè)，滿足智慧化型軌道交通運(yùn)營管理的必然要求。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)大量應(yīng)用，技術(shù)成熟度不斷提升，在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用，國內(nèi)已有其他城市基于云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建軌道交通信息化設(shè)施，正在不斷推廣應(yīng)用；AFC監(jiān)視中心集中化管理模式為未來在多運(yùn)營主體條件下AFC2.0 系統(tǒng)的集中管理方式在管理上進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備，監(jiān)視中心系統(tǒng)扁平化的直連設(shè)備的技術(shù)架構(gòu)為 AFC2.0 系統(tǒng)的大規(guī)模（超過18 000臺(tái)）設(shè)備直管技術(shù)進(jìn)行了有效的驗(yàn)證。因此，云化的 AFC2.0 系統(tǒng)建設(shè)在業(yè)務(wù)、管理和技術(shù)上都具有完全的可行性。AFC2.0 系統(tǒng)改變傳統(tǒng)的從SLE到SC，到LC/MLC，到ACC的4層結(jié)構(gòu)體系，采用扁平化的兩層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即由云化 AFC 中心系統(tǒng)直接連接和控制終端設(shè)備。具體如圖2所示。

圖2 AFC2.0系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.2 Overall architecture of the system of AFC 2.0

AFC2.0 系統(tǒng)采用云計(jì)算技術(shù)，整合原有的車站SC 系統(tǒng)、 MLC 系統(tǒng)、監(jiān)視中心系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)系統(tǒng)，構(gòu)建一體化的 AFC 云中心系統(tǒng)，節(jié)約資源，數(shù)據(jù)共享，提供完整的 AFC 業(yè)務(wù)管理服務(wù)。AFC 終端設(shè)備（包括 AG、TVM、BOM、ITVM 等）直接與云中心系統(tǒng)連接，上傳AFC 交易數(shù)據(jù)，接收云中心系統(tǒng)的控制指令，為乘客提供售檢票服務(wù)。在車站級(jí)設(shè)置邊緣計(jì)算服務(wù)器，為生物識(shí)別、智慧地鐵等業(yè)務(wù)提供車站級(jí)的邊緣計(jì)算服務(wù)。同時(shí)邊緣計(jì)算服務(wù)器也作為 AFC2.0 系統(tǒng)的車站應(yīng)急服務(wù)器，用于網(wǎng)絡(luò)故障等突發(fā)情況下對(duì)終端設(shè)備的應(yīng)急保障支撐。邊緣計(jì)算服務(wù)器根據(jù)具體業(yè)務(wù)需要靈活配置，可以每站設(shè)置，也可以幾個(gè)相鄰站共享一套。車站業(yè)務(wù)人員、企業(yè)管理人員、中心管理人員都直接訪問云中心系統(tǒng)，按照各自的業(yè)務(wù)職責(zé)、管轄權(quán)限和范圍完成 AFC 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理工作。在云中心系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)置系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換，包括對(duì)內(nèi)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，如 ACC 系統(tǒng)接口、大數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)接口等；對(duì)外部的一卡通接口，第三方支付接口等；互聯(lián)網(wǎng)的安全接入，支撐互聯(lián)網(wǎng)APP，為乘客提供移動(dòng)售檢票服務(wù)。

3 系統(tǒng)優(yōu)勢

3.1 層級(jí)簡化，業(yè)務(wù)擴(kuò)充

AFC2.0系統(tǒng)采用兩層的扁平化架構(gòu)，并整合了傳統(tǒng)票務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)，有利于票務(wù)服務(wù)智能化，持續(xù)開展乘客服務(wù)細(xì)化。AFC上云后，根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，以傳統(tǒng)的AFC業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)以及監(jiān)視中心整體協(xié)調(diào)的業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，采用全新的模式進(jìn)行整合。使AFC上云后具備現(xiàn)有3個(gè)板塊的內(nèi)容，并有機(jī)結(jié)合，減少因多個(gè)系統(tǒng)存在而導(dǎo)致的重復(fù)建設(shè)和系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口，統(tǒng)一運(yùn)維管理等。

3.2 降低建設(shè)成本

AFC上云后的系統(tǒng)統(tǒng)一建設(shè)，改變?cè)芯€路中心、車站中心、監(jiān)視中心、互聯(lián)網(wǎng)、ACC 多個(gè)系統(tǒng)分別建設(shè)的格局，采用大量交易數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)集中處理和存儲(chǔ)及管理，減少重復(fù)建設(shè)，節(jié)省系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維投資。同時(shí)，系統(tǒng)除設(shè)備外，做到了一中心，統(tǒng)籌全路網(wǎng)數(shù)據(jù)，在新線接入、新站接入時(shí)更加簡化，極大地降低了線網(wǎng)擴(kuò)充的接入實(shí)施難度，為新線及新站的接入提供安全可靠的保障。

以北京路網(wǎng)多線路管理中心為例，MLC系統(tǒng)建設(shè)服務(wù)器資源說明如表1所示。

表1 MLC建設(shè)資源評(píng)估說明Tab.1 Assessment description of MLC construction resource

目前北京地鐵網(wǎng)包含7個(gè)MLC系統(tǒng)，每個(gè)MLC進(jìn)行單獨(dú)建設(shè)，所需硬件資源不能共享，資源利用率難以提升。

統(tǒng)一中心化的AFC2.0系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了硬件資源的各業(yè)務(wù)層級(jí)資源共享，系統(tǒng)維護(hù)上采用統(tǒng)一的用戶管理服務(wù)進(jìn)行各業(yè)務(wù)層級(jí)的需求支撐、運(yùn)維，極大地縮減了系統(tǒng)建設(shè)成本，達(dá)到了降本增效的良好效果。

3.3 智能運(yùn)行，系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)

傳統(tǒng) AFC 系統(tǒng)，在運(yùn)營時(shí)段內(nèi)，為滿足乘客服務(wù)，運(yùn)營企業(yè)要求所有車站設(shè)備開機(jī)率100%。售票類設(shè)備在通勤車站全部開機(jī)，使用率低，既不經(jīng)濟(jì)又不科學(xué)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，采用人工智能技術(shù)對(duì) AFC 系統(tǒng)運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以有效地對(duì)運(yùn)營時(shí)段設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)管理。依據(jù)全網(wǎng)現(xiàn)在的日均客流數(shù)量，評(píng)估不同設(shè)備群組在不同時(shí)間服務(wù)供應(yīng)量，有計(jì)劃啟用或停用設(shè)備，減少設(shè)備損耗、降低設(shè)備故障，如：每天每站的設(shè)備幾點(diǎn)開機(jī)、多少臺(tái)設(shè)備開機(jī)、每個(gè)運(yùn)行時(shí)段多少臺(tái)設(shè)備提供服務(wù)、如果一臺(tái)設(shè)備故障，需要哪臺(tái)設(shè)備開啟提供服務(wù)。通過上述智能計(jì)算，降低成本的同時(shí)提高設(shè)備利用率，使AFC系統(tǒng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)科學(xué)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

3.4 智能維修，設(shè)備狀態(tài)精準(zhǔn)跟蹤

傳統(tǒng) AFC 系統(tǒng)的運(yùn)營維修，是計(jì)劃修。為滿足全設(shè)備提供服務(wù)的要求，運(yùn)營企業(yè)對(duì)所有的故障設(shè)備全部維修，且維修時(shí)間要求基本一致，維修維護(hù)成本高。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，采用人工智能技術(shù)對(duì) AFC 系統(tǒng)運(yùn)營數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)每座車站當(dāng)前時(shí)段的客流特點(diǎn)，精準(zhǔn)計(jì)算出運(yùn)營時(shí)段內(nèi)每站每類型設(shè)備提供服務(wù)的數(shù)量，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備故障時(shí)，合理分配設(shè)備維修時(shí)間，以提高維修效率，并降低維修成本。

3.5 智能服務(wù)，緊跟智慧地鐵建設(shè)大方向

隨著政府對(duì)智慧化的要求，AFC 系統(tǒng)也要滿足人們對(duì)美好生活的需要。由傳統(tǒng)的“我們提供什么，乘客使用什么”，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺丝托枰裁?，我們就提供什么”。乘客由原來的紙票乘車，到使用IC 卡乘車，到使用二維碼乘車，隨著社會(huì)的發(fā)展和人們的需要，未來 AFC 系統(tǒng)需要滿足乘客的刷臉乘車、電子身份證乘車等需求。為了快速滿足乘客的需要，AFC 系統(tǒng)就需要由原來的各層系統(tǒng)更改程序來實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)而提供服務(wù)的方式，改變?yōu)橛芍行奶峁┓?wù)規(guī)則，系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)識(shí)別并提供服務(wù)的方式。提高系統(tǒng)的自我適應(yīng)和調(diào)整的能力，減少投資成本，提高服務(wù)效率。AFC 上云后強(qiáng)化了設(shè)備使用數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、乘客行為數(shù)據(jù)、票務(wù)人員操作行為數(shù)據(jù)等的智能感知，結(jié)合新建的智能控制平臺(tái)，才能實(shí)現(xiàn) AFC 系統(tǒng)的智能化轉(zhuǎn)型，提升系統(tǒng)的控制能力和服務(wù)擴(kuò)展能力。

4 結(jié)束語

AFC2.0系統(tǒng)將車票以上的傳統(tǒng)4層架構(gòu)層級(jí)系統(tǒng)精簡為兩層架構(gòu)層級(jí)系統(tǒng)的同時(shí)，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及監(jiān)視中心進(jìn)行融合，加強(qiáng)了對(duì)AFC系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的管控，對(duì)地鐵內(nèi)出行數(shù)據(jù)的完整信息鏈進(jìn)行全程管控，解決系統(tǒng)層級(jí)間的對(duì)賬糾紛，并增加對(duì)設(shè)備的管控能力，做到對(duì)乘客行為的及時(shí)響應(yīng)，使AFC傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營得到了質(zhì)的提升。同時(shí)，智慧化的數(shù)據(jù)分析、感知能力，提升了乘客服務(wù)質(zhì)量，是智慧出行的一大步，緊跟智慧地鐵、智慧城市的大趨勢，使地鐵出行體驗(yàn)具備無限的可能。