武漢地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)研究

周 彪

（武漢地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，武漢 430000）

AFC（Automatic Fare Collection）即自動(dòng)售檢票系統(tǒng)，是一種在地鐵交通領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的智能化車票業(yè)務(wù)體系。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)用了多種信息化及自動(dòng)化手段，例如互聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能芯片識(shí)別技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等。借助該系統(tǒng)能夠使軌道交通體系中的車票銷售、檢票進(jìn)站、出站計(jì)費(fèi)及統(tǒng)計(jì)分析等業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和現(xiàn)代化，提高地鐵交通的運(yùn)行效率。

作為保障地鐵交通自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵組成部分，自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的重要性不言而喻。而隨著信息化及智能化技術(shù)的發(fā)展，如何進(jìn)一步提升自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平，使之更加高效的運(yùn)轉(zhuǎn)就成為了廣大地鐵員工必須關(guān)注的問(wèn)題。為了深入探究AFC 系統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)核、提升科技創(chuàng)新水平，本文對(duì)武漢地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)等內(nèi)容展開(kāi)了分析。

1 AFC 發(fā)展歷程

世界上第一套AFC 系統(tǒng)于1967 年在法國(guó)巴黎地鐵安裝使用成功。早期AFC 系統(tǒng)面向單一線路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理，由于技術(shù)要求難以統(tǒng)一，各國(guó)家城市需求不同，AFC 系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計(jì)及功能、運(yùn)營(yíng)管理有很大不同。如日本使用小磁票作為單程票，PET 磁票作為定值儲(chǔ)值票；美國(guó)使用磁票作為單程票等。我國(guó)地鐵事業(yè)起步較晚，大量技術(shù)需要自主研發(fā)，經(jīng)歷了從無(wú)到有、從小到大的過(guò)程，AFC 的發(fā)展同樣如此。這里以作者所在的武漢地鐵為例，介紹該市地鐵AFC 系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

2005 年7 月，武漢市1 號(hào)線一期工程AFC 系統(tǒng)完成設(shè)備調(diào)試并投入使用。一期開(kāi)通時(shí)，自動(dòng)售票機(jī)可使用5 元、10 元面值人民幣，閘機(jī)全使用三桿機(jī)芯控制。2010 年5 月，在一期車站每站均增加了1 組寬通道閘機(jī)，方便攜帶行李、拖車等物品的乘客進(jìn)出車站。2011年12 月15 日，1 號(hào)線中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（LLC 系統(tǒng)）正式接入AFC 清算中心系統(tǒng)（ACC 系統(tǒng)）。2012 年12月，2 號(hào)線工程自動(dòng)售檢票系統(tǒng)完成設(shè)備調(diào)試并投入使用。并在自動(dòng)售票機(jī)上增設(shè)紙幣找零模塊，可找零5元、1 元紙幣，減少了硬幣儲(chǔ)備量。2012 年11 月，運(yùn)營(yíng)公司完成新密鑰改造工作，實(shí)現(xiàn)了1 號(hào)線和2 號(hào)線自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的互聯(lián)互通，同時(shí)將流通在外使用的M1型票卡更換成CPU 型票卡。2013 年4 月，根據(jù)市人民政府相關(guān)文件，為實(shí)現(xiàn)老年票新票種在武漢軌道交通設(shè)備上正常應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)公司完成老年票新版軟件部署工作。2016 年12 月，6 號(hào)線一期自動(dòng)售檢票系統(tǒng)完成設(shè)備調(diào)試并投入使用。將自動(dòng)售票機(jī)的紙幣接收模塊和紙幣找零模塊綜合為紙幣循環(huán)找零模塊，目前可循環(huán)找零5 元、10 元紙幣，減少自動(dòng)售票機(jī)內(nèi)的現(xiàn)金周轉(zhuǎn)量。2017 年12 月，8 號(hào)線一期和陽(yáng)邏線自動(dòng)售檢票系統(tǒng)系完成設(shè)備調(diào)試并投入使用。2018 年10 月，7 號(hào)線一期和11 號(hào)線一期自動(dòng)售檢票系統(tǒng)完成設(shè)備調(diào)試并投入使用。此外，隨著移動(dòng)支付的普及，武漢地鐵也積極探索電子化支付方式的對(duì)接，目前已實(shí)現(xiàn)了云閃付、支付寶、微信支付方式的接入。

2 AFC 系統(tǒng)架構(gòu)分析

AFC 系統(tǒng)在架構(gòu)方面共包含5 個(gè)層次，從下向上分別是用戶可以接觸到的票據(jù)層和車站終端設(shè)備層、基層站點(diǎn)相關(guān)的車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層、線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層及最上面的軌道交通清算系統(tǒng)層，如圖1所示。

圖1 AFC 體系架構(gòu)

第一層：AFC 清算中心系統(tǒng)（AFC Clearing Center）層，也被簡(jiǎn)稱為ACC 系統(tǒng)。這一層處于架構(gòu)中的最上層，承擔(dān)著自動(dòng)售檢票系統(tǒng)與公共一卡通結(jié)算系統(tǒng)（及其他支付結(jié)算系統(tǒng)）的對(duì)接工作，并負(fù)責(zé)收集AFC 自動(dòng)售檢票系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的各種交易數(shù)據(jù)，以便于財(cái)務(wù)對(duì)賬。同時(shí)，該層還對(duì)車票及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中的各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定，并將自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)一和規(guī)范化。

第二層：線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Line Central Compute）層，也被簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)CC 層。這一層接收上一層發(fā)來(lái)的指令信號(hào)，并實(shí)施對(duì)其所負(fù)責(zé)線路中自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理，同時(shí)保障相關(guān)信令及參數(shù)的上發(fā)工作。

第三層：車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Station Computer）層，也被簡(jiǎn)稱為SC 層。其處于架構(gòu)的中間，起到承上啟下的作用。向下對(duì)車站終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和管理，將運(yùn)營(yíng)中形成的各種支付信息進(jìn)行匯聚。向上則將匯聚到的數(shù)據(jù)傳遞給LCC 層進(jìn)行處理。

第四層：車站終端設(shè)備（Station Level Equipment）層，也被簡(jiǎn)稱為SLE 層。這一層的工作由各種售票設(shè)備和檢票設(shè)備承載，這些設(shè)備一般部署在地鐵的大廳或?qū)ｉT(mén)的票務(wù)中心，是一種直接面向乘客的終端設(shè)備。

第五層：這一層主要與乘坐地鐵的車票相關(guān)，也被稱為車票媒介層。車票必須要能與設(shè)備相匹配并能夠方便地進(jìn)行結(jié)算。因此這一層對(duì)車票的材質(zhì)、物理及電子特征和支付安全性等指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)范。

在上面的5 層中，第三和第四層與作者的工作內(nèi)容銜接較為緊密，本文后面內(nèi)容主要涉及的是對(duì)這2層的分析。

3 車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（SC 系統(tǒng)）對(duì)車站終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，是AFC 系統(tǒng)中的重要一環(huán)。車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要功能模塊包括：運(yùn)營(yíng)管理模塊、收益處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、班次管理模塊、參數(shù)管理模塊、操作員權(quán)限管理模塊、日志記錄模塊、報(bào)表生成模塊和運(yùn)營(yíng)結(jié)束程序模塊等。因?yàn)楣δ苣K較多，本文抽取較為核心的幾個(gè)模塊進(jìn)行分析。

3.1 運(yùn)營(yíng)管理模塊

運(yùn)營(yíng)管理模塊所涉及的功能主要包括對(duì)SLE 層中的各種終端設(shè)備的運(yùn)行情況，以及乘客流量情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。系統(tǒng)的該模塊需要能夠?qū)κ蹤z票設(shè)備、閘機(jī)設(shè)備等硬件機(jī)器的狀態(tài)進(jìn)行全面的監(jiān)控，即監(jiān)測(cè)要具備全面性。并且這些狀態(tài)數(shù)據(jù)需要以可視化的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，以便于工作人員以直觀的方式了解設(shè)備的狀態(tài)，因此該模塊需要強(qiáng)大的表現(xiàn)層技術(shù)作為支撐。當(dāng)所監(jiān)控的設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)檢測(cè)出來(lái)，即監(jiān)測(cè)需要具有實(shí)時(shí)性。并且異常點(diǎn)位可以在可視化界面中突出表現(xiàn)出來(lái)，以便于工作人員及時(shí)處理。此外，監(jiān)測(cè)出的異常報(bào)警要能準(zhǔn)確體現(xiàn)設(shè)備標(biāo)識(shí)、故障代碼、故障產(chǎn)生時(shí)間和結(jié)束時(shí)間等信息，以便于故障原因的分析，即監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要具備完備性。

3.2 收益處理模塊

車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的收益處理模塊需要能夠?qū)囌驹O(shè)備的車票、現(xiàn)金及班次等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在現(xiàn)金處理部分，收益處理模塊的管理員通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)到車站售票機(jī)的現(xiàn)金接收箱的更新和替換情況，并同步生成現(xiàn)金箱替換報(bào)告，該報(bào)告的詳細(xì)信息應(yīng)包含現(xiàn)設(shè)備的唯一ID標(biāo)識(shí)、現(xiàn)金接收箱的ID標(biāo)識(shí)、現(xiàn)金總量、各幣值現(xiàn)金金額量和對(duì)應(yīng)張數(shù)、現(xiàn)金接收箱的啟用時(shí)間和被更換時(shí)間以及操作現(xiàn)金箱的人員ID等。在電子化貨幣部分，不涉及現(xiàn)金箱的更換和現(xiàn)金處理操作，但同樣需要記錄支付和賬務(wù)詳情信息。在車票管理部分，需要記錄交易時(shí)間、出票設(shè)備ID標(biāo)識(shí)、車票標(biāo)識(shí)、車票金額和起始站信息等交易數(shù)據(jù)。所有上述數(shù)據(jù)需要具備增量及全量備份功能，可按照設(shè)定時(shí)間周期生產(chǎn)收益報(bào)告。

3.3 數(shù)據(jù)處理模塊

車站設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的管理過(guò)程應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：首先，車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（SC 層）應(yīng)可以將設(shè)備交易數(shù)據(jù)、車站收益數(shù)據(jù)、設(shè)備寄存器數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)向上提交給中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層（LCC 層）處理，并且接收到上層下發(fā)來(lái)的操作指令、相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)后，以有序方式向下傳遞給各種售票檢票設(shè)備。其次，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層（SC 層）和中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層（LCC層）之間的信號(hào)傳輸除可以通過(guò)實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)的方式進(jìn)行外，還應(yīng)可以兼容網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)的斷網(wǎng)情況，能夠以移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)的方式進(jìn)行。同時(shí)，未傳輸數(shù)據(jù)本地存檔，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后再進(jìn)行同步。

3.4 參數(shù)管理模塊

車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層（SC 層）應(yīng)能接收中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層（LCC 層）下達(dá)的系統(tǒng)參數(shù)，同時(shí)將參數(shù)下達(dá)到相關(guān)車站設(shè)備。參數(shù)管理模塊具備對(duì)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)和正確性確認(rèn)的能力，確認(rèn)正確性后的參數(shù)由SC 下發(fā)到各種設(shè)備，并且應(yīng)具備離線恢復(fù)后自動(dòng)向相鄰層同步參數(shù)的能力。被賦予相應(yīng)權(quán)限的管理人員可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行查詢，但為了保障系統(tǒng)的不可篡改性，管理員不可對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改。參數(shù)管理說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1 參數(shù)管理說(shuō)明

4 車站終端系統(tǒng)

4.1 自動(dòng)售票機(jī)

4.1.1 設(shè)備功能分析

自動(dòng)售票機(jī)（Ticket Vending Machine）也被簡(jiǎn)稱為T(mén)VM 設(shè)備（圖2），負(fù)責(zé)向乘客銷售地鐵車票。因此該類設(shè)備被置于非付費(fèi)區(qū)內(nèi)，例如地鐵大廳或?qū)俚氖燮遍g。由于采用無(wú)人值守的方式提供給乘客自助使用，因此該設(shè)備具備簡(jiǎn)潔友好的人機(jī)交互界面。

圖2 自動(dòng)售票機(jī)

根據(jù)乘客支付選項(xiàng)的不同，TVM 設(shè)備提供現(xiàn)金和電子貨幣支付方式，對(duì)于現(xiàn)金支付方式時(shí)還需配置找零處理模塊。此外，根據(jù)地鐵的具體不同運(yùn)營(yíng)方式，TVM 設(shè)備還需配置若干種服務(wù)模式以供選擇，例如純充值模式（此時(shí)TVM 設(shè)備即為充值機(jī)）、純售票模式（此時(shí)TVM 設(shè)備即為售票機(jī)）等。

4.1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

TVM 在硬件上主要包含以下幾個(gè)部分：主控單元、儲(chǔ)值票處理模塊、紙幣處理模塊、硬幣處理模塊、電子支付處理模塊、觸感式乘客操作顯示模塊、單據(jù)打印機(jī)、維修面板和I/O 處理模塊等。其內(nèi)部邏輯如圖3所示。

圖3 TVM 邏輯結(jié)構(gòu)圖（部分）

4.2 自動(dòng)檢票機(jī)

4.2.1 設(shè)備功能分析

自動(dòng)檢票機(jī)（Automatic Gate Machine）也被簡(jiǎn)稱為AGM 設(shè)備（圖4），主要負(fù)責(zé)對(duì)車票進(jìn)行驗(yàn)證從而操作閘機(jī)的打開(kāi)和關(guān)閉，方面乘客進(jìn)站和出站。當(dāng)乘客進(jìn)入地鐵站時(shí)，車票（內(nèi)含智能感應(yīng)芯片）靠近閘機(jī)的芯片讀寫(xiě)器，系統(tǒng)驗(yàn)證車票的有效性后，授權(quán)閘機(jī)打開(kāi)。當(dāng)乘客出站時(shí)，車票被投到回收單元，芯片讀寫(xiě)器讀取車票信息并驗(yàn)證金額的滿足許可條件，然后授權(quán)閘機(jī)打開(kāi)，完成乘客離站。如果是電子化票據(jù)（例如支付寶、微信等）進(jìn)站，則沒(méi)有票據(jù)回收操作，但需要臺(tái)同步賬戶支付信息。

圖4 自動(dòng)檢票機(jī)

4.2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

AGM 自動(dòng)檢票機(jī)的具體功能決定了該設(shè)備需要配備的相應(yīng)模塊，主要包括車票讀寫(xiě)模塊、閘機(jī)阻擋裝置、車票處理和回收單元、顯示部件、聲光提示及緊急按鈕操作部件等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 AGM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（部分）

5 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)城市化進(jìn)程的發(fā)展中，地鐵對(duì)于交通事業(yè)的現(xiàn)代化具有十分重要的意義。對(duì)于地鐵系統(tǒng)而言，自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC 系統(tǒng)）是一個(gè)關(guān)鍵組成部分，先進(jìn)的AFC 系統(tǒng)可以有效提升乘客的用戶體驗(yàn)及提高進(jìn)出站效率。鑒于該系統(tǒng)的重要性，本文對(duì)其體系架構(gòu)和相關(guān)技術(shù)展開(kāi)了研究，其研究?jī)?nèi)容對(duì)于進(jìn)一步提升AFC 系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平具有一定借鑒意義。相信隨著各種智能化技術(shù)的融入，AFC 系統(tǒng)必將在地鐵新的發(fā)展時(shí)期發(fā)揮出更大的價(jià)值。