城市軌道交通自動售檢票系統紙幣接收模塊的自主研發

董曉婷 王 炯

(上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，201103，上海∥第一作者，助理工程師)

城市軌道交通自動售檢票(AFC)系統是一門集計算機技術、網絡技術、通信技術、精密加工技術、傳感技術和控制技術等現代高科技應用為一體的綜合系統。其實現了城市軌道交通票務系統售票、檢票、計費、收費、統計、清分和管理等全過程的自動化。該系統的推廣應用使城市軌道交通的運營管理進入了一個嶄新階段。其中，自動售票機(TVM)的發展是整個AFC系統進化中的一個重要環節。經過將近20年的時間，從起初的只能接收標準化硬幣，已發展到當前可接收硬幣、紙幣并具有硬幣、紙幣找零等多項功能。時至今日，紙幣接收模塊已經成為了TVM中的核心部件。

目前，國內城市軌道交通的TVM均采用進口紙幣接收模塊，其價格昂貴，關鍵技術均不自有;國內相關產品尚為空白，也造成TVM引進成本高昂，整體價格不菲。同時，進口引進模式造成的維修、服務及配件供應困難等因素都不利于國內AFC系統的發展。

以降低建設成本、提高設備總體質量為出發點，對關鍵模塊進行技術突破，自主研發、自主生產、形成本地化的產業鏈也成為目前發展的大勢所趨。正是在這種背景下，上海軌道交通技術研究中心和廣州德銀電子科技有限公司以編制相關標準為基點，合作開發具有完全知識產權且性能穩定可靠的紙幣接收模塊。

1 標準的制定

縱觀軌道交通AFC系統技術標準，從國家標準到各地的地方標準，均無紙幣接收模塊所對應的標準規程。本項目啟動之時，國內金融行業有關人民幣鑒別儀的通用技術要求和試驗方法等的執行文件為GB 16999—1997《人民幣偽鈔鑒別儀》，其主要適用對象是一個完整的儀器，使用時對外呈現的是黑盒模式，即面向用戶不輸入、輸出，不需測試儀器的內部結構和處理過程。而軌道交通行業TVM中所使用的紙幣接收模塊，要參與設備對票卡的處理流程。模塊需針對TVM的整體流程和技術指標，制定完整適應性的模塊標準及其對應的檢測方法。

因此，本次研發工作，首先必須結合城市軌道交通建設、使用的特點和功能需求，制定上海軌道交通《紙幣接收模塊產品標準》，用于指導模塊的生產。同時，需制定《紙幣接收模塊檢測手冊》，從檢測范圍、檢測內容、檢測依據、測試程序和檢測方法等多方面對模塊進行綜合評判，以控制和保證模塊的生產及質量。《紙幣接收模塊產品標準》明確了紙幣接收模塊的通用技術要求、試驗方法、檢驗規則，及對標志、包裝、運輸、貯存等的基本要求，是本次研發最基本的指導性文件。

2 模塊設計

本次研發工作從分析紙幣接收模塊的使用要求出發，對模塊按功能、分區域進行設計，用軟件進行集成整合。通過完整的功能檢驗，達成最終目標。整個模塊在功能上、結構上劃分為4部分，即進鈔部分、檢驗部分、暫存/待定部分及出鈔/返回部分。

1)進鈔部分由進鈔口開合機構和糾偏進鈔機構組成。進鈔口采用常閉、受控打開的設計。只有當模塊處于可接收紙幣的工作狀態下，并且收到紙幣進入的信號，進鈔口才會打開，允許紙幣進入，同時在進鈔通道上采用糾偏進鈔設計，使用者放入紙幣后，紙幣經過糾偏修正才進入到下一步的檢測和其他后續處理環節。

2)檢驗部分即鈔票檢驗機構。為了有效地識別所接收的紙幣面值，并防止接收偽鈔，模塊需對進入的紙幣進行有效的面值識別和真偽鑒別。通過對紙幣進行票面分析、紙質分析、磁圖分析、激光衍射分析和多光譜分析等多種鑒別手段，在防偽上達到以真辨假的檢測要求。

3)待定/暫存部分由鈔票回旋待定機構和鈔票暫存機構組成。經過有效檢測，紙幣如果為真，必須按要求進入下一個處理環節;如果為假，該紙幣將通過退幣通道直接退出模塊。為防止模塊在運行過程中出現混亂，采用回旋待定的設計，對紙幣在進入或退出環節上進行緩存處理。同時允許使用者中止交易(簡稱悔購)，在設計上采用了紙幣暫存功能。

4)出鈔/返回部分由紙幣進入錢箱機構和紙幣返回機構組成。當模塊確定紙幣為真，且收到使用者的交易確定指令后，紙幣從紙幣暫存區按與錢箱支架等時、等速的要求，平穩、有效地進入錢箱機構。若使用者中止交易，暫存機構動作，紙幣連同已存放在暫存區的紙幣一起通過返回通道退出模塊。其整體模塊的框架如圖1所示。

圖1 紙幣接收模塊設計框架

3 自主研發紙幣接收模塊的測試

3.1 第三方測試

生產制作并通過完整的軟硬件工廠內部測試及軟件運行試驗后，將產品化的模塊送至相關資質的檢測單位進行電磁兼容試驗、氣候環境適應性試驗及機械環境適應性試驗等第三方測試，相關的測試內容和結果見表1～表3。

表1 第三方測試電磁兼容試驗結果

表2 第三方測試氣候環境適應性試驗結果

表3 第三方測試機械環境適應性試驗結果

3.2 使用測試

分別在廣州、深圳、上海以及國內現有的各種TVM設備上對研制的紙幣模塊進行了使用測試。在上位機的操控下，電源、通信接口及模塊軟件均能正確地完成紙幣的接收、辨別、回旋待定、暫存、退幣、入錢箱等一系列從鈔票接收至鈔票進入錢箱的處理。

3.3 性能測試

對紙幣模塊按12萬張次進行速度鑒別及能力鑒別檢測。速度鑒別檢測用測試紙10張進行鑒別，用秒表測出每次鑒別的時間，見表4。能力鑒別檢測參照GB 16999—1997《人民幣偽鈔鑒別儀》的要求，為每一百張流通鈔隨機摻入2張測試紙，測試歷時40多個工作日，見表5。相關測試內容見表4～表6。

表4 性能測試速度鑒別試驗結果

表5 性能測試漏辨率、拒收率和錯辨率試驗結果

表6 性能測試的最終測試結果

3.4 上線測試

將5臺成品模塊分別在上海城市軌道交通楊樹浦路站、江蘇路站、婁山關路站和曹楊路站等地鐵車站的5臺設備上進行實際使用測試。整個上線測試共持續185 d，收鈔141 669張，交易金額1 422 115元。整個測試期間，模塊與SC(車站計算機)系統、TVM設備結合良好，通信故障0次，電子元件損壞0件，機械零部件損壞0件;收進假鈔0元，紙幣識別錯誤0張，累計卡鈔50次，其他故障7次，總故障率 0.040%。相關測試內容見表7。

表7 上線測試結果

4 自主研發紙幣接收模塊的創新優勢和社會經濟效益

4.1 創新優勢

在自主研發紙幣接收模塊的整個測試期間，未出現由本模塊引發的設備故障。

國產化紙幣接收模塊立足于自動售票機整機的功能，對模塊進行使用需求分析、功能分析，結合模塊部件需實現的機械動作、機電機理、信號傳輸和控制流程，完成了紙幣接收模塊的結構設計、硬件設計、軟件開發，完成了模具設計制作、生產工藝制定、生產組織、質量控制和整機樣機研發、小批量上線測試，且對可靠性、安全性、接收率等進行了測試。其在技術性能、經濟成本上均超越了原裝化設備。目前自主研發產品與國外同類產品相比較，主要有如下優勢:

1)成本控制得當，產品性價比較高。自主研發產品的控制軟件為自主開發，模塊部件除紙幣識別器外均為國產，制造成本低;國外同類產品的所有控制軟件及模塊部件均為國外引進，制造成本高。

2)模塊外部構造更趨合理。自主研發的產品為單邊懸臂固定，分模塊組合設計與制造;國外同類產品的箱體為分模塊結構、箱體一體式結構、單邊懸臂固定一體式結構。

3)紙幣多張堆疊位移軟件補償技術。自主研發模塊在設計上堅持鈔票暫存機構等時、等速的要求，鈔票在回旋待定區能有效地從鈔票回旋區進入鈔票暫存區，從而實現鈔票的單邊對齊要求;國外同類產品未有此技術。

4)單點采樣，多點監控，高速線程檢測定位技術。自主研發產品的紙幣控制流程，為了防止由于沒有正確地放入鈔票而引起進鈔通道堵塞或造成不必要的判別失效，采用單點采樣、多點監控、高速線程檢測定位技術;國外同類產品采用2點以上采樣定位技術，增加了定位的復雜度。

5)系統開發性強，用戶使用權限較高。自主研發產品采用對用戶全開放、紙幣采樣修改和綜合的防偽鈔可修編數據庫技術，方便了用戶在數據庫中進行參數的修改等操作，實現信息共享;國外同類產品未開放用戶的使用權限。

6)支持在線診斷及數據下載技術。該技術能夠對設備的運行狀態進行在線監測，為其提供檢測、診斷的用戶界面，可以獲得完整的故障信息，實現了零距離操作及修復;國外同類產品不支持此項技術。

目前，對自主研發模塊的技術特點對比可歸納為表8所示。

表8 紙幣接收模塊技術特點比較

4.2 社會經濟效益

目前，國內城市軌道交通TVM中的紙幣接收模塊，全部采用進口產品。其采購價格昂貴，相關配件不僅成本高，還存在貨期跟不上的問題。采用自主研發產品，可大大節省資金投入;另外，從節約外匯和建設資金、提高服務質量以及避免在設備維護保養中長期依賴國外的局面來說，其經濟效益是十分顯著的。

積極鼓勵采用國產設備，努力提高系統和設備的國產化率，一方面可以降低城市軌道交通的造價;同時也能促進國內設備制造業的發展，具有積極的社會經濟效益。

5 結語

AFC系統自主研發的紙幣接收模塊的成功實施，在推動我國城市軌道交通全面國產化方面具有典型的示范作用。隨著研究成果的進一步應用，將會有效促進國內軌道交通裝備的產業化發展，有利于我國城市軌道交通AFC系統的可持續性發展。

［1］ 鄧先平，陳鳳敏.我國城市軌道交通AFC系統的現狀及發展［J］.都市快軌交通，2005，18(3):18.

［2］ 于鑫，王富章.城軌交通自動售檢票系統的研究［J］.鐵路計算機應用，2005，14(6):4.