西安地鐵AFC系統線網化建設

呂 毅

(西安市地下鐵道有限責任公司 西安 710016)

西安地鐵AFC系統線網化建設

呂 毅

(西安市地下鐵道有限責任公司 西安 710016)

針對西安地鐵的建設概況，在明確 AFC系統線網化建設目標及應遵循原則的基礎上，分析在AFC系統線網化建設過程中所面臨的問題，探討系統建設實施細則的制定、清分管理層系統功能與定位、線網化AFC系統架構以及新線接入調試等與AFC系統線網化建設相關的問題，以期推動西安地鐵AFC系統的線網化建設工作的深入發展。

西安地鐵;AFC系統;線網化建設;小清分系統

1 西安地鐵AFC系統建設概況

隨著西安地鐵首條線路——2號線的通車運營，1號線、3號線的開工建設，以及后續線路的規劃實施，西安地鐵將形成互聯互通、多線路交叉換乘的新局面，AFC系統也正逐步由單線建設階段進入線網化建設階段。

自動售檢票(automatic fare collection，AFC)作為一個與乘客有緊密聯系的窗口，是實現地鐵售票、檢票、計費、收費、統計、清分、管理等全過程的自動化系統，是一個技術綜合、可靠性和擴展性要求極高的復雜系統［1］。西安地鐵2號線AFC系統使用非接觸式IC卡作為車票媒體，實現封閉式的票務管理，以自動售票為主、人工售票為輔，實現自動檢票。在建設過程中，參考GB/T 20907—2007《城市軌道交通自動售檢票系統技術條件》以及西安地鐵的建設要求，采用5層架構的建設模式，將AFC系統劃為5個邏輯層，分別是車票層、終端設備層、車站系統層、線路中心層以及清分管理層［2］。5層架構的建設模式是軟件設計思想中低耦合、分布式運算的延伸，能夠保證系統具有較高的可靠性，擁有獨立運行和管理的能力以及整體系統的擴展能力，降低了建設風險。

西安以前并沒有地鐵建設和運營管理的基礎，且地鐵線網規模尚未形成，因此在2號線的建設過程中，本著經濟、實用的原則，在清分管理層并沒有設置清分系統，而是在線路中心建設的同時完成小清分系統的建設，負責完成與西安城市一卡通清算中心系統的清分對賬，以及后期1號線開通后的2號線與1號線的內部清分和運營管理［3］。

西安地鐵2號線AFC系統的物理結構如圖1所示。其中，數據庫服務器是整個系統的核心設備，采用集群配置方案;西安城市一卡通通過防火墻設備，接入小清分系統;采用基于交換方式的網絡結構，并進行了冗余設計。

為了適應西安地鐵的建設步伐，作為與西安地鐵票務管理、收益統計有直接關系的乘客服務系統，AFC系統的線網化建設面臨著降低建設成本、提高系統及設備的運行效率、保證地鐵經濟效益和社會效益的嚴峻挑戰。

2 AFC系統線網化建設目標及原則

2.1 建設目標

西安地鐵的建設目標之一，就是實現乘客在各線路之間的無障礙換乘，具有統一的票務政策、票價體系。因此，AFC系統的線網化建設目標是:各線路AFC系統具有統一的數據管理、交易處理流程、數據格式以及對外接口和協議，為乘客和維護人員提供統一的服務界面和操作流程;通過制定詳細的標準和細則，規范建設流程，提高建設質量，控制建設成本及風險。

2.2 建設原則

在西安地鐵AFC系統線網化建設進程中，應遵循如下建設原則。

圖1 西安地鐵2號線AFC系統結構

2.2.1 統籌性原則

線網化的AFC系統有統一性的要求，要求具有統一的標準、統一的流程及統一的規則等。因此，AFC系統線網化建設應從統籌的角度進行規劃和設計，要具有前瞻性，不斷完善和細化建設思路及技術實施方案。

2.2.2 階段性原則

AFC系統的線網化建設應立足于西安地鐵的實際狀況及實施進度，本著實事求是的精神，合理劃分建設階段及進程，理性地確定各階段的工作重點及范圍。

2.2.3 可擴展性原則

AFC系統線網化建設應滿足地鐵線網化運營對系統的可擴展性要求，當前階段的建設應能完全建立在上個階段的建設成果之上，包括線路和站點的變動、系統功能的完善、票務政策和運營規則的調整、接口協議的改變以及設備數量和類型的增加或減少等方面的擴展。

3 AFC系統線網化建設面臨的問題

西安地鐵2號線AFC系統的建成及穩定運行，是AFC系統線網化建設的基礎。同時，AFC系統的線網化建設是對既有建設的進一步推進，包括新線AFC系統的建設、小清分系統向清分系統的過渡、既有線路的改造和運營需求的調整。

3.1 各系統設備的兼容性不理想

依據現有的建設模式，各線路的建設會由不同的系統集成商負責完成，采用不同的設計方案及技術路線，系統的互通性和設備的兼容性并不理想。此外，在軟件設計方面，存在既有線路技術開放性不足、底層接口及數據格式未能詳細明確等問題;在設備制造方面，設備所采用的材料、結構、通信機制等均存在較大的差別，并且部分關鍵模塊不能互換。這些問題的存在，會加大后續線路接入的難度，增加建設成本及維護費用。

3.2 升級改造小清分系統存在困難

在首條線建設過程中，西安地鐵AFC系統采用了小清分的建設模式。這種建設模式符合西安地鐵建設的實際狀況，合理確定了地鐵建設初期的工作范圍和任務，滿足了現階段2號線開通和1號線開通后兩條線并網運營的各項要求。但相對而言，小清分系統是清分系統的簡化版，其系統功能和設備性能不能應對未來線路增加后的運營需求［4］;同時，隨著建設線路的增加，許多運營的概念及管理理念需要從線路化轉變到線網化上來。因此，在后續線路建設時，必須對小清分系統進行升級改造，建立服務于整個線網的清分系統。如何從小清分系統平穩過渡到清分系統，既是西安地鐵AFC系統線網化建設的一個核心環節，也是難點所在。

3.3 系統接口類型多且結構復雜

在AFC系統的線網化建設過程中，所涉及的接口類型眾多、結構復雜。外部接口主要體現在整個系統拓撲結構的兩端，最下端是車站終端設備讀卡器與各類票卡的接口，包括地鐵單程票、各種類型的紀念票以及城市一卡通的票卡;最上端是清分系統與城市一卡通系統的清分對賬接口。內部接口主要是各結構層之間的數據接口，包括清分系統與各線路中心的接口、線路中心與各車站系統的接口、車站系統與各終端設備的接口。同時，具有多條線路的AFC系統內部通信節點較多，物理網絡結構也較為復雜。因此，線網化的AFC系統所涉及的數據類型較多、結構復雜、規模較大、傳輸節點多，并且這些數據關系到地鐵票務管理和清分統計，其重要程度不言而喻。這樣，在AFC系統線網化建設過程中，如何有效地保證系統及數據的完整性、安全性就顯得尤其重要，是建設過程中始終要努力解決的問題。

4 AFC系統線網化建設的思考

依據西安地鐵AFC系統線網化建設的目標及應遵循的基本原則，需要進行必要的技術研究和方案討論，制定統一的建設實施細則，確定清分系統的功能與定位，進一步合理劃分線網化AFC系統各層間的功能，做好新線接入調試工作的組織和實施，以較小的代價確保系統建設的效率，滿足新線建設和線網化運營的要求。

4.1 建設實施細則的研究與制定

在西安地鐵2號線的建設過程中，形成了陜西省城市軌道交通自動售檢票系統的系列地方標準、西安城市一卡通軌道交通應用接入規范，以及AFC系統與綜合監控、門禁、傳輸等系統的接口技術規范。這些標準和規范的制定，既參考了其他城市的建設經驗，也充分體現了西安地鐵建設的特色，在2號線的建設過程中發揮了重要的作用。但在現有標準和規范的基礎上，進一步研究制定更為詳細的建設實施細則，不但能夠解決不同系統集成商所開發系統的互通性、設備的兼容性等問題，降低建設成本，而且由于具有統一的要求，避免了各條線路AFC系統中共性部分的重復開發，從而降低了系統建設的復雜度［5］。總的來說，建設實施細則可以分為3個方面。

4.1.1 軟件實施要求的統一

AFC系統建設的核心是軟件，軟件實施要求的統一主要是為了保證各線路AFC系統的互聯互通，為線網化建設打下堅實的基礎，可細分為:AFC系統運營規則及票務規則的統一，相關業務處理流程的統一;各部件、各模塊間數據格式及接口的統一，為系統互聯互通、線路的無縫接入提供技術實現基礎;票卡應用、密鑰管理體系的統一，保證票卡在各線路間能正常使用。

4.1.2 用戶界面的統一

AFC系統的用戶界面分為:面向乘客的操作界面和面向運營管理維護人員的操作界面。用戶界面需要統一要求，與乘客和維護人員相關的軟件界面具有統一的顯示規格，如界面的布局、界面圖元的大小及顏色、錯誤提示信息等，并要求具有統一的操作流程。這樣，對于各類使用者來說，保證了不同系統集成商所開發的系統在操作和信息獲取上是無差別的，不需要有重復熟悉的過程，降低了培訓成本［6］。

4.1.3 關鍵模塊的統一

不同系統集成商在設備制作方面各有特點，要求所有設備模塊都能做到相互兼容是不現實的，因為這樣不但降低了設備選擇的余地，而且也不利于招標工作的開展。但是，對于某些關鍵模塊，如讀卡器、主控等，研究制定統一的技術規格和軟硬件數據接口，可以增加通用部件的種類及數量，降低維護成本，減少備品、備件的采購種類。

4.2 清分管理層的功能與定位

由于西安地鐵采用了小清分的建設模式，為適應今后的建設規模，需要在后續線路的建設過程中對小清分系統進行升級改造，建立負責全線網的清分管理系統。同時，為了適合地鐵線網運營管理的需要，需結合西安地鐵的實際情況，對清分管理層進行準確定位，進一步明確其所承擔的功能。

清分管理層是位于AFC系統最上層的管理中心，是全線網的數據中心、清算對賬中心和運營管理中心，主要是對線網內所有AFC系統及設備產生的數據、命令和參數進行管理，但不涉及具體線路的內部運作［7］。清分管理層的主要職能是:處理全線網的收益統計和清分對賬，負責線網級的票務管理、運營管理以及線網密鑰管理。

1)收益統計和清分對賬。主要是制定并實施清分規則，實現線網內各線路間、地鐵與城市一卡通間的收益統計和清算對賬。

2)線網級的票務管理。主要是指線網級別的票務管理，包括票種的發行、票卡初始化與編碼，以及票卡的線路間調撥、注銷銷毀等。

3)線網級的運營管理。主要包括線網級的系統狀況監視、命令及參數的匯總轉發、降級模式或緊急模式下的協調管理、時鐘系統的接入。

4)密鑰管理。將密鑰管理系統納入清分管理層系統，是因為其具有唯一性、線網性的特征。密鑰管理系統產生西安地鐵線網需要的密鑰卡片，對AFC系統中密鑰分發和認證進行管理，并對線網所有設備產生的交易數據進行合法性檢查。密鑰管理系統由密鑰生成子系統、ISAM卡認證子系統、TAC驗證子系統構成。

4.3 線網化AFC系統的架構

西安地鐵所建立的AFC系統是一個標準的5層架構體系，最下層是車票層，就是將乘客所使用的車票也作為一個獨立的邏輯層，車票層之上是終端設備層。

在西安地鐵線網化運營的過程中，為了滿足運營管理、業務發展的需要，要求對票卡處理流程進行調整，如票卡使用規則的改變、新票種的增加等。此類調整由于涉及系統集成商對原有設備票卡處理程序和相關接口的修改，工作量較大，測試工作復雜，且周期較長。為此，可考慮構建6層架構體系，將讀卡器從終端設備抽出，在終端設備層與車票層之間設置單獨的業務型讀卡器層。

針對于業務型讀卡器，除制定統一的硬件技術規格、外形尺寸外，同時制定實現票卡處理流程的軟件技術規范和實施細則，并將其部署至讀卡器內部。此類讀卡器具有獨立的操作系統、高性能的CPU及大容量的存儲器，負責實現票卡的處理流程，接收上位設備的參數及命令，并將票卡處理后的結果反饋至上位設備，而無需上位設備的干預。這樣，一旦需要對票卡處理流程進行調整，只需要通過更新讀卡器的相關軟硬件即可完成，調整所影響的范圍較為清晰，對整個系統影響較小，且響應速度快，費用也相對較低。

同時，設置獨立的業務型讀卡器層，可確保線網內各線路票卡處理流程的統一，有利于線網化AFC系統的維護和升級，保證系統的建設質量。

4.4 新線AFC系統的接入調試

在西安地鐵的后續建設過程中，勢必會遇到新線接入的問題。新線AFC系統的接入調試工作是一個十分復雜的過程，既要保證對新線各項功能的驗證，又不能影響既有線路的正常運營，同時還擔負著大量的培訓工作，參與的部門及人員眾多，測試方案繁雜，需要的周期較長。

為了保證新線接入調試工作的順利完成，達到檢驗系統、培訓人員的目的，在調試過程中需要由一方統一牽頭負責，多方配合，提前籌劃，認真準備，做好、做細實施方案，并嚴格實施;同時，需要明確各調試階段的工作重點，劃分調試的定性風險和定量風險，確定工作優先等級，區分風險與需求。

5 結語

西安地鐵的建設是一項復雜而艱巨的系統工程，

其投資大、建設工期緊，而AFC系統的線網化建設是地鐵線網化運營的必然要求。面對建設進程中所存在的問題，應不斷地進行思考和研究，逐一解決，確保建設工作的順利完成。

［1］于江波，王浙君.AFC系統標準化建設的技術探討［J］.現代城市軌道交通，2012(1):4-7.

［2］GB/T 20907—2007城市軌道交通自動售檢票系統技術條件［S］.北京:中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準管理委員會，2007.

［3］西安市地下鐵道有限責任公司.西安市地鐵2號線一期工程自動售檢票系統集成采購項目招標文件［G］.西安，2009:61-62.

［4］趙文龍.自動售檢票小清分系統構建方案［J］.都市快軌交通，2009，22(4):61-63.

［5］黎江.城市軌道交通線網AFC系統標準體系的建設［J］.都市快軌交通，2009，22(5):56-59.

［6］裴順鑫，張寧.地鐵自動售檢票系統的互聯標準［J］.都市快軌交通，2007，20(5):38-41.

［7］高朝暉，張寧，夏德傳，等.軌道交通清結算系統的分析與設計［J］.交通運輸工程與信息學報，2008，6(2):37-42.

Network Construction of Xi’an Metro AFC System

Lv Yi
(Xi’an Subway Co.，Ltd.，Xi’an 710016)

Abstract:In connection with the construction of Xi’an metro, on the basis of the confirmed AFC system network construction objectives and principles, this paper analyzes the problems in the process of the AFC network construction, and discusses the establishment of detailed rules of system construction, the system function and orientation of clearing management layer, the network AFC system architecture, the new lines access debugging, which are all the AFC system network construction-related issues to be addressed to enhance the development of Xi’an metro AFC system network construction.

Key words:Xi’an metro; AFC system;network construction; central clearing system

U231.7

A

1672-6073(2013)01-0107-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2013.01.026

收稿日期:2012-04-09

2012-05-08

作者簡介:呂毅，男，碩士，工程師，從事軌道交通機電設備建設管理工作，lvyi_fly@126.com

(編輯:郭 潔)