城市軌道交通清算管理中心系統設計要點

何躍齊

（北京城建設計研究總院有限責任公司，100037，北京∥高級工程師）

伴隨著城市軌道交通網絡化建設的步伐，許多城市開始設計或者完善ACC（清算中心）系統。國內已有相關文獻介紹了建立ACC的必要性，以及對ACC進行的分析與設計，并介紹部分城市ACC系統的應用情況，但缺乏嚴格按照國家標準建設ACC的詳實案例分析。ACC作為實現城市軌道交通AFC（自動售檢票）“一卡通”和 “一票通”中必不可少的線網級中心系統之一，已經成為各城市軌道交通建設的重點研究內容。筆者通過參與多個城市軌道交通ACC系統建設方案討論和調研發現，在ACC建設時機、功能定位、建設規模等方面存在較大分歧。南京地鐵票務清算管理中心是全國范圍內第一次嚴格按照當時正在編制的GB／T 20907—2007《城市軌道交通自動售檢票系統技術條件》（現已正式頒布）建設的ACC系統。筆者特將其設計情況謹略述如下，以供讀者參考。

1 功能定位與建設目標

1.1 功能定位

南京地鐵ACC系統的功能定位可以概括為“兩個中心，兩個窗口”，具體為：

1）是地鐵線網AFC系統各種數據匯總和分析處理的唯一中心；

2）是地鐵線網AFC系統各種全局性的參數和運行模式管理發布的唯一中心；

3）是地鐵線網AFC系統各線路之間和與外接系統的唯一技術窗口；

4）是地鐵線網AFC系統票務客服和票務信息發布的唯一服務窗口。

南京地鐵ACC系統功能定位示意圖如圖1所示。

圖1 南京地鐵ACC系統功能定位示意圖

建成后的南京地鐵ACC，將代表南京市所有地鐵線路的AFC系統負責向其它部門或單位進行票務事宜的聯系和協調工作；ACC將為各線路統一制定、發行和管理地鐵專用車票，實現互聯互通，并實現與南京城市公交一卡通系統在地鐵AFC系統中的應用；負責對各線路“一票通”收益作清算、對賬、安全管理和有關的數據處理，以及各線路與“金陵通”之間的“一卡通”清算、對帳等業務。在正常運營情況下，ACC對各線路運營起監控作用，并提供協調各線路的票務服務；在降級情況或緊急情況下，ACC負責協調各線路的運營。

1.2 建設目標

ACC作為地鐵線網AFC系統最上層管理中心，它在整個線網AFC系統中扮演著非常重要的角色。南京地鐵ACC現階段建設為一期工程，其建設基本目標如下：

1）通過ACC，實現地鐵網絡中所有線路“互聯互通”（即“一票通”），實現地鐵線網AFC系統與城市公共交通一卡通系統的“一卡通”；

2）通過ACC，實現地鐵網絡中所有線路統一的票卡發行和管理；

3）通過ACC，實現地鐵網絡中所有線路以及其它外部非地鐵接入系統之間統一票款收入的清分和管理；

4）實現其它的系統功能，為以后線路接入以及功能擴展建設預留條件，形成地鐵網絡自動收費系統以及ACC遠景雛形。

2 規模與性能設計

2.1 系統規模

ACC系統的建設規模考慮一定年限內城市軌道交通線網擴張速度與客流的增長速度，保證系統的容量、接入能力、處理能力與可拓展性。根據《南京市軌道交通線網規劃》和《南京城市軌道交通建設規劃客流預測》，南京地鐵ACC系統一期工程建設規模必須滿足2015年前所建成的運營線路規模和運營客流規模。具體如下。

1）運營商及售票代理容量能力：ACC軟件設計容量在邏輯上能夠通納256個運營商（即票款收益運營商）和256個管理售票代理機構。

2）線路接入能力：ACC系統軟件設計容量滿足64條線路、512個車站的接入。一期工程提供2015年前南京地鐵開工建設的線路（規劃有6條線路）的接入條件；后續工程中，僅通過硬件擴充，可滿足南京遠期規劃的各條線路（暫規劃有17條線路）的接入條件。

3）客流量處理能力：ACC系統設計容量能滿足南京市2015年開工建設線路日客流量250萬人次，考慮其它交易，達到日交易量1 000萬筆的處理能力。

4）外接系統接入能力：ACC系統滿足公交一卡通系統接入的規模設計。

2.2 系統性能

ACC系統性能需滿足地鐵運營日常的需要并留有一定余地。根據南京地鐵實際運營需求，南京地鐵ACC系統滿足以下性能指標要求。

1）存儲容量指標：所有原始數據在系統中聯機存儲至少3個月，3個月以上循環脫機備份，所有統計數據在系統中永久保存；在系統內所有儲值類票卡（含一卡通票卡）按賬戶至少保存最近的150條交易紀錄。

2）響應時間指標：在網絡通信狀況正常情況下，在ACC系統設置的參數，在工作站屏幕確認后，可在60s內下達到LC（線路中心）等直接相連系統設備，ACC系統在1s內下達到LC等直接相連的設備上的各類命令；且線路AFC系統的狀態數據應實時傳送到ACC系統，ACC系統收到數據后，應在4s內在工作站屏幕與大屏幕上顯示及更新。

3）結束時間指標：在運營結束時，ACC開始處理當天的所有交易數據。在交易數據量達到了系統設定的最大交易量（交易量次數為1 000萬筆）時，交易清算在1h內完成，并可以在2h內完成累積2天的交易數據清算。所有報表應在清算完成后的1 h內自動生成完畢。每日數據庫的備份應在2h內完成；全數據庫的恢復應在6h內完成。

4）配置裕量指標：服務器、工作站、交換機等主要設備的CPU平均不超過20%，最高不超過70%。硬件配置數量余量為50%，擴展能力為100%。清分數據庫、歷史數據庫的配置余量應為50%，并有100%的擴展能力。

3 構成與功能設計

3.1 系統構成

南京地鐵ACC系統根據其業務功能劃分，由核心業務平臺、業務支持平臺、公共服務平臺、聯機交換平臺、容災備份中心共5部分組成。

南京地鐵ACC系統架構的邏輯視圖如圖2所示。

圖2 ACC系統架構的邏輯視圖

3.2 系統功能

3.2.1 核心業務平臺

核心業務平臺包括清分管理系統、運營管理系統和票務管理系統。其功能結構表如表1所示。

表1 核心業務平臺功能結構表

1）清分管理系統：清算管理功能是ACC系統清分清算的核心，需要根據規定的清分規則進行交易數據的清分，并以批處理方式完成清分、結算、資金劃撥憑證及報表數據生成等功能，并代表軌道交通各運營商與一卡通進行清算。ACC的清結算管理包括ACC清結算規則的制定調整及日常進行的清結算統計等功能，包括清分規則制定、交易日終處理、清分、對帳、結算等功能，還包括可疑交易處理，賬務手工調整等模塊組成。

2）運營管理系統：運營管理系統負責實現參數管理、運營模式管理、線路及設備監控等功能。ACC負責ACC系統、ACC系統與AFC系統共同參數的維護、參數文件的生成、版本控制、有效期管理、分發監控；并負責對各線路AFC系統的運行模式（正常運行模式、降級運行模式、緊急放行模式）的下發、收集和轉發。

ACC除可監視本地設備外，還可監視各LC設備。對于LC設備的監視主要包括：線路總體運行狀態、車站總體運行狀態和設備總體運行狀態等。總體運行狀態主要包括正常、關閉、故障、維修、離線、降級、緊急等，其中故障報警的等級由清分中心統一定義，各線路將故障報警上傳ACC。

3）票務管理系統：ACC的票務管理完成地鐵回收類車票的采購、初始化、分配、調撥、清洗、銷毀等管理。ACC的票務管理系統作為軌道交通專用一票通的發行機構，統一采購、定義、發行、管理非回收類車票。

3.2.2 業務支持平臺

業務支持平臺包括信息管理系統以及清分管理系統的清分規則功能模塊。功能結構表如表2所示。

表2 業務支持平臺功能結構表

1）信息管理系統：信息管理系統基于數據倉庫技術對ACC系統接受的數據進行匯總分析，提供客流分析、數據分析、決策支持及報表生成功能。系統根據各線路AFC上傳的交易數據，對各線路運營情況、收益、客流、票卡可靠性等信息提供不同時間段的匯總及同期對照報表等功能，并根據對各種信息的匯總分析，發布地鐵總體信息，為政府、各線路運營商、民眾等提供決策、出行等方面的參考。信息發布的途徑可以是互聯網、大屏幕、短信等方式。

2）清分規則管理子系統：清分規則管理子系統的清分規則功能是一個相對獨立的功能，對數據沒有實時性要求，考慮配置到業務支持平臺。清分規則管理子系統包括線網建模、線網費率設置和清分權重設置與調整等功能。

3.2.3 公共服務平臺

公共服務平臺包括安全密鑰系統、系統管理系統以及測試培訓系統。其功能結構表如表3所示。

表3 公共服務平臺功能結構表

1）安全密鑰系統：安全密鑰系統為全系統運行提供安全支持，其主要功能包括設備的注冊與認證、業務密鑰管理和交易的認證管理等。ACC線網中的所有設備都要經過注冊才能使用。在ACC中注冊設備時，ACC要給指定的設備分配編碼，同時為此設備生成設備證書及相應的PK－SAM（PK－SAM，Secure Access Module）卡。設備持有此PKSAM卡，并經過合法的認證后，才能入網使用／工作。在ACC線網中，由于票卡的使用，將會產生大量的交易。當交易被傳輸到ACC時，由ACC通過認證服務器對這筆交易判別，從而決定這些交易是否合法、有無篡改。

2）系統管理系統：系統管理系統為全系統提供公共的管理平臺。管理系統的管理對象包括了應用系統、網絡、主機系統、存儲系統、數據庫等，提供權限管理、系統監察、數據備份、維護管理、運營日志管理、時鐘同步、網絡管理等功能，是系統正常、穩定運行的重要保證。

3）測試培訓系統：測試培訓系統包含所有ACC系統的應用系統，主要用于對ACC系統的測試、對入網線路的認證性測試，以及對操作人員的培訓，是ACC系統的一個重要輔助工具。測試培訓平臺可模擬ACC系統的所有功能，并可利用真實數據或模擬數據運行；測試培訓平臺提供能生成各種模擬數據的功能及測試用的軟件，包括測試數據模擬工具、接口測試工具及測試分析系統。另外，ACC測試平臺還與南京市既有的南京地鐵1號線AFC系統測試培訓平臺，以及在建的2號線、1號線南延線AFC系統測試培訓平臺連接，并能實現模擬在線系統運行的全部功能。

4）電源系統：電源系統主要包括UPS（不間斷電源）和配電系統，按照ACC系統設備部署位置劃分主要分為運營中心電源系統、測試培訓中心電源系統及遠程備份中心電源系統。

3.2.4 聯機交換平臺

聯機交換平臺作為連接ACC內部系統和外部各線路中心、城市公交一卡通公司和系統其他外部接口的通信樞紐，負責ACC系統與各外部接口系統之間的數據處理、傳遞、轉發，要求有很高的性能以及可靠性、可用性和安全性。為了防止因單臺主機問題造成的通信中斷，聯機交換平臺采用冗余配置，采用負載均衡和并行處理，確保生產中心通信服務器的高可靠性及高可用性，保證ACC中心和外部數據通信的暢通，不會發生通信中斷。

聯機交換平臺功能結構表如表4所示。

3.2.5 容災備份中心

根據南京地鐵建設運營的實際需求，南京地鐵ACC系統采用數據備份異地容災系統。

表4 聯機交換平臺功能結構表

在ACC正常工作時，異地備份容災系統不與公共數據網絡進行連接，所有數據通過地鐵通信主干網進行交換，數據的備份是實時的在線備份，通過專業的災備軟件和數據接收程序實現，ACC對外發送的原始數據都傳送到異地備份容災系統中；一旦ACC出現嚴重故障，異地備份容災系統實現全部數據的備份，當ACC系統恢復，則可從容災備份中心實現數據恢復，保證數據不丟失。

4 工程設計

4.1 網絡結構

ACC系統的運營中心網絡由2臺核心交換機組成了兩路百兆／千兆以太網，2臺核心交換機通過萬兆以太網實現連接，提供了充分的網絡冗余帶寬。所有服務器均以雙路千兆以太網連接到核心交換機中。數據交換服務器、歷史數據服務器通過SAN（存儲區域網絡）結構實現存儲功能。制卡服務器（票卡編碼分揀管理計算機）上連核心千兆以太網，又通過工作組交換機與所有車票編碼分揀機相連。在網絡安全方面，雙機防火墻通過冗余方式連接到核心交換機雙機上，組成了充分的冗余和熱備份。在服務器子網內連接1臺千兆IDS（入侵檢測系統），進而充分監督內部針對服務器的非法行為。

遠程備份中心通過地鐵部門的光纖專用通道與ACC運營中心相連接。

ACC測試培訓開發中心防火墻與地鐵1、2號線和1號線南延線的以及將來線路的AFC測試培訓中心相連接。

南京地鐵ACC總體系統拓撲圖如圖3所示。

4.2 與主要外接系統的接口

1）與“一卡通”系統的接口：在公共數據網（DDN、FR等）和／或直通專線連接的基礎上，基于TCP／IP協議，ACC系統建設與城市“一卡通”系統的接口。

圖3 ACC總體系統拓撲圖

2）與綜合信息系統的接口：為ACC系統建設與綜合信息系統的數據接口，保證運營商統一管理監視各系統，實現客流、收益、線路設備運行狀態等信息。

3）預留接口：南京地鐵ACC系統在滿足現有業務需求的同時，應該適應ACC系統發展，設計系統預留外部接口。預留接口系統主要有通用移動支付系統及財務系統等。但目前預留接口的方式僅從系統能力、功能支持方面考慮，接口具體實現方案按南京地鐵要求在后續工程中考慮。

5 結 語

ACC系統的建設過程從某種意義上講，也就是一個城市軌道交通線網AFC系統統一標準的過程。在南京地鐵ACC建設項目實施過程中，由北京城建設計研究總院聯合東南大學組成 “南京ACC及線網AFC互聯技術專題咨詢”小組，通過“工程咨詢成果指導建設過程，建設過程驗證咨詢成果”的方式，對項目進行全程跟蹤咨詢，針對性地解決工程中一些技術難題，形成了科研咨詢成果，為建設需求與開發供貨之間架起了溝通的橋梁，確保了最終建設完成的系統與南京地鐵實際運營情況更加和諧；同時也大大降低了ACC建設成本，改變了當時國內ACC系統建設“大系統、高費用”的現狀。

南京地鐵ACC系統于2009年12月底建成并投入運營以來，系統運行狀況良好，其設計思路及效果得到了業主及有關各方的多次表揚，并先后榮獲北京市、全國勘查設計協會優秀工程設計二、三等獎。

［1］何躍齊，徐文.南京地鐵自動售檢票系統清算管理中心（ACC，AFC Clearing Center）實施方案建議書［R］.北京：北京城建設計研究總院有限責任公司.2006.

［2］宋毅，徐文，何躍齊，等.南京地鐵ACC與線網AFC互聯技術專題咨詢成果文件［R］.北京：北京城建設計研究總院有限責任公司.2010.

［3］何躍齊，徐文，宋毅.南京地鐵1號線自動售檢票系統互聯互通改造設計［J］.城市軌道交通研究，2011，14（5）：70.

［4］王健，張寧，毛建，高朝暉，等.南京地鐵AFC系統網絡化建設中面臨的問題初探［J］.軌道交通，2006（6）：48.

［5］高朝輝，張寧，夏傳德，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.

［6］朱滬生.上海城市軌道交通清分系統的建設［J］.都市快軌交通，2006，19（5）：12.

［7］朱嘉斌.關于提高城市軌道交通清分中心處理能力的設計研究［J］.城市軌道交通研究，2011（3）：69.