城軌交通自動售檢票系統架構體系研究

邱華瑞 張 寧 徐 文 何鐵軍

(1.東南大學ITS工程研究中心 南京 210018;2.北京城建設計發展集團股份有限公司 北京 100037)

城軌交通自動售檢票系統架構體系研究

邱華瑞1張 寧1徐 文2何鐵軍1

(1.東南大學ITS工程研究中心 南京 210018;2.北京城建設計發展集團股份有限公司 北京 100037)

討論城市軌道交通自動售檢票(AFC)系統的基本架構及其體系的演變，認為架構設置是否合理不僅影響到AFC系統自身的發展，甚至會對城市軌道交通能否順利實現多線路網絡化高效運營起到決定性作用。在目前常用的AFC系統層標準架構體系的基礎上，綜合考慮城市軌道交通的不同運營模式、管理體系、新技術引入、線路接入等因素，詳細分析基于合并線路中心與清分中心、多線路中心、區域中心以及設備嵌入層的多種AFC系統架構體系，指出不同城市可以根據其自身特點與未來規劃靈活設置AFC系統架構方案，為軌道交通的網絡化運營與發展打好基礎。

城市軌道交通;自動售檢票;內置型讀寫器;區域中心;多線路中心

1 自動售檢票系統概述

自動售檢票(automatic fare collection，AFC)系統是城市軌道交通的重要組成部分，為乘客提供便捷、高效、人性化的服務(如快捷簡易的售檢票過程、合理的聯網換乘收費策略)，為運營商提供車票制作、售票、檢票、財務、統計分析、審核等全過程及自動化的管理平臺［1］。

我國城市軌道交通的建設經歷了從單線建設階段到多線建設階段、再到網絡化建設階段的過程，與之相對應，AFC系統的建設經歷了啟蒙階段到實踐階段、再到調整階段的發展歷程［2］。我國的AFC系統一般采用標準的五層構架體系［3］，隨著國內城市軌道交通的快速發展，智能化與網絡化的運營時期已經到來［4］。由于乘客對城市軌道交通服務需求的改變和運營商運營管理復雜程度的增大，對AFC系統的體系架構也有了新的要求，衍生出了一些AFC系統架構變體，包括北京多線共用AFC系統線路中心設計［5］、南京AFC系統區域中心探討［6］，以及 AFC業務內置型讀寫器研究等［7－8］，但對其在 AFC 系統中的定位、組合模式、適用條件及改造方案缺乏系統的論述。因此，在AFC系統五層標準構架的基礎上，應根據城市自身交通地理條件、線網標準、線路設置、運營管理需求、行政體系、政府政策等，對AFC系統進行靈活的設置，選擇適合本地城市發展的AFC系統的體系架構。下面首先介紹AFC系統的五層基本架構，然后從功能定位、組合模式、適用及改造條件角度詳細論述合并線路中心與清分中心、多線路中心、區域中心等系統層面的變體形式，最后引入業務內置型讀寫器對AFC系統基本架構進行設備層面的改變。

2 AFC系統基本架構

建設部在頒布的業內規范GB/T 20907—2007《城市軌道交通自動售檢票系統技術條件》中，提出AFC系統組成的最新定義，即采用標準的五層構架體系，其層次結構是采用全封閉的運行方式，以非接觸式IC卡為車票介質，根據各層次設備和子系統各自的功能、管理職能和所處的位置進行劃分。五層構架體系是根據我國國情和城市發展現狀，綜合考慮了軌道交通建設和運營的特點(如票種設置豐富、線路多而復雜、與城市一卡通兼容等)，具有一定的可伸縮性。

城市軌道交通AFC系統五層標準架構體系由系統清結算中心(ACC)、線路中心 (LC)、車站中心(SC)、AFC設備(SLE)和票卡組成，其架構體系如圖1所示。

1)清結算管理中心(ACC)。清結算中心作為整個AFC系統的頂層，主要是負責對地鐵線路之間、地鐵與城市一卡通系統之間的清分結算，對不同運營實體(或線路)進行管理，制定業務規程和票務規則，制作發行票卡，全面協調不同線路間的日常運營。

圖1 AFC系統五層基本架構

2)線路中心 (LC)。線路中心管理線路內交易、客流、設備、票務等數據，負責本線路系統的AFC收費數據、設備狀態數據、客流量數據的采集，生成報表以及對賬等。LC將收集的本線路數據上傳到清結算管理中心，接受清結算管理中心的命令與參數，并將其下發到各車站系統;同時，LC也管理和下發線路級的命令及系統參數，完成本線路的票務管理，具備票卡的庫存管理和調配等功能。

3)車站中心(SC)。車站中心用來監控和配置車站本地設備，采集本地車站設備數據，對車站的每一臺設備實施監督、控制、參數化、數據采集和審計。SC接收LC的指令和參數，并下發到相應的設備。同時，SC采集設備的交易、事件和審計數據，上傳到LC。

4)AFC設備(SLE)。AFC設備層包括閘機、半自動售票機、自動售票機、自動充值機、銀行圈存機、自助查詢機、移動支付設備和其他設備等。

5)票卡。五層架構體系的底層為票卡層，它是乘客所持的車費支付媒介，包括計次票、儲值票、單程票、員工票和其他車票等。

3 AFC系統架構體系演變

隨著軌道交通線路網絡化的形成、新技術的引入以及國內AFC系統運營經驗的積累，人們逐漸認識到AFC系統五層基本架構在不同運營商所轄線路互聯互通、系統升級改造、資源高效利用上存在一定的局限性。許多原先建成AFC系統的城市為保證新線的順利接入，需對AFC系統進行升級和改造;而新建AFC系統的城市也應根據自身特點，在AFC系統基本架構的基礎上做出相應的調整，使系統的建設和運營更具針對性和本地特色。

3.1 合并線路中心和清分中心

一些城市由于規模所限，其人口增長和交通需求有限，在近期和遠期的軌道交通規劃中，所規劃的線路條數不多(一般少于10條)。由于運營商單一、運營的線路車站較少，清分結算壓力不大，所以可以本著經濟、實用的原則，合并五層架構中的線路中心層和清分中心，直接將所有車站接入清分中心，將原先線路中心的功能分配至清分中心和車站中心。合并后，清分中心除具備日常清結算、票務管理等功能外，還需對所有車站進行管理和監控;車站中心則需收集、處理、分析各類數據，并根據清算對賬規定和原則直接與清分中心進行對賬。合并線路中心和清分中心的架構模式使系統得到精簡，可在一定程度上提高系統運營效率，節約建設、維護資金，減少線路的接口界面。合并線路中心和清分中心的AFC系統架構模式如圖2所示。

圖2 合并線路中心與清分中心的AFC系統架構

3.2 設置多線路中心

隨著軌道交通線網的不斷擴大以及運營經驗的積累，許多城市軌道交通線路呈現多而復雜的特點，不少運營商意識到如果在每條線路均設置LC，會造成投資和資源的較大浪費。對于同一運營商所轄的線路，可以為這幾條線路設置多線路中心(MLC)而不再單獨為每條線路設置線路中心，這幾條線路的AFC數據可直接上傳至多線路中心。

設置多線路中心的特點是實現了相同運營商所轄線路的資源共享，使線路間的信息在ACC層以下得到處理。基于各個運營商所轄多條線路構成的MLC可以看成是一個小清分中心，能夠完成所轄線路內運營、票務、數據、清分、報表等管理，節約資源，提高效率，節省項目建設投資，并提高系統的經濟效益與安全性。同時，ACC面對的是不同的運營商，不再面對具體的線路，因此簡化了清分模型，減輕了清分負擔，有效緩解了ACC的工作壓力。為確保MLC所轄各自線路數據、責任的獨立性，需在SC層與MLC層之間為各線路設置AFC系統線路數據匯集節點。

目前，不同線路接入多線路中心主要有兩種模式：

1)不同線路服務器統一集中管理。該模式僅需要對原先服務器進行空間上的遷移、對原有通信網絡進行改造，遷至多線路中心統一管理，從而節省投資和資源，提高管理效率。該模式可實現線路在物理上的接入，并未實現線路在邏輯上的接入，所以無需重新定義接口和各層功能分配，技術成熟且容易實現，費用較為節省且工期短。

2)不同線路接入同一服務器。該模式實現了不同線路在邏輯上接入線路中心，能實現真正意義上的集中化管理，自動化程度和管理效率更高。對于這種演變模式，需要重新定義接口類型、多線路中心內部的清分規則，設置各線路數據節點，同時對原有的對賬模式、監控模式、權限設置等都需要做出一定程度的改變。該方式技術難度較大，花費費用較高且工期較長。

在線網中，設置多線路中心的AFC系統架構如圖3所示。

圖3 設置多線路中心的AFC系統架構

3.3 設置區域中心

區域中心(ZLC)是為面向軌道交通線網的區域化管理而提出的，旨在解決一定規模的線網內相關線路獨立運營所帶來的管理復雜、維修調配不便的問題，避免線網建設發展帶來的線路升級改造對運營產生的影響，克服新老線路間接口不統一帶來的麻煩。

區域中心通過統一并標準化車站與中心的接口，允許不同線路和車站根據區域管理需求進行接入，并預留一定的接入能力來滿足未來線路建設、改造的需求。在區域中心建設完成后，新建線路一般不再設置線路中心。區域中心的接入分為兩種情況：一種為線路層面的接入，屬于同一運營商的線路接入共同的區域中心，區域中心對所屬線路車站進行數據管理、報表統計及線路間的清分等，涉及數據層面的管理功能，類似于MLC;另一種為車站層面的接入，對于車站，區域中心按照區域管理的需求，通過合理整合資源，對就近接入的車站進行應用層面的靈活管理，如票務管理、日常運營管理、維修管理等，而車站產生的各類數據需傳輸至所屬線路對應區域中心的數據匯集節點，便于不同運營商間的清分、ACC的對賬以及責任的追查。

區域中心的設置使得原先的運營管理模式向區域管理模式過渡，與之相對應，原有的清分管理、運營管理、票務管理、收益管理、維修管理、數據管理、報表管理等的功能定義、數據格式、管理主體都需做出相應變動，因此該演變模式還需要統一并標準化車站與中心的接口，同時設置數據匯集節點。值得注意的是，如果城市軌道交通線網在最初規劃時沒有考慮設置區域中心，在未統一技術標準的情況下，當后期不同線路接入區域中心時，調整難度就會較大。

在線網高速擴張的形勢下，根據線網規劃，選擇合理的地點建設區域中心，通過實現接口的標準化，對就近接入的車站進行靈活管理，可以節約日常運管管理費用，提高運營效率，并保證了后續線路建設和改造的便捷、順利，降低建設成本。在線網中，設置區域中心的AFC系統架構如圖4所示。

圖4 設置區域中心的AFC系統架構

AFC系統標準五層架構體系及上述幾種演變形式具有較好的伸縮性，可根據各個城市軌道交通功能需求、運營狀況以及行政體系的不同而做相應的組合，滿足不同城市軌道交通運營的特殊需求。總體而言，上述的AFC系統架構體系都屬于系統層面的變體形式。

3.4 引入業務內置型讀寫器

城市軌道交通AFC系統的票務處理是一個十分復雜的過程，其中票卡(通常為IC卡)讀寫設備發揮著極其重要的作用。在采用上述各種AFC系統架構體系的過程中，當票卡處理流程需要調整時，不同類型的讀寫器產品提供的接口并不一樣，這給AFC系統升級改造帶來很大困難，使得票卡處理程序的變更升級工作量大，程序調試、測試工作繁雜。業務內置型票卡讀寫器(功能型IC卡讀寫器)的開發與應用，使以上問題得到了有效解決，并能夠與上述各種AFC系統架構進行組合。

業務內置型票卡讀寫器將AFC系統業務規則以及票卡處理流程內置于票卡讀寫器內，是結合城市軌道交通AFC業務而發展起來的IC卡讀寫器。在AFC系統構架體系中，設備層與票卡層之間添加了業務內置型票卡讀寫器層，主要是為了在城市軌道交通網絡化運營的過程中，兼容不同線路承包商的IC卡讀寫器產品，通過統一費率計算、統一票卡處理流程、應用軟件交互等，使運營商在地鐵票卡更新、票卡結構變更或系統軟件升級時，能夠解決接口不統一的問題，輕松實現系統升級與維護。實現上述目標的關鍵是運營部門能夠掌握其中的關鍵技術點，如票卡處理流程等。基于業務內置型票卡讀寫器的AFC系統架構體系如圖5所示。

圖5 引入業務內置讀寫器的AFC系統架構

設置內置型票卡讀寫器層的AFC系統架構體系在本質上屬于設備層面的變體形式，其特點是：實現全線網業務統一化、兼容化;全處理過程封裝于讀寫器內部，保證交易數據的安全;初期建設成本略高，但后續維護與升級費用低;技術要求相對復雜。

4 結語

隨著我國大規模地開展城市軌道交通的建設，以及城市軌道交通網絡化運營時代的到來，網絡化運營發展與本地化運營特色的需求對標準五層架構體系的AFC系統提出了新的要求。筆者在AFC系統的五層標準架構體系的基礎上，分析了合并線路中心與清分中心、設置多線路中心和區域中心等標準架構體系的演變形式、各自的功能特點及適應場合。最后，考慮網絡化運營所帶來的不同線路承包商的介入，提出了嵌入讀寫器層的AFC體系架構。靈活的AFC體系架構設置可以適應不同城市軌道交通發展的需求，更好地滿足新線建設和網絡化運營的要求。

［1］鄧先平，陳鳳敏.中國城市軌道交通AFC系統的現狀及發展［J］.都市快軌交通，2005，18(3)：18 －21.

［2］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.

［3］GB/T 20907—2007城市軌道交通自動售檢票系統技術條件［S］.北京：中國標準出版社，2007.

［4］范巍.清分中心系統的功能定位及自動售檢票系統標準制定［J］.城市軌道交通研究，2010，13(3)：1 －4.

［5］李道全，趙華偉.多線共用AFC系統線路中心設計探討［J］.都市快軌交通，2012，25(5)：71 －74.

［6］陳楠，李繼銘.南京地鐵AFC系統管理方式的分析和研究［J］.鐵路通信信號工程技術，2011，8(6)：47 －50.

［7］何鐵軍，宋亞娜，王健，等.AFC業務內置型讀寫器研究與應用［J］.都市快軌交通，2011，24(1)：104 －108.

［8］王健，張寧，黃亮，等.南京地鐵AFC系統網絡化建設思路和再思考［J］.都市快軌交通，2011，24(1)：69 －72.

Research of Architecture on Rail Transit’s AFC System

Qiu Huarui1Zhang Ning1Xu Wen2He Tiejun1
(1.ITS Research Center of MOE，Southeast University，Nanjing 210096;2.Beijing Urban Construction Design＆Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100037)

The basic framework and system evolution history of automatic fare collection(AFC)system in urban rail transit was discussed.Rationality of the AFC design not only affects the AFC system’s development，but also decides the AFC network’s operation.AFC system’s five layers stan dard architecture was introduced in this paper first.The factors of different operation mode，management system，new technology and the lines on rail transit were taken into account in a comprehensive way;several structures of AFC system which are based on merging ACC and Line Center，multiple Line Center，Zone Center and DeviceNet were analyzed in detail.AFC system in different cities could be designed flexibly according to their own characteristic and future planning，which lays some foundations for their rail transit’s network opera-tion and development.

rail transit;AFC;Inlaid Reader-Writer;zone centre;multiline centre

U293.22

A

1672－6073(2014)02－0086－04

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.021

2013－04－08

2013－08－14

邱華瑞，男，碩士研究生，從事軌道交通機電工程研究，qiuhuarui12@163.com

工程項目：南京地鐵建設有限責任公司項目(8550140042)

(

郭 潔)