成都地鐵自動檢票機取消不間斷電源裝置可行性分析

謝 峰 魏 鵬

（成都地鐵運營有限公司，610081，成都∥第一作者，工程師）

成都地鐵自動檢票機取消不間斷電源裝置可行性分析

謝 峰 魏 鵬

（成都地鐵運營有限公司，610081，成都∥第一作者，工程師）

結合成都地鐵1號線自動檢票機中不間斷電源（UPS）裝置的最初設計目的和現場使用情況，從車站自動檢票機在運營時間發生斷電的概率、自動檢票機發生異常斷電時票卡丟失的概率，以及UPS的維護成本等方面，對取消自動檢票機的UPS裝置的可行性進行了分析，為成都地鐵后續線路自動售檢票系統的設計和建設提供參考依據。

地鐵；自動檢票機；不間斷電源

First-author's addressChengdu Metro Co.，Ltd.，610081，Chengdu，China

地鐵自動檢票機作為檢票系統中最重要的設備之一，其可靠性、安全性受到各集成商和業主的廣泛關注。為了增加檢票機的可靠性，工程設計在自動檢票機中會設置不間斷電源（UPS），以保證在設備突然斷電的情況下，不丟失最后一筆正在進行的交易。但是，隨著自動檢票系統的不斷發展，自動檢票機在實際應用中發生突然斷電的概率已經微乎其微，而UPS的維護和維修成本卻在持續攀升。在這種情況下，大多數城市在自動檢票機中取消了UPS。本文結合成都地鐵車站自動檢票機UPS裝置的實際運用情況，從自動檢票機異常斷電時交易丟失的概率和UPS維護成本兩個方面分析自動檢票機取消配置UPS的可行性。

1 自動檢票機異常斷電時交易丟失的概率分析

異常斷電，是指在正常運營時間內的車站斷電，會導致自動檢票機突然失電無法正常工作。但是，并非每次異常斷電都造成交易丟失，只有在斷電瞬間正好有乘客使用車票進行讀卡操作，才有可能造成交易丟失。本文從異常斷電的發生概率和交易丟失的原因兩個方面分析自動檢票機異常斷電時的交易丟失。

1.1 自動檢票設備異常斷電的發生概率

自動售檢票系統是地鐵諸多系統中一個重要的系統，其供電設計一般要求為一級負荷供電。一級負荷是指中斷供電將造成重大人身傷亡、設備財產損失的用電系統及設備，如大型醫院、石油提煉廠、礦井或軌道交通系統等。一級負荷一般有兩路電源供電，要求當供電系統其中一路線路發生故障停電時，另一路線路仍保證其連續供電，即雙回路供電。

雙回路供電對兩路電源的要求為：

（1）兩路電源之間無聯系。

（2）兩路電源之間有聯系時，須符合下列要求：①發生任何一種故障時，兩路電源的任何部分應不致同時受到損壞；②發生任何一種故障且保護裝置正常時，有一路電源不中斷供電，并且在發生任何一種故障且主保護裝置失靈以至兩路電源均中斷供電后，能在有人值班的處所完成各種必要操作，迅速恢復一路電源供電。

因此，從城市軌道交通一級負荷供電的特點以及一級負荷供電的重要性來講，城市軌道交通由一級負荷電源供電的設備發生異常斷電的情況是極少的。成都地鐵1號線自動售檢票系統的實際情況也證明了這一點。成都地鐵1號線自動售檢票系統采用了一級負荷供電設計，由南北兩路電源（一路主電源，一路備用電源）供電，以確保運營時間內車站自動售檢票系統終端設備的正常運行。成都地鐵1號線自2010年9月正式運營以來，從未發生過任何運營時間內一級負荷故障斷電事故。

1.2 異常斷電導致交易丟失的原因和概率

我國大多數城市的軌道交通都采用出站扣費的計費方式，所以，只有在自動檢票機遇到異常斷電時有乘客正在使用車票刷卡出站，才有可能造成交易丟失。一張票卡的交易具體可分為尋卡、校驗、讀卡、寫卡、生成交易、交易寫入硬盤、交易上傳等幾個階段。異常斷電時交易是否丟失，與票卡當時所處的階段有關。如果異常斷電發生在尋卡、校驗、讀卡、寫卡幾個階段，因為自動檢票機軟件系統未能正式生成交易，將不會發生丟失交易的情況；若異常斷電發生在自動檢票機完成寫卡操作以后，設備處在生成交易的過程中，則有可能發生交易丟失的情況。所以，因異常斷電而發生交易丟失的概率是非常低的。

以成都地鐵自動售檢票實際情況為例，根據《成都軌道交通AFC技術標準》，軌道交通讀寫器對回收類專用票操作的讀寫時間不大于250 ms，對非回收類專用票操作的讀寫時間不大于350 ms。對于單筆交易，遠期預留占用300 B的硬盤空間，而自動檢票機的CF（Compact Flash）內存卡的一般讀寫速率為20 MB/s，故單筆交易的讀寫時間為15 ms。

AFC系統中，票卡讀寫時間指從輪尋POLLING捕獲到卡至卡交易過程數據讀寫全部結束所需時間，包含讀寫過程中ECU（閘機工控機）端的業務處理時間，不包含交易記錄的產生及設備開門、出票等動作花費的時間。《成都軌道交通AFC技術標準》規定，票卡的交易過程中從尋卡到交易寫入硬盤的時間最多為0.25 s，而真正用于寫交易到硬盤的時間只有15 ms。也就是說，設備斷電導致交易記錄丟失的寫卡階段所花費的時間只占票卡交易總時間的6%左右。因此，由于設備斷電而導致交易記錄丟失的概率是很低的。

1.3 異常斷電導致交易丟失分析總結

綜上所述，工程設計為一級負荷的自動售檢票系統在運營時間發生異常斷電的概率是很低的；從一張票卡的交易過程來看，設備異常斷電恰巧發生在交易生成和寫入硬盤的階段的概率也是比較低的。因此，由于自動檢票機異常斷電而發生丟失交易的概率是極低的。

假設每年車站一級負荷設備有4次斷電（每次只是在一個站，不可能全線斷電），每次斷電瞬間有10人正在刷卡，其中2人的交易丟失；每個交易記為5元。那么，交易損失為4×2×5元=40元。可見，由于車站設備掉電造成的票務收益的損失是相當有限的。

2 UPS的維護成本分析

在自動檢票機中配置UPS需要兩方面的成本投入，一是AFC系統建設階段，設計生產自動檢票機時采購UPS的成本，也是直接配置成本；二是在AFC系統建成后，運營維護階段的維護成本，包括人工和材料成本。本文從以上兩個方面具體分析。

2.1 配置成本

以成都地鐵1號線一期工程為例，按照目前市場報價，每個自動檢票機通道均配置1 k VA的UPS來進行計算，1號線一期工程自動檢票機配置UPS的總成本見表1。本AFC系統為自動檢票機配置UPS的直接成本在33萬元左右。

表1 成都地鐵1號線一期工程UPS配置成本表

2.2 維修成本

隨著技術的進步，目前UPS的維護工作量已比以前減少了很多。但是，為了保證電池的使用壽命，仍需定期對其進行充放電維護。如果不進行定期維護，電池的壽命只有2～3年左右，其在惡劣工作環境下（如高溫環境）的壽命也將大打折扣。理想工作環境下3年內UPS的維護費用見表2。

表2 理想工作環境下UPS逐年維修成本表

由表2可知，隨著UPS使用年限的遞增，其維修成本逐年增加，且到地鐵開通后3年UPS電池需進行更換。以此計算，UPS每年平均的維護成本是配置成本的25%左右。由于自動檢票機內部空間狹小，UPS需與電源盒一同放置，導致UPS的工作環境溫度很高，嚴重影響了UPS的使用壽命，其實際維護成本比理論成本還要高。由此可以看出，車站自動檢票機UPS的故障率比較高，且維修成本高昂。

成都地鐵1號線一期工程自開通以來，由于車站自動檢票機的UPS同電源盒一同放置，導致UPS的工作環境溫度很高，加上自動檢票機UPS定期放電工作量巨大、運營時間無法操作等原因，車站自動檢票機的UPS裝置運營1年左右就開始出現電池浮充、老化、主板損壞等一系列設備共性故障。經統計，成都地鐵1號線一期工程全線自動檢票機的UPS裝置運營2年時大部分已將電池更換。按照目前成都地鐵UPS廠家報價，僅維護工作的材料成本就已達到每年15萬元左右。

3 各城市自動檢票機配置UPS情況

隨著城市供電安全性、可靠性的提高，自動檢票機配置UPS的必要性在逐漸下降，而UPS使用中的維護、保養費用卻在日益增高。在這種情況下，我國許多城市在地鐵自動檢票機的配置中取消了UPS（見表3）。

表3 我國部分城市地鐵自動檢票機配置UPS情況一覽表

4 結 語

綜上所述，隨著城市供電安全性、可靠性的提高，地鐵車站發生異常斷電事件的概率在不斷降低，自動檢票機配置UPS的必要性變得越來越低，加之UPS的維護、維修成本較高，維護工作量較大，而消耗巨大維護成本所換來的運營收益很小。因此，為降低地鐵運營維護成本，在城市軌道交通自動售檢票系統工程設計中可考慮取消自動檢票機的UPS裝置。

［1］ 趙時旻.軌道交通自動售檢票系統［M］.上海：同濟大學出版社，2007.

［2］ 何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通車站機電設備運行與維修［M］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

［3］ GB 50157—2003地鐵設計規范［S］.

Feasible Analysis of UPS Equipment Removal from Automatic Gate Machine in Chengdu Metro

Xie Feng，Wei Peng

Combined with the design purpose and practical appllication of UPS in automatic gate machine（AGM）of Chengdu metro Line 1，the removing feasibility of UPS equipment from AGM is analyzed based on the power outrage rate in AGM working times，the ticket loss probability when abnormal power down happens in AGM，and the maintenance cost of UPS.This research will provide some references for the design and manufacture of new AFCsystem on the following metro lines in Chengdu.

metro；automatic gate machine（AGM）；uninterrupted power source（UPS）

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2015.01.022

2013-04-19）