城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)區(qū)域中心總體設(shè)計(jì)＊

黎 慶 張 寧 徐鐘全 王 健

（1.南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，210024，南京；2.東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心，210018，南京；3.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，100073，北京∥第一作者，教授級(jí)高級(jí)工程師）

GB／T20907—2007《城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)技術(shù)條件》中提出：自動(dòng)售檢票（AFC）系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)五層構(gòu)架體系［1］。五層構(gòu)架體系是根據(jù)我國國情和城市發(fā)展現(xiàn)狀，綜合考慮了城市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營的特點(diǎn)（如票種設(shè)置豐富、線路多而復(fù)雜、與城市一卡通兼容等），具有一定的可伸縮性［2－3］。同時(shí)，隨著運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的豐富和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)營商意識(shí)到AFC 系統(tǒng)的架構(gòu)體系需符合城市自身特點(diǎn)。在考慮未來線網(wǎng)規(guī)模、管理體制、系統(tǒng)升級(jí)改造、滿足運(yùn)營管理需求的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有的五層架構(gòu)體系進(jìn)行了一定程度的拓展，以提高運(yùn)營效率，節(jié)約建設(shè)、運(yùn)營成本，使系統(tǒng)更好地適應(yīng)并滿足線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營帶來的種種需求［4］。例如北京地鐵提出的多線公用 AFC 系統(tǒng)線路中心［5］、南京地鐵提出的AFC 系統(tǒng)區(qū)域中心［6］等。本文對(duì)城市軌道交通AFC 系統(tǒng)的區(qū)域中心（ZLC）總體設(shè)計(jì)及功能設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 ZLC總體設(shè)計(jì)

城市軌道交通AFC 系統(tǒng)ZLC 是面向城市軌道交通線網(wǎng)的區(qū)域化管理而提出的，旨在解決一定規(guī)模的線網(wǎng)內(nèi)相關(guān)各線路獨(dú)立運(yùn)營所帶來的運(yùn)營管理復(fù)雜、維修調(diào)配不便，線網(wǎng)建設(shè)發(fā)展帶來的線路升級(jí)改造對(duì)運(yùn)營產(chǎn)生的影響，以及新老線路間接口不統(tǒng)一帶來的一系列問題。其業(yè)務(wù)需求如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營下對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)車站實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一運(yùn)營、統(tǒng)一票務(wù)、統(tǒng)一維修管理；

（2）統(tǒng)一線路內(nèi)部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)，滿足新建或改造項(xiàng)目的接入（例如延伸線的接入）；

（3）減輕清分中心（ACC）日常運(yùn)營壓力，同時(shí)為ACC 升級(jí)改造確定前提條件；

（4）為后續(xù)項(xiàng)目（如控制中心）的建設(shè)提供參考樣本。

基于以上業(yè)務(wù)需求，ZLC 建成后應(yīng)能作為AFC 系統(tǒng)的核心部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)AFC 系統(tǒng)運(yùn)營、票務(wù)、收益、維修等的集中管理功能。ZLC 可收集、處理系統(tǒng)內(nèi)各類數(shù)據(jù)，制定、維護(hù)系統(tǒng)各類參數(shù)，接收、下達(dá)系統(tǒng)各類指令，接受ACC的統(tǒng)一管理并提供高度的安全機(jī)制和嚴(yán)格的操作規(guī)程；同時(shí)，通過ACC實(shí)現(xiàn)本區(qū)域與城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)其它區(qū)域以及城市公共交通一卡通之間的結(jié)算。在線網(wǎng)中設(shè)置ZLC 的AFC 系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)置區(qū)域中心的AFC 系統(tǒng)架構(gòu)圖［3］

根據(jù)對(duì)ZLC 業(yè)務(wù)需求的分析，ZLC 層位于ACC層與SC（車站中心）層之間，依據(jù)AFC 系統(tǒng)建設(shè)實(shí)際情況，該層可獨(dú)立設(shè)置ZLC 或設(shè)置ZLC／LC（線路中心）共存模式，以便AFC 系統(tǒng)由線路管理過渡到區(qū)域管理。ZLC 的設(shè)置對(duì)原先布置與LC的清分管理、運(yùn)營管理、票務(wù)管理、收益管理、維修管理、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表管理等功能與其對(duì)應(yīng)管理主體都需做出相應(yīng)變動(dòng)。ZLC 通過統(tǒng)一交互接口實(shí)現(xiàn)不同車站或線路的接入，ACC 通過 ZLC 與SC 及終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。ZLC 系統(tǒng)的核心由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫組成。其中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫用于處理在線更新的快速變化的數(shù)據(jù)及具有時(shí)間限制的事務(wù)處理，如設(shè)備／客流實(shí)時(shí)監(jiān)控等；而關(guān)系數(shù)據(jù)庫建立在ZLC 各類數(shù)據(jù)集合的基礎(chǔ)上，通過不同軟件模塊實(shí)現(xiàn)如系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、報(bào)表分析等分析和管理功能。ZLC 硬件部署的核心是中心數(shù)據(jù)庫集群與交易處理集群的設(shè)置。其中，交易處理集群實(shí)現(xiàn)對(duì)ZLC所轄車站交易數(shù)據(jù)收集、分析、處理的支持，并將處理后數(shù)據(jù)發(fā)送至ZLC 數(shù)據(jù)庫集群；ZLC數(shù)據(jù)庫集群收集、分析、處理ZLC 各類綜合數(shù)據(jù)（如收益數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、清分?jǐn)?shù)據(jù)等），為ZLC 各類功能的實(shí)現(xiàn)提供支持。以南京地鐵為例，ZLC 總體規(guī)劃及系統(tǒng)硬件部署如圖2、圖3所示。

2 ZLC功能設(shè)計(jì)

根據(jù)ZLC 的總體規(guī)劃，ZLC 系統(tǒng)可以劃分為核心業(yè)務(wù)后臺(tái)、核心業(yè)務(wù)前臺(tái)和運(yùn)營支持與分析三大功能模塊。

2.1 核心業(yè)務(wù)后臺(tái)

核心業(yè)務(wù)后臺(tái)包含通信管理、數(shù)據(jù)管理以及時(shí)鐘管理3個(gè)模塊，是核心業(yè)務(wù)前臺(tái)與支持分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)，保證系統(tǒng)內(nèi)部所有數(shù)據(jù)的傳輸、解析、審核、核對(duì)、備份以及安全等。

2.1.1 通信管理

系統(tǒng)將整個(gè)通信系統(tǒng)分為消息接入模塊和消息處理模塊。消息接入模塊接受來自內(nèi)部和外部系統(tǒng)的消息報(bào)文，然后轉(zhuǎn)由消息處理模塊處理。

消息接入模塊主要提供通信服務(wù)，包括消息報(bào)文的接受和發(fā)送，分別由通信服務(wù)模塊和通信客戶模塊來完成。通信服務(wù)模塊接受外接系統(tǒng)的連接請(qǐng)求，建立通信連接，接收消息請(qǐng)求報(bào)文，發(fā)送給消息處理模塊，然后從消息處理模塊接收應(yīng)答報(bào)文，發(fā)送到外接系統(tǒng)；通信客戶模塊向外接系統(tǒng)發(fā)送消息請(qǐng)求和接收外接系統(tǒng)的消息應(yīng)答。

消息處理模塊接受來自外部和內(nèi)部接入模塊的各種消息，進(jìn)行業(yè)務(wù)處理后，形成應(yīng)答報(bào)文發(fā)送給外部和內(nèi)部系統(tǒng)。

2.1.2 數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)核對(duì)、數(shù)據(jù)聚類、數(shù)據(jù)連續(xù)性檢驗(yàn)以及數(shù)據(jù)安全。

圖2 ZLC 系統(tǒng)總體規(guī)劃

圖3 ZLC 系統(tǒng)硬件部署

ZLC 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸可分為實(shí)時(shí)通信傳輸與文件傳輸。通過實(shí)時(shí)通信傳輸，ZLC 實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)SC、車站設(shè)備（SLE）以及區(qū)域外部ACC、LC 之間的實(shí)時(shí)通信（比如設(shè)備事件、設(shè)備工作狀態(tài)、客流信息、監(jiān)控命令、車站模式狀態(tài)、控制命令等）。實(shí)時(shí)報(bào)文采用CRC32算法來驗(yàn)證報(bào)文中的數(shù)據(jù)有沒有發(fā)生丟失或被篡改，確保數(shù)據(jù)傳送過程中的數(shù)據(jù)安全及完整性。實(shí)時(shí)通信傳輸采用CORBA（公共對(duì)象請(qǐng)求代碼體系結(jié)構(gòu)）技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，部署在接入服務(wù)器上。ZLC 系統(tǒng)的文件傳輸包括FTP（文件傳輸協(xié)議）的服務(wù)端程序和客戶端程序兩個(gè)部分。ZLC 系統(tǒng)向SC 系統(tǒng)提供FTP服務(wù)，SC 系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)通信傳輸平臺(tái)向ZLC 發(fā)送FTP 登錄申請(qǐng)報(bào)文，獲取FTP服務(wù)的用戶名和密碼等信息后，登錄ZLC 的FTP服務(wù)器并主動(dòng)向ZLC 上傳或下載文件。同樣，ACC系統(tǒng)向ZLC 系統(tǒng)提供FTP服務(wù)，ZLC 系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)通信傳輸平臺(tái)向ACC發(fā)送FTP登錄申請(qǐng)報(bào)文，獲取FTP 服務(wù)的用戶名和密碼等信息后，登錄ACC 的FTP服務(wù)器并主動(dòng)向ACC 傳輸或下載文件。

在數(shù)據(jù)傳輸完成后，ZLC 對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)數(shù)據(jù)的類型及用途進(jìn)行實(shí)時(shí)或批量地處理，以滿足系統(tǒng)監(jiān)視、運(yùn)營管理及決策分析的需求。同時(shí)，ZLC 系統(tǒng)需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審計(jì)，以檢查原始數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性等。通常對(duì)于每種車票交易類型的數(shù)據(jù)一方面通過設(shè)備寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)累計(jì)，另一方面以交易數(shù)據(jù)的形式存在，兩種數(shù)據(jù)均上傳到ZLC。ZLC 對(duì)兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行相互核對(duì)，檢查系統(tǒng)中是否存在非法數(shù)據(jù)。通過對(duì)收集數(shù)據(jù)、審查數(shù)據(jù)的核對(duì)，檢查收集數(shù)據(jù)、審查數(shù)據(jù)的一致性，檢查系統(tǒng)是否存在數(shù)據(jù)的缺失。ZLC 對(duì)數(shù)據(jù)的核對(duì)分為三級(jí)，分別為 ZLC／ACC 核對(duì)、ZLC／SC 核對(duì)以及SC／SLE核對(duì)，保證交易文件處理結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1.3 時(shí)鐘管理

AFC 系統(tǒng)以ACC 作為主時(shí)鐘源，線路通信服務(wù)作為備時(shí)鐘源。系統(tǒng)使用SNTP（簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）進(jìn)行時(shí)鐘同步。ZLC 從時(shí)鐘源獲得標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘后，把自己作為SNTP服務(wù)器，向本ZLC 的管理終端和所轄線路及其下屬SC 提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。

2.2 核心業(yè)務(wù)前臺(tái)

核心業(yè)務(wù)前臺(tái)由監(jiān)控管理、參數(shù)管理、票務(wù)管理以及收益管理等功能模塊組成，負(fù)責(zé)ZLC所轄車站的相關(guān)日常管理。

2.2.1 監(jiān)控管理

監(jiān)控管理負(fù)責(zé)區(qū)域監(jiān)控、車站監(jiān)控、客流監(jiān)控以及系統(tǒng)監(jiān)視。ZLC 區(qū)域監(jiān)控模塊集中監(jiān)視區(qū)域內(nèi)各個(gè)車站的狀態(tài)，車站的狀態(tài)包括車站的運(yùn)行狀態(tài)和模式狀態(tài)。車站的運(yùn)行狀態(tài)包括正常，報(bào)警，警告和離線狀態(tài)。車站的模式狀態(tài)包括緊急模式、正常模式和各降級(jí)模式。

ZLC車站監(jiān)控模塊集中監(jiān)視本區(qū)域內(nèi)各個(gè)車站的設(shè)備，對(duì)設(shè)備的監(jiān)控主要包括運(yùn)行模式、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備故障及報(bào)警等各類監(jiān)控信息。同時(shí)，ZLC系統(tǒng)可以集中控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，可向某組設(shè)備、某類設(shè)備或某臺(tái)設(shè)備下達(dá)控制指令。

ZLC客流監(jiān)控模塊集中監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)線路和車站的客流情況，以提供制定運(yùn)營計(jì)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。所監(jiān)視的客流包括所有設(shè)備處理的客流，同時(shí)ZLC系統(tǒng)生成客流統(tǒng)計(jì)報(bào)告，顯示系統(tǒng)各類設(shè)備處理各類客流的情況。通常，統(tǒng)計(jì)報(bào)告包括各類車票使用人數(shù)、自動(dòng)售票機(jī)購票人數(shù)、半自動(dòng)售票機(jī)處理各類車票人數(shù)，自動(dòng)加值機(jī)使用人數(shù)、各類車票進(jìn)站人數(shù)、各類車票出站人數(shù)、補(bǔ)票人數(shù)、無票通過人數(shù)等。

ZLC系統(tǒng)監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)主機(jī)性能、后臺(tái)線程、存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、UPS（不間斷電源）以及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。

2.2.2 參數(shù)管理

ZLC參數(shù)管理主要包括設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)（EOD）、黑灰名單和履歷等。EOD 參數(shù)又分為ACC級(jí)參數(shù)和ZLC 級(jí)參數(shù)。ACC 級(jí)別的參數(shù)在ACC生成，向全線網(wǎng)所有ZLC 發(fā)布。ZLC 級(jí)別的參數(shù)，向本ZLC 的下級(jí)SC 發(fā)布，SC 轉(zhuǎn)發(fā)給下級(jí)設(shè)備。黑灰名單在ACC 生成，以文件的形式向全線網(wǎng)所有ZLC發(fā)布。履歷在ACC 生成，以文件的形式向全線網(wǎng)所有ZLC 發(fā)布。

2.2.3 票務(wù)管理

ZLC票卡庫存管理統(tǒng)一集中管理ZLC 和各個(gè)車站的庫存點(diǎn)的票卡庫存信息。當(dāng)區(qū)域所轄站點(diǎn)每天日終結(jié)算后，產(chǎn)生當(dāng)日票卡結(jié)存信息并上傳ZLC。當(dāng)需要進(jìn)行票卡調(diào)撥操作時(shí)，ZLC 根據(jù)庫存情況向ACC提出票卡調(diào)撥申請(qǐng)，接受ACC 調(diào)撥命令，根據(jù)線路實(shí)際情況響應(yīng)該命令，完成票卡的調(diào)撥。

2.2.4 收益管理

ZLC收益管理查看本區(qū)域內(nèi)某個(gè)設(shè)備或多個(gè)設(shè)備的當(dāng)前收益，或日終收益，通常包含自動(dòng)售票機(jī)（TVM）現(xiàn)金管理、POST（半自動(dòng)售票機(jī)）現(xiàn)金管理以及一卡通充值現(xiàn)金管理。同時(shí)，系統(tǒng)負(fù)責(zé)為車站提供備用金增加、減少、領(lǐng)用、歸還等管理功能。

2.3 運(yùn)營支持與分析

ZLC運(yùn)營支持與分析由維修管理、系統(tǒng)管理和運(yùn)營分析等功能模塊組成。

2.3.1 系統(tǒng)管理

ZLC 系統(tǒng)管理主要對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限、系統(tǒng)日志以及內(nèi)務(wù)進(jìn)行管理。操作員在對(duì)ZLC 系統(tǒng)進(jìn)行操作前，需要對(duì)操作員ID、操作密碼進(jìn)行驗(yàn)證，通過驗(yàn)證后方可進(jìn)行權(quán)限允許內(nèi)的操作。同時(shí)系統(tǒng)軟硬件運(yùn)作過程中產(chǎn)生的各種事件，包括系統(tǒng)運(yùn)行事件、應(yīng)用軟件運(yùn)行事件、安全事件、異常事件等都由系統(tǒng)統(tǒng)一管理。在內(nèi)務(wù)管理方面，系統(tǒng)對(duì)生成的文件及與各子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的文件進(jìn)行有效管理，對(duì)任何過期或無效的文件定期進(jìn)行刪除、清理、歸檔或備份處理。

2.3.2 維修管理

ZLC 維修管理對(duì)本區(qū)域線路AFC 系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行登記，形成設(shè)備臺(tái)賬。臺(tái)帳詳細(xì)記錄設(shè)備的設(shè)備號(hào)、設(shè)備名、設(shè)備屬性、設(shè)備所處車站、服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)、故障維修記錄、主要部件更換記錄、安全卡更換記錄和設(shè)備搬遷記錄等信息。數(shù)據(jù)庫中記錄了設(shè)備或部件的規(guī)格、數(shù)量、出入庫和庫存等信息，以便維修人員查詢和統(tǒng)計(jì)備品備件在其入庫、出庫、報(bào)廢等周期內(nèi)的完整記錄。根據(jù)設(shè)備維修歷史和檢修周期等，系統(tǒng)自動(dòng)或手動(dòng)生成維修計(jì)劃，并對(duì)維修計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.3.3 運(yùn)營分析

ZLC 運(yùn)營分析通過對(duì)各類運(yùn)營原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行收益分析、客流分析以及差異分析。收益分析包括ZLC對(duì)所轄線路、車站、設(shè)備進(jìn)行收益統(tǒng)計(jì)分析，如各類車票的不同處理類型的統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)現(xiàn)金數(shù)據(jù)的核算及統(tǒng)計(jì)分析、各種優(yōu)惠條件下的收益損失統(tǒng)計(jì)、對(duì)車站每日收益狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等。客流分析主要根據(jù)設(shè)備上傳的實(shí)時(shí)客流狀態(tài)來監(jiān)視實(shí)時(shí)客流數(shù)據(jù)，通過建立合適的路網(wǎng)模型來計(jì)算各車站不同方向的斷面客流，為指定票務(wù)政策、行車調(diào)度等提供參考。差異分析為常見的差異類別，提供便捷的查詢、分析差異的工具，減少相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析人員對(duì)底層數(shù)據(jù)庫表的直接訪問，提高效率的同時(shí)增加數(shù)據(jù)安全性。

3 結(jié)語

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的深入，許多城市在AFC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的五層架構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的調(diào)整策略，如增設(shè)LC、ZLC 等。筆者在分析城市軌道交通線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化后帶來新的運(yùn)營需求的基礎(chǔ)上，首先對(duì)ZLC 的總體規(guī)劃進(jìn)行分析，然后從核心業(yè)務(wù)后臺(tái)、核心業(yè)務(wù)前臺(tái)以及支持與分析系統(tǒng)3個(gè)模塊詳細(xì)分析了ZLC 的功能設(shè)計(jì)，為國內(nèi)城市軌道交通AFC 系統(tǒng)ZLC 的總體設(shè)計(jì)提供參考。

［1］GB／T20907－2007城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)技術(shù)條件［S］.

［2］鄧先平，陳鳳敏.中國城市軌道交通AFC 系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.都市快軌交通，2005，18（3）：18.

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［5］李道全，趙華偉.多線共用AFC 系統(tǒng)線路中心設(shè)計(jì)探討［J］.都市快軌交通，2012，25（5）：71.

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

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