天津地鐵1號線AFC系統改造項目實踐總結

□文/馮進峰

天津地鐵1號線AFC系統改造項目實踐總結

□文/馮進峰

天津地鐵1號線自動售檢票系統接入軌道交通清分系統的改造工程涉及到了國外技術封閉破解，新舊票卡兼容，臨時系統過渡，接入清分系統等多階段、高難度的方案設計、開發測試工作。在工程實施過程中，組織開展大量的實踐測試，攻克了多項技術難題，完成了從臨時系統到接入清分系統的成功過渡。工程實施完成后，在保證系統順利接入軌道交通清分系統的同時極大地提升了原有系統的整體性能。

自動售檢票系統；改造；地鐵

天津地鐵1號線自動售檢票（AFC）系統于天津地鐵2、3號線建設中期接入天津軌道交通清分中心系統的改造工作。在整體項目實施過程中，由于1號線原有AFC系統核心技術掌握在國外的技術廠商手中，系統改造工作存在異乎尋常的難度。

1　改造難點

項目實施初期，需要在整個改造升級方案的設計中充分考慮1號線原有AFC系統的諸多限制因素，依據不同的問題點采取相應的措施，以盡量避免改造對運營的影響。

1.1改造方式選擇

在車站AFC系統設備布局方面，1號線車站出入口多且分散，而每個出入口的AFC設備通常只有2臺售票機和4、5個通道的閘機。在高峰時刻，這些出入口設備已經接近飽和工作狀態，不能因改造而減少這些出入口設備的使用數量。在這種設備分布情況下，為避免可能引發的災難性的客流壓力，無法選擇對分停機改造升級方式。所以，只能選擇設備在線改造方式，在設備升級后立即投入使用，以減少改造對運營的影響。但這種方式要求新系統必須在正式改造前，全部完成調試和驗證工作且后臺系統已經具備正確統計和對賬的功能。

1.2核心技術破譯

當確定在線改造升級方式后，需要考慮核心技術問題，即如何能夠保證新、舊AFC系統對單程票的無縫兼容并能在后期順利向統一的一票通技術規范體系過渡。這樣一來，系統升級需要兩次過渡才能完成最終的升級，第一步將使用舊單程票標準的舊AFC系統設備升級為兼容舊單程票標準和一票通技術規范的新AFC系統設備；第一步全部升級完成后，停止舊單程票的流通，啟用天津城市軌道交通清分中心（以下簡稱ACC）發行的一票通車票，在新舊車票切換完成后，再次對系統進行升級，取消兼容舊版車票功能，整體AFC系統遷移至最終版本。

由于1號線舊AFC系統的現存技術資料除了單程票票卡結構外，沒有其他可供利用的技術資料，票卡處理流程、密鑰算法和數字簽名等關鍵技術全部是由國外集成商封閉掌控。如果要實現票卡無縫兼容，必須破譯全部單程票的技術規則，唯一的破譯途徑就是通過無數次的試驗，依據手中僅有的資料拼湊出舊系統的單程票技術規則。同時，在后續的開發過程中需要實現舊系統發行的單程票和ACC發行的單程票的分別識別和處理功能。

2　項目設計開發

2.1單程票技術資料破譯

1）單程票處理流程破譯。在執行單程票處理流程破譯時，由于已掌握單程票票卡結構，此項破譯工作有一定的信息基礎。在具體破譯時采用了逐步分析法和信息倒推法。逐步分析法暨在舊系統的自動售票機、檢票機以及半自動售票機上分別做單程票發售、進出站以及更新操作，將每一步操作的單程票卡內信息讀取出來并跟蹤后臺系統執行日志，這樣可掌握單程票從發售到最終回收的每一步的信息變更情況。信息倒推法是將單程票票卡結構分成不同的操作區域，既靜態區操作、動態區操作、記錄區操作以及關鍵信息區操作。結合已掌握的單程票每個操作步驟的票卡信息，分別對不同區域操作前后信息進行歸納，然后繪制票卡操作流程。

使用逐步分析法和信息倒推法需要優先掌握票卡信息結構，如果在票卡信息結構未掌握的情況下，還需要增加票卡信息結構的破譯，會增加單程票技術資料破譯工作的難度。此法在具體操作時要對每一個可能發生的設備操作都進行模擬，特別是一些不常用的操作，如退票、超時更新等。

2）數字簽名破譯。分為算法破譯和計算信息破譯，數字簽名的算法一般情況下都采用系統建設時主流的簽名算法，因此，結合既有的資料或通過一些非工作方式，應該比較容易得到算法信息。算法破譯后需要進一步確認參與數字簽名計算的票卡信息，此項工作使用遍歷法開展，暨遍歷所有可能字段信息來排列組合計算。每計計算完成后，將結果寫入單程票并在舊系統半自動售票機上進行分析驗證。

在破譯數字簽名后，需要對各類型的舊設備進行單程票模擬寫入后的交叉兼容測試。

3）破譯后的驗證工作。系統改造時將存在新設備（改造后的設備）和舊設備（未改造設備）共存階段，因此需要考慮好新舊設備同時處理舊單程票的驗證工作。新系統在識別舊系統單程票方面容易實現，識別票卡信息和數字簽名驗證正確后即可實現新舊兼容（適當放寬檢查條件有助于降低開發難度），但舊系統對于票卡的一些關鍵信息驗證需要特別注意。因此在破譯后的驗證工作上，需要重點測試3個關鍵交叉階段上，即新售票機售賣、舊閘機進站；新閘機進站、舊閘機出站；新閘機回收、舊售票機售賣。

2.2AFC系統軟件開發

在解譯單程票核心的同時，可同步開展AFC系統改造其他工作，這樣可有效推進項目工期。可同步開展的工作主要包括讀卡器軟件架構設計，設備硬件改造設計；后臺SC、LC系統（以下簡稱“后臺系統”）設計改造。

2.2.1讀寫器設計和硬件改造設計

在讀寫器設計和硬件設計過程中，需要重點考慮的問題是即兼容既有閘機和售票機設備，同時能適應未來新車票發行或新支付介質的引入需求，滿足未來“大”讀卡器設計的性能要求。在新讀卡器的SAM卡卡槽預留和通信方式預留方面要重點考慮，地鐵1號線預留了8個SAM卡卡槽以及2個串口擴展功能，方便增加新類型的射頻模塊。此外讀寫器操作系統的選擇在保證“大”讀卡器需求方面外，還需要考慮其兼容性和可擴展性。1號線改造中采用了最新的ARM 9處理器、64M B內存和嵌入式Li nux操作系統，不僅具備足夠的處理能力，還提供了良好的開發環境。另外讀卡器采用了CPU核心板+讀卡器板的設計方式，在這種方式下即使遇到處理器性能不足，必須升級讀卡器時，也只需要更換CPU核心板（甚至可以采用通用ARMCPU核心板代替），而其他硬件部分不需要改動，固件程序也可以做到最大限度的保留，這種硬件改造方式也有很好的借鑒意義。

2.2.2設備硬件改造設計

在硬件升級方面除了更換新讀卡器，還需要評估是否將部分故障率較高的模塊一并更換，如硬幣識別器等。硬件升級以自動售票機（TVM）和閘機（AGM）最為復雜，改造設計上著重考慮設備在升級施工過程中對周圍乘車乘客的影響，盡量利用原有安裝結構。雖然減少拆改的工作量，但增加了硬件設計的難度。1號線改造中經過綜合評估，最終只有TVM更換了硬幣分選通道，其余部件仍然利用原有的安裝結構或使用轉換支架完成安裝。

2.2.3后臺SC、LC系統設計改造工作

SC和LC設計的重點工作是倒接期間的通信協議規范和臨時系統的設計。由于1號線AFC系統計劃倒接時間的限制，AFC系統過渡版本必須結合ACC和一卡通技術規范來共同開發，單程票和一卡通車票交易分別遵循相應的技術規范。單程票交易在ACC正式上線前全部保留在1號線LC數據庫中，ACC上線后交易再發往ACC。一卡通交易又被分為兩類，儲值票交易和地鐵類優惠票交易（包括乘次票、學生票和老年票）。儲值票交易遵循一卡通技術標準由LC直接送往一卡通后臺；優惠票交易由LC送往1號線一卡通臨時系統。AFC系統的交易傳輸流程見圖1。

圖1　交易傳輸流程介紹

1）SC和LC系統在軟件架構設計時，能將每個票種的交易數據獨立生成，面對不同的結算對象時，可以分別發送。

2）系統設計時需要考慮多種通信協議和接口標準的兼容情況，以便在過渡期和試運行期間完成相關的結算和統計工作。

3）針對不同的結算對象，設置不同的結算時間點，這樣可避免數據的錯發、漏發以及結算文件的誤處理。

4）所有與外部結算方相關的接口測試工作都必須充分測試并借助對方的測試平臺做好功能測試、壓力測試等前期工作。

3　工程改造實施

考慮在線改造升級的風險和系統BUG的不確定性，1號線AFC系統項目實施過程也是配合開發進度分階段逐步進行，分為上線測試階段和改造實施階段。上線測試階段包含了開發過程的單程票兼容功能上線測試和一卡通功能上線測試，改造實施階段則開展了全線設備的升級改造。

3.1票卡兼容功能正線測試

票卡兼容是整個項目的成敗關鍵，故在1號線項目執行時首先開展了單站上線測試。測試在選定車站的兩個出入口分別部署了3臺自動售票機、8通道閘機和1臺半自動售票機，測試重點在新、舊售票機發售單程票和新、舊閘機交叉進出站以及儲值票刷卡操作上。票卡兼容功能正線單站測試持續1月，在測試過程中陸續發現并解決了一些售票機發售單程票的兼容問題。

3.2SC系統升級正線測試

單程票兼容測試完成后，可進一步開展SC系統升級正線測試，1號線改造項目實施時選擇了客流量較大的4個車站，分別升級改造了1/2的終端設備并將對應車站的SC做了升級改造。改造后的SC系統需要重點關注數據接收和封裝打包情況、數據上傳情況、與終端讀寫器和LC系統的數據審計情況。

3.3LC臨時過渡系統正線測試

為保證改造期間新老系統同時運行，在項目實施時需要搭建過渡LC系統，運行新開發的軟件。同時與SC系統升級正線測試同步開展LC臨時過渡系統的正線測試。重點關注線路SC交易接收情況，與外部結算方的交易上傳情況以及結算文件的接收、入庫、處理、審計等功能。此外，LC臨時過渡系統除以上的測試外，還需要開展臨時過渡系統到正式系統的倒切工作，建議該倒切工作要做到“一夜切換”，做好倒切失敗的應急預案，同時注意處理系統倒切引起的對賬差異。

3.4全線改造實施

完成所有的測試工作后，系統就具備了全線改造施工的條件。在改造準備階段，綜合了改造測試所遇到的問題，對整體施工計劃和施工細節進行仔細評估。施工將售票機（包括半自動售票機）和閘機分開進行，由兩個小組分別承擔改造任務。售票機以車站為單位推進改造，每個出入口選擇1臺售票機，同站多個出入口同時進行施工，每天完成2至3臺改造工作。閘機以出入口為單位，每天進行5至6個出入口的1臺閘機改造，不區分車站。

4　結語

天津地鐵1號線AFC系統正式接入ACC，順利實現天津地鐵2、3號線聯網功能。整體升級過程困難重重，不斷出現新的問題，問題也被不斷地解決，最終順利實現接入工作。

施工過程中采用了國內少見的在線升級方式，雖然開發難度大，但對于施工和車站的客流組織提供了極大的便利，改造過程中沒有因設備施工而導致的客流堆積，乘客糾紛問題。

改造完成后，地鐵1號線的整體AFC設備性能有了很大提高，設備月故障率較改造前下降了70%。

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[3]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.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.024

□U293.2+21

□C

□1008-3197（2015）01-70-03

□2014-08-29

□馮進峰/男，1977年出生，高級工程師，碩士，天津市地下鐵道運營有限公司，從事地鐵安全質量和項目管理等工作。