云計算技術在城市軌道交通AFC領域的應用研究

呂 歡

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518026）

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云計算技術在城市軌道交通AFC領域的應用研究

呂 歡

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518026）

摘 要：在城市軌道交通自動售檢票系統中,傳統模式下的線路中心和自動售票機存在投入大、維護成本高、工作量大等問題，而云計算技術在解決以上問題的同時，也為用戶數據分析提供了途徑。文章首先介紹了自動售檢票系統的現存問題，然后分析探討了利用云計算技術改進AFC多線路中心和自動售票機的方法，最后探討了未來AFC大數據的應用方向。

關鍵詞：城市軌道交通；自動售檢票；云計算；大數據；虛擬支付

0　引言

自動售檢票系統（AFC）以計算機及信息傳輸網絡為基礎，采用非接觸式 IC 卡作為車票信息載體，車站配備自動售票機、自動充值機、自動檢票設備，可以實現售票、充值、檢票、計費、收費、統計、結算全過程的自動化管理。AFC系統一般由清分系統、線路中央計算機系統、車站計算機系統、車站終端設備、傳輸通道和車票構成。

云計算是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備。基于云計算平臺的 AFC系統實現了虛擬支付手段購票，克服了傳統購票模式的諸多問題，同時也使得地鐵運營商可以獲得除客流數據、交易數據以外更多的用戶數據。

1　自動售檢票系統現存問題

1.1傳統線路中心現存問題

在城市軌道交通形成線網并建立了專門的軌道交通票務清分系統后，傳統做法要求每條線路都建設 1 個AFC 物理中心，這不僅大大增加了硬件投資，同時也會占用大量資源，導致資源利用率低，且分散的各線路中心不便于維護和管理。

1.2傳統自動售票機現存問題

1.2.1乘客方面

對乘客來說，在傳統自動售票機上購票需要提前準備零錢，沒有零錢時需去客服中心兌換；排隊購票時間較長，現場選擇線路并采用現金購票也比較耗時。

1.2.2軌道交通運營公司方面

（1）實物車票流失率高，周轉成本和設備維護成本較高。

（2）紙幣、硬幣找零壓力大。目前，自動售票機購票只接收小面額紙幣及硬幣，車站自動售票機需要提前準備好紙幣、硬幣找零，因此需要專門的站務人員處理現金并每日進行清點，增加了錢票管理成本；同時有較多乘客到客服中心兌換零錢，也給客服中心售票員增加了一定工作量。

（3）現金模塊容易出現卡紙幣現象，故障率高，且現金支付模塊多為國外進口，價格昂貴，維護成本高。

2　云計算技術在 AFC 多線路中心的應用

對于 AFC 線路中心來說，傳統的基于 UNIX 小型機和關系型數據庫的大數據處理系統正在向基于分布式處理（分布式并行計算、分布式數據庫）的云計算解決方案過渡。

基于云計算的分布式處理系統，其優勢在于：采用PC 集群及開源的分布式數據庫，使得硬件投資大幅下降；采用分布式計算和分布式存儲，使得系統性能大幅提升；具有高系統可靠性及良好的擴展性。

AFC 虛擬化平臺將 AFC 應用服務器統一部署在云平臺上。應用服務器主要完成系統數據接口、數據傳輸、數據處理及其他系統管控工作，因數量較多，需求不定，將其統一部署在云平臺上可做到配置靈活，易于擴展，便于維護管理，并實現系統的高可用功能。高可用指的是：當 1 臺物理機發生故障時，之上的虛擬機可以實現在集群之內的其他物理機上重新啟動，以保障業務的連續性；支持在線的虛擬機遷移功能，可以實現虛擬機在集群之內的不同物理機之間在線遷移；具有容錯機制，可以保證在硬件故障情況之下，業務系統的不中斷運行；每個虛擬機可以支持虛擬多路 CPU 技術，以滿足高負載應用環境的要求；提供統一的圖形界面管理軟件，可以在 1 個地點完成所有虛擬機的日常管理工作，包括控制管理、用戶管理、存儲管理、網絡管理、日志收集、性能分析、故障診斷、權限管理、在線維護等。

在軌道交通 AFC 領域，利用云計算的虛擬化技術可實現集中的多線路中心的構建，建立 1 個基于城市的私有云平臺，在邏輯上保留每條線路的虛擬線路中心，以實現各線路中心系統的全部功能。這一做法既提升了硬件資源的利用率，實現了集中管理，又減少了系統維護的工作量，同時可大大減少應用服務器的硬件成本。

3　云計算技術在自動售票機上的應用

3.1虛擬支付及AFC云架構

虛擬支付在傳統定義下僅包括支付方式的非現金化，即銀行卡支付、信用卡支付、網上支付、手機支付等各種非現金的支付方式；廣義上定義為支付介質和交換物全是虛擬化的，支付完成后，形成虛擬化的支付憑證，如二維碼、加密文件戳等。

目前，手機支付已經成為了最為普遍的虛擬支付方式。傳統手機支付為儲值卡模式，乘客直接用手機里的電子現金進行消費，這要求用戶購買具有近距離無線通訊技術功能（NFC）的手機。雖然做到了錢包和消費流程的標準化，但由于各地票務業務的差異，造成真正實現互聯互通很困難。

要想真正做到各地互聯互通，需要做到城市軌道交通單程票虛擬化，并構建基于城市的地鐵云平臺。考慮到當前實物貨幣還是支付主流，為了減小對已運營自動售檢票設備的改造難度，可以采用表 1 的過渡模式，逐步過渡到完全的虛擬支付購票模式。

表1　貨幣、單程票形式及設備模式的演化

圖1　AFC 云架構

為實現完全虛擬化的支付方案，需要構建城市軌道交通 AFC云平臺，如圖 1 所示。該系統由云、管、端3 部分組成：“云”指的是城市軌道交通云平臺；“管”指的是城市軌道交通專用通信傳輸網絡；“端”指的是用戶 APP、自動售票機、自動檢票機等。由于每個城市的軌道交通通常由多條線路組成，由多個運營商運行，因此云平臺建設在城市軌道交通清分中心（ACC）最合適。

3.2互聯網售票機方案

3.2.1方案實現途徑

由于各城市均已形成城市軌道交通線網，且目前已投入使用的傳統自動售票機、自動檢票機的使用壽命還遠遠沒有到期，為實現虛擬支付技術的推廣，同時減少對既有線網設備的改造，考慮在車站增加互聯網售票機，使虛擬支付購買實物單程票的過渡方案得以實現。

互聯網售票機具備通過移動互聯網支付手段購買單程票，或憑驗證碼（如二維碼）獲取單程票的功能，這要求在售票系統上增加區別于傳統自動售票機的二維碼掃描窗、支付模塊和通信模塊。

整個購票流程如下：乘客在手機上打開 APP 并選擇出發地和目的地，之后系統自動計算票價，乘客選擇微信、手機 QQ、支付寶、手機網上銀行等第三方支付手段支付后，生成驗證碼。乘客到地鐵站后，在互聯網售票機上掃描手機上的取票二維碼，售票機讀取二維碼并解析，發送到地鐵云平臺進行驗證、核銷，驗證成功后自動發售指定數量的單程票，之后乘客可進站乘車。

3.2.2方案優勢分析

采用互聯網售票機方案的優勢具體體現在以下方面：①可以減少傳統自動售票機的數量，使現金處理工作相對減少，紙幣及硬幣識別器數量的減少也可以避免國外技術壟斷（紙幣、硬幣模塊識別器，找零機），增加國產化比例；②無需設紙硬幣模塊，省電節能；③二維碼兌票機硬件成本低、故障率低，因此維護成本也低；④將現有自動售票機購票過程中最消耗時間的選站和支付環節引導至線上實現，并完成購票預付功能，產生購票驗證碼，乘客憑驗證碼到線下互聯網售票機上可快速兌換車票，減少至少 2/3 的購票時間。

3.3二維碼單程票

認證后的用戶二維碼對系統而言是一張電子虛擬卡，虛擬卡采用與物理卡一樣的編號規格，并設有 1 位特殊標識位，用以區別物理卡。原有票務操作不受任何影響。

二維碼節省了售票模塊，但增加了閘機識別模塊改造成本，需增加二維碼讀寫器。乘客在互聯網售票機掃碼取票和掃碼過閘，系統需要實時對二維碼車票的合法性、有效時間 、有效里程進行校驗，這要求手機、后臺服務器必須同時在線。此外，為了防止二維碼驗證碼或者二維碼車票被復制，可以通過活碼方式，設置5秒一變，以保證二維碼不重復，杜絕二維碼被復制的危險。

4　AFC大數據的應用

在傳統模式中，AFC 數據量雖大，但廣度不足。客流數據、交易數據等能夠體現整個路網的運營狀況，但在過去并沒有得到充分有效的利用。

在大數據時代，通過多種途徑的購票方式，可以獲得更多的用戶數據。大數據最核心的價值就是在于對海量數據進行存儲和分析，形成決策驅動的知識體系。目前，采用云計算處理大數據被公認為是最有效的方式。

AFC系統實時數據主要包括客流數據、票卡及票庫數據、設備狀態數據、運營模式數據及聯機數據等。其中，票卡及票庫數據為票卡購買和線網化票卡調配提供依據，設備狀態數據為設備維護與檢查提供實時信息。在進行大數據分析挖掘時，可根據不同的需求建立數學模型，分析挖掘 AFC系統有價值的信息，提升 AFC系統的信息化、智能化程度。

客流數據作為應用方向最廣的重要數據，既為公共交通乘客錯峰出行提供了數據支持，又為車站有效加強非付費區的客流組織能力，減少機場、高鐵、碼頭、長途車站等地鐵接駁樞紐的排隊購票時間，有效降低公共交通出行的旅行擁堵率等提供了分析依據。同時也為運營方有效掌握突發客流提供預警信息，并確保在線列車調度能夠及時響應。未來，客流數據可實時提供給乘客，使得乘客可在手機 APP 上進行站點人流信息查詢、行程用時信息查詢，并獲得最短、最快、最舒適的路徑；也可提前了解路網客流狀況，自行避開大客流擁堵時段；還可以在換乘站接到換乘提醒。

5　結論

云計算技術的應用，使得 AFC 多線路中心系統大大減少了硬件成本。城市軌道交通云平臺的搭建，互聯網售票機的設置，將虛擬支付功能引入到城市軌道交通領域，為乘客提供信息服務及移動購票功能服務。AFC系統是乘客的體驗接口，云計算技術的應用使得乘客購票更加方便、快捷、人性化。AFC 數據的有效利用除了為運營調度、設備維護提供了依據，也將使乘客出行的用戶體驗大大提升。

參考文獻

[1] 姚宏宇，田溯寧. 云計算：大數據時代的系統工程[M]. 北京：電子工業出版社，2013.

[2] GB 50157-2013 地鐵設計規范[S].

責任編輯 李媛芳

Study on Cloud Computing Technology in AFC Application of Transit

Lv Huan

Abstract:In the urban rail transit AFC system, the traditional mode of line center and ticket vending machines have lots of existing problems including large investment, high maintenance cost, and heavy workload. However the cloud computing technology solves the above-mentionedproblems at the same time provides path for user data analysis. This paper fi rst introduces the existing problems in the AFC system ， and then makes an analysis to explore the method of using cloud computing technology to improve AFC multi-line center and automatic ticket vending machine. In conclusion, the paper discusses the application direction ofAFC big data in the future.

Keywords:urban rail transit, AFC, cloud computing, big data, virtual payment

中圖分類號：U293.2+21

作者簡介：呂歡（1983—），女，工程師

收稿日期2016-04-25