淺析地鐵AFC系統優化措施

王瑜

摘 要：本文從AFC系統的組成及應用現狀出發，得出了開展系統優化的必要性，就系統配置、系統功能兩方面，從設備配置、網絡、數據庫、系統功能、售檢方式等多角度分析了優化的需求，并結合系統應用的實際經驗提出了可行的措施，可為AFC系統在建設、應用中的系統優化工作提供參考。

關鍵詞：AFC系統；配置；功能；優化措施

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A

1.AFC系統及運營概述

AFC（Automatic Fare Collection System）系統是指城市軌道交通普遍應用的網絡化自動售檢票系統，系統集計算機技術、信息收集和處理技術、機械制造于一體，綜合運用了計算機、通信、網絡、自動控制等技術，具有很強的智能化功能，能夠實現售票、檢票、計費、收費、統計、清分、管理等全過程的自動化運行、處理。AFC系統具有高度便捷性和準確性，大幅優于傳統的紙票售票方式，克服了傳統模式下固有的速度慢、財務漏洞多、出錯率高、勞動強度大等缺點，能夠有效地防止假票，杜絕人情票，防止工作人員作弊，大幅提高管理水平并減輕勞動強度，隨著AFC系統廣泛應用在城市軌道交通車站的客運管理中，成為軌道交通系統中公眾直接參與交互，影響公眾體驗的重要系統，已經不僅是地鐵和交通系統發展的一個趨勢，也是城市信息化建設的一個重要標志。

AFC系統可以追溯至1962年，日本開始在鐵路沿線車站使用自動售票機，1965年，開始大規模使用自動檢票裝置，目前，國外軌道交通領域已普遍采用了AFC管理系統。國內AFC系統的發展經歷了從無到有的過程，最初引進自國外，1993年，上海首先在軌道交通1號線啟用了引進的AFC系統，實現了城市軌道交通在售票、檢票、計費、統計等方面的全過程自動化。經過國內相關機構、企業大量的研發工作，發展了技術水平較高的多種形式的產品，目前已廣泛應用于國內鐵路及各個城市的軌道交通系統工程，且隨著計算機技術和軟件的發展，還進一步實現了與城市一卡通接軌，實現城市內甚至城市區間的互通。

目前，國內地鐵等軌道交通系統正處于大發展階段，國內一線城市都規劃了大規模的城市軌道交通網絡，甚至一些二、三線城市也正在逐步加入進來，AFC系統也隨之不斷發展，本文試從AFC系統優化工作出發，淺析優化的相關措施。

2.系統優化分析

城市軌道交通AFC系統的線網構架通常由5層結構構成，第一層為城市軌道交通清分系統，包含了城市公共交通城市通卡系統；第二層為運行在軌道交通線路管理中心的AFC線路中央計算機系統（LCC）；三層為運行在線路各車站的AFC車站計算機系統（SC）；第四層為車站的AFC終端設備（SLE），主要包括自動售票機、閘機、半自動售票機、自動驗票機及手持驗票機等；第五層為車票（Ticket），如圖1所示。

通常，城市地鐵的建設是逐步從單條線路逐步發展為多條線路構成網絡，隨著地鐵運營線網規模的不斷擴大，考慮到線路分期完成、不同線路先后開通等，一般從建設規劃到設計，再到建設、開通運營需要5年左右，在此期間，AFC系統涉及的計算機、通信、網絡、自動控制等軟硬件技術領域往往能夠產生較多的新技術、新功能，不斷進步提升，新舊線路的系統匹配成為系統運營必須滿足的條件。同時，根據不同地區，不同城市，不同線路來發展地鐵線路服務功能拓展、特色化運營等個性需求已經成為一種趨勢。此外，投運后還需要根據實際的設備運行、客流組織等與預期的差異進行完善、優化。因此，AFC系統優化是為了適應系統軟硬件技術的發展，滿足新舊線路系統匹配及優化運營模式需要所必須的。

根據上述分析及工程實踐，AFC系統優化主要從系統基礎條件優化和運營管理優化兩個維度開展分析。其中，系統基礎條件優化可包括設備、網絡、數據庫、功能等方面，運營管理優化包括售票、檢票方式等。

2.1 設備布置優化

由于車站之間的差異以及運行的實際，為滿足客流通行需求，應按照車站實際客流組織需求，調整AFC終端設備的布置，要根據實際運行車站的客流數量、客流走向及各出入口客流分布的情況，合理調整自動售票機、進出站檢票機及雙向檢票機等AFC設備的布置數量和方式。同時優先考慮AFC設備預留的安裝位置，以減少現場的工程量。

2.1.1 車站設備布置

（1）車站設備布置基本原則

①自動售票機、驗票機安裝在非付費區，與車站出入口、進閘機位置相協調，以方便乘客使用、不影響安全疏散為原則。

②進、出站和雙向閘機（標準通道）設置在付費區和非付費區的分隔帶上，其布置與車站出入口、扶梯及相協調。

③票房售票機安裝在車站售票亭內，售票亭通常設在付費區和非付費區的分隔帶上，以方便處理售票、充值、補票和車票更新等業務。

④車站終端設備按近期設備數量布置，并預留遠期設備安裝位置和安裝條件。

⑤進閘機、出閘機的布置應滿足每組閘機不少于4通道的要求，由于門式閘機需要使用裝設門扇的端機，因此閘機按通道設計，同時閘機應盡量集中布置，減少群數。

⑥在AFC設備布置時，除需考慮設備計算參數的取值及布置原則外，還應考慮盡量減少購票、進站、出站等客流的交叉，同時充分考慮客流量及運營管理的需求，分別建立相應的購票、進站及出站功能區，功能區預留足夠的緩沖區域，并結合車站站廳的實際布置，適當進行調整。

⑦每組自動售票機數量不少于4臺。軌道交通AFC系統現場設備數量的確定除了依據客流、列車行車對數、設備通過能力等客觀因素外，還應根據實際運用的經驗以及結合車站建筑結構對現場設備數量的確定作進一步完善，根據實際情況對AFC現場設備做出合理設置，使系統充分發揮自身功能和作用。

（2）典型車站及換乘車站設備布置

車站設備布置須重視地鐵站內人流組織的問題，注重進出閘機，售票機等AFC設備的布置方式，防止人流交叉，注重進出閘機與站內樓梯及電扶梯的位置關系，對于換乘站設備的布置應堅持以人為本，盡量縮短換乘距離，使換乘客流流線明確、簡捷，方便乘客換乘。

我們常見的換乘根據車站站位不同，主要有通道換乘、兩線平行、兩線交叉等幾種換乘形式，任何一種換乘車站，任何一種換乘方式對于乘客來說，他們只需在非付費區購買車票后持票進入付費區，無論他在該車站如何進行換乘，對AFC系統來說在設備布置需考慮到如何使換乘客流集中，使換乘路線較明確、簡捷。同時設備布置時需考慮換乘客流宜與進、出站客流分流，避免相互交叉干擾。

2.1.2設備數量計算

AFC系統現場設備數量的確定，最基礎的數據就是客流。客流預測數據包括近/遠期早高峰客流預測（高、低方案）、晚高峰客流預測（高、低方案）、全天客流預測（高、低方案）。理論計算時選取的客流數據為近、遠期早高峰客流預測（高方案）。除客流數據，其他基礎數據還有：各站超高峰系統、換乘站的換乘系統、近/遠期高峰小時列車運行交路、近/遠期自動售票機使用率、近/遠期單程票使用率、閘機每分鐘通過能力、自動售票每分鐘售票能力。其中，近/遠期高峰小時列車運行交路主要是確定列車小時行車對數。所有基礎計算數據確定之后，才可對AFC現場設備進行理論值的計算。

（1）設備數量理論計算

①自動售票機

自動售票機數量 =（遠期車站高峰小時上車人數Х超高峰系數Х單程票比例Х處理單程票比例）/自動售票機處理能力

②進閘機

進閘機數量 = ∑〔（遠期車站高峰小時上車人數Х超高峰系數Х入口部不均衡系數）/進閘機處理能力〕

③出閘機

根據客流計算：

數量1 = ∑〔（遠期車站高峰小時下車人數×超高峰系數×出口部不均衡系數）/出閘機處理能力〕

根據車站旅客傳輸設備計算：

數量2 = ∑〔遠期車站出口配置自動扶梯的臺數×（自動扶梯的輸送能力/出閘機處理能力）〕

根據緊急情況時客流疏散計算：

數量3 = 〔遠期整列車載客量+（遠期車站高峰小時上車人數×超高峰系數×列車間隔時間/60）〕/疏散時間/ 通道的通過能力

最終數量計算：

出閘機數量 = Max（數量1，數量2，數量3）

④票房售票機：

票房售票機數量 =〔遠期車站高峰小時上車人數×超高峰系數×（單程票比例×處理單程票比例+儲值票比例×處理儲值票比例×充值比例）〕/票房售票機處理能力

⑤自動充值機：

自動充值機數量 =（遠期車站高峰小時上車人數×超高峰系數×儲值票比例×處理儲值票比例×充值比例）/票房售票機處理能力

⑥自動驗票機：

為乘客提供查詢車票信息及其他服務信息的設備。可根據車站規模、出入口布置和客流量酌情配置。

⑦其他

上述設備數量僅是理論計算數據，實際的設備數量還應考慮車站的建筑平面布置，包括出入口的數量、售票/補票處的布置等。除此之外，還應考慮設備的余量；分析各車站客流的組成和乘車特點，如使用單程票、儲值票的比例，問訊乘客的多少，是否存在客流集中進出站的現象等。由此確定符合實際需求的設備數量。

（2）實際設備數量調整

設備數量實際公式計算出來的進/出閘機通道數、自動售票機臺數并不是實際配置的數量，因為根據地鐵線網AFC系統運行的經驗，在確定進/出閘機、自動售票機實際數量時還應根據實際進行一定的調整。通常，考慮到將來一些無法預測的因素以及全國已運營地鐵線路的經驗，首先將計算值（一般為小數）取10%或20%的富余量。另外，因為出站客流是瞬時、集中的，而進站客流時零散、分散的，因此出閘機通道應大于等于進閘機通道數。

2.2 網絡優化

在系統投入運營后，要保證網絡系統快速、穩定、可靠運行，需利用專業的網絡分析工具，查找網絡傳輸過程中的瓶頸，通過在現有設備基礎上，分析網絡在不同負載下的最佳方案，并進行相應調整以達到更佳的網絡性能。

AFC網絡典型拓撲結構圖示意圖如圖2所示。

AFC網絡的特點是星形、樹形、環形相結合。首先，網絡應采用開放式技術，支持標準協議，確保滿足應用性、可靠性、擴充性、安全性及可管理性要求。其次，應對整個網絡系統進行性能測試，通過網絡優化分析，統計網絡上數據量和使用資源的情況并作評估，對應進行網絡系統運行優化的調整。例如：IP地址的規劃網絡IP地址資源一定情況下，地址分段規劃不合理，會浪費寶貴的地址資源；應用的規劃、用戶上網的規劃應基于IP地址分配，地址分配的同時要考慮對網絡穩定性的影響。VLAN的規劃將網絡劃分為若干子網以方便網絡管理，并且使數據限制在本地流動，保證部門、工作組數據流安全，隔離廣播域，提高網絡性能。如果虛擬網之間的通信通過交換機的第3層功能進行網絡分段管理，還可以提供第3層各網段間數據傳輸的安全控制。網絡策略在整個網絡中，會有大量的數據傳輸到服務器，所以要求對數據包進行多層次識別分類，有效地保證系統中重要數據的優先傳輸和數據的安全性。通過對上述問題的分析，為實現網絡系統效率優化的目標，可采用生命周期法，對網絡進行性能測試和評估，分析影響網絡的各個因素，并進行性能優化分析，按照所確定的優化目標進行實施，再次重復以上步驟，將性能保持在目標的范圍內。

2.3 數據庫的優化

數據庫是AFC系統運行的后臺支撐，其運行的效率直接影響系統各項功能的體驗。隨著AFC系統運行年數增長，數據處理的用戶響應時間逐漸增長，導致運營管理效率降低，由此需要優化AFC數據庫系統。

AFC系統的數據庫具有很高的可靠性、實時性、完整性等要求，故數據庫模式必須滿足數據處理的要求，保證常用或大多數的數據處理高效、便捷，并且可根據實際應用需求，調整數據結構，優化數據模型。具體包括：

第一，調整數據結構設計，對數據庫進行功能分區，對于經常訪問的數據庫表建立索引，最大限度地縮短數據查詢的響應時間；第二，調整服務器內存，這要根據數據庫運行狀況，可擴大服務器內存并合理調整數據庫系統全局區（SGA區）的數據緩沖區、監視和優化共享區的大小，以及程序全局區（PGA區）的大小，可減小因數據庫全局區過大，占用操作系統使用的內存而引起虛擬內存的頁面交換，降低系統效率；第三，調整硬盤I/O，即可將同一個表空間的數據文件（如數據、日志、索引等）放在不同的硬盤I/O上，實現硬盤之間I/O負載均衡，提高讀取數據的速度；此外，還可通過應用數據庫管理工具（例如數據字典、語言跟蹤及優化等），提高數據庫應用系統的性能，將網絡流通、磁盤I/O和CPU時間減到最小，使每個查詢的響應時間最短并最大限度地提高整個數據庫服務器的吞吐量。

2.4 功能優化

隨著地鐵運營飛速發展，AFC系統的售票、檢票及收益統計等業務方面的運營需求呈現多元化，由此需要AFC系統進行相應的功能優化。

AFC系統功能優化可重點從以下4個方面開展：一是針對新的業務需求（如增加新票種或新的票務使用規則），實現系統功能的擴充；二是對原有的業務流程進行修改使其更符合運營實際需要；三是為提高系統或設備的易用性和人性化，對系統或設備的人機界面和操作方式進行簡化或優化調整；四是對歷史數據進行數據挖掘或統計分析，研究地鐵系統的運營質量。

結合國內地鐵相關運營經驗，系統功能優化的常用方法主要有5種：一是通過對系統運營參數的調整，實現運營規則的優化；二是通過軟件配置管理實現部分業務功能的調整，例如將LCC的某些功能調整到清分系統；三是通過應用軟件升級，增加新的業務功能或對原有的業務功能進行調整；四是通過更新人機界面、信息提示方式等手段，提高系統或設備的人性化程度；五是通過新增的功能模塊實現新的處理功能，如數據挖掘等。同時，AFC功能優化必須在確保系統正常運營的前提下，科學、有序地實施。首先清理及分析運營過程中存在的問題及新業務要求，梳理出功能的優化需求。根據功能優化需求制定系統功能優化技術方案，進行運營相關部門會審。按照會審議定的技術方案指定詳細的功能優化實施方案，并落實于系統功能研發，最終通過AFC檢測中心平臺進行性能和兼容性測試，以確保不影響正常運營的情況下完成相關參數或軟件更新，實現系統功能優化。

2.5 售檢方式優化

在線路運營初期，一般單程票使用率較高，在大客流車站高峰時段排隊購票的客流易擁堵。此時可在早、晚高峰到來前，使用票房售票機批量發售定值預售票，在高峰時間，售票人員可以直接將車票銷售給乘客而不必再操作票房售票機，從而提高售票速度，而未售的預售票可在本機注銷，保證票款統計的正確性。該方式在縮短售檢票處理時間，減少乘客排隊的同時，增加了單位時間的客流通過量。同時，AFC系統可引入第三方支付方式，可以有效減少單程票的使用量，降低運營成本。這要求在AFC系統建設中須考慮預留第三方支付卡支付功能接口，相應讀寫器硬件須支持符合ISO14443協議的第三方支付卡支付功能，且可以通過軟件更新即可實現第三方支付卡支付。

結語

本文概述了AFC系統的運用及其需求趨勢，從系統配置、系統功能兩方面分析了AFC系統的優化工作，并初步提出了優化的思路及可行措施，可為實際開展既有地鐵線路AFC系統的優化工作起到一定的指引作用，并對新建地鐵線路AFC系統的設計、建設提供參考。

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