AFC系統(tǒng)多線路中心功能定位及建設模式分析

吳金然，張炳森，張 寧

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AFC系統(tǒng)多線路中心功能定位及建設模式分析

吳金然1，張炳森2，張 寧2

（1. 北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037； 2. 東南大學智能運輸系統(tǒng)研究中心軌道交通研究所，南京 210096）

為明確多線路中心系統(tǒng)的內容與特點，分析該系統(tǒng)引入后單獨設置以及與清分中心合設的兩種情況；針對功能需求和安全需要分析多線路中心主系統(tǒng)和災備系統(tǒng)的組成內容；多線路中心的建設簡化與清分中心的接口，也引起各層級功能的重新調整，清分中心通過多線路中心上傳的數(shù)據(jù)進行準確清分，多線路中心通過清分中心下發(fā)的命令實現(xiàn)對AFC系統(tǒng)的集中管理功能。最后結合實際建設情況，分析南京采取建立區(qū)域中心，互為災備的模式；北京根據(jù)運營商的不同建立多線路中心，統(tǒng)一建設災備中心；深圳建設單獨的多線路中心，采取硬件擴容滿足后期的接入。通過對各城市建設思路、建設方案以及特點的分析，為后續(xù)其他城市建設提供指導和參考，使不同城市可以依據(jù)自身特點靈活地建設多線路中心系統(tǒng)。

城市軌道交通；自動售檢票系統(tǒng)；多線路中心系統(tǒng)

自動售檢票系統(tǒng)（automatic fare collection，AFC）是基于計算機、通信、網絡和自動控制等技術，實現(xiàn)軌道交通售票、檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分和管理等全過程的系統(tǒng)[1]，為乘客提供便捷、高效、人性化的服務，是城市軌道交通的重要組成部分。

隨著軌道交通網絡化的發(fā)展、新技術的引入以及運營經驗的積累，目前的5層架構在不同運營商所轄線路互聯(lián)互通、系統(tǒng)改造、資源高效利用等方面存在一定的局限性[2]，在對如何降低建設成本、提高設備使用效率的探討中，出現(xiàn)了以多線路中心代替單線路中心的設計。南京地鐵通過建設區(qū)域線路中心[3]（zone line center，ZLC）、北京地鐵通過建立多線共用線路中心[4]（multiple line center，MLC）、深圳地鐵通過建立多線路共享中心[5]（cluster line center，CLC）來提高路網運營管理維護的工作效率，降低系統(tǒng)建設、運營和維護成本；上海、廣州、鄭州等城市也在積極的籌建之中。針對目前多線路中心在大城市建設中開展引入以及軌道交通網絡化的趨勢，分析了多線路中心對體系架構以及各層級功能的影響，最后對南京、北京、深圳3大城市多線路中心的建設模式、建設背景以及特點進行分析，為國內城市軌道交通網絡化運營后的AFC系統(tǒng)建設提供參考。

1 多線路中心下的架構分析

我國的AFC系統(tǒng)一般采用標準的5層架構體系（見圖1），具有一定的可伸縮性[6]。線路中心是軌道交通AFC系統(tǒng)的核心部分，向上接受清分中心（AFC clearing center，ACC）命令，將ACC所需的數(shù)據(jù)上傳至ACC；向下對車站中心（station center，SC）發(fā)送命令、接受SC上傳的數(shù)據(jù)[7]。單線路中心向共用線路中心的轉變勢必會引出靈活的AFC系統(tǒng)架構體系。

1.1 設置多線路中心

同一運營商所轄的線路可以設置多線路中心而不單獨設置線路中心，這幾條線路的AFC數(shù)據(jù)可以直接上傳到多線路中心（見圖2）。多線路中心實現(xiàn)了相同運營商所轄線路的資源共享，使線路間的信息在ACC層以下得到處理。基于各個運營商所轄多線路中心可以看成是一個小清分中心，能夠完成所轄線路內運營、票務、數(shù)據(jù)清分等管理，節(jié)約資源，提高系統(tǒng)的經濟效益與安全性。同時ACC面對的是不同運營商，不再是具體的線路，因此簡化了清分模型，緩解了ACC的工作壓力。

圖1 AFC系統(tǒng)基本體系架構

圖2 設置多線路中心的AFC體系架構

1.2 合并多線路中心和清分中心

在近期和遠期規(guī)劃線路不多（一般少于6條）的城市，由于運營商單一、運營的線路車站較少，清分結算壓力不大，可以本著經濟、實用的原則，建立一個集成ACC系統(tǒng)的多線路中心系統(tǒng)。各線路上的車站計算機系統(tǒng)通過線路匯聚設備或者直接連接到多線路中心，集成ACC系統(tǒng)的多線路中心系統(tǒng)相當于AFC系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，負責獲取全線網的所有交易數(shù)據(jù)，同時負責線路的運營管理以及與一卡通、線路之間的清分清算。合并后的架構模式使得系統(tǒng)更加精簡，在一定程度上提高系統(tǒng)運營效率，節(jié)約建設、維護資金，減少線路的接口界面。

單線路中心雖然具有系統(tǒng)結構和工程界面清晰、技術成熟等優(yōu)點，但ACC和各線路中心系統(tǒng)均有接口，整個線網AFC系統(tǒng)各自獨立管理，后期進行參數(shù)配置、系統(tǒng)維護等工作時效率低下。多線路中心對單線路中心的替代，解決了互聯(lián)互通、資源共享等問題。各城市根據(jù)自身的特點對兩種不同的建設方案進行選擇，促進了軌道交通AFC系統(tǒng)的快速發(fā)展。

2 多線路中心系統(tǒng)的功能定位

多線路中心是在網絡化運營、節(jié)省建設投資、產品標準化等需求的基礎上提出的，多線路中心的引入會給各層級的功能帶來變化，ACC與多線路中心、多線路中心與SC之間功能的準確界定，是提高工作效率和穩(wěn)定性的前提。

2.1 多線路中心的基本構成

多線路中心一般由主系統(tǒng)、災備系統(tǒng)組成[8]。多線路中心系統(tǒng)總體架構如圖3所示。

圖3 多線路中心總體架構

1）主系統(tǒng)

多線路中心主系統(tǒng)應包含生產系統(tǒng)、接入調試系統(tǒng)、維修中心系統(tǒng)、票務中心系統(tǒng)、安全中心系統(tǒng)。

生產系統(tǒng)主要包括生產服務器、生產存儲設備、硬件加密機、工作站、生產網絡設備、配電設備、打印設備及生產系統(tǒng)軟件等。生產系統(tǒng)是AFC系統(tǒng)的核心，主要功能包括用戶權限管理、參數(shù)管理、設備管理、數(shù)據(jù)管理、版本管理、時鐘管理、額度管理、運行模式管理、系統(tǒng)維護、專用設備監(jiān)控、IT設備監(jiān)控等。

接入調試系統(tǒng)主要包括接入測試服務器、接入測試工作站及接入測試系統(tǒng)軟件等。接入調試系統(tǒng)是新線開通前接入的模擬數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，主要功能是完成系統(tǒng)聯(lián)合調試、AFC系統(tǒng)業(yè)務遍歷等工作。

維修中心系統(tǒng)主要包括維修服務器、維修工作站、打印機及維修系統(tǒng)軟件等。維護維修系統(tǒng)是AFC系統(tǒng)維護維修作業(yè)的信息化管理平臺，主要功能包括工單管理、物資管理、知識庫等。

票務中心系統(tǒng)主要包括票務服務器、票務工作站、打印機及票務系統(tǒng)軟件等。票務系統(tǒng)主要完成AFC系統(tǒng)車票和收益管理等相關工作，主要功能包括二級票務中心管理、庫存管理、預賦值車票生產、車票調配、收益核對、對外結算等。

安全中心系統(tǒng)主要包括入侵檢測設備、數(shù)據(jù)庫審計設備、堡壘機、漏洞掃描設備、終端管理設備以及安全管理中心服務器、工作站等。信息安全系統(tǒng)是對AFC系統(tǒng)各層級硬件、軟件的信息安全管理和監(jiān)控，包括主機安全、網絡安全、應用安全、數(shù)據(jù)安全等。

2）災備系統(tǒng)

多線路中心系統(tǒng)的癱瘓會給整個線網AFC的運行帶來嚴重的后果，災備系統(tǒng)是為解決此問題建立的。災備系統(tǒng)主要由災備中心系統(tǒng)、災備維修系統(tǒng)和災備票務中心系統(tǒng)構成，災備中心系統(tǒng)主要包括災備服務器、災備存儲設備、硬件加密機、災備工作站、災備網絡設備、災備UPS電源、災備配電設備、打印設備及災備生產系統(tǒng)軟件等。

2.2 多線路中心系統(tǒng)下各層級職能劃分

2.2.1 ACC系統(tǒng)功能定位

ACC系統(tǒng)是軌道交通整個線網AFC系統(tǒng)的控制管理中心，一方面負責AFC系統(tǒng)對外接口，另一方面與線路中心接口，ACC通過對外接口與外部系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，通過與線路中心接口下發(fā)命令、接收上傳的數(shù)據(jù)[9]。

在單線路中心時，ACC完成的功能主要是：負責對軌道交通內部消費的所有車票進行清分結算；負責協(xié)同各運營商制定清分規(guī)則；負責根據(jù)各線路上傳的交易數(shù)據(jù)，每天提供準時、準確的收益報表；負責與各運營商結算對賬，通過銀行進行資金劃撥；負責與各運營商共同處理因系統(tǒng)、機器故障等而產生的誤差。

多線路中心的引入簡化了ACC與LC的接口，使得ACC直接對多線路中心進行協(xié)調管理，此時ACC的主要功能是：通過多線路中心對軌道交通內部消費的所有車票進行清分結算；負責協(xié)同各運營商制定清分規(guī)則；負責根據(jù)線路上傳的交易數(shù)據(jù)，每天提供準時、準確的收益報表，并按運營商進行二次數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析；負責與各運營商清算對賬，通過銀行進行資金劃撥；負責與各運營商共同處理因系統(tǒng)、機器故障等而產生的誤差。

2.2.2 多線路中心功能定位

單線路中心作為AFC系統(tǒng)的核心部分，對本線路系統(tǒng)內的所有設備進行監(jiān)控，實現(xiàn)對系統(tǒng)運營、票務、收益的集中管理功能。LC可采集、處理線路內各類數(shù)據(jù)，制定、維護線路內部各類參數(shù)，下達系統(tǒng)各類命令，同時為系統(tǒng)提供高度的安全機制和嚴格的操作標準，并與ACC系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換及時對賬清算。多線路中心對單線路中心的替代，使得多線路中心功能的范圍從單線路層面擴大到了所轄線路的線網層面，除此之外，還有以下功能。

1）接入調試功能。負責新線SC及以下系統(tǒng)在聯(lián)網調試階段的連接測試，主要對系統(tǒng)對接、軟件更新、重要系統(tǒng)參數(shù)的修改等進行調試測試，確保新線SC系統(tǒng)能夠進入正式系統(tǒng)，并穩(wěn)定、可靠運營。

2）票務中心功能。接受ACC配發(fā)的車票及ACC的車票調配指令，向ACC申請車票調配；向車站下達車票調配指令，接受車站系統(tǒng)的車票調配申請；對線路內的車票實現(xiàn)動態(tài)庫存管理，完成線路內車票的配發(fā)及調整。

3）維修中心系統(tǒng)功能。對系統(tǒng)設備的故障及運行狀態(tài)進行監(jiān)控，跟蹤設備內具有電子編號部件的安裝情況，跟蹤設備部件的添加及替換等記錄；根據(jù)收集到的設備狀態(tài)、故障記錄及維修記錄等信息，生成相應的維修報告，制定及執(zhí)行設備保修及維修計劃等。

4）災備中心系統(tǒng)功能。災備系統(tǒng)是多線路中心與單線路中心的一個主要區(qū)別。災備系統(tǒng)具有多線路中心系統(tǒng)的基本功能，能實現(xiàn)線路運營及與ACC聯(lián)網運營所必需的參數(shù)管理、黑名單管理、報表管理、票卡管理、財務管理、設備管理等功能。當主系統(tǒng)故障時，能及時接管其必要的功能，確保線路車站和設備的正常運轉；當主系統(tǒng)恢復后，災備系統(tǒng)將采集及處理的數(shù)據(jù)恢復至主系統(tǒng)中，主系統(tǒng)重新接管全部功能。

多線路中心的建設實現(xiàn)了線路之間的信息在ACC系統(tǒng)下的資源共享。ACC通過多線路中心上傳的數(shù)據(jù)進行準確的清分，多線路中心通過ACC下發(fā)的命令實現(xiàn)對AFC系統(tǒng)運營、票務、收益、維修等的集中管理功能。多線路中心避免了線路中心的重復建設，與ACC接口的簡化實現(xiàn)了軌道交通網絡化運營需求。

3 多線路中心系統(tǒng)建設模式

3.1 南京ZLC建設模式

南京為全國第6個擁有地鐵的城市，現(xiàn)已開通6條線路，在多條新線同時開建以及AFC系統(tǒng)改擴建的背景下，提出了ZLC的建設，全線網設置珠江路、南京南、江北及城東4個區(qū)域線路中心[10]，管理全線網所有車站中心的自動售檢票系統(tǒng)。南京采用循序漸進的方式逐步開展了ZLC的建設，統(tǒng)一了地鐵線網的標準，包括技術標準和接口標準。南京地鐵ZLC采用獨立建設、互為備份的建設原則，各ZLC系統(tǒng)除各自管理本系統(tǒng)主管線路AFC系統(tǒng)外，還針對其地理位置附近的車站進行區(qū)域化的運營管理、票務管理和維修管理等。

3.2 北京MLC建設模式

北京市軌道交通線路ACC系統(tǒng)于2008年投入使用，北京軌道交通線網內存在多家運營主體、多種系統(tǒng)和多種技術，出現(xiàn)了功能和接口不一致、投資經濟性差、標準不統(tǒng)一等問題，為解決存在的問題開始研發(fā)MLC。MLC系統(tǒng)建設采用MLC和ACC系統(tǒng)分開設置的方案[11]。北京地鐵所轄線路MLC系統(tǒng)于2010年建成投入使用，目前北京地鐵第二MLC也在籌建中，京港地鐵MLC也已投入使用。北京地鐵和京港地鐵2家運營主體的MLC系統(tǒng)相對獨立，各自分別與ACC接口實現(xiàn)所接入線路的運營管理和票務系統(tǒng)等功能。其中，北京地鐵公司根據(jù)建設規(guī)劃，規(guī)劃了3個MLC，1個災備中心，3個MLC共用災備中心。

3.3 深圳CLC建設模式

隨著深圳市軌道交通線路的增多，接口標準、資源共享、投資經濟性、運營維護等問題日益凸顯，深圳市開始了CLC建設。目前深圳市軌道交通CLC系統(tǒng)已經建成并投入運營，設置在深圳市軌道交通網絡運營控制中心，負責12條線路的AFC系統(tǒng)的運營。目前一、二、三期AFC系統(tǒng)已經接入CLC系統(tǒng)并投入運營，實現(xiàn)了深圳市城市軌道交通公司AFC系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。同時，CLC系統(tǒng)設置了災備中心，結合自身特點建設了檢測中心，為后續(xù)線路接入以及業(yè)務升級提供了模擬測試仿真環(huán)境。深圳地鐵集團僅建設1套CLC系統(tǒng)，后續(xù)全部線路均接入同一個CLC系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。為了確保系統(tǒng)的長期接入能力，深圳地鐵CLC系統(tǒng)設置了虛擬化平臺，為后續(xù)線路接入后產生的系統(tǒng)處理能力提升提供了一個平滑升級的平臺。

3.4 多線路中心系統(tǒng)建設模式分析

多線路中心系統(tǒng)的建設不是一蹴而就的，建設模式也不能炮制。南京根據(jù)線路的規(guī)劃建設4個區(qū)域中心，互為災備，大大增強了區(qū)域中心的安全性；北京根據(jù)運營主體的不同目前建立了兩個多線路中心，并單獨建設災備中心，減少了運營商之間的清分結算；深圳建設單獨的多線路中心，采取虛擬化平臺，為后期的擴容提供了一個平滑升級的平臺，并獨立設置災備中心。中小規(guī)模城市的線網規(guī)模較小，從建設成本、接口復雜度、運營組織性和架構成熟性的角度出發(fā)，最好采用合并線路中心和ACC的建設模式。大城市線網規(guī)模大，存在多個運營主體，適合多線路中心與ACC分開設置的模式；在分開設置的情況下，可以根據(jù)線路規(guī)劃的時間與位置，建立多個多線路中心（如北京），也可以設置單獨的多線路中心（如深圳），預留后續(xù)線路的接入，或經過硬件擴容使得后續(xù)線路接入。

4 結論

多線路中心系統(tǒng)已經成為軌道交通網絡化情況下的趨勢，明確多線路中心的構成、功能定位、建設方案等是開展建設的基礎。在功能需求的基礎上分析了多線路中心的構成、引入后AFC體系架構的變化以及與ACC的職能劃分，最后結合北京、南京、深圳的建設案例，總結了各自建設模式的特點。為后續(xù)城市建設多線路中心提供了指導和參考，各城市可結合自身建設規(guī)劃和系統(tǒng)架構的實際情況，選擇合適的建設方案。隨著互聯(lián)網支付手段在軌道交通AFC系統(tǒng)的逐漸推廣，第三方支付購票服務平臺與多線路中心系統(tǒng)的安全互通需要進一步的研究。

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（編輯：王艷菊）

Analysis of Functional Positioning and Construction Mode of a Multiple-line Center in an AFC System

WU Jinran1, ZHANG Bingsen2, ZHANG Ning2

(1. Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037; 2. ITS Rail Transit Research Institute of Southeast University, Nanjing 210096)

To better understand the contents and characteristics of multiple-line centers, two cases of the system after introduction, separated from or set with the AFC (Automatic Fare Collection) Clearing Center (ACC), were analyzed. The components of the main system and disaster recovery system in the multiple-line center were also analyzed. The construction of a multiple-line center simplified the interface with the ACC and caused the readjustment of all levels’ functions. The ACC cleared accurately by uploading data from the multiple-line center, which achieved AFC system management functions by accepting the orders issued from the ACC. Finally, combined with the actual construction situation, the analysis shows that Nanjing established zone line centers and a mutual disaster recovery system mode. Beijing built a multiple-line center according to the differences in operators, and constructed a unified disaster recovery center. Shenzhen built a separate multiple-line center and expanded the hardware to meet the access requirements. Through the analysis of construction ideas, plans, and characteristics, this research can provide guidance and reference for other cities, which can enable them to flexibly build multiple-line center systems according to their own characteristics.

urban rail transit; automatic fare collection system; multiple-line center system

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.04.021

U231

A

1672-6073(2018)04-0109-05

2017-08-07

2017-09-05

吳金然，男，碩士，高級工程師，從事城市軌道交通弱電系統(tǒng)設計及研究，2998431@qq.com

交通運輸部建設科技項目（2015318J33080）；江蘇省重點研發(fā)計劃（社會發(fā)展）項目（BE2016740）