基于云平臺的城市軌道交通自動售檢票系統設計

景亮 方暉 張森

摘 要：城市軌道交通 AFC 系統在運營中每天都會產生海量的票務及客流數據，這些數據由車站終端設備不斷上傳到線路中央并存儲在線網中央清分系統中，隨著數據的不斷增加致使數據庫軟硬件設施和安防設備等不斷增容，既浪費資源又增加建設和運營使用成本。文章把云平臺應用在AFC 系統中，既可以減少軟硬件存儲和安防等設備，并可對數據的計算、存儲等流程進行云資源配置，有效降低 AFC 系統的建設采購及運營使用成本，提高整個城市軌道交通 AFC 系統線網的云平臺設計標準化水平。

關鍵詞：城市軌道交通;AFC 系統;云平臺;控制中心;車站

中圖分類號：U231+.92

截至2019年底，國內包括上海、北京、廣州、南京、重慶、武漢等共40座城市開通運營208條城市軌道交通線路，運營線路總長度達6 736.2 km，全年累計完成客運量237.1億人次，比上年增加26.4億人次，增長12.5%，日均約6 496萬人次。海量的客流和票務數據導致自動售檢票（AFC）系統不斷擴容改造，成倍增加存儲和信息處理能力，軟硬件建設及運營使用成本增加。如何實現AFC系統所有信息不斷交互共享，有效降低軟硬件設備及人力使用成本，以更加精細和動態地方式管理城市軌道交通AFC系統，提高整個線網AFC系統運營的信息化、數字化、智能化服務水平，成為每個城市軌道交通AFC系統的建設和運營方向。本文基于云平臺對城市軌道交通AFC系統進行優化設計和探索研究，實現了AFC系統所有軟硬件集中設置，資源共享，提高了AFC系統智能化水平。

1 基于云平臺的AFC系統

1.1 系統功能

AFC系統控制中心云平臺作為整個城市軌道交通智慧化信息云平臺的一部分，主要包括以下功能：

（1）負責整個城市軌道交通線網車票的初始化和預付值、問題車票的處理和分析、線路間車票的調配、黑名單管理;

（2）負責各條線路票務管理、庫存管理、票卡調配、報表統計、車票清洗等。

1.2 系統架構

基于傳統線路的AFC系統和基于云架構的AFC系統架構對比如圖1所示。 AFC系統控制中心云平臺包含線路中央計算機系統（LCC）、線網清分中心系統（ACC）、互聯網AFC系統（iAFC）等所有AFC系統的中央控制系統，提供AFC系統線網控制中心的軟件和硬件管理設備，滿足AFC系統線網控制中心的運營管理需求，同時把各條線路的LCC系統、多線路中央計算機系統（MLC）等都納入AFC系統控制中心云平臺。AFC系統架構由5層轉變為4層，使系統更加集約、軟硬件設備更加集中，同時，極大地減少了軟硬件資源的重復設置，提高了系統運行效率。

1.3 系統接口

AFC系統中央級公有云私有網絡（Virtual Private Cloud，VPC）是用戶可自定義的網絡，在這個私有網絡內部署云主機、負載均衡、數據庫、存儲等云服務資源;虛擬數據中心（Virtual Data Center，VDC）用于對可用的CPU 、內存資源、存儲和網絡進行管理。其特點是資源虛擬化、自動化、資源隔離，資源分配可追溯、自服務。VDC與VPC沒有本質的不同，VDC是建立在VPC之上，只有VPC得以實現，VDC才能產生。在VDC里，網絡由用戶自己定義，包括二層網絡、三層網絡（子網）、路由、安全策略、負載均衡等都是用戶控制。

基于云架構的AFC系統線路接口界面如圖2所示。AFC系統控制中心云平臺把所有AFC中央級系統的數據全部通過VDC和VPC公有云上的私有網絡進行存儲和計算，所有數據通過通信骨干網連接每條線路車站SC系統，實現AFC系統控制中心云平臺上的中央級數據和車站級數據實時上傳下達;各車站AFC系統SLE包含自動售票機、自動檢票機、互聯網取票機等終端設備，負責把實體車票和電子車票的票務、客流、乘車等數據以及自身的設備狀態數據信息收集歸類，上傳到各SC系統上，并執行中央控制系統通過SC下發的所有參數和命令;各車站SC系統具有上傳下達功能，既把中央控制系統的參數和命令一并處理運算下發到SLE上，又負責把SLE上傳的數據在接入云平臺前先做線路數據匯聚，且每條線路的數據分別匯總，以減輕AFC系統控制中心云平臺軟硬件設備的負荷。

2 控制中心云平臺設計

AFC系統控制中心云平臺系統設備設置如圖3所示。基于云平臺的控制中心整體結構更為簡化，維護使用更為方便，同時，比傳統AFC系統控制中心的性能更加強大。

2.1 硬件設備設置

AFC系統控制中心云平臺設置有存儲資源池、計算資源池、信息安全設備、網絡交換通信設備等硬件設備，根據云平臺對接入系統的信息安全等保要求，配置相應的安全設備;匯聚節點作為線路AFC系統防病毒升級及維護的管理后臺，為車站SC系統、票務、培訓 / 測試系統設置完整的病毒防護體系;控制中心云平臺下發至車站及現場終端設備的各類參數、黑名單、運營模式等數據，通過線路AFC數據匯聚節點轉發至各車站SC及現場終端設備，且車站SC及現場終端上傳至控制中心云平臺的數據需經過線路數據匯聚節點轉發至控制中心云平臺。所有硬件資源集中共享，統一分配功能，減少接口界面，所有數據通過交換機和路由器直接進入控制中心云平臺進行存儲計算，改變傳統AFC系統控制中心硬件設備分開設置，硬件設備冗余較大，獨立運行，接口復雜的運行狀態。

2.2 軟件設備設置

AFC系統控制中心云平臺設置有LCC、ACC等軟件系統，所有軟件系統集中運行，簡化軟件接口，其中LCC、ACC等軟件系統的相同功能可以進行合并。軟件系統運行時分布在各個硬件資源上同時進行，既提高了軟件運行效率，又降低了軟件運行中對硬件資源的需求量。數據在各軟件系統中可共享互用，集中受ACC系統統一清算調度使用，同時城市一卡通、各種互聯網支付平臺、銀聯支付系統等第三方支付系統直接上傳交易信息、客流信息等數據到AFC系統控制中心云平臺，與ACC進行實時清分對賬，減少外部系統與ACC系統的接口，節省清分流程和時間，確保對賬信息更加實時準確。

2.3 資源配置

AFC系統控制中心云平臺將硬件和軟件全部在云上進行存儲、計算，硬件資源實現集中共享，軟件系統實現接口簡化，功能合并，因此，軟硬件資源需求量及配置相比傳統AFC系統控制中心冗余明顯減少，資源利用率明顯提高。3顆8核處理器和96G以上的內存就足夠軟件計算使用，主機存儲量只需大于1524G，而共享的存儲可以大于10T，對網絡資源和安全資源的要求更低，滿足基本網絡即可，不需要增加網絡帶寬。

3 車站云平臺設計

AFC系統車站云平臺系統設備設置如圖4所示。整體結構更為簡化，維護使用更為方便，同時需要的運營人員更少，有效降低了建設和運營成本。

3.1 硬件設備設置

傳統架構的車站級AFC系統硬件設備包括售票機、閘機、交換機、服務器、票務室、車控室等硬件設備和房間，各硬件設備分別設置在不同的地方，交換機、服務器、通信網絡等硬件設備冗余較大，接口復雜，底層硬件設備和車站級系統需要多層傳輸。車站云平臺系統把車站內的服務器、交換機、路由器等硬件設備全部集中設置進車站云平臺中，整個車站的AFC系統所有數據存儲、計算全部在車站云平臺設備上進行，減少硬件設備的配置數量和設備占用的房間數量以及硬件設備之間的接口、數據流轉的層級，確保數據存儲、計算既快速又簡化。

3.2 軟件設備設置

傳統架構的車站級 AFC系統軟件設置比較簡單，負責下發參數、交易算法等命令，上傳票務數據、交易數據、設備狀態等各類數據，幾乎不對各類命令和數據進行任何處理。車站云平臺系統把車站級所有軟件和硬件全部納入云平臺，存儲、計算的效率更高，可以對底層上傳的數據進行基本的計算和歸類后再統一上傳到控制中心中央級系統;對中央下發的數據，可以進行初步分析，實時部署，保證底層設備運行速度最快，資源最節省，上傳到中央的數據存儲、計算更方便。

3.3 資源配置

AFC系統車站云平臺的使用使車站SC軟件功能更加強大。軟硬件資源全部進入車站云平臺，資源共享，效率較高，需要的處理器、內存等計算資源較少。1顆8核處理器和16G以上的內存就足夠軟件計算使用。SLE上傳的數據由于有車站云平臺共享的大于2T的存儲，因此，主機存儲量只需要大于500G，此外，對網絡資源和安全資源的要求更低，滿足基本網絡即可，不需要增加網絡帶寬。

4 結語

城市軌道交通AFC系統采用“云平臺架構”是AFC系統的發展方向，整個系統分為控制中心云平臺和車站云平臺2部分，不但簡化軟件系統和接口，同時大量減少了硬件設備重復性設置和軟硬件設備的冗余度。中心級軟硬件設備全部進入控制中心云平臺，車站級軟硬件設備進入車站云平臺，彼此通過通信骨干網相連接，降低整個線網的復雜性，為AFC系統設計了從底層到中央全線網云平臺架構和資源配置標準，提高了整個城市軌道交通AFC系統線網的云平臺設計標準化水平。

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收稿日期 2020-03-24

責任編輯 宗仁莉