北京地鐵自動售檢票系統技術改造的探索

陳 楠，李 郁，李愛琦，孟凡琛，張 征，張東輝

（1.北京市基礎設施投資有限公司，北京 100101；2.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；3.北京軌道交通路網管理有限公司，北京 100101）

1 概述

北京地鐵規劃始于1953年，工程始建于1965年，最早的線路竣工于1969年，1971年開始運營。截至2014年12月28日，北京地鐵共有18條運營線路（包括17條地鐵線路和1條機場軌道），組成覆蓋北京11個市轄區，擁有334座運營車站、總長527 km運營線路的軌道交通系統。

北京軌道交通AFC系統經歷了3個建設階段：第一階段在2010年前，建設標準采用《ACC/AFC系統業務規則和技術規范》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票系統技術規范》DB11/T1164.1-2020、DB11/T1164.2-2020、DB11/T1164.3-2020）建設開通了 ACC、M1/2、M4、M5、M8（Ⅰ）、M10（Ⅰ）、M13、八通線共計8條線路，實現了全網的互聯互通。第二階段是2010至2013年，建設標準增加了《AFC系統設計與實施規范》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票系統技術規范》DB11-2020）建設開通了ACC（Ⅰ）、MLC（Ⅰ）、M6、M8（Ⅱ）、M9、M10（Ⅱ）、M14、M15、大興、亦莊、昌平、房山、昌八聯絡線等11條線路，統一了標準讀寫器。第三階段2014年，建設標準補充完善了《終端設備技術規范》和《檢測規范和指標體系》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票系統技術規范》DB11/T1164.7-2020、DB11/T1164.8-2020、DB11/T1164.9-2020），開通了 M6（Ⅱ）、M7、M15（西段）、M14（東段）共計4條線路，完善了AFC系統技術支撐體系。通過三階段建設，AFC系統相關標準和技術支撐體系逐步完善。

北京地鐵長期采用單一票制，2014年12月28日，經過票制票價改造工程，告別“2元時代”，執行新票價方案，實施計程計時票制，解決了AFC系統長期超負荷運行，設備老化、性能降低、壽命到期、設備設施及功能不足等問題。但由于時間緊，任務重，僅對軟件打補丁，對硬件簡單擴容來滿足計程計時票制最基本需要，未解決系統存在的根本問題。

經過多年建設，北京地鐵網絡化運營格局已經形成，同時步入更新改造階段。為滿足更新改造及業務規則靈活調整的需求，2015年初，北京地鐵AFC系統在實現計程計時票制的基礎上，開始技術改造的探索。

2 目標

北京地鐵AFC系統技術改造工程對全網AFC系統進行軟件升級、對硬件進行技術改造，使全網AFC系統到2017年底，具備靈活調整票價方案及業務規則功能，主要包括以下內容。

對2010年前非標線改造、統一標準TPU、統一SC軟件、統一接入MLC等，實現全網AFC系統標準化，適應政府需求，支持多種優惠策略，可靈活設置票價方案及業務規則；

完善AFC系統后臺統計、管理和審計對賬，提升系統可維護性；

補充重點車站AFC終端數量，兒童1.3 m免費過閘，改善乘客購票和通行條件。

在17條運營線路上邊運營邊改造，既要滿足乘客使用要求，又要確保設備改造達到符合運營標準的功能和性能?，F場部署和測試難度大、周期長，改造窗口時間短，任務十分艱巨。

3 改造范圍

改 造 范 圍 包 括ACC、MLC、AFC檢 測 中心，涉及在網運行的18條線路（M1、M2、M4、M5、M6、M7、M8（含昌八）、M9、M10、M13、M14、M15、八通線、大興線、房山線、亦莊線、昌平線和機場線），334座車站，近14 000余臺設備。新建MLC和AFC監視中心。

4 現狀分析

4.1 系統軟件功能不完善

1）系統軟件功能不統一

北京軌道交通各層級功能和接口標準不相同。ACC與LC間采用《北京市軌道交通ACC/AFC系統技術規范》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票 系 統 技 術 規 范 》DB11/T1164.1-2020、 DB11/T1164.2-2020、DB11/T1164.3-2020）。2010 年前建設線路一線一中心，從LC到TPU各層級沒有統一建設標準，軟件功能和實現方式不同。2010年后建設線路，按照《北京市軌道交通AFC系統設計與實施規范》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票系統技術規范》DB11-2020）建設，采用大TPU，系統接口標準，軟件功能相同，但實現方式不同。標準應用1.0 版情況如圖1所示。

圖1 1.0版標準應用Fig.1 Application of Ver.1.0 standard

AFC系統非標化，存在以下問題： 2010年前開通線路集成商自行開發終端設備模塊接口，各層系統接口非標，難以適應業務規則調整；終端設備操作流程、界面不統一，乘客使用及運營維護不便，同時大量差異化服務帶來運營成本提高。各線建設質量參差不齊，系統功能調整嚴重依賴廠商，不利于長期穩定運行。

2）系統軟件安全性低

一卡通采用半脫機充值方式；累計積分業務無防篡改保護、積分轉移功能不穩定、積分異議處理不完善； M1卡加密算法易被破解；這些隱患將給乘客和運營企業帶來重大損失。

3）參數拆分不靈活

參數不能靈活拆分，如黑名單參數更新頻繁，為減少系統負擔，隨其他參數每年下發一到兩次。

4）AFC監視功能不完善

AFC系統成網運行，數據量大、敏感度高，目前缺少全網運營監視平臺統一監視系統設備狀態、程序版本、票價參數、異常交易等，出現問題依賴廠商人工分析解決，整改時間長。

4.2 系統硬件能力問題

1）TPU：受技術水平發展影響， TPU分小TPU和大TPU。小TPU在2010年前開通線路使用，需與內嵌程序配合完成交易處理。大TPU在2010年后開通線路使用，可獨立完成交易處理。大TPU分低端TPU和智能TPU，低端TPU無操作系統，不利參數升級和靈活調整優惠策略；智能TPU帶操作系統比低端TPU有優勢。

2）M5、M13及機場線：開通運營時間早，主控單元采用板卡級，處理器、操作系統內存、接口不符合標準，不能與智能TPU兼容，終端設備內模塊多采用非標產品，并且與國外廠家合作完成，軟件修改依賴國外廠家。

3）終端設備不能滿足政府要求的1.3 m兒童免費進出站要求。

4）由業務、管理和客流變化引起系統硬件能力不足。2014年底計程計時票制實施后，售補票、充值業務成倍增加，部分車站設備數量不能滿足運營需求。售票流程增加，操作人員售票從5 s每張增加到20 s每張，設備數量不變，效率降低；部分設備功能不完善，降低乘客滿意度；票價表為紙質粘貼，新線開通需全網更換，成本高。

5 改造方案

5.1 改造后總體架構

經過AFC技術改造工程建設AFC系統實現各層級標準化，標準應用2.0版如圖2所示。

圖2 2.0版標準應用Fig.2 Application of Ver.2.0 standard

5.2 規范修訂

修改業務規則和技術規范，增加新票種、新優惠，統一終端界面；修訂ACC-AFC接口技術規范，涉及路網參數、UD數據、終端設備處理流程，基礎數據定義，通信接口定義，票卡結構，在線查詢接口，對賬文件格式等。

5.3 ACC系統

1）軟件方案：升級路網參數管理、交易驗證及在線處理系統；升級報表管理、對賬文件、設備管理業務功能；改造CMS業務和預付值功能；新增虛擬機軟件、虛擬機管理軟件及備份軟件。

2）硬件方案：因在線查詢、一卡通異議、新交易處理等業務，清分結算方式需與路徑選擇方式合并處理，導致增加通訊服務器、在線服務器、接入測試服務器等。

5.4 MLC/LC系統

5.4.1 地鐵公司 MLC

1）軟件方案：新增參數及相關處理；優化運行時間管理、設備監視、客流監視、查詢與ACC系統交換數據、時鐘同步、現金收益管理、操作員管理、權限管理、審計管理、報表管理、歷史數據管理、專項數據查詢、清算對賬、通信接口、服務器端應用；支持多個MLC數據匯總統計、支持老線數據接口、支持老線數據遷移。

2）硬件方案：新增災備中心應用服務器、內聯核心交換機、存儲交換機、磁盤陣列等。

5.4.2 京港公司 MLC

1）軟件方案：支持低峰優惠參數解析及下發、低峰優惠報表統計、新票種庫存管理、新票種相關業務報表統計；升級與ACC對賬報表；升級LC/MLC、SC系統客流統計分析；優化各層級報表和終端設備水單超程超時補票、無進出站記錄補票等統計項的數量和金額，并能查詢補票金額修改情況明細；增加一卡通累計優惠金額乘客異議處理、與ACC、一卡通日常業務（票卡配發、票款結算）管理等。

2）硬件方案：擴容生產服務器和磁盤陣列；擴容災備服務器和磁盤陣列；增加老線數據處理服務器。

5.4.3 LC系統

M1、M2、八通線、M10（I）、M5、M13、機場線調整后接入新建運營MLC系統。M4、大興線調整后接入京港MLC系統。

5.4.4 新建MLC系統

新建 MLC系統為 M1、M2、M5、M13、八通線、機場線及2020年前新開通線路AFC系統的多線共用線路中心。利用X86服務器及虛擬化軟件搭建共享硬件資源池，服務器靈活配置，有效地解決新線接入問題。新建與既有MLC實現統一監視、統一管理、統一數據統計分析。

5.5 線路

5.5.1 SC

1）軟件方案：滿足《北京軌道交通AFC系統設計與實施規范》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票系統技術規范》DB11-2020）要求；實現低峰優惠及新票種參數接收下發；實現在BOM一卡通積分轉移；實現按票種現金交易統計；實現新增BOM日結按票種及票價統計；實現BOM與SC新增班次現金核算數據；實現新增TVM按票種及票價統計日結、TVM現金核算數據；優化運營維護界面、故障代碼、維修報表；日志漢化；實現對SAM各類信息統計管理。

2）硬件方案：對機場線（票制票價改造工程未含）SC服務器和工作站換新，其他線路SC服務器和工作站利舊。

5.5.2 AG/移動AG

1）軟件方案：滿足《北京軌道交通AFC系統設計與實施規范》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票系統技術規范》DB11-2020）要求。能處理低峰優惠、新票種等新業務；根據各優惠及票種優化乘客顯示界面；對ACC及一卡通調整優化及新增參數進行處理；優化維護界面及故障代碼，日志漢化；對SAM卡監視，故障和丟失報警；實現機場線與路網其他線路一票聯程。

2）硬件方案：2010年前開通線路：更換小TPU為智能TPU、更換主控板為工控機（M5、M13、機場線）、改造電源模塊實現遠程喚醒、改造傳感器實現1.3 m兒童免費過閘。2010年后開通線路：更換低端TPU為智能TPU（M9、M8（II）、M15、大興、房山、亦莊、昌平線）、改造傳感器實現1.3 m兒童免費過閘。

5.5.3 TVM

1）軟件方案：滿足《北京軌道交通AFC系統設計與實施規范》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票系統技術規范》DB11-2020）要求。能處理低峰優惠、新票種等新業務。優化乘客顯示界面、水單格式等。對ACC及一卡通調整優化及新增參數處理。增加TVM按票種票價統計日結及現金核算數據；實現在某時間段停止按票價售票；具備模糊查詢購票；按運營需求優化維護界面、優化維修信息采集及上傳、故障代碼、日志漢化；對SAM卡監視，故障和丟失報警；實現機場線和路網其他線路可互相購買車票。2010年前線路TVM能實現紙幣找零和一卡通聯機充值功能。

2）硬件方案：2010年前開通線路：更換小TPU為智能TPU；更換主控板為工控機（M5、M13、機場線）；增加紙幣找零模塊（M1、M2、M4、M5、M10（I）、M13、八通、機場線）、增加充值功能（M1/2、八通線）、改造電源模塊實現遠程喚醒功能。2010年后開通線路：更換低端TPU為智能TPU（M9、M8（II）、M15、大興、房山、亦莊、昌平線）；增加紙幣找零功能（M8（I）），增加紙幣找零涉及其他模塊的更換。

5.5.4 BOM/移動補票機

1）軟件方案：BOM/移動補票機滿足《北京軌道交通AFC系統設計與實施規范》（現已納入《城市軌道交通自動售檢票系統技術規范》DB11-2020）要求。能處理低峰優惠、新票種等新增業務，實現低峰優惠查詢及補票，并將各類交易統計；按票種及票價統計，優化界面、水單格式等；對ACC及一卡通調整優化及新增參數處理；實現一卡通積分轉移和重置，實現一卡通聯機充值，對一卡通異議處理；發售預賦值單程票；具備虛擬鍵盤；優化運維界面、優化維修信息采集及上傳、故障代碼、日志漢化；對SAM卡監視，故障和丟失報警；實現機場線和路網其他線路可互相購買車票。

2）硬件方案：2010年前開通線路：更換小TPU為智能TPU；更換主控板為工控機（M5、M13、機場）；更換LED顯示屏為液晶屏（M4、M10（I）、M8（I）、機場線）；補足乘客顯示屏（M1、M2、M4、M10（I）、 八 通 ）。2010年 后開通線路：更換低端TPU為智能TPU（M9、M8（II）、M15、大興、房山、亦莊、昌平線）。

5.5.5 AVM、手持機、編碼分揀機改造方案

AVM功能改造為TVM。手持機功能同AG。編碼分揀機支持新票種編碼、預賦值和分揀。

5.5.6 新增設備

新設客服機，具備補票、充值和查詢功能；新增離線檢修設備；新增電子票價牌。

5.6 路網級AFC監視中心

新建AFC監視中心系統，對北京地鐵AFC系統集中監視和管理，通過旁站系統實時采集14 000余套終端設備、334座車站系統、3個MLC系統和ACC系統設備運行狀態和作業數據，并對數據進行實時處理，通過工作站、大屏幕為監視中心提供設備運行監管、設備應用監管、突發事件應急處置、票卡運行監管、乘客異議處置、AFC運行績效評價、設備應用分析、規范制度、票制票價策劃評估、AFC新業務、新線AFC建設監管、既有線升級、AFC系統更新改造等業務管理功能。為北京網絡化運營提供及時有效運營管理手段。

5.7 一卡通系統

一卡通清算系統與AFC系統通過MQ消息中間件完成數據文件交互的方式不變，數據文件內容有所增加：一卡通清算系統每日接收ACC上傳的脫機交易文件，并下發參數文件、黑名單文件及對賬文件，累積優惠異常處理交易及時間票交易通過清算系統重組，打包發送ACC。

6 效果

AFC技術改造工程實施后，各線路AFC系統使用統一標準化軟件，具備靈活調整票價及業務規則的功能，消除了系統對廠商的依賴，降低系統再修改成本，工程間接帶來的經濟效益是不可估量的。

7 結語

北京作為全國政治經濟文化中心，城市發展日新月異，物質文化水平提高，人們對軌道交通服務要求也不斷提升。

在軌道交通快速和高質量發展大背景下， AFC系統面臨政策和運營管理方式調整是不可避免的，這些變化都導致業務規則、各層級系統和終端設備的改變，為長效解決AFC系統問題，方便、快捷、高效、低成本的滿足政策調整要求，進行北京軌道交通AFC系統技術改造探索，搭建靈活敏捷高效的AFC系統，提升乘客服務水平和運營安全、提高運營維護能力，降低系統再修改成本，消除對廠商依賴性，有益于AFC系統長遠發展，也為四網融合背景下的票務服務及信息共享打下堅實基礎。