淺談地鐵AFC自動售檢票系統的設計與實現

劉玉，趙耀，李金龍，張銘煒，李瑞

（鄭州地鐵集團有限公司，河南 鄭州 450053）

在整個軌道交通系統中，自動售檢票系統（AFC）廣泛使用；AFC是軌道交通運輸系統的關鍵部分。AFC系統是一個綜合了計算機技術、通信技術、數據庫管理等不同領域的大型系統，機電技術、傳感器技術、無線電技術、模式識別技術等通信技術的發展對AFC系統產生了深遠的影響，從早期的ATM結構到后來的ATMSDH結構，再到今天的千兆網絡。AFC系統的設備和專用網絡的管理和維護是日常工作的主要組成部分。首先，綜述了國內外AFC系統和專用通信網絡的發展歷程和現狀，并對AFC系統設備和專用通信網絡的發展進行了比較。針對我國的特殊情況，簡要總結了現有產品問題，并介紹了AFC系統通信網絡應急通信的自我完善。

1 系統分析

1.1 自動售票機系統需求分析

售票機已連接到自動收費系統，并根據操作員指定的詳細操作規程進行工作，因此，在設計和實施票務機時，必須考慮操作員的現有操作特性，如接口類型、操作參數、業務規則等，不同的操作員有不同的要求。總而言之，對功能有以下要求。

（1）運營模式。所有工作模式都必須通過路徑中心的LC和SC參數或命令激活和更改；在正常操作中，該機器應能夠同時接收硬幣、鈔票和其他付款方式，并具有兌換硬幣和鈔票的功能，以及裝載鈔票以購買和充值卡的功能。然后，在限制操作模式下，售票機應能夠自動切換到相應的限制操作模式，例如，無找零模式、無紙幣模式、無硬幣模式、僅裝載模式、僅票務模式等。如果取消了相應的限制模式，則機器可以自動切換到正常操作模式在停機操作模式下，售票機禁止所有購票和裝載過程，售票機可以在每個操作順序中為乘客提供清晰的新聞提示。

（2）購票功能。例如，硬幣、鈔票面額、起始站、目的地站、車票數量、車票價格等為了確保乘客可以有效和無效地工作，售票機應給出正確的票務指示，答案和提示信息，涉及最重要的工作步驟，例如，在存入硬幣后發行票證，乘客應該更改金額，輸入票證購買詳細信息等，并且只有在確認后才能發行票證。購買車票時，乘客可以通過觸摸屏進行選擇，必須在觸摸屏上輸入標準車票類型的數量（由參數確定），并根據參數設置一次可購買的最大車票數量。能夠點擊取消按鈕在支付足夠的錢之前結束正在進行的交易。如果步驟之間的中斷時間超過了指定時間，則機器將自動停止交易。如果交易暫停，則必須退回現金，并且必須在標準模式下確定暫停期限，允許乘客在最后一次出售后根據選項自動退還一張或多張票卡。如果無人操作，機器必須在規定時間內進入指定的屏幕保護程序界面；當乘客接近機器時，界面必須自動切換到用于購票界面。自動計算出合理金額并根據支付金額進行更改，如果規則和余額發生變化，出票正確執行和更改。

（3）車票處理。票務處理模塊應能在乘客選擇交易并投入硬幣確認后自動完成票務發行，分配和發行，自動售票機的票務處理模塊的設計應能夠識別票證狀態。精確識別票證，快速輕松地添加票證，替換票證存儲字段并管理卡現象，并與相應的自動票證機模塊進行交換其他系統機器應能夠寫入票證并在分配值之前檢查其有效性當票卡信息被寫入時，應檢查書面數據，如果驗證和驗證失敗，票卡將被回收到無效字段中，然后，設備應嘗試再次出售票卡。當錯誤達到參數設置的數量時，設備將停止服務并將信息上傳，將已投入的錢退還給乘客。

（4）現金處理?，F金處理模塊應具有退還乘客投資的現金而不收集當前交易數據的功能，如果卡和貨幣出現異常，應在能夠正確評估交易是否仍然有效，發行卡或打印錯誤消息，記錄交易詳細信息并保護乘客和運營商的利益。

售票機必須能夠監控收銀機中的全現金狀態，并在狀態滿足指定要求時自動更改操作狀態，工作人員可以通過參數設置在現金箱中存儲的最大硬幣和紙幣數量每個寄存器應具有一個獨立的電子號碼，該寄存器號機器可以自動識別。然后，自動售票機可以檢查是否有資格更換收銀機，否則會發出警告，手機的盒子或盒子已經打開了。機器必須能夠自動檢測錢是否被解鎖或插入，自動讀取號碼并將相關數據放入SC和LC。

（5）錢票箱更換。錢票箱應與其他區域隔離開并且使用鑰匙才可以打開。在安全區域，應將每個錢票箱分開并用單獨的鑰匙代替。維修門打開后，操作員必須在維修面板上輸入操作許可證卡、服務編號和密碼，然后售票機將檢查其是否有權更換錢票箱，否則，會發出警報錢箱或移動錢箱已被打開，機器必須能夠自動確定錢箱是被取出還是插入，能夠自動讀取錢箱編號并將相應的錢箱和錢箱數據上傳至SC和LC。請確保沒有錢箱票卡的兌換與錢箱的兌換相同。

1.2 功能需求分析

根據軌道交通行業AFC運營機構的職能定位，AFC系統的基本功能應包括以下任意一個功能：

（1）票價計算、自購、自動值機和自動售檢票、單程自動退票、補票等。

（2）實施軌道交通運行中的購票、生產、銷售、流通、回收、銷毀票務管理。

（3）客流數據的采集、傳輸、匯總、統計、存儲、查詢等客流數據管理。

（4）可以為乘客提供異常車票處理、票務查詢、退票等服務。

（5）提供一個方便成本計算的乘法接口，根據我國城市軌道交通的上述運行需求傳統的五層架構體系被廣泛采用，即：“ACC-LC-SC-SLE-票卡”。

2 系統設計

2.1 系統結構設計

（1）自動售票機（Ticket Vending Machine，TVM）。安裝在車站的非付費區，由乘客自己操作，通過人類自動售貨機的交互式圖形用戶界面，自助購買地鐵單程票及進行儲值票充值的設備。①功能描述：TVM允許您以紙幣和紙幣的形式進行支付，并根據紙幣的匯率進行支付，并執行貨幣清洗功能，這允許您清點現金。TVM通常有多種服務模式。SC授權，當電視處于待機狀態時激活TVM。輸入緊急模式，關閉TVM的所有功能，并且只有當SC側從緊急模式關閉時，才能恢復設備功能。②網絡結構：TVM通常由幾個硬件工作組組成，每個工作組都有自己的IP地址。獲取服務器下發的工作參數，同步工作程序，接收控制命令，將當前的運行數據加載到SC、運行數據和硬件狀態。③設備結構：自動售票機主要由ECU、票務存儲模塊、乘客觸摸顯示、硬幣處理模塊組成，紙幣流通模塊、文件打印機、服務面板、電源模塊、底盤、機械外殼等。

（2）自動檢票機（Auto Gate Machine，AGM）。自動檢票將設置在已付款區域和未付款區域的相交處。在乘客在付費區域與非付費區域時，它是一種自動檢票和放行的功能。①功能描述：檢票機有四種類型：檢票機輸入站、檢票機輸出站、雙向檢票機和寬通道檢票機；檢票機進站具有自動檢票功能，允許乘客從收費區進入收費區和檢票機出站，提供自動檢票功能，允許乘客從收費區進入收費區，雙向檢票機兼作檢票機輸入站和檢票機輸出站。②網絡結構：AGM網絡拓撲類似TVM，由多個設備組成，每個設備都有一個單獨的IP地址，每五根雙線連接一個小交換機，而小型交換機通過雙線或多模光纖通信與SC連接。③設備構成：AGM通過主控單元驅動各功能模塊，以實現相關的業務功能。各模塊的邏輯連接如圖1所示。

圖1 AGM內部邏輯連接圖

（3）自動查詢機（Ticket Check Machine，TCM）。通過AFC通信網絡、LC服務器數據庫和ACC數據庫，使乘客能夠獨立獲取車票的基本信息和歷史信息。①功能描述：此設備提供有關票務查詢和列車歷史的信息。信息包括票務類型、購買時間、到達時間、出發時間、到達地點、出發地、扣款金額、余額、有效期。LC提供的自動售票系統，自動售票系統說明等工作站可編輯下載。車票申請會自動輸入檢票機，如有不妥，應說明原因，乘客乘坐半自動售票機辦理登機手續。②設備構成：TCM主要由以下幾個部分構成：機械外殼、主控單元（ECU）、乘客顯示器（PID）、觸摸屏、讀卡器等。

（4）半自動售票機（Booking Office Machine，BOM）。半自動售票機位于售票店操作的火車站的使用說明書中，包括售票、票務更換、充值、更換、退款、票務分析及其他票證處理設備。①功能描述：BOM可分為乘客定位、功能定位、維護和遙控功能，BOM支持孤島操作?；謴团c供應鏈的通信后，BOM可以獨立處理帳卡，存儲數據和下載數據。②網絡結構：BOM可分為乘客定位、功能定位、維護和遙控功能。BOM支持孤島操作?；謴团c供應鏈的通信后，BOM可以獨立處理帳卡、存儲數據和下載數據。③設備構成：主要部件包括：主控模塊（ECU）、操作員監視器、乘客監視器、卡片閱讀器、工具打印機、鍵盤/鼠標、變量分配模塊、便攜式手動收銀機抽屜和電源模塊。

（5）車站中心計算機（Station Computer，SC）。車站中央計算機安裝在車站計算機上，負責車站控制的微機是車站AFC系統的核心。①功能描述。當sc-svr參數版本與LC匹配時，svr參數版本控制設備參數版本，確保與常規系統sc-svr版本工作站的設備參數版本一致。存儲運行數據和設備采集的數據下載到LCSVR；通信通道和設備的現場監控；如果網絡允許，它可以在任何站點的任何服務器上注冊，同時打開多個客戶端。②設備性能指標。SC系統性能數據的準確率為99.99%，SC系統的運行可用度大于99.9%，平均無故障時間大于50000h≤60min。SC系統具有自診斷和故障報警功能。操作完成后，SC系統會自動生成報告，供第二天現場使用。報告將在操作完成后15min內自動生成。SC系統成功接收到系統參數后，可在1min內到達所有車站設備，顯示并記錄啟動成功或失敗的信息。操作完成后，SC系統將能夠在15min內完成該過程。線路中心作為數據中心和全線監控運營中心，對系統的正常運行起著重要的作用。

2.2 系統平臺選擇

開發人員可以利用現有技術開發軟件架構、數據建模、編碼、調試、測試、分析，安裝和部署項目。VS2010有助于完成復雜的任務，并幫助開發人員深入了解平臺。提供有效的項目管理功能，可用于文件分類、項目管理、源代碼更新和空格識別；開發人員和測試人員可以進行自動和手動測試，并根據具體情況改進調試工具，幫助他們開發軟件，準確快速地完成項目，自動添加對存儲庫的更改，分析警告，重新啟動管理器、MFC庫、ATL等。更重要的是，線程調試得到了改進，它提供了更多的多線程支持和并行V開發能力，這對調試和調試系統很有幫助。

由于在TVM設備中，鑒于成本問題，工業控制計算機的配置相對較小，并且對于乘客而言，接口的運行速度必須相對較快，因此，程序的運行速度和效率更為重要。Java集中于純的面向對象編程語言C++作為一種面向對象的混合編程語言，而且可以提高運行速度，特別是在有限的配置運行環境中。比Java更有效，這就是該項目選擇C++編程語言的原因。

2.3 數據庫設計

自動售票機庫采用SQLite3數據庫，采用輕量級嵌入式數據庫（SQLite3），資源有限，效率高，整個數據庫設計包括50多個表和約1000個表位。同時，某些組織必須具有較大的內部容量。例如，交易明細必須包含幾乎60個特定數據，日常業務必須包含幾乎200個特定數據，依此類推，這些數據之間的聯系非常緊密，通常只需要后臺操作，頻率不高且不會影響外部功能和系統效率，因此，在設計中不應將這些數據分為兩部分。為提高系統效率，采用了具有多個字段的統一表的思想，并采用了事務處理方法。

3 結語

隨著城市道路交通的快速發展，對AFC和TVM系統的要求越來越高。在分析地鐵TVM發展現狀的基礎上開發了一種適用于地鐵TVM的自動售票系統。在該系統的框架內，分析了AFC系統的巨大需求在國內輕軌運輸發展迅速以及目前我國缺乏AFC系統研究的情況下，本研究的重要性由此而來。對自動收銀機軟件需求的分析已經完成。主要是功能和操作需求。然后，選擇經典的層次結構軟件進行系統設計，簡化了售票機的業務邏輯，簡化了業務實現，并根據層次結構將層次結構分為不同的業務模塊，確定自動售票系統業務模塊的組成，明確了自動售票系統的開發任務，并用不同的硬件設施代替了控制模塊。