北京軌道交通AFC2.0智慧票務系統研究

帥國瑩，張 莉，成永彬，陳少創

（北京軌道交通路網管理有限公司，北京 100101）

1 北京軌道交通AFC系統現狀及問題

1.1 AFC系統建設情況

北京軌道交通AFC系統建設從2006年引進日本、韓國、法國、澳大利亞廠商的系統、設備，到逐漸實現系統、設備的國產化，到2017年全網實現AFC系統、設備的標準化，再到2018年實現二維碼過閘，整個系統的建設是一個逐步發展和完善的過程。

北京軌道交通AFC系統的建設可分為3大建設階段。

第一階段在2013年前，建設標準采用《ACC/AFC系統業務規則和技術規范》《AFC系統設計與實施規范》，統一標準讀寫器，實現全網互聯互通。

第二階段是2014～2015年，完成北京市軌道交通AFC技術改造一期工程，執行新票價方案，實現計程計時票制及累計積分優惠功能。

第三階段是2015～2018年，完成北京市軌道交通AFC技術改造二期工程，建成AFC監視中心；建成運營公司MLC（II）系統。實現AFC系統全網SC系統軟件和終端設備軟件的標準化；實現一卡通低峰優惠和一卡通累積積分轉移；實現交通部互通卡購票、充值、進站、出站、補票等業務；實現身高1.3 m以下兒童免費過閘；實現對全網AFC終端設備的狀態監視。

另外，2018年后，北京如易行科技有限公司在公有云的基礎上單獨建設互聯網業務平臺，全網AFC系統各層級同步進行改造，逐步在全網范圍內實現電子支付（微信、支付寶、銀聯云閃付、數字人民幣）和二維碼過閘。

目前，北京市軌道交通票務系統由AFC系統和互聯網票務系統兩部分組成，其中AFC系統由1個監視中心系統、1個清分系統、5個線路中心系統、400多個車站中心系統和約18 000多臺終端設備組成；互聯網票務系統由互聯網業務平臺、互聯網業務交換平臺和車站認證系統組成。

1.2 既有AFC系統目前尚存在的問題

北京市軌道交通2006年引進國外AFC系統，從初期的單線設置線路中心系統到引領全國建設熱潮的多線路共用線路中心系統；從封閉的傳統AFC系統到AFC系統與互聯網票務系統共存；從單一的IC過閘到支持NFC手機、電子二維碼、人體生物特征識別過閘；從單一的現金支付到實現微信、支付寶、銀聯云閃付、數字人民幣等電子支付；率先實現全網車站系統和AFC終端設備軟件的標準化，并完成軌道交通AFC監視中心系統的建設。以上變化體現了北京軌道交通管理者和建設者的智慧，起到了科技引領作用。

目前，北京市軌道交通AFC系統的運營管理水平和技術水平均已達到國際、國內領先水平，但AFC系統經過多次“打補丁式”的改造和升級，不可避免地會出現一些問題，不利于未來軌道交通智慧化的發展。

1.2.1 AFC系統與互聯網票務系統分離，新增業務難度高、工作量大

AFC后臺系統的主要功能定位是承擔實體卡等傳統票務業務處理工作，互聯網平臺的主要功能定位是承擔互聯網票務業務處理工作。AFC系統和互聯網平臺兩套系統共用AFC系統建設的終端設備。現有AFC終端設備是在滿足傳統AFC系統業務功能基礎上逐步擴展物聯網票務功能，從而實現對傳統實體卡業務和互聯網業務的雙重支持。

AFC系統的架構是基于20世紀90年代末和21世紀初的技術條件進行設計的，票務服務和系統功能以脫機為主、聯機為輔；而互聯網票務系統的票務服務和系統功能則以實時聯機驗證為主、脫機為輔。AFC系統和互聯網票務系統對數據傳輸和檢驗的實時性要求沖突。由于互聯網票務系統沒有專用的終端設備，而是在AFC終端設備傳統功能的基礎上疊加互聯網票務的相關功能，這種技術路線沖突的問題，造成傳統AFC系統在應對互聯網票務服務需求時，終端設備軟件實現復雜，修改和調整難度大。每次終端設備的功能調整都需要對AFC系統和互聯網系統的應用軟件進行升級，并進行大量的功能測試，稍有不慎將可能給AFC系統引入一定的安全隱患。

從北京軌道交通既有票務系統架構可以看出，AFC系統和互聯網平臺系統的架構基本類似，均可分為車站級、線路級和路網級，兩個系統獨立建設、獨立運營管理，這種多系統獨立建設、打補丁的建設方式，造成整個票務系統的業務數據流向復雜、功能設置分散、內部接口眾多，任何票務業務的修改或新增都需要AFC系統和互聯網平臺系統的同步開發、測試和升級，導致新開線路或新增業務時工作量大、周期長、投資高，出現問題的幾率大，容易引發不可預知的故障。

1.2.2 系統層級多、數據分散，不滿足軌道交通智慧化發展的要求

隨著移動互聯網的進一步普及和社會經濟不斷的發展，出行總量持續增加，交通需求從“走得了”逐步演化為“走得好”，人民群眾對城市軌道交通安全、高效、舒適、經濟多樣化的要求越來越高，單純的安全可達、方便快捷已難以滿足地鐵出行需求，出行品質正成為乘客關注的重點。隨著移動互聯網的進一步普及和發展，軌道交通的票務服務已從單一的傳統IC卡轉變為傳統IC卡+互聯網票務。服務模式也從“我們給什么，乘客用什么”轉變為“乘客需要什么，我們提供什么”。

傳統的AFC系統是根據各級企業的運營管理體制需求建設的，由監視中心、清算系統、線路中心系統、車站中心系統、終端設備5層架構組成，能滿足各企業日常的運營管理的需要，但隨著北京市軌道交通的線路逐漸增多和新業務不斷增加，這種多層級系統的缺點也逐漸顯現。

1.2.3 互聯網票務全部承載于公網平臺，存在一定的信息安全風險

隨著二維碼技術的發展和普及，2018年北京市軌道交通完成互聯網票務系統建設。建設初期，由于無法預估使用互聯網票務的客戶量和服務量，為降低系統建設投資，將互聯網票務系統架設于公網平臺上。隨著政府和乘客對信息安全的關注程度提高、二維碼業務爆發式增長和人體生物特征識別過閘業務興起，繼續將所有互聯網業務放置到公網平臺上，一旦發生信息泄露，造成的社會影響不可估量。

因此，從提升運營安全、信息安全管控等角度出發，也亟需將互聯網票務轉移至北京市軌道私有云，在公網平臺僅保留必要的客戶管理功能。

2 AFC2.0智慧票務系統研究目標

隨著乘客對地鐵出行智慧化要求的提高，AFC系統也需要不斷變革。乘客由原來的紙票乘車，到使用實體卡乘車，到使用二維碼乘車，隨著社會的發展和老百姓的需要，未來AFC系統需要滿足乘客的刷臉乘車、電子身份證乘車等需求。為快速滿足乘客需要，AFC系統需由原來的各層系統更改程序來實現功能進而提供服務的方式，改變為由中心提供服務規則，系統設備自動識別并提供服務的方式。提高系統的自我適應和調整的能力，減少投資成本，提高服務效率。

AFC2.0智慧票務系統研究目標，是將AFC傳統票務業務和互聯網票務業務融合，重點考慮未來AFC智能化管控需求，采用云計算技術架構，結合大數據分析、人工智能技術，構建一體化、數字化、智能化的AFC2.0智慧票務系統。

3 AFC2.0智慧票務系統研究內容

研究傳統票務和互聯網票務基礎數據格式，服務功能和服務部署方式，進行統一設計。

研究AFC2.0云平臺結構，將目前互聯服務平臺預付費系統、后付費系統、非現金支付系統、電子發票系統、億通行APP后臺系統、一碼通系統、SC系統、MLC系統等服務系統進行遷移，建設智慧票務系統，與ACC系統通過接口連接進行票務數據交互。

研究智慧票務平臺在AFC2.0系統內的部署，所有應用都采用多點部署方式，防止單點故障造成系統服務中斷，系統每一種應用服務部署的數量根據數據量和處理性能的要求，進行彈性部署，但每種應用至少部署在兩臺服務器上，保證高可用性。

研究智慧票務平臺與內部和外部的接口，通過云中心系統統一的接口服務集群，實現數據通信和數據交換，包括對內其他系統的數據接口，如ACC系統接口、大數據中心系統接口等；對外部的一卡通接口，第三方支付接口等；保證互聯網的安全接入，支撐億通行APP，為乘客提供移動售檢票服務。

研究智慧票務平臺多元化票務體系的完善，基于用戶賬戶體系，豐富票務介質，如人臉、NFC等；大數據分析下，不同乘客，不同線路，月票、季票、次票等個人定制化票務服務，既滿足乘客定制化出行需求，又能幫助空閑運力轉化為票務收入；推出標準化線上票務服務產品，可實現票務服務標準輸出；以地鐵為城市服務主干網，打通航空，鐵路、出租等周邊交通場景，實現跨場景票務服務；將生活服務和地鐵票服務打通，使生活服務的優惠措施與乘車費用支付融合掛鉤，實現乘客乘車優惠與生活服務商業化場景的融合發展。

4 AFC2.0智慧票務系統研究路線

4.1 票務系統融合

研究目前傳統票務系統和互聯網票務系統數據格式的差異，詳細分析各基本數據的需求，統一數據格式，形成智慧票務系統標準數據源。

研究目前傳統票務系統和互聯網票務系統的服務分類、服務功能，歸納相同功能的服務，進行服務的融合。

研究目前傳統票務系統和互聯網票務系統的應用部署架構，基于云平臺的技術，將兩個系統的應用部署方式及應用類型統一，完成系統架構的融合。

研究目前傳統票務系統和互聯網票務系統的系統功能設計，統一規劃設備管理功能、客流管理功能、票卡管理功能、應急管理功能、客戶服務功能、票務服務功能、運營管理功能等系統功能，完成系統功能的融合。

研究目前傳統票務系統和互聯網票務系統的接口設計，統一規劃智慧票務平臺的內部和外部接口，實現接口標準統一。

4.2 智慧票務多元化服務

運用大數據分析，研究乘客畫像的建立，包括數據來源、數據分析、數據標簽的建立、數據標簽的更新等，根據乘客畫像數據，為乘客自動匹配最便捷、最優惠的票務服務。

通過需求調研，進行乘客期望的多元化票務服務研究，并通過乘客畫像數據和票務數據，分析新業務上線后的受益人群范圍，預測受眾群體及新業務上線的使用量，為業務上線的研判提供更多的數據支撐。

通過調研其他軌道交通城市的現狀和相關文獻查閱，研究未來更適應地鐵場景的票務媒介，結合多元化票務服務，帶來更便利、更高效的出行體驗。

研究航空、公交車、出租車等市內交通場景的特點，結合軌道交通場景的特點，推出跨場景的票務服務。研究圍繞軌道交通覆蓋范圍內的其他生活場景，將生活服務與乘車服務有機結合，實現跨場景的服務融合。

5 AFC2.0智慧票務系統

5.1 系統架構

智慧票務系統架構分為4層，如圖1所示，包括數據接入層、數據層、計算服務層和應用展現示層。

5.1.1 數據接入層

數據接入層實現中心系統與終端設備的數據通信，實現對終端系統的控制和業務數據的采集。系統數據接口包括內部系統的數據接口和與外部系統的數據接口。

5.1.2 數據層

數據層包括生產數據和歷史數據兩大部分。生產數據包括設備、交易、支付等支撐AFC日常業務運行的當前階段的數據；歷史數據則包括較長時間的業務歷史數據，用于AFC業務大數據分析，這些數據至少應該保留3年。

5.1.3 計算服務層

計算服務層包括AFC業務服務、實時計算平臺、智能數據平臺和互聯網服務平臺4個部分。

1）AFC業務服務為設備管理、客流監視、票卡管理等各項AFC業務提供后臺服務支撐，實現這些業務流程的管理功能和信息查詢統計。

2）實時計算平臺提供實時計算服務，通過對從設備上傳的交易、狀態數據的實時處理和計算，為AFC即時業務統計、大屏幕監視等業務需求提供設備故障告警、實時客流、動態票卡庫存等實時數據支持。

3）智能數據平臺通過對設備使用、故障、客流、乘客記錄等長時間歷史數據的大數據分析，對設備故障規律、設備使用規律、客流規律、乘客風險等進行數據挖掘，支撐AFC設備智能化管控、智能化維修，以及智能化乘客服務。

4）互聯網服務平臺提供互聯網APP用戶管理、支付服務、客戶服務、發票管理等后臺服務，為手機APP乘客提供后臺服務支撐。

5.1.4 業務展現層

業務展現層主要是通過工作站、移動終端為內部管理客戶提供客流監視、設備管理、票卡管理、設備智能管控等業務管理界面，通過大屏幕提供集中監視大屏幕顯示功能，通過手機端億通行APP為乘客提供互聯網票務服務。

5.2 內外部接口

搭建專用接口服務，統一進行內部接口和外部接口的對接，根據傳輸數據的特點，通過FTP，MQ，Socket等方式進行數據交互，規范數據接口的對接工作，減少系統的復雜性。改變原來因建設時期不同，傳統票務系統和互聯網票務系統各自進行內外部數據接口對接的現象。

5.3 多元化票務服務

按照現有的數據格式內容，對原始數據進行采集、存儲。通過對采集到的數據進行清洗，結合地鐵乘車的業務場景，給乘客賬戶粘貼不同的標簽，如常用站點、通勤站點、上/下班時間、居住區域等。用豐富的標簽構建精準的乘客畫像，根據乘客的乘車習慣，給乘客推薦更優惠便捷的乘車方案。若乘客每月乘坐機場線次數大于10次，則給乘客推薦機場線計次票，10次即可省50元，且用的次數越多省的越多。

用戶畫像的完善可給運營管理人員提供更多的票務分析規劃依據，根據乘客的乘車規律，推出適合大部分乘客的乘車方案，實現“乘客需要什么，我們提供什么”。

6 結論與展望

隨著城市規模不斷擴大，軌道交通線路不斷擴展，軌道交通影響人群越來越廣，人們對軌道交通整體服務水平的要求也更高。在這個發展背景下，城市軌道交通建設必須與時俱進。

智慧票務系統的建設，能提高票務系統的穩定性、安全性，提高AFC系統對未來增加新業務的適應性，滿足人民對多樣化、個性化的美好出行的向往，提升乘客對乘坐軌道交通體驗的滿意度。