武漢地鐵自動售檢票系統研究

周 彪

（武漢地鐵運營有限公司，武漢 430000）

AFC（Automatic Fare Collection）即自動售檢票系統，是一種在地鐵交通領域中廣泛應用的智能化車票業務體系。該系統的實現綜合運用了多種信息化及自動化手段，例如互聯網與通信技術、計算機技術、智能芯片識別技術及數據庫技術等。借助該系統能夠使軌道交通體系中的車票銷售、檢票進站、出站計費及統計分析等業務流程實現自動化和現代化，提高地鐵交通的運行效率。

作為保障地鐵交通自動化運營的關鍵組成部分，自動售檢票系統的重要性不言而喻。而隨著信息化及智能化技術的發展，如何進一步提升自動售檢票系統的現代化水平，使之更加高效的運轉就成為了廣大地鐵員工必須關注的問題。為了深入探究AFC 系統的技術內核、提升科技創新水平，本文對武漢地鐵自動售檢票系統的系統架構及實現技術等內容展開了分析。

1 AFC 發展歷程

世界上第一套AFC 系統于1967 年在法國巴黎地鐵安裝使用成功。早期AFC 系統面向單一線路建設及運營管理，由于技術要求難以統一，各國家城市需求不同，AFC 系統的設備設計及功能、運營管理有很大不同。如日本使用小磁票作為單程票，PET 磁票作為定值儲值票；美國使用磁票作為單程票等。我國地鐵事業起步較晚，大量技術需要自主研發，經歷了從無到有、從小到大的過程，AFC 的發展同樣如此。這里以作者所在的武漢地鐵為例，介紹該市地鐵AFC 系統的發展歷程。

2005 年7 月，武漢市1 號線一期工程AFC 系統完成設備調試并投入使用。一期開通時，自動售票機可使用5 元、10 元面值人民幣，閘機全使用三桿機芯控制。2010 年5 月，在一期車站每站均增加了1 組寬通道閘機，方便攜帶行李、拖車等物品的乘客進出車站。2011年12 月15 日，1 號線中央計算機系統（LLC 系統）正式接入AFC 清算中心系統（ACC 系統）。2012 年12月，2 號線工程自動售檢票系統完成設備調試并投入使用。并在自動售票機上增設紙幣找零模塊，可找零5元、1 元紙幣，減少了硬幣儲備量。2012 年11 月，運營公司完成新密鑰改造工作，實現了1 號線和2 號線自動售檢票系統的互聯互通，同時將流通在外使用的M1型票卡更換成CPU 型票卡。2013 年4 月，根據市人民政府相關文件，為實現老年票新票種在武漢軌道交通設備上正常應用，運營公司完成老年票新版軟件部署工作。2016 年12 月，6 號線一期自動售檢票系統完成設備調試并投入使用。將自動售票機的紙幣接收模塊和紙幣找零模塊綜合為紙幣循環找零模塊，目前可循環找零5 元、10 元紙幣，減少自動售票機內的現金周轉量。2017 年12 月，8 號線一期和陽邏線自動售檢票系統系完成設備調試并投入使用。2018 年10 月，7 號線一期和11 號線一期自動售檢票系統完成設備調試并投入使用。此外，隨著移動支付的普及，武漢地鐵也積極探索電子化支付方式的對接，目前已實現了云閃付、支付寶、微信支付方式的接入。

2 AFC 系統架構分析

AFC 系統在架構方面共包含5 個層次，從下向上分別是用戶可以接觸到的票據層和車站終端設備層、基層站點相關的車站計算機系統層、線路中央計算機系統層及最上面的軌道交通清算系統層，如圖1所示。

圖1 AFC 體系架構

第一層：AFC 清算中心系統（AFC Clearing Center）層，也被簡稱為ACC 系統。這一層處于架構中的最上層，承擔著自動售檢票系統與公共一卡通結算系統（及其他支付結算系統）的對接工作，并負責收集AFC 自動售檢票系統在運營中產生的各種交易數據，以便于財務對賬。同時，該層還對車票及系統運營中的各種技術標準進行了規定，并將自動售檢票系統的各種參數進行了統一和規范化。

第二層：線路中央計算機系統（Line Central Compute）層，也被簡稱為LCC 層。這一層接收上一層發來的指令信號，并實施對其所負責線路中自動售檢票系統的運營管理，同時保障相關信令及參數的上發工作。

第三層：車站計算機系統（Station Computer）層，也被簡稱為SC 層。其處于架構的中間，起到承上啟下的作用。向下對車站終端設備的運行狀態進行檢測和管理，將運營中形成的各種支付信息進行匯聚。向上則將匯聚到的數據傳遞給LCC 層進行處理。

第四層：車站終端設備（Station Level Equipment）層，也被簡稱為SLE 層。這一層的工作由各種售票設備和檢票設備承載，這些設備一般部署在地鐵的大廳或專門的票務中心，是一種直接面向乘客的終端設備。

第五層：這一層主要與乘坐地鐵的車票相關，也被稱為車票媒介層。車票必須要能與設備相匹配并能夠方便地進行結算。因此這一層對車票的材質、物理及電子特征和支付安全性等指標進行了規范。

在上面的5 層中，第三和第四層與作者的工作內容銜接較為緊密，本文后面內容主要涉及的是對這2層的分析。

3 車站計算機系統

車站計算機系統（SC 系統）對車站終端設備的運行狀態進行監測和管理，是AFC 系統中的重要一環。車站計算機系統的主要功能模塊包括：運營管理模塊、收益處理模塊、數據處理模塊、班次管理模塊、參數管理模塊、操作員權限管理模塊、日志記錄模塊、報表生成模塊和運營結束程序模塊等。因為功能模塊較多，本文抽取較為核心的幾個模塊進行分析。

3.1 運營管理模塊

運營管理模塊所涉及的功能主要包括對SLE 層中的各種終端設備的運行情況，以及乘客流量情況進行監測和管理。系統的該模塊需要能夠對售檢票設備、閘機設備等硬件機器的狀態進行全面的監控，即監測要具備全面性。并且這些狀態數據需要以可視化的方式進行呈現，以便于工作人員以直觀的方式了解設備的狀態，因此該模塊需要強大的表現層技術作為支撐。當所監控的設備發生異常時，系統應及時檢測出來，即監測需要具有實時性。并且異常點位可以在可視化界面中突出表現出來，以便于工作人員及時處理。此外，監測出的異常報警要能準確體現設備標識、故障代碼、故障產生時間和結束時間等信息，以便于故障原因的分析，即監測數據需要具備完備性。

3.2 收益處理模塊

車站計算機系統的收益處理模塊需要能夠對車站設備的車票、現金及班次等數據進行統計。在現金處理部分，收益處理模塊的管理員通過監測系統可以檢測到車站售票機的現金接收箱的更新和替換情況，并同步生成現金箱替換報告，該報告的詳細信息應包含現設備的唯一ID標識、現金接收箱的ID標識、現金總量、各幣值現金金額量和對應張數、現金接收箱的啟用時間和被更換時間以及操作現金箱的人員ID等。在電子化貨幣部分，不涉及現金箱的更換和現金處理操作，但同樣需要記錄支付和賬務詳情信息。在車票管理部分，需要記錄交易時間、出票設備ID標識、車票標識、車票金額和起始站信息等交易數據。所有上述數據需要具備增量及全量備份功能，可按照設定時間周期生產收益報告。

3.3 數據處理模塊

車站設備通過網絡系統傳輸數據的管理過程應至少包括以下內容：首先，車站計算機系統（SC 層）應可以將設備交易數據、車站收益數據、設備寄存器數據、狀態數據向上提交給中央計算機系統層（LCC 層）處理，并且接收到上層下發來的操作指令、相關數據及參數后，以有序方式向下傳遞給各種售票檢票設備。其次，在計算機系統層（SC 層）和中央計算機系統層（LCC層）之間的信號傳輸除可以通過實時聯機的方式進行外，還應可以兼容網絡異常時的斷網情況，能夠以移動存儲介質的方式進行。同時，未傳輸數據本地存檔，待網絡恢復后再進行同步。

3.4 參數管理模塊

車站計算機系統層（SC 層）應能接收中央計算機系統層（LCC 層）下達的系統參數，同時將參數下達到相關車站設備。參數管理模塊具備對參數進行校驗和正確性確認的能力，確認正確性后的參數由SC 下發到各種設備，并且應具備離線恢復后自動向相鄰層同步參數的能力。被賦予相應權限的管理人員可以對參數進行查詢，但為了保障系統的不可篡改性，管理員不可對參數進行修改。參數管理說明見表1。

表1 參數管理說明

4 車站終端系統

4.1 自動售票機

4.1.1 設備功能分析

自動售票機（Ticket Vending Machine）也被簡稱為TVM 設備（圖2），負責向乘客銷售地鐵車票。因此該類設備被置于非付費區內，例如地鐵大廳或專屬的售票間。由于采用無人值守的方式提供給乘客自助使用，因此該設備具備簡潔友好的人機交互界面。

圖2 自動售票機

根據乘客支付選項的不同，TVM 設備提供現金和電子貨幣支付方式，對于現金支付方式時還需配置找零處理模塊。此外，根據地鐵的具體不同運營方式，TVM 設備還需配置若干種服務模式以供選擇，例如純充值模式（此時TVM 設備即為充值機）、純售票模式（此時TVM 設備即為售票機）等。

4.1.2 設備結構

TVM 在硬件上主要包含以下幾個部分：主控單元、儲值票處理模塊、紙幣處理模塊、硬幣處理模塊、電子支付處理模塊、觸感式乘客操作顯示模塊、單據打印機、維修面板和I/O 處理模塊等。其內部邏輯如圖3所示。

圖3 TVM 邏輯結構圖（部分）

4.2 自動檢票機

4.2.1 設備功能分析

自動檢票機（Automatic Gate Machine）也被簡稱為AGM 設備（圖4），主要負責對車票進行驗證從而操作閘機的打開和關閉，方面乘客進站和出站。當乘客進入地鐵站時，車票（內含智能感應芯片）靠近閘機的芯片讀寫器，系統驗證車票的有效性后，授權閘機打開。當乘客出站時，車票被投到回收單元，芯片讀寫器讀取車票信息并驗證金額的滿足許可條件，然后授權閘機打開，完成乘客離站。如果是電子化票據（例如支付寶、微信等）進站，則沒有票據回收操作，但需要臺同步賬戶支付信息。

圖4 自動檢票機

4.2.2 設備結構

AGM 自動檢票機的具體功能決定了該設備需要配備的相應模塊，主要包括車票讀寫模塊、閘機阻擋裝置、車票處理和回收單元、顯示部件、聲光提示及緊急按鈕操作部件等。其系統結構如圖5 所示。

圖5 AGM 系統結構（部分）

5 結束語

在我國城市化進程的發展中，地鐵對于交通事業的現代化具有十分重要的意義。對于地鐵系統而言，自動售檢票系統（AFC 系統）是一個關鍵組成部分，先進的AFC 系統可以有效提升乘客的用戶體驗及提高進出站效率。鑒于該系統的重要性，本文對其體系架構和相關技術展開了研究，其研究內容對于進一步提升AFC 系統的現代化水平具有一定借鑒意義。相信隨著各種智能化技術的融入，AFC 系統必將在地鐵新的發展時期發揮出更大的價值。