基于云平臺的城市軌道交通自動售檢票系統設計與實現

摘要：文章提出了一種基于云平臺的城市軌道交通自動售檢票系統設計方案，針對傳統系統擴展性差、數據孤立和維護成本高的問題，充分利用云計算、大數據和物聯網技術，簡化系統結構，提高了系統維護的便捷性和運行效率。通過設計控制中心和車站云平臺的硬件與軟件架構，實現了資源的集中管理、實時數據共享以及票務系統的智能化升級。云平臺架構的應用不僅降低了建設與運營成本，還提升了軌道交通自動售檢票系統的標準化水平。

關鍵詞：云平臺；自動售檢票系統；軌道交通；云計算；大數據

中圖分類號：TP311" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）07-0107-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

自動售檢票系統（AFC） 作為軌道交通的重要組成部分，其功能和效率直接影響乘客的出行體驗和運營方的管理效率[1]。然而，傳統售檢票系統由于依賴本地化部署，存在擴展性差、數據孤立、維護成本高等問題[2]，尤其在面對現代軌道交通高并發、高實時性和大數據分析需求時顯得力不從心。這些不足限制了系統的適應性和發展，迫切需要新的技術方案來優化系統性能。為此，本文提出了一種基于云平臺的新型軌道交通自動售檢票系統設計，通過架構改進和軟硬件一體化設計，不僅解決了傳統系統的擴展性和數據孤立問題，還顯著提升了系統的智能化水平和規范化程度，從而為城市軌道交通的高效運行提供了可靠保障。本文將從總體設計、控制中心云平臺設計、車站云平臺設計、關鍵技術分析和結論5個方面展開論述。

1 軌道交通自動售檢票系統的總體設計

軌道交通傳統售票系統主要基于本地化部署，通常由車站終端設備和本地服務器組成，完成售票、檢票和充值等基本功能。為了解決傳統售票系統的缺陷，本文提出了云平臺AFC系統，利用云計算、大數據和物聯網技術，實現系統的高效運行和智能管理[3]?？傮w架構如圖1所示。

本文設計的軌道交通自動售檢票系統的總體架構主要分為3個層級：客戶端層、服務層和云平臺層，通過系統管理和接口交互完成功能整合?？蛻舳藢又饕嫦蛴脩艉凸ぷ魅藛T，包含乘客終端（如手機App、自助售票機） 和工作人員管理端。乘客通過終端進行購票、充值和檢票操作，工作人員通過管理端執行系統維護和監控。服務層為客戶端層提供核心業務支持，包含票務管理服務、設備狀態監控服務和用戶管理服務。票務管理服務處理售票和檢票請求；設備狀態監控服務確保終端設備正常運行；用戶管理服務負責乘客賬戶和權限管理。云平臺層的核心組件位于云端，包括數據存儲與處理、大數據分析和系統運行監控。云平臺提供高效的計算能力，實現大規模并發處理和實時數據分析，同時通過系統運行監控保障系統穩定性[4]。乘客通過客戶端完成購票或檢票請求，服務層接收并處理后，將數據上傳至云平臺。云平臺實時存儲和分析數據，并通過監控功能對系統運行情況進行反饋。

2 控制中心云平臺設計

2.1 控制中心硬件設備設置

硬件設備的設置是保障系統高效運行的基礎，涵蓋了多個關鍵節點和設備[5]。本研究的硬件設備結構如圖2所示。軌道交通云平臺作為系統的核心，整合了線路控制中心（LCC） 和自動清算中心（ACC） 的計算資源，其主要硬件包括高性能云服務器和分布式存儲設備。云服務器負責處理軌道交通系統的大量并發請求，并進行實時數據分析；分布式存儲設備用于保存乘客交易記錄、票務信息和線路運營日志，支持大規模數據存儲并確保數據的可靠性和容錯性[6]。線路匯聚節點作為數據傳輸的重要環節，配備了匯聚交換機，負責將各線路的數據匯總并傳輸到云平臺，同時具備高帶寬和低延遲的網絡性能。為支持多線路的統一管理，多線路運營管理室部署了終端設備（如電腦、打印機等） ，用于生成票務報表、處理異常情況和日常維護；此外，數據采集設備和大屏監控設施進一步保障了管理人員對線路運行狀態的實時掌控。系統通過防火墻和路由器構建網絡安全屏障和穩定通信路徑。防火墻位于匯聚節點與云平臺之間，負責流量過濾和網絡安全管理，防止系統遭受外部攻擊；路由器則實現了不同節點之間的快速通信，圖2中采用雙路由器設計，提高了數據傳輸的容錯性和可靠性。為進一步提升數據傳輸性能，系統還部署了高速的專用通信傳輸網，利用光纖通信設備和交換機構建高效、低延遲的傳輸環境，確保軌道交通系統能夠在高并發的情況下保持高效運行。

2.2 控制中心軟件設備設置

整體軟件設備分為三層：客戶端軟件、服務端軟件和云平臺軟件，各自負責數據交互、業務邏輯處理和云端資源管理，構成一個完整的軟硬件協同運行體系[7]?？蛻舳塑浖渴鹪诔丝徒K端（如手機App和自助售票機） 和工作人員終端（如管理工作站） 。乘客終端軟件負責提供購票、充值、查詢余額和檢票等功能，支持多種支付方式（如二維碼支付、NFC支付和一卡通支付） 。服務端軟件是整個系統的業務邏輯核心，采用模塊化設計，包括票務管理模塊、設備狀態監控模塊和用戶管理模塊。票務管理模塊負責處理購票、檢票和票務數據校驗等核心業務流程。在購票階段，系統通過用戶請求生成訂單，完成座位分配和支付確認；在檢票環節，模塊利用二維碼掃描或電子票驗證用戶信息，確保票據的有效性；最后，通過數據校驗功能，系統對購票、檢票信息進行一致性驗證，確保票務數據的準確性與完整性，同時防止偽造票據的使用。云平臺軟件是控制中心的核心部分，提供數據存儲與處理、大數據分析和系統運行監控等功能。

3 車站云平臺設計

3.1 車站云平臺硬件設備設計

車站云平臺硬件配置如圖3所示，涵蓋了服務器設備、通信設備、檢票和售票終端設備、存儲設備以及監控與顯示設備[8]。服務器設備作為核心，部署在票務室或專用設備間，負責票務數據處理、本地緩存和數據同步，確保售檢票操作的連續性和實時性。通信設備包括高帶寬交換機、冗余設計的路由器以及無線接入點，保障車站內外的數據流通和無線終端的連接。檢票和售票終端設備直接面向乘客，包括自助售票機、檢票閘機以及人工售票終端，分別支持多種支付方式、票務驗證和人工服務功能[9]。存儲設備采用NAS和RAID磁盤陣列，提供票務記錄和運行日志的可靠存儲，并通過冗余設計確保數據安全性。監控與顯示設備通過大屏顯示、監控攝像頭和傳感器實現對車站設備運行狀態和乘客流量的實時監控，同時提供多畫面展示和數據可視化功能。

3.2 車站云平臺軟件設備設計

車站云平臺的軟件設備包括操作系統、應用軟件、數據庫管理系統和安全管理系統4個核心部分。服務器采用Linux系統，為多任務并發處理和網絡通信提供基礎支持[10]。應用軟件涵蓋票務管理系統、設備監控系統以及數據同步與上傳系統，其中票務管理系統負責售票、檢票、充值等核心功能，設備監控系統實時監控售檢票終端設備的狀態并快速響應故障，而數據同步系統確保車站與控制中心之間數據的實時一致性。數據庫管理系統采用MySQL數據庫，用于存儲和管理車站的票務記錄、設備狀態和日志信息，支持快速查詢、更新和備份操作。

4 關鍵技術分析

4.1 大數據實時處理技術

隨著軌道交通系統規模的擴大和乘客流量的增加，自動售檢票系統需要處理海量的票務數據、設備運行數據和乘客行為數據。這對數據處理能力提出了高要求，而傳統的集中式或分布式數據處理模式難以滿足實時性和高效性的需求。云平臺通過整合大數據實時處理技術，解決了這一問題?；谠破脚_的售檢票系統采用分布式數據存儲與計算架構，實現對海量數據的高效存儲和并行計算。在數據處理過程中，乘客終端（如售票機、檢票閘機） 采集的數據通過數據清洗和標準化處理后，實時上傳至云平臺進行分析與存儲。為滿足動態變化的乘客流量和票務交易數據的處理需求，系統引入了Kafka等流式數據處理工具，同時利用Spark Streaming或Flink框架進行實時計算。這些框架通過分布式流處理和任務調度機制，能夠快速識別異常交易、優化資源分配，并為運營方提供動態決策支持。例如，當某站點乘客流量異常增高時，系統可以實時預測檢票閘機的使用壓力，自動調整資源配置，從而保障系統高效運行并提升用戶體驗。

4.2 高并發通信技術

軌道交通自動售檢票系統需要應對高并發的乘客請求，包括購票、檢票和充值等操作，尤其在早晚高峰期間，系統的通信性能直接影響乘客體驗和系統穩定性。為此，高并發通信技術成為關鍵。云平臺通過部署負載均衡器（Nginx） 和高性能網絡協議（HTTP/2或gRPC） ，實現對大量并發請求的分發和快速響應。負載均衡器根據網絡流量動態分配計算資源，避免單點壓力過大導致的系統崩潰。結合CDN（內容分發網絡） 技術，分散用戶請求至不同區域的云節點，加快數據傳輸速度。在設備間通信中，采用MQTT協議確保低帶寬環境下的高效傳輸。該協議通過輕量化的發布-訂閱模式，將票務終端的請求高效傳遞至云平臺，同時減少數據傳輸延遲。為進一步提升并發性能，云平臺引入異步通信模式和微服務架構，使各服務模塊獨立運行，減少互相依賴，提高系統的吞吐量。

4.3 云虛擬化技術

云虛擬化技術通過將物理資源虛擬化為可管理的邏輯資源，實現了硬件資源的靈活分配與高效利用。在軌道交通自動售檢票系統中，云虛擬化技術能夠將服務器、存儲和網絡資源虛擬化為多個邏輯單元，支持不同服務模塊的靈活部署。通過虛擬機（VM） 或容器技術（Docker） ，系統可以在同一物理硬件上運行多個獨立實例，減少硬件資源的浪費。在高峰時段，如早晚客流高峰，系統通過虛擬化平臺動態調整資源分配，優先滿足高并發票務處理需求。負載均衡機制結合虛擬化技術，根據流量變化自動啟動或關閉虛擬機，實現計算資源的動態擴展。與傳統固定資源分配模式相比，這種按需分配的方式顯著提高了資源利用率，同時降低了運營成本。

5 結論

本研究探討了一種新型的城市軌道交通自動售檢票系統架構，該架構利用云平臺技術，不僅提高了系統的維護效率和用戶體驗，同時顯著削減了車站云平臺的構建和運作成本。研究提出了一種高效的云平臺架構設計方案，并驗證了其在實際應用中的可行性和優越性，引入大數據實時處理技術、分布式存儲與計算架構，以及對乘客行為數據的深度分析，從而全面提升了系統的智能化水平。展望未來，云平臺AFC系統的發展面臨數據安全與隱私保護、系統高可用性及跨平臺兼容性等挑戰，同時也具備拓展智慧交通生態、優化乘客服務體驗和推動軌道交通數字化轉型的巨大機遇。這些方向將成為未來進一步研究的重點，為城市軌道交通系統的可持續發展提供理論支持和技術指導。

參考文獻：

[1] 藍秀明.城市軌道交通通信智能監控系統設計[J].通訊世界，2024，31（11）：19-21.

[2] 邵臨光，郝宇剛，張飛.基于云平臺和數據挖掘的智慧系統設計[J].自動化與儀器儀表，2024（11）：186-189.

[3] 王晴晴，于沛晗，崔忠偉.基于云平臺的車聯網安全傳輸系統設計[J].物聯網技術，2024，14（11）：58-61.

[4] 巫紅波，呂云峰.城市軌道交通工程車運行安全監控系統設計及應用[J].現代城市軌道交通，2024（10）：50-55.

[5] 胥佳梅，何濤，周凱祺，等.基于云平臺的環境監測系統設計與實現[J].中國集成電路，2024，33（10）：73-78.

[6] 武永恒，付觀華，胡壽建，等.城市軌道交通多專業智能運維系統設計與研究[J].鐵路計算機應用，2024，33（7）：70-73.

[7] 王寧.基于云平臺的軌道交通自動售檢票系統設計與實現[J].無線互聯科技，2023，20（11）：70-72.

[8] 魏宇，劉思其，張捷.ERP銷售管理系統的設計與實現[J].信息與電腦（理論版），2022，34（21）：163-165.

[9] 聶紅紅，馬殷元.基于混合云平臺的城市軌道交通自動售檢票系統[J].城市軌道交通研究，2022，25（8）：166-169.

[10] 景亮，趙程，燕玲.基于5G通信的城市軌道交通自動售檢票系統的探索與研究[J].上海建設科技，2021（3）：26-29.

【通聯編輯：謝媛媛】