云計(jì)算技術(shù)在城市軌道交通AFC領(lǐng)域的應(yīng)用研究

呂 歡

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東深圳 518026）

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云計(jì)算技術(shù)在城市軌道交通AFC領(lǐng)域的應(yīng)用研究

呂 歡

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東深圳 518026）

摘 要：在城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中,傳統(tǒng)模式下的線路中心和自動(dòng)售票機(jī)存在投入大、維護(hù)成本高、工作量大等問(wèn)題，而云計(jì)算技術(shù)在解決以上問(wèn)題的同時(shí)，也為用戶數(shù)據(jù)分析提供了途徑。文章首先介紹了自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的現(xiàn)存問(wèn)題，然后分析探討了利用云計(jì)算技術(shù)改進(jìn)AFC多線路中心和自動(dòng)售票機(jī)的方法，最后探討了未來(lái)AFC大數(shù)據(jù)的應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；自動(dòng)售檢票；云計(jì)算；大數(shù)據(jù)；虛擬支付

0　引言

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）以計(jì)算機(jī)及信息傳輸網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用非接觸式 IC 卡作為車票信息載體，車站配備自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)充值機(jī)、自動(dòng)檢票設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)售票、充值、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、結(jié)算全過(guò)程的自動(dòng)化管理。AFC系統(tǒng)一般由清分系統(tǒng)、線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車站終端設(shè)備、傳輸通道和車票構(gòu)成。

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備?；谠朴?jì)算平臺(tái)的 AFC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬支付手段購(gòu)票，克服了傳統(tǒng)購(gòu)票模式的諸多問(wèn)題，同時(shí)也使得地鐵運(yùn)營(yíng)商可以獲得除客流數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)以外更多的用戶數(shù)據(jù)。

1　自動(dòng)售檢票系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題

1.1傳統(tǒng)線路中心現(xiàn)存問(wèn)題

在城市軌道交通形成線網(wǎng)并建立了專門(mén)的軌道交通票務(wù)清分系統(tǒng)后，傳統(tǒng)做法要求每條線路都建設(shè) 1 個(gè)AFC 物理中心，這不僅大大增加了硬件投資，同時(shí)也會(huì)占用大量資源，導(dǎo)致資源利用率低，且分散的各線路中心不便于維護(hù)和管理。

1.2傳統(tǒng)自動(dòng)售票機(jī)現(xiàn)存問(wèn)題

1.2.1乘客方面

對(duì)乘客來(lái)說(shuō)，在傳統(tǒng)自動(dòng)售票機(jī)上購(gòu)票需要提前準(zhǔn)備零錢(qián)，沒(méi)有零錢(qián)時(shí)需去客服中心兌換；排隊(duì)購(gòu)票時(shí)間較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)選擇線路并采用現(xiàn)金購(gòu)票也比較耗時(shí)。

1.2.2軌道交通運(yùn)營(yíng)公司方面

（1）實(shí)物車票流失率高，周轉(zhuǎn)成本和設(shè)備維護(hù)成本較高。

（2）紙幣、硬幣找零壓力大。目前，自動(dòng)售票機(jī)購(gòu)票只接收小面額紙幣及硬幣，車站自動(dòng)售票機(jī)需要提前準(zhǔn)備好紙幣、硬幣找零，因此需要專門(mén)的站務(wù)人員處理現(xiàn)金并每日進(jìn)行清點(diǎn)，增加了錢(qián)票管理成本；同時(shí)有較多乘客到客服中心兌換零錢(qián)，也給客服中心售票員增加了一定工作量。

（3）現(xiàn)金模塊容易出現(xiàn)卡紙幣現(xiàn)象，故障率高，且現(xiàn)金支付模塊多為國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高。

2　云計(jì)算技術(shù)在 AFC 多線路中心的應(yīng)用

對(duì)于 AFC 線路中心來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的基于 UNIX 小型機(jī)和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)正在向基于分布式處理（分布式并行計(jì)算、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)）的云計(jì)算解決方案過(guò)渡。

基于云計(jì)算的分布式處理系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于：采用PC 集群及開(kāi)源的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，使得硬件投資大幅下降；采用分布式計(jì)算和分布式存儲(chǔ)，使得系統(tǒng)性能大幅提升；具有高系統(tǒng)可靠性及良好的擴(kuò)展性。

AFC 虛擬化平臺(tái)將 AFC 應(yīng)用服務(wù)器統(tǒng)一部署在云平臺(tái)上。應(yīng)用服務(wù)器主要完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理及其他系統(tǒng)管控工作，因數(shù)量較多，需求不定，將其統(tǒng)一部署在云平臺(tái)上可做到配置靈活，易于擴(kuò)展，便于維護(hù)管理，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可用功能。高可用指的是：當(dāng) 1 臺(tái)物理機(jī)發(fā)生故障時(shí)，之上的虛擬機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在集群之內(nèi)的其他物理機(jī)上重新啟動(dòng)，以保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性；支持在線的虛擬機(jī)遷移功能，可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)在集群之內(nèi)的不同物理機(jī)之間在線遷移；具有容錯(cuò)機(jī)制，可以保證在硬件故障情況之下，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不中斷運(yùn)行；每個(gè)虛擬機(jī)可以支持虛擬多路 CPU 技術(shù)，以滿足高負(fù)載應(yīng)用環(huán)境的要求；提供統(tǒng)一的圖形界面管理軟件，可以在 1 個(gè)地點(diǎn)完成所有虛擬機(jī)的日常管理工作，包括控制管理、用戶管理、存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、日志收集、性能分析、故障診斷、權(quán)限管理、在線維護(hù)等。

在軌道交通 AFC 領(lǐng)域，利用云計(jì)算的虛擬化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)集中的多線路中心的構(gòu)建，建立 1 個(gè)基于城市的私有云平臺(tái)，在邏輯上保留每條線路的虛擬線路中心，以實(shí)現(xiàn)各線路中心系統(tǒng)的全部功能。這一做法既提升了硬件資源的利用率，實(shí)現(xiàn)了集中管理，又減少了系統(tǒng)維護(hù)的工作量，同時(shí)可大大減少應(yīng)用服務(wù)器的硬件成本。

3　云計(jì)算技術(shù)在自動(dòng)售票機(jī)上的應(yīng)用

3.1虛擬支付及AFC云架構(gòu)

虛擬支付在傳統(tǒng)定義下僅包括支付方式的非現(xiàn)金化，即銀行卡支付、信用卡支付、網(wǎng)上支付、手機(jī)支付等各種非現(xiàn)金的支付方式；廣義上定義為支付介質(zhì)和交換物全是虛擬化的，支付完成后，形成虛擬化的支付憑證，如二維碼、加密文件戳等。

目前，手機(jī)支付已經(jīng)成為了最為普遍的虛擬支付方式。傳統(tǒng)手機(jī)支付為儲(chǔ)值卡模式，乘客直接用手機(jī)里的電子現(xiàn)金進(jìn)行消費(fèi)，這要求用戶購(gòu)買(mǎi)具有近距離無(wú)線通訊技術(shù)功能（NFC）的手機(jī)。雖然做到了錢(qián)包和消費(fèi)流程的標(biāo)準(zhǔn)化，但由于各地票務(wù)業(yè)務(wù)的差異，造成真正實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通很困難。

要想真正做到各地互聯(lián)互通，需要做到城市軌道交通單程票虛擬化，并構(gòu)建基于城市的地鐵云平臺(tái)?？紤]到當(dāng)前實(shí)物貨幣還是支付主流，為了減小對(duì)已運(yùn)營(yíng)自動(dòng)售檢票設(shè)備的改造難度，可以采用表 1 的過(guò)渡模式，逐步過(guò)渡到完全的虛擬支付購(gòu)票模式。

表1　貨幣、單程票形式及設(shè)備模式的演化

圖1　AFC 云架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)完全虛擬化的支付方案，需要構(gòu)建城市軌道交通 AFC云平臺(tái)，如圖 1 所示。該系統(tǒng)由云、管、端3 部分組成：“云”指的是城市軌道交通云平臺(tái)；“管”指的是城市軌道交通專用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)；“端”指的是用戶 APP、自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)檢票機(jī)等。由于每個(gè)城市的軌道交通通常由多條線路組成，由多個(gè)運(yùn)營(yíng)商運(yùn)行，因此云平臺(tái)建設(shè)在城市軌道交通清分中心（ACC）最合適。

3.2互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)方案

3.2.1方案實(shí)現(xiàn)途徑

由于各城市均已形成城市軌道交通線網(wǎng)，且目前已投入使用的傳統(tǒng)自動(dòng)售票機(jī)、自動(dòng)檢票機(jī)的使用壽命還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有到期，為實(shí)現(xiàn)虛擬支付技術(shù)的推廣，同時(shí)減少對(duì)既有線網(wǎng)設(shè)備的改造，考慮在車站增加互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)，使虛擬支付購(gòu)買(mǎi)實(shí)物單程票的過(guò)渡方案得以實(shí)現(xiàn)。

互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)具備通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)支付手段購(gòu)買(mǎi)單程票，或憑驗(yàn)證碼（如二維碼）獲取單程票的功能，這要求在售票系統(tǒng)上增加區(qū)別于傳統(tǒng)自動(dòng)售票機(jī)的二維碼掃描窗、支付模塊和通信模塊。

整個(gè)購(gòu)票流程如下：乘客在手機(jī)上打開(kāi) APP 并選擇出發(fā)地和目的地，之后系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算票價(jià)，乘客選擇微信、手機(jī) QQ、支付寶、手機(jī)網(wǎng)上銀行等第三方支付手段支付后，生成驗(yàn)證碼。乘客到地鐵站后，在互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)上掃描手機(jī)上的取票二維碼，售票機(jī)讀取二維碼并解析，發(fā)送到地鐵云平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證、核銷，驗(yàn)證成功后自動(dòng)發(fā)售指定數(shù)量的單程票，之后乘客可進(jìn)站乘車。

3.2.2方案優(yōu)勢(shì)分析

采用互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)方案的優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下方面：①可以減少傳統(tǒng)自動(dòng)售票機(jī)的數(shù)量，使現(xiàn)金處理工作相對(duì)減少，紙幣及硬幣識(shí)別器數(shù)量的減少也可以避免國(guó)外技術(shù)壟斷（紙幣、硬幣模塊識(shí)別器，找零機(jī)），增加國(guó)產(chǎn)化比例；②無(wú)需設(shè)紙硬幣模塊，省電節(jié)能；③二維碼兌票機(jī)硬件成本低、故障率低，因此維護(hù)成本也低；④將現(xiàn)有自動(dòng)售票機(jī)購(gòu)票過(guò)程中最消耗時(shí)間的選站和支付環(huán)節(jié)引導(dǎo)至線上實(shí)現(xiàn)，并完成購(gòu)票預(yù)付功能，產(chǎn)生購(gòu)票驗(yàn)證碼，乘客憑驗(yàn)證碼到線下互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)上可快速兌換車票，減少至少 2/3 的購(gòu)票時(shí)間。

3.3二維碼單程票

認(rèn)證后的用戶二維碼對(duì)系統(tǒng)而言是一張電子虛擬卡，虛擬卡采用與物理卡一樣的編號(hào)規(guī)格，并設(shè)有 1 位特殊標(biāo)識(shí)位，用以區(qū)別物理卡。原有票務(wù)操作不受任何影響。

二維碼節(jié)省了售票模塊，但增加了閘機(jī)識(shí)別模塊改造成本，需增加二維碼讀寫(xiě)器。乘客在互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)掃碼取票和掃碼過(guò)閘，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)對(duì)二維碼車票的合法性、有效時(shí)間 、有效里程進(jìn)行校驗(yàn)，這要求手機(jī)、后臺(tái)服務(wù)器必須同時(shí)在線。此外，為了防止二維碼驗(yàn)證碼或者二維碼車票被復(fù)制，可以通過(guò)活碼方式，設(shè)置5秒一變，以保證二維碼不重復(fù)，杜絕二維碼被復(fù)制的危險(xiǎn)。

4　AFC大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

在傳統(tǒng)模式中，AFC 數(shù)據(jù)量雖大，但廣度不足。客流數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)等能夠體現(xiàn)整個(gè)路網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)狀況，但在過(guò)去并沒(méi)有得到充分有效的利用。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，通過(guò)多種途徑的購(gòu)票方式，可以獲得更多的用戶數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)最核心的價(jià)值就是在于對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，形成決策驅(qū)動(dòng)的知識(shí)體系。目前，采用云計(jì)算處理大數(shù)據(jù)被公認(rèn)為是最有效的方式。

AFC系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要包括客流數(shù)據(jù)、票卡及票庫(kù)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)模式數(shù)據(jù)及聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)等。其中，票卡及票庫(kù)數(shù)據(jù)為票卡購(gòu)買(mǎi)和線網(wǎng)化票卡調(diào)配提供依據(jù)，設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)為設(shè)備維護(hù)與檢查提供實(shí)時(shí)信息。在進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析挖掘時(shí)，可根據(jù)不同的需求建立數(shù)學(xué)模型，分析挖掘 AFC系統(tǒng)有價(jià)值的信息，提升 AFC系統(tǒng)的信息化、智能化程度。

客流數(shù)據(jù)作為應(yīng)用方向最廣的重要數(shù)據(jù)，既為公共交通乘客錯(cuò)峰出行提供了數(shù)據(jù)支持，又為車站有效加強(qiáng)非付費(fèi)區(qū)的客流組織能力，減少機(jī)場(chǎng)、高鐵、碼頭、長(zhǎng)途車站等地鐵接駁樞紐的排隊(duì)購(gòu)票時(shí)間，有效降低公共交通出行的旅行擁堵率等提供了分析依據(jù)。同時(shí)也為運(yùn)營(yíng)方有效掌握突發(fā)客流提供預(yù)警信息，并確保在線列車調(diào)度能夠及時(shí)響應(yīng)。未來(lái)，客流數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)提供給乘客，使得乘客可在手機(jī) APP 上進(jìn)行站點(diǎn)人流信息查詢、行程用時(shí)信息查詢，并獲得最短、最快、最舒適的路徑；也可提前了解路網(wǎng)客流狀況，自行避開(kāi)大客流擁堵時(shí)段；還可以在換乘站接到換乘提醒。

5　結(jié)論

云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，使得 AFC 多線路中心系統(tǒng)大大減少了硬件成本。城市軌道交通云平臺(tái)的搭建，互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)的設(shè)置，將虛擬支付功能引入到城市軌道交通領(lǐng)域，為乘客提供信息服務(wù)及移動(dòng)購(gòu)票功能服務(wù)。AFC系統(tǒng)是乘客的體驗(yàn)接口，云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用使得乘客購(gòu)票更加方便、快捷、人性化。AFC 數(shù)據(jù)的有效利用除了為運(yùn)營(yíng)調(diào)度、設(shè)備維護(hù)提供了依據(jù)，也將使乘客出行的用戶體驗(yàn)大大提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚宏宇，田溯寧. 云計(jì)算：大數(shù)據(jù)時(shí)代的系統(tǒng)工程[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2] GB 50157-2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

責(zé)任編輯 李媛芳

Study on Cloud Computing Technology in AFC Application of Transit

Lv Huan

Abstract:In the urban rail transit AFC system, the traditional mode of line center and ticket vending machines have lots of existing problems including large investment, high maintenance cost, and heavy workload. However the cloud computing technology solves the above-mentionedproblems at the same time provides path for user data analysis. This paper fi rst introduces the existing problems in the AFC system ， and then makes an analysis to explore the method of using cloud computing technology to improve AFC multi-line center and automatic ticket vending machine. In conclusion, the paper discusses the application direction ofAFC big data in the future.

Keywords:urban rail transit, AFC, cloud computing, big data, virtual payment

中圖分類號(hào)：U293.2+21

作者簡(jiǎn)介：呂歡（1983—），女，工程師

收稿日期2016-04-25