深圳軌道交通自動售檢票系統(tǒng)成套設(shè)備技術(shù)改造設(shè)計與實踐

包純一

(高新現(xiàn)代智能系統(tǒng)股份有限公司， 廣東深圳 518057)

深圳軌道交通自動售檢票系統(tǒng)成套設(shè)備技術(shù)改造設(shè)計與實踐

包純一

(高新現(xiàn)代智能系統(tǒng)股份有限公司， 廣東深圳 518057)

介紹深圳軌道交通4號線一期工程自動售檢票系統(tǒng)(AFC)設(shè)備硬件改造及軟件升級的整個過程，包括設(shè)備現(xiàn)狀分析，提出改造內(nèi)容及目標，在車站現(xiàn)場進行工程實施的方法等。改造后的設(shè)備在性能、穩(wěn)定性、可靠性、故障率等方面恢復(fù)到正常水平，功能有了很大擴展與提升，可進一步滿足運營需求，延長設(shè)備使用年限。

城市軌道交通； 自動售檢票系統(tǒng)； 技術(shù)改造; 設(shè)備

1 研究背景

深圳軌道交通4號線一期自動售檢票(AFC)系統(tǒng)是國內(nèi)第一個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的軌道交通自動售檢票系統(tǒng)，筆者作為主要人員參與了成套設(shè)備的設(shè)計與開發(fā)，2004年該線路建成投入運營后，又承擔其AFC系統(tǒng)維護維修工作。

隨著使用年限接近設(shè)計壽命和客流的大規(guī)模持續(xù)增長，自動售檢票設(shè)備故障率明顯上升，性能指標下降，可靠性變差，造成硬件配置制約軟件功能擴展等一系列影響AFC系統(tǒng)運營的問題。

從2013年起，歷經(jīng)2年時間，通過對該線路車站專用設(shè)備進行更新?lián)Q代改造、軟件大規(guī)模升級，使得設(shè)備技術(shù)指標達到或優(yōu)于建設(shè)標準，故障率恢復(fù)到正常水平，設(shè)備使用年限超過原設(shè)計壽命，這種不同于國外大量采取整機更換式的既有線改造，切實可行，有顯著的社會效益與經(jīng)濟效益，符合中國國情。

2 必要性分析

2.1需求分析

深圳軌道交通4號線一期AFC系統(tǒng)成套設(shè)備于1999年開始設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、安裝并調(diào)試，2004年12月正式投入商業(yè)運營。閘機(AGM)、自動售票機(TVM)、自動充值機(AVM)、半自動售票機(BOM)均采取7×24h連續(xù)工作，設(shè)備運行已近十年，開始進入老化期，故障率、可靠性等指標明顯下降，設(shè)備表現(xiàn)明顯變差。

由于4號線一期AFC系統(tǒng)成套設(shè)備及軟件基于20世紀90年代的技術(shù)與制造水平，無論從技術(shù)角度，還是從設(shè)備自身的生命周期與壽命角度來看，這套AFC系統(tǒng)的硬件平臺架構(gòu)與配置都已經(jīng)非常落伍；深圳地鐵二期工程使用的是第二代AFC應(yīng)用軟件，需要以當期主流硬件配置作為支撐，因此原有硬件平臺無法使用第二代AFC應(yīng)用軟件。目前軌道交通發(fā)行或要兼容使用的各種票卡越來越多，在舊的硬件平臺上不斷增加兼容這些新票種或新票卡介質(zhì)，使得設(shè)備的整體性能受到了一定影響，后續(xù)再擴充增加新功能的空間幾乎沒有，技術(shù)難度與風險非常大，即使勉強實現(xiàn)也屬于湊合應(yīng)付，總體性能不容樂觀；現(xiàn)在許多部件已經(jīng)停產(chǎn)或即將停產(chǎn)，即便能夠采購到，訂貨周期也非常長，采購成本高，給設(shè)備后續(xù)維護維修帶來很大的風險和不確定性。

2011年深圳市軌道交通二期工程實現(xiàn)了5條地鐵線路網(wǎng)絡(luò)化運營，在設(shè)備老化、客流猛增的雙重壓力下，設(shè)備運行變得更加不穩(wěn)定，故障率顯著上升，設(shè)備維護與故障維修的壓力不堪重負，只能靠投入更多人員加大設(shè)備維護維修力度。

借鑒國外的經(jīng)驗并根據(jù)這些設(shè)備的運行表現(xiàn)，對主要部件進行更換改造，對軟件做大規(guī)模升級改造已顯得非常迫切，只有這樣才能適應(yīng)軌道交通運營發(fā)展的需要，解決目前已經(jīng)出現(xiàn)的一些突出矛盾，使設(shè)備仍能繼續(xù)良好運行，滿足不斷增長的運營需求，為乘客提供良好的乘車體驗。

2.2設(shè)備現(xiàn)狀

閘機(AGM)、自動售票機(TVM)、自動充值機(AVM)、半自動售票機(BOM)、車站計算機系統(tǒng)(SC)主要存在三大類問題：一是硬件配置低造成軟件功能無法擴展；二是人機界面落后，顯示的信息量較少；三是大部分部件已進入老化期，故障率明顯升高。具體表現(xiàn)為：

1) 工控機硬件配置低、技術(shù)指標落伍，老化明顯，性能下降，故障率攀升，無法滿足擴展軟件功能和提升系統(tǒng)性能的要求，也無法升級到第二代AFC系統(tǒng)應(yīng)用軟件架構(gòu)，是軟件功能擴展及系統(tǒng)性能提升與改善的重要瓶頸；

2) 閘機扇門通行邏輯屬于國外公司早期產(chǎn)品，通行控制算法設(shè)計不符合國內(nèi)乘客的通行行為，通行監(jiān)控存在一定漏洞，容易尾隨逃票。機芯長年頻繁使用，傳動部件磨損嚴重，振動及噪聲增大，扇門搖晃等問題突出；

3) 站員維護單元的薄膜鍵盤按鍵彈性失效，靈敏性與可靠性嚴重下降；采用早期LED點陣單色顯示屏，顯示面積小，對比度及亮度較低，屏幕老化導(dǎo)致字體變淡，可視性較差；控制電路板大多數(shù)元器件已停產(chǎn)淘汰，很難再繼續(xù)維護下去或長期提供備件；

4) TVM出票機構(gòu)、閘機回收機構(gòu)屬第一代產(chǎn)品，在原理、結(jié)構(gòu)、工藝、可靠性、可維護性等方面明顯落后于第二代產(chǎn)品，其控制電路、傳感器、電磁鐵均已老化淘汰；

5) 模塊到位檢測傳感器及固定支架長期受到撞擊導(dǎo)致嚴重變形，經(jīng)常發(fā)生因到位檢測失靈而觸發(fā)設(shè)備進入故障模式的情況。

3 改造方案設(shè)計

圍繞降低故障、恢復(fù)性能、擴展功能的要求，制定了設(shè)備改造目標：設(shè)備改造后的性能指標均優(yōu)于原設(shè)計標準，故障率達到正常水平，設(shè)備使用年限超過原設(shè)計壽命；TVM長短款次數(shù)目標值是實現(xiàn)每臺每月平均不高于2.2次，AVM、BOM長短款指標也有明顯改善；提高閘機及TVM的車票發(fā)售及交易速度，明顯改善乘客與站員的人機操作界面；安裝第二代AFC應(yīng)用軟件，并確保設(shè)備今后具有較強的功能擴展能力(尤其是對越來越多的票種和功能的增加)；更換SC服務(wù)器、工作站，對閘機、TVM、AVM、BOM的重要部件進行更換改造；改造后的硬件、結(jié)構(gòu)能與既有部件相互匹配兼容。

4 改造內(nèi)容

經(jīng)過詳細討論和論證，力求達到最佳改造效果，降低技術(shù)風險，節(jié)約成本，對閘機(AGM)、自動售票機(TVM)、自動充值機(AVM)、半自動售票機(BOM)、SC服務(wù)器、工作站做以下改造。

4.1硬件、結(jié)構(gòu)方面

1) 所有設(shè)備按當今主流配置工控機，配置DOM(電子記憶)卡、CF(閃存)卡作為存儲器；

3) 更換為第二代綜合控制器模塊，采用一體化電源組件或集成電源箱組件；

4) 閘機采用自主設(shè)計開發(fā)的通行控制邏輯，提高通行識別監(jiān)控能力；更換機芯部分結(jié)構(gòu)件，解決機芯搖擺松動等問題；更換采用第二代回收機構(gòu)；

5) TVM更換成第二代單程票發(fā)售模塊控制板、電磁鐵、傳感器；

6) 重新設(shè)計硬幣回收箱和單程票回收箱的到位開關(guān)及固定支架；

7) 整體更換車站服務(wù)器、監(jiān)控工作站及票務(wù)工作站，提升系統(tǒng)處理能力。

4.2軟件方面

1) 車站服務(wù)器、工作站安裝第二代AFC應(yīng)用軟件，更新數(shù)據(jù)庫，升級運營管理、設(shè)備監(jiān)控、票務(wù)管理、收益管理四大子系統(tǒng)；

2) 設(shè)備與車站計算機系統(tǒng)(SC)之間的接口功能升級到第二代設(shè)計架構(gòu)；

教師利用多媒體構(gòu)建課堂情境，將抽象性的物理知識，以圖片、視頻等方式直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，從而有效訓(xùn)練學(xué)生的物理思維，全面提高學(xué)生物理學(xué)習質(zhì)量。比如說，教師在講解《生活中的透鏡》時，可以利用多媒體，將生活中透鏡的相關(guān)圖片、視頻資料具體展示給學(xué)生。方便學(xué)生對透鏡內(nèi)容形成深刻了解，加深學(xué)生的直觀印象。教師可以向?qū)W生展示“望遠鏡、顯微鏡、手表蒙子、老花鏡、汽車后車鏡……”教師利用多媒體構(gòu)建課堂情境，讓學(xué)生能夠?qū)ν哥R內(nèi)容形成深刻認知，從而加深學(xué)生對物理學(xué)習的認知。

3) 設(shè)備操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件升級到與二期工程相同的最新架構(gòu)；

4) 升級閘機回收機構(gòu)、單程票出票機構(gòu)的底層軟件；

5) 車站計算機系統(tǒng)(SC)與線路計算機系統(tǒng)(LC)之間的接口功能、AFC系統(tǒng)與MCS(主控系統(tǒng))之間的接口功能保持現(xiàn)行狀態(tài)不變。

本次改造主要是更換部件及更新軟件，主要部件改造前與改造后的情況如表1所示。

表1 主要部件改造前后對比

5 工程實施

深圳軌道交通4號線一期屬于在線生產(chǎn)系統(tǒng)，客流較多，每天運營長達17 h以上，對這樣的既有線進行設(shè)備改造，難度和風險都很大，也沒有行業(yè)先例可以借鑒，因此，必須對技術(shù)方案進行詳細和充分驗證，制定和策劃周密的現(xiàn)場實施方案，保證整個改造工作順利完成，達到預(yù)期目標。整個改造過程分為實驗室樣機改造和車站設(shè)備改造2個階段，先對培訓(xùn)中心設(shè)備進行改造與驗證，達到設(shè)計目標后再對車站設(shè)備進行改造，改造實施過程對地鐵運營不造成影響。

5.1實驗室樣機改造

在實驗室環(huán)境下對樣機進行改造的目的：驗證改造技術(shù)方案、軟件升級方案、臨時接口方案、數(shù)據(jù)倒接方案，確定具體的現(xiàn)場改造作業(yè)流程。

由于車站設(shè)備是依次分類改造，設(shè)備在改造前使用第一代AFC軟件及運營控制參數(shù)，在改造后使用第二代AFC軟件及運營控制參數(shù)，這就導(dǎo)致一座車站會同時有二套AFC運營控制參數(shù)并存使用，所以設(shè)計開發(fā)了專用SC臨時數(shù)據(jù)接口程序兼容第一代和第二代AFC軟件運營控制參數(shù)，從而保證設(shè)備的正常運行及交易結(jié)算的準確性。

首先在實驗室搭建與車站現(xiàn)場相同的AFC系統(tǒng)，把培訓(xùn)中心的AGM、TVM、AVM、BOM運到實驗室，按照技術(shù)方案先對SC、TVM、BOM設(shè)備進行硬件改造、軟件升級及更新參數(shù)等，然后檢查這些設(shè)備功能是否正常，設(shè)備與SC之間的交互數(shù)據(jù)是否準確，驗證SC臨時數(shù)據(jù)接口程序和數(shù)據(jù)倒接方案，SC臨時接口程序驗證成功后再依次改造AGM、AVM設(shè)備。

5.2車站改造

實驗室樣機改造驗證完成后進入車站設(shè)備改造階段，整個過程大致分為零部件更換、設(shè)備通電調(diào)試、軟件及參數(shù)更新、測試驗證功能及票價、數(shù)據(jù)倒接等。

由于車站現(xiàn)場情況復(fù)雜，限制條件多，每天只有5～6h可進行施工作業(yè)，因此首先要制定詳細施工改造方案與合理的施工計劃，編制車站設(shè)備改造與軟件更新的詳細操作規(guī)程及作業(yè)流程，明確職責分工，順序推進，不搶工期，不對車站正常運營造成影響，不給乘客帶來不便，充分考慮現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種問題和風險，制定相應(yīng)的預(yù)案，確保整個改造過程萬無一失。

車站AFC設(shè)備改造分為兩個階段，第一階段對SC、TVM、BOM設(shè)備進行改造及軟件升級；第二階段對AVM、AGM設(shè)備進行改造及軟件升級，每個階段的改造時間均為一年。車站AFC設(shè)備采取單、雙號交替改造方式，先依次改造各站的單號設(shè)備，設(shè)備運行穩(wěn)定后再依次改造雙號設(shè)備。車站運營結(jié)束“關(guān)站”后開始改造，第二天運營開始“開站”前設(shè)備全部投入正常運行。

改造流程大致為：“設(shè)備收機”→ 關(guān)機 → 更換部件及線纜 → 上電自檢測試 → 升級應(yīng)用程序 → 更換接口程序及參數(shù) → 檢查參數(shù)生效情況 → 票價測試 → 驗證參數(shù)與設(shè)備功能 → 舊物料打包撤場 → 恢復(fù)現(xiàn)場環(huán)境，當次改造工作結(jié)束。

6 結(jié)語

通過對深圳軌道交通4號線一期AFC系統(tǒng)成套設(shè)備重要部件進行改造和軟件升級，使整個AFC系統(tǒng)功能有了極大的擴展與提升，設(shè)備性能、穩(wěn)定性、可靠性、故障率恢復(fù)到正常水平，降低了維修成本，延長了設(shè)備使用年限，進一步提升了乘客的售檢票滿意度。

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The Technical Renovation of Complete Set of Equipment in Automatic Fare Collection (AFC) System: Design and Practice

BAO Chunyi

(Gaoxin Modern Intelligent System Co., Ltd., Shenzhen 518057)

This paper described the whole process of upgrading the equipment and software to renovate the AFC system in Shenzhen Metro Line 4, including present conditions of the equipment, objectives and contents of renovation, as well as the implementation methods. The performance, stability, reliability, failure rate, etc. of the system are maintained at the normal level after renovation, and the function of the system has been greatly expanded and improved, which can further meet the operational needs and extend the service life of the equipment.

urban rail transit; automatic fare collection; technical upgrading； equipment

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.05.021

2016-10-21

2017-02-23

包純一，男，本科/理學(xué)學(xué)士，電氣工程高級工程師，專業(yè)方向為軌道交通自動售檢票系統(tǒng)，baochunyi@163.com

港鐵(深圳)AFC系統(tǒng)設(shè)備改造(MTR_P411(M)-1)

U231

A

1672-6073(2017)05-0114-04

(編輯：王艷菊)