軌道交通AFC系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

黃婷 李小虎

摘 要隨著城市化水平的不斷加快，城市交通日益擁堵，地鐵已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂斜夭豢缮俚慕煌üぞ?。地鐵自動售檢票（AFC）系統(tǒng)能夠提供高效的服務(wù)，保證快速的分流和信息統(tǒng)計(jì)。文章主要分析了軌道交通AFC系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)以及主要的硬件模塊組成，提出以FPGA作為主控單元的地鐵自動售票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為提高AFC系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】地鐵 AFC 硬件設(shè)計(jì)

自動售檢票系統(tǒng)（Automatic Fare Collection）集成了自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動售票、充值、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)等功能，具有速度快、效率高的特點(diǎn)，為地鐵的日常管理、財(cái)務(wù)決算、乘客服務(wù)帶來了極大的便利。本文主要分析研究AFC系統(tǒng)的主要硬件組成，并提出基于FPGA的地鐵自動售票機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA具有傳輸速度快、控制高效的特點(diǎn)，適用于自動售檢票系統(tǒng)的優(yōu)化升級。

1 AFC系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)布局

地鐵AFC系統(tǒng)按照層次化劃分可以分為五層，不同的層次的功能和職責(zé)不同。第一層主要是城市軌道交通清算系統(tǒng)，管理城市軌道交通各個路線中的票務(wù)信息，收集并管理城市中各條路線的運(yùn)營數(shù)據(jù)，做出軌道交通路線、運(yùn)行時間等項(xiàng)目的具體規(guī)劃。第二層是中央計(jì)算機(jī)層，該層主要統(tǒng)計(jì)路線中AFC系統(tǒng)的運(yùn)營數(shù)據(jù)，及時收集和整理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸給清算系統(tǒng)層做出智能化的決策。第三層是車站計(jì)算機(jī)層，該層主要負(fù)責(zé)管理車站內(nèi)的票務(wù)數(shù)據(jù)，管理車站內(nèi)的監(jiān)控和車站內(nèi)設(shè)備信息，并將信息傳送給中央計(jì)算機(jī)層。第四層為車站內(nèi)終端設(shè)備層，該層負(fù)責(zé)控制車站內(nèi)各種電氣化設(shè)備，整理車站內(nèi)相關(guān)設(shè)備的信息數(shù)據(jù)，然后將整合處理后的數(shù)據(jù)傳輸給車站計(jì)算機(jī)層。第五層為車票層，軌道交通AFC系統(tǒng)通過該層與乘客直接接觸，主要實(shí)現(xiàn)了乘客車票的管理工作和車票的自動售檢。

2 AFC系統(tǒng)的硬件模塊組成

地鐵AFC系統(tǒng)的硬件模塊主要包括了中央服務(wù)器、車站計(jì)算機(jī)、自動售票機(jī)、半自動售票機(jī)、進(jìn)出站閘機(jī)等運(yùn)行設(shè)備，還包括了交換機(jī)、防火墻等和網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的外圍設(shè)備。

中央服務(wù)器是AFC系統(tǒng)的控制核心，整個地鐵運(yùn)行的主程序和主數(shù)據(jù)庫等存在于該服務(wù)器中，服務(wù)器可以根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際需求向下級發(fā)送控制命令，中央服務(wù)器具有最高的控制和管理權(quán)限。AFC中央服務(wù)區(qū)能夠支持多種操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的通用化、模塊化，具有非常強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，容錯性，能夠及時處理突發(fā)事件。車站計(jì)算機(jī)是軌道交通AFC系統(tǒng)中最基本的管理單元，能夠向上級服務(wù)器傳輸車站內(nèi)的實(shí)時數(shù)據(jù)，還能夠?qū)囌緝?nèi)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，了解車站內(nèi)的動向。

閘機(jī)是車站付費(fèi)區(qū)和非付費(fèi)區(qū)的分界線，主要由主控單元、顯示器、方向顯示器、警示燈、蜂鳴器、讀寫器、車票回收裝置、通道阻隔器等組成。主控單元可以記錄進(jìn)出站客流，控制顯示器顯示扣費(fèi)記錄，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，車站計(jì)算機(jī)可開啟緊急放行模式，便于乘客快速撤離。進(jìn)出站閘機(jī)具有離線保存數(shù)據(jù)能力，如果閘機(jī)和車站主控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)通訊中斷，閘機(jī)可以保存7天的交易記錄，通信恢復(fù)后上傳至車站計(jì)算機(jī)。

自動售票機(jī)可以為乘客提供自助式購買單程車票的服務(wù)，可識別硬幣、紙幣，并提供紙幣、硬幣的找零功能。自動售票機(jī)運(yùn)行模式可以由車站計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)定和更改，實(shí)現(xiàn)工作模式的手動切換，并且具有離線和在線自動切換檢測功能，能夠根據(jù)車輛運(yùn)行的狀態(tài)動態(tài)提供處理功能。在線模式下，可以從車站計(jì)算機(jī)上實(shí)時下載控制參數(shù)，接收控制命令，上傳監(jiān)控信息，實(shí)時管理財(cái)務(wù)信息。離線模式下，可以保存本地運(yùn)行數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后可上傳保存到本地的數(shù)據(jù)。

3 基于FPGA的自動售票機(jī)設(shè)計(jì)

自動售票機(jī)是AFC系統(tǒng)的重要組成部分，是影響用戶體驗(yàn)的重要終端設(shè)備。自動售票機(jī)系統(tǒng)主要有主控單元、財(cái)務(wù)處理設(shè)備、票務(wù)處理設(shè)備以及一些輔助設(shè)備組成。根據(jù)自動售票機(jī)的功能分析，可以采用FPGA進(jìn)行自動售票機(jī)的硬件設(shè)計(jì)，其硬件設(shè)計(jì)的原理框圖如圖1所示。

主控單元即FPGA主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和傳輸，以及實(shí)現(xiàn)各個模塊的功能。票務(wù)處理模塊實(shí)現(xiàn)了地鐵不同站點(diǎn)的選票和計(jì)價功能。票價累計(jì)模塊根據(jù)選擇的車票和數(shù)量對票價進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。財(cái)務(wù)處理模塊主要有投幣累計(jì)模塊、差額計(jì)算模塊、進(jìn)制轉(zhuǎn)換以及比較模塊組成，投幣累計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了乘客投入錢幣的統(tǒng)計(jì)，由差額計(jì)算模塊計(jì)算出剩余的錢數(shù)并顯示在顯示屏上，最后實(shí)現(xiàn)出票和找零。

4 總結(jié)

地鐵已經(jīng)成為緩解城市交通的重要手段，AFC系統(tǒng)是地鐵運(yùn)行的重要設(shè)備。本文主要分析了AFC系統(tǒng)的主要硬件組成，重點(diǎn)分析了自動售票系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)手段，為自動售票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一定的借鑒作用。

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作者單位

1.貴陽市城市軌道交通有限公司 貴州省貴陽市 550081

2.身份證號：52253019900215133X