淺談地鐵AFC自動售檢票系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉玉，趙耀，李金龍，張銘煒，李瑞

（鄭州地鐵集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450053）

在整個軌道交通系統(tǒng)中，自動售檢票系統(tǒng)（AFC）廣泛使用；AFC是軌道交通運輸系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。AFC系統(tǒng)是一個綜合了計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理等不同領(lǐng)域的大型系統(tǒng)，機(jī)電技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線電技術(shù)、模式識別技術(shù)等通信技術(shù)的發(fā)展對AFC系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，從早期的ATM結(jié)構(gòu)到后來的ATMSDH結(jié)構(gòu)，再到今天的千兆網(wǎng)絡(luò)。AFC系統(tǒng)的設(shè)備和專用網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)是日常工作的主要組成部分。首先，綜述了國內(nèi)外AFC系統(tǒng)和專用通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，并對AFC系統(tǒng)設(shè)備和專用通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)行了比較。針對我國的特殊情況，簡要總結(jié)了現(xiàn)有產(chǎn)品問題，并介紹了AFC系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信的自我完善。

1 系統(tǒng)分析

1.1 自動售票機(jī)系統(tǒng)需求分析

售票機(jī)已連接到自動收費系統(tǒng)，并根據(jù)操作員指定的詳細(xì)操作規(guī)程進(jìn)行工作，因此，在設(shè)計和實施票務(wù)機(jī)時，必須考慮操作員的現(xiàn)有操作特性，如接口類型、操作參數(shù)、業(yè)務(wù)規(guī)則等，不同的操作員有不同的要求?？偠灾?，對功能有以下要求。

（1）運營模式。所有工作模式都必須通過路徑中心的LC和SC參數(shù)或命令激活和更改；在正常操作中，該機(jī)器應(yīng)能夠同時接收硬幣、鈔票和其他付款方式，并具有兌換硬幣和鈔票的功能，以及裝載鈔票以購買和充值卡的功能。然后，在限制操作模式下，售票機(jī)應(yīng)能夠自動切換到相應(yīng)的限制操作模式，例如，無找零模式、無紙幣模式、無硬幣模式、僅裝載模式、僅票務(wù)模式等。如果取消了相應(yīng)的限制模式，則機(jī)器可以自動切換到正常操作模式在停機(jī)操作模式下，售票機(jī)禁止所有購票和裝載過程，售票機(jī)可以在每個操作順序中為乘客提供清晰的新聞提示。

（2）購票功能。例如，硬幣、鈔票面額、起始站、目的地站、車票數(shù)量、車票價格等為了確保乘客可以有效和無效地工作，售票機(jī)應(yīng)給出正確的票務(wù)指示，答案和提示信息，涉及最重要的工作步驟，例如，在存入硬幣后發(fā)行票證，乘客應(yīng)該更改金額，輸入票證購買詳細(xì)信息等，并且只有在確認(rèn)后才能發(fā)行票證。購買車票時，乘客可以通過觸摸屏進(jìn)行選擇，必須在觸摸屏上輸入標(biāo)準(zhǔn)車票類型的數(shù)量（由參數(shù)確定），并根據(jù)參數(shù)設(shè)置一次可購買的最大車票數(shù)量。能夠點擊取消按鈕在支付足夠的錢之前結(jié)束正在進(jìn)行的交易。如果步驟之間的中斷時間超過了指定時間，則機(jī)器將自動停止交易。如果交易暫停，則必須退回現(xiàn)金，并且必須在標(biāo)準(zhǔn)模式下確定暫停期限，允許乘客在最后一次出售后根據(jù)選項自動退還一張或多張票卡。如果無人操作，機(jī)器必須在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)入指定的屏幕保護(hù)程序界面；當(dāng)乘客接近機(jī)器時，界面必須自動切換到用于購票界面。自動計算出合理金額并根據(jù)支付金額進(jìn)行更改，如果規(guī)則和余額發(fā)生變化，出票正確執(zhí)行和更改。

（3）車票處理。票務(wù)處理模塊應(yīng)能在乘客選擇交易并投入硬幣確認(rèn)后自動完成票務(wù)發(fā)行，分配和發(fā)行，自動售票機(jī)的票務(wù)處理模塊的設(shè)計應(yīng)能夠識別票證狀態(tài)。精確識別票證，快速輕松地添加票證，替換票證存儲字段并管理卡現(xiàn)象，并與相應(yīng)的自動票證機(jī)模塊進(jìn)行交換其他系統(tǒng)機(jī)器應(yīng)能夠?qū)懭肫弊C并在分配值之前檢查其有效性當(dāng)票卡信息被寫入時，應(yīng)檢查書面數(shù)據(jù)，如果驗證和驗證失敗，票卡將被回收到無效字段中，然后，設(shè)備應(yīng)嘗試再次出售票卡。當(dāng)錯誤達(dá)到參數(shù)設(shè)置的數(shù)量時，設(shè)備將停止服務(wù)并將信息上傳，將已投入的錢退還給乘客。

（4）現(xiàn)金處理。現(xiàn)金處理模塊應(yīng)具有退還乘客投資的現(xiàn)金而不收集當(dāng)前交易數(shù)據(jù)的功能，如果卡和貨幣出現(xiàn)異常，應(yīng)在能夠正確評估交易是否仍然有效，發(fā)行卡或打印錯誤消息，記錄交易詳細(xì)信息并保護(hù)乘客和運營商的利益。

售票機(jī)必須能夠監(jiān)控收銀機(jī)中的全現(xiàn)金狀態(tài)，并在狀態(tài)滿足指定要求時自動更改操作狀態(tài)，工作人員可以通過參數(shù)設(shè)置在現(xiàn)金箱中存儲的最大硬幣和紙幣數(shù)量每個寄存器應(yīng)具有一個獨立的電子號碼，該寄存器號機(jī)器可以自動識別。然后，自動售票機(jī)可以檢查是否有資格更換收銀機(jī)，否則會發(fā)出警告，手機(jī)的盒子或盒子已經(jīng)打開了。機(jī)器必須能夠自動檢測錢是否被解鎖或插入，自動讀取號碼并將相關(guān)數(shù)據(jù)放入SC和LC。

（5）錢票箱更換。錢票箱應(yīng)與其他區(qū)域隔離開并且使用鑰匙才可以打開。在安全區(qū)域，應(yīng)將每個錢票箱分開并用單獨的鑰匙代替。維修門打開后，操作員必須在維修面板上輸入操作許可證卡、服務(wù)編號和密碼，然后售票機(jī)將檢查其是否有權(quán)更換錢票箱，否則，會發(fā)出警報錢箱或移動錢箱已被打開，機(jī)器必須能夠自動確定錢箱是被取出還是插入，能夠自動讀取錢箱編號并將相應(yīng)的錢箱和錢箱數(shù)據(jù)上傳至SC和LC。請確保沒有錢箱票卡的兌換與錢箱的兌換相同。

1.2 功能需求分析

根據(jù)軌道交通行業(yè)AFC運營機(jī)構(gòu)的職能定位，AFC系統(tǒng)的基本功能應(yīng)包括以下任意一個功能：

（1）票價計算、自購、自動值機(jī)和自動售檢票、單程自動退票、補(bǔ)票等。

（2）實施軌道交通運行中的購票、生產(chǎn)、銷售、流通、回收、銷毀票務(wù)管理。

（3）客流數(shù)據(jù)的采集、傳輸、匯總、統(tǒng)計、存儲、查詢等客流數(shù)據(jù)管理。

（4）可以為乘客提供異常車票處理、票務(wù)查詢、退票等服務(wù)。

（5）提供一個方便成本計算的乘法接口，根據(jù)我國城市軌道交通的上述運行需求傳統(tǒng)的五層架構(gòu)體系被廣泛采用，即：“ACC-LC-SC-SLE-票卡”。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）自動售票機(jī)（Ticket Vending Machine，TVM）。安裝在車站的非付費區(qū)，由乘客自己操作，通過人類自動售貨機(jī)的交互式圖形用戶界面，自助購買地鐵單程票及進(jìn)行儲值票充值的設(shè)備。①功能描述：TVM允許您以紙幣和紙幣的形式進(jìn)行支付，并根據(jù)紙幣的匯率進(jìn)行支付，并執(zhí)行貨幣清洗功能，這允許您清點現(xiàn)金。TVM通常有多種服務(wù)模式。SC授權(quán)，當(dāng)電視處于待機(jī)狀態(tài)時激活TVM。輸入緊急模式，關(guān)閉TVM的所有功能，并且只有當(dāng)SC側(cè)從緊急模式關(guān)閉時，才能恢復(fù)設(shè)備功能。②網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：TVM通常由幾個硬件工作組組成，每個工作組都有自己的IP地址。獲取服務(wù)器下發(fā)的工作參數(shù)，同步工作程序，接收控制命令，將當(dāng)前的運行數(shù)據(jù)加載到SC、運行數(shù)據(jù)和硬件狀態(tài)。③設(shè)備結(jié)構(gòu)：自動售票機(jī)主要由ECU、票務(wù)存儲模塊、乘客觸摸顯示、硬幣處理模塊組成，紙幣流通模塊、文件打印機(jī)、服務(wù)面板、電源模塊、底盤、機(jī)械外殼等。

（2）自動檢票機(jī)（Auto Gate Machine，AGM）。自動檢票將設(shè)置在已付款區(qū)域和未付款區(qū)域的相交處。在乘客在付費區(qū)域與非付費區(qū)域時，它是一種自動檢票和放行的功能。①功能描述：檢票機(jī)有四種類型：檢票機(jī)輸入站、檢票機(jī)輸出站、雙向檢票機(jī)和寬通道檢票機(jī)；檢票機(jī)進(jìn)站具有自動檢票功能，允許乘客從收費區(qū)進(jìn)入收費區(qū)和檢票機(jī)出站，提供自動檢票功能，允許乘客從收費區(qū)進(jìn)入收費區(qū)，雙向檢票機(jī)兼作檢票機(jī)輸入站和檢票機(jī)輸出站。②網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：AGM網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愃芓VM，由多個設(shè)備組成，每個設(shè)備都有一個單獨的IP地址，每五根雙線連接一個小交換機(jī)，而小型交換機(jī)通過雙線或多模光纖通信與SC連接。③設(shè)備構(gòu)成：AGM通過主控單元驅(qū)動各功能模塊，以實現(xiàn)相關(guān)的業(yè)務(wù)功能。各模塊的邏輯連接如圖1所示。

圖1 AGM內(nèi)部邏輯連接圖

（3）自動查詢機(jī)（Ticket Check Machine，TCM）。通過AFC通信網(wǎng)絡(luò)、LC服務(wù)器數(shù)據(jù)庫和ACC數(shù)據(jù)庫，使乘客能夠獨立獲取車票的基本信息和歷史信息。①功能描述：此設(shè)備提供有關(guān)票務(wù)查詢和列車歷史的信息。信息包括票務(wù)類型、購買時間、到達(dá)時間、出發(fā)時間、到達(dá)地點、出發(fā)地、扣款金額、余額、有效期。LC提供的自動售票系統(tǒng)，自動售票系統(tǒng)說明等工作站可編輯下載。車票申請會自動輸入檢票機(jī)，如有不妥，應(yīng)說明原因，乘客乘坐半自動售票機(jī)辦理登機(jī)手續(xù)。②設(shè)備構(gòu)成：TCM主要由以下幾個部分構(gòu)成：機(jī)械外殼、主控單元（ECU）、乘客顯示器（PID）、觸摸屏、讀卡器等。

（4）半自動售票機(jī)（Booking Office Machine，BOM）。半自動售票機(jī)位于售票店操作的火車站的使用說明書中，包括售票、票務(wù)更換、充值、更換、退款、票務(wù)分析及其他票證處理設(shè)備。①功能描述：BOM可分為乘客定位、功能定位、維護(hù)和遙控功能，BOM支持孤島操作?；謴?fù)與供應(yīng)鏈的通信后，BOM可以獨立處理帳卡，存儲數(shù)據(jù)和下載數(shù)據(jù)。②網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：BOM可分為乘客定位、功能定位、維護(hù)和遙控功能。BOM支持孤島操作?；謴?fù)與供應(yīng)鏈的通信后，BOM可以獨立處理帳卡、存儲數(shù)據(jù)和下載數(shù)據(jù)。③設(shè)備構(gòu)成：主要部件包括：主控模塊（ECU）、操作員監(jiān)視器、乘客監(jiān)視器、卡片閱讀器、工具打印機(jī)、鍵盤/鼠標(biāo)、變量分配模塊、便攜式手動收銀機(jī)抽屜和電源模塊。

（5）車站中心計算機(jī)（Station Computer，SC）。車站中央計算機(jī)安裝在車站計算機(jī)上，負(fù)責(zé)車站控制的微機(jī)是車站AFC系統(tǒng)的核心。①功能描述。當(dāng)sc-svr參數(shù)版本與LC匹配時，svr參數(shù)版本控制設(shè)備參數(shù)版本，確保與常規(guī)系統(tǒng)sc-svr版本工作站的設(shè)備參數(shù)版本一致。存儲運行數(shù)據(jù)和設(shè)備采集的數(shù)據(jù)下載到LCSVR；通信通道和設(shè)備的現(xiàn)場監(jiān)控；如果網(wǎng)絡(luò)允許，它可以在任何站點的任何服務(wù)器上注冊，同時打開多個客戶端。②設(shè)備性能指標(biāo)。SC系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率為99.99%，SC系統(tǒng)的運行可用度大于99.9%，平均無故障時間大于50000h≤60min。SC系統(tǒng)具有自診斷和故障報警功能。操作完成后，SC系統(tǒng)會自動生成報告，供第二天現(xiàn)場使用。報告將在操作完成后15min內(nèi)自動生成。SC系統(tǒng)成功接收到系統(tǒng)參數(shù)后，可在1min內(nèi)到達(dá)所有車站設(shè)備，顯示并記錄啟動成功或失敗的信息。操作完成后，SC系統(tǒng)將能夠在15min內(nèi)完成該過程。線路中心作為數(shù)據(jù)中心和全線監(jiān)控運營中心，對系統(tǒng)的正常運行起著重要的作用。

2.2 系統(tǒng)平臺選擇

開發(fā)人員可以利用現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)軟件架構(gòu)、數(shù)據(jù)建模、編碼、調(diào)試、測試、分析，安裝和部署項目。VS2010有助于完成復(fù)雜的任務(wù)，并幫助開發(fā)人員深入了解平臺。提供有效的項目管理功能，可用于文件分類、項目管理、源代碼更新和空格識別；開發(fā)人員和測試人員可以進(jìn)行自動和手動測試，并根據(jù)具體情況改進(jìn)調(diào)試工具，幫助他們開發(fā)軟件，準(zhǔn)確快速地完成項目，自動添加對存儲庫的更改，分析警告，重新啟動管理器、MFC庫、ATL等。更重要的是，線程調(diào)試得到了改進(jìn)，它提供了更多的多線程支持和并行V開發(fā)能力，這對調(diào)試和調(diào)試系統(tǒng)很有幫助。

由于在TVM設(shè)備中，鑒于成本問題，工業(yè)控制計算機(jī)的配置相對較小，并且對于乘客而言，接口的運行速度必須相對較快，因此，程序的運行速度和效率更為重要。Java集中于純的面向?qū)ο缶幊陶Z言C++作為一種面向?qū)ο蟮幕旌暇幊陶Z言，而且可以提高運行速度，特別是在有限的配置運行環(huán)境中。比Java更有效，這就是該項目選擇C++編程語言的原因。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

自動售票機(jī)庫采用SQLite3數(shù)據(jù)庫，采用輕量級嵌入式數(shù)據(jù)庫（SQLite3），資源有限，效率高，整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括50多個表和約1000個表位。同時，某些組織必須具有較大的內(nèi)部容量。例如，交易明細(xì)必須包含幾乎60個特定數(shù)據(jù)，日常業(yè)務(wù)必須包含幾乎200個特定數(shù)據(jù)，依此類推，這些數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系非常緊密，通常只需要后臺操作，頻率不高且不會影響外部功能和系統(tǒng)效率，因此，在設(shè)計中不應(yīng)將這些數(shù)據(jù)分為兩部分。為提高系統(tǒng)效率，采用了具有多個字段的統(tǒng)一表的思想，并采用了事務(wù)處理方法。

3 結(jié)語

隨著城市道路交通的快速發(fā)展，對AFC和TVM系統(tǒng)的要求越來越高。在分析地鐵TVM發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種適用于地鐵TVM的自動售票系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的框架內(nèi)，分析了AFC系統(tǒng)的巨大需求在國內(nèi)輕軌運輸發(fā)展迅速以及目前我國缺乏AFC系統(tǒng)研究的情況下，本研究的重要性由此而來。對自動收銀機(jī)軟件需求的分析已經(jīng)完成。主要是功能和操作需求。然后，選擇經(jīng)典的層次結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，簡化了售票機(jī)的業(yè)務(wù)邏輯，簡化了業(yè)務(wù)實現(xiàn)，并根據(jù)層次結(jié)構(gòu)將層次結(jié)構(gòu)分為不同的業(yè)務(wù)模塊，確定自動售票系統(tǒng)業(yè)務(wù)模塊的組成，明確了自動售票系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)，并用不同的硬件設(shè)施代替了控制模塊。