城市轨道交通自动售检票系统纸币接收模块的自主研发

董晓婷 王 炯

(上海申通轨道交通研究咨询有限公司，201103，上海∥第一作者，助理工程师)

城市轨道交通自动售检票(AFC)系统是一门集计算机技术、网络技术、通信技术、精密加工技术、传感技术和控制技术等现代高科技应用为一体的综合系统。其实现了城市轨道交通票务系统售票、检票、计费、收费、统计、清分和管理等全过程的自动化。该系统的推广应用使城市轨道交通的运营管理进入了一个崭新阶段。其中，自动售票机(TVM)的发展是整个AFC系统进化中的一个重要环节。经过将近20年的时间，从起初的只能接收标准化硬币，已发展到当前可接收硬币、纸币并具有硬币、纸币找零等多项功能。时至今日，纸币接收模块已经成为了TVM中的核心部件。

目前，国内城市轨道交通的TVM均采用进口纸币接收模块，其价格昂贵，关键技术均不自有;国内相关产品尚为空白，也造成TVM引进成本高昂，整体价格不菲。同时，进口引进模式造成的维修、服务及配件供应困难等因素都不利于国内AFC系统的发展。

以降低建设成本、提高设备总体质量为出发点，对关键模块进行技术突破，自主研发、自主生产、形成本地化的产业链也成为目前发展的大势所趋。正是在这种背景下，上海轨道交通技术研究中心和广州德银电子科技有限公司以编制相关标准为基点，合作开发具有完全知识产权且性能稳定可靠的纸币接收模块。

1 标准的制定

纵观轨道交通AFC系统技术标准，从国家标准到各地的地方标准，均无纸币接收模块所对应的标准规程。本项目启动之时，国内金融行业有关人民币鉴别仪的通用技术要求和试验方法等的执行文件为GB 16999—1997《人民币伪钞鉴别仪》，其主要适用对象是一个完整的仪器，使用时对外呈现的是黑盒模式，即面向用户不输入、输出，不需测试仪器的内部结构和处理过程。而轨道交通行业TVM中所使用的纸币接收模块，要参与设备对票卡的处理流程。模块需针对TVM的整体流程和技术指标，制定完整适应性的模块标准及其对应的检测方法。

因此，本次研发工作，首先必须结合城市轨道交通建设、使用的特点和功能需求，制定上海轨道交通《纸币接收模块产品标准》，用于指导模块的生产。同时，需制定《纸币接收模块检测手册》，从检测范围、检测内容、检测依据、测试程序和检测方法等多方面对模块进行综合评判，以控制和保证模块的生产及质量。《纸币接收模块产品标准》明确了纸币接收模块的通用技术要求、试验方法、检验规则，及对标志、包装、运输、贮存等的基本要求，是本次研发最基本的指导性文件。

2 模块设计

本次研发工作从分析纸币接收模块的使用要求出发，对模块按功能、分区域进行设计，用软件进行集成整合。通过完整的功能检验，达成最终目标。整个模块在功能上、结构上划分为4部分，即进钞部分、检验部分、暂存/待定部分及出钞/返回部分。

1)进钞部分由进钞口开合机构和纠偏进钞机构组成。进钞口采用常闭、受控打开的设计。只有当模块处于可接收纸币的工作状态下，并且收到纸币进入的信号，进钞口才会打开，允许纸币进入，同时在进钞通道上采用纠偏进钞设计，使用者放入纸币后，纸币经过纠偏修正才进入到下一步的检测和其他后续处理环节。

2)检验部分即钞票检验机构。为了有效地识别所接收的纸币面值，并防止接收伪钞，模块需对进入的纸币进行有效的面值识别和真伪鉴别。通过对纸币进行票面分析、纸质分析、磁图分析、激光衍射分析和多光谱分析等多种鉴别手段，在防伪上达到以真辨假的检测要求。

3)待定/暂存部分由钞票回旋待定机构和钞票暂存机构组成。经过有效检测，纸币如果为真，必须按要求进入下一个处理环节;如果为假，该纸币将通过退币通道直接退出模块。为防止模块在运行过程中出现混乱，采用回旋待定的设计，对纸币在进入或退出环节上进行缓存处理。同时允许使用者中止交易(简称悔购)，在设计上采用了纸币暂存功能。

4)出钞/返回部分由纸币进入钱箱机构和纸币返回机构组成。当模块确定纸币为真，且收到使用者的交易确定指令后，纸币从纸币暂存区按与钱箱支架等时、等速的要求，平稳、有效地进入钱箱机构。若使用者中止交易，暂存机构动作，纸币连同已存放在暂存区的纸币一起通过返回通道退出模块。其整体模块的框架如图1所示。

图1 纸币接收模块设计框架

3 自主研发纸币接收模块的测试

3.1 第三方测试

生产制作并通过完整的软硬件工厂内部测试及软件运行试验后，将产品化的模块送至相关资质的检测单位进行电磁兼容试验、气候环境适应性试验及机械环境适应性试验等第三方测试，相关的测试内容和结果见表1～表3。

表1 第三方测试电磁兼容试验结果

表2 第三方测试气候环境适应性试验结果

表3 第三方测试机械环境适应性试验结果

3.2 使用测试

分别在广州、深圳、上海以及国内现有的各种TVM设备上对研制的纸币模块进行了使用测试。在上位机的操控下，电源、通信接口及模块软件均能正确地完成纸币的接收、辨别、回旋待定、暂存、退币、入钱箱等一系列从钞票接收至钞票进入钱箱的处理。

3.3 性能测试

对纸币模块按12万张次进行速度鉴别及能力鉴别检测。速度鉴别检测用测试纸10张进行鉴别，用秒表测出每次鉴别的时间，见表4。能力鉴别检测参照GB 16999—1997《人民币伪钞鉴别仪》的要求，为每一百张流通钞随机掺入2张测试纸，测试历时40多个工作日，见表5。相关测试内容见表4～表6。

表4 性能测试速度鉴别试验结果

表5 性能测试漏辨率、拒收率和错辨率试验结果

表6 性能测试的最终测试结果

3.4 上线测试

将5台成品模块分别在上海城市轨道交通杨树浦路站、江苏路站、娄山关路站和曹杨路站等地铁车站的5台设备上进行实际使用测试。整个上线测试共持续185 d，收钞141 669张，交易金额1 422 115元。整个测试期间，模块与SC(车站计算机)系统、TVM设备结合良好，通信故障0次，电子元件损坏0件，机械零部件损坏0件;收进假钞0元，纸币识别错误0张，累计卡钞50次，其他故障7次，总故障率 0.040%。相关测试内容见表7。

表7 上线测试结果

4 自主研发纸币接收模块的创新优势和社会经济效益

4.1 创新优势

在自主研发纸币接收模块的整个测试期间，未出现由本模块引发的设备故障。

国产化纸币接收模块立足于自动售票机整机的功能，对模块进行使用需求分析、功能分析，结合模块部件需实现的机械动作、机电机理、信号传输和控制流程，完成了纸币接收模块的结构设计、硬件设计、软件开发，完成了模具设计制作、生产工艺制定、生产组织、质量控制和整机样机研发、小批量上线测试，且对可靠性、安全性、接收率等进行了测试。其在技术性能、经济成本上均超越了原装化设备。目前自主研发产品与国外同类产品相比较，主要有如下优势:

1)成本控制得当，产品性价比较高。自主研发产品的控制软件为自主开发，模块部件除纸币识别器外均为国产，制造成本低;国外同类产品的所有控制软件及模块部件均为国外引进，制造成本高。

2)模块外部构造更趋合理。自主研发的产品为单边悬臂固定，分模块组合设计与制造;国外同类产品的箱体为分模块结构、箱体一体式结构、单边悬臂固定一体式结构。

3)纸币多张堆叠位移软件补偿技术。自主研发模块在设计上坚持钞票暂存机构等时、等速的要求，钞票在回旋待定区能有效地从钞票回旋区进入钞票暂存区，从而实现钞票的单边对齐要求;国外同类产品未有此技术。

4)单点采样，多点监控，高速线程检测定位技术。自主研发产品的纸币控制流程，为了防止由于没有正确地放入钞票而引起进钞通道堵塞或造成不必要的判别失效，采用单点采样、多点监控、高速线程检测定位技术;国外同类产品采用2点以上采样定位技术，增加了定位的复杂度。

5)系统开发性强，用户使用权限较高。自主研发产品采用对用户全开放、纸币采样修改和综合的防伪钞可修编数据库技术，方便了用户在数据库中进行参数的修改等操作，实现信息共享;国外同类产品未开放用户的使用权限。

6)支持在线诊断及数据下载技术。该技术能够对设备的运行状态进行在线监测，为其提供检测、诊断的用户界面，可以获得完整的故障信息，实现了零距离操作及修复;国外同类产品不支持此项技术。

目前，对自主研发模块的技术特点对比可归纳为表8所示。

表8 纸币接收模块技术特点比较

4.2 社会经济效益

目前，国内城市轨道交通TVM中的纸币接收模块，全部采用进口产品。其采购价格昂贵，相关配件不仅成本高，还存在货期跟不上的问题。采用自主研发产品，可大大节省资金投入;另外，从节约外汇和建设资金、提高服务质量以及避免在设备维护保养中长期依赖国外的局面来说，其经济效益是十分显著的。

积极鼓励采用国产设备，努力提高系统和设备的国产化率，一方面可以降低城市轨道交通的造价;同时也能促进国内设备制造业的发展，具有积极的社会经济效益。

5 结语

AFC系统自主研发的纸币接收模块的成功实施，在推动我国城市轨道交通全面国产化方面具有典型的示范作用。随着研究成果的进一步应用，将会有效促进国内轨道交通装备的产业化发展，有利于我国城市轨道交通AFC系统的可持续性发展。

［1］ 邓先平，陈凤敏.我国城市轨道交通AFC系统的现状及发展［J］.都市快轨交通，2005，18(3):18.

［2］ 于鑫，王富章.城轨交通自动售检票系统的研究［J］.铁路计算机应用，2005，14(6):4.