城轨交通自动售检票系统架构体系研究

邱华瑞 张 宁 徐 文 何铁军

(1.东南大学ITS工程研究中心 南京 210018;2.北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037)

城轨交通自动售检票系统架构体系研究

邱华瑞1张 宁1徐 文2何铁军1

(1.东南大学ITS工程研究中心 南京 210018;2.北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037)

讨论城市轨道交通自动售检票(AFC)系统的基本架构及其体系的演变，认为架构设置是否合理不仅影响到AFC系统自身的发展，甚至会对城市轨道交通能否顺利实现多线路网络化高效运营起到决定性作用。在目前常用的AFC系统层标准架构体系的基础上，综合考虑城市轨道交通的不同运营模式、管理体系、新技术引入、线路接入等因素，详细分析基于合并线路中心与清分中心、多线路中心、区域中心以及设备嵌入层的多种AFC系统架构体系，指出不同城市可以根据其自身特点与未来规划灵活设置AFC系统架构方案，为轨道交通的网络化运营与发展打好基础。

城市轨道交通;自动售检票;内置型读写器;区域中心;多线路中心

1 自动售检票系统概述

自动售检票(automatic fare collection，AFC)系统是城市轨道交通的重要组成部分，为乘客提供便捷、高效、人性化的服务(如快捷简易的售检票过程、合理的联网换乘收费策略)，为运营商提供车票制作、售票、检票、财务、统计分析、审核等全过程及自动化的管理平台［1］。

我国城市轨道交通的建设经历了从单线建设阶段到多线建设阶段、再到网络化建设阶段的过程，与之相对应，AFC系统的建设经历了启蒙阶段到实践阶段、再到调整阶段的发展历程［2］。我国的AFC系统一般采用标准的五层构架体系［3］，随着国内城市轨道交通的快速发展，智能化与网络化的运营时期已经到来［4］。由于乘客对城市轨道交通服务需求的改变和运营商运营管理复杂程度的增大，对AFC系统的体系架构也有了新的要求，衍生出了一些AFC系统架构变体，包括北京多线共用AFC系统线路中心设计［5］、南京AFC系统区域中心探讨［6］，以及 AFC业务内置型读写器研究等［7－8］，但对其在 AFC 系统中的定位、组合模式、适用条件及改造方案缺乏系统的论述。因此，在AFC系统五层标准构架的基础上，应根据城市自身交通地理条件、线网标准、线路设置、运营管理需求、行政体系、政府政策等，对AFC系统进行灵活的设置，选择适合本地城市发展的AFC系统的体系架构。下面首先介绍AFC系统的五层基本架构，然后从功能定位、组合模式、适用及改造条件角度详细论述合并线路中心与清分中心、多线路中心、区域中心等系统层面的变体形式，最后引入业务内置型读写器对AFC系统基本架构进行设备层面的改变。

2 AFC系统基本架构

建设部在颁布的业内规范GB/T 20907—2007《城市轨道交通自动售检票系统技术条件》中，提出AFC系统组成的最新定义，即采用标准的五层构架体系，其层次结构是采用全封闭的运行方式，以非接触式IC卡为车票介质，根据各层次设备和子系统各自的功能、管理职能和所处的位置进行划分。五层构架体系是根据我国国情和城市发展现状，综合考虑了轨道交通建设和运营的特点(如票种设置丰富、线路多而复杂、与城市一卡通兼容等)，具有一定的可伸缩性。

城市轨道交通AFC系统五层标准架构体系由系统清结算中心(ACC)、线路中心 (LC)、车站中心(SC)、AFC设备(SLE)和票卡组成，其架构体系如图1所示。

1)清结算管理中心(ACC)。清结算中心作为整个AFC系统的顶层，主要是负责对地铁线路之间、地铁与城市一卡通系统之间的清分结算，对不同运营实体(或线路)进行管理，制定业务规程和票务规则，制作发行票卡，全面协调不同线路间的日常运营。

图1 AFC系统五层基本架构

2)线路中心 (LC)。线路中心管理线路内交易、客流、设备、票务等数据，负责本线路系统的AFC收费数据、设备状态数据、客流量数据的采集，生成报表以及对账等。LC将收集的本线路数据上传到清结算管理中心，接受清结算管理中心的命令与参数，并将其下发到各车站系统;同时，LC也管理和下发线路级的命令及系统参数，完成本线路的票务管理，具备票卡的库存管理和调配等功能。

3)车站中心(SC)。车站中心用来监控和配置车站本地设备，采集本地车站设备数据，对车站的每一台设备实施监督、控制、参数化、数据采集和审计。SC接收LC的指令和参数，并下发到相应的设备。同时，SC采集设备的交易、事件和审计数据，上传到LC。

4)AFC设备(SLE)。AFC设备层包括闸机、半自动售票机、自动售票机、自动充值机、银行圈存机、自助查询机、移动支付设备和其他设备等。

5)票卡。五层架构体系的底层为票卡层，它是乘客所持的车费支付媒介，包括计次票、储值票、单程票、员工票和其他车票等。

3 AFC系统架构体系演变

随着轨道交通线路网络化的形成、新技术的引入以及国内AFC系统运营经验的积累，人们逐渐认识到AFC系统五层基本架构在不同运营商所辖线路互联互通、系统升级改造、资源高效利用上存在一定的局限性。许多原先建成AFC系统的城市为保证新线的顺利接入，需对AFC系统进行升级和改造;而新建AFC系统的城市也应根据自身特点，在AFC系统基本架构的基础上做出相应的调整，使系统的建设和运营更具针对性和本地特色。

3.1 合并线路中心和清分中心

一些城市由于规模所限，其人口增长和交通需求有限，在近期和远期的轨道交通规划中，所规划的线路条数不多(一般少于10条)。由于运营商单一、运营的线路车站较少，清分结算压力不大，所以可以本着经济、实用的原则，合并五层架构中的线路中心层和清分中心，直接将所有车站接入清分中心，将原先线路中心的功能分配至清分中心和车站中心。合并后，清分中心除具备日常清结算、票务管理等功能外，还需对所有车站进行管理和监控;车站中心则需收集、处理、分析各类数据，并根据清算对账规定和原则直接与清分中心进行对账。合并线路中心和清分中心的架构模式使系统得到精简，可在一定程度上提高系统运营效率，节约建设、维护资金，减少线路的接口界面。合并线路中心和清分中心的AFC系统架构模式如图2所示。

图2 合并线路中心与清分中心的AFC系统架构

3.2 设置多线路中心

随着轨道交通线网的不断扩大以及运营经验的积累，许多城市轨道交通线路呈现多而复杂的特点，不少运营商意识到如果在每条线路均设置LC，会造成投资和资源的较大浪费。对于同一运营商所辖的线路，可以为这几条线路设置多线路中心(MLC)而不再单独为每条线路设置线路中心，这几条线路的AFC数据可直接上传至多线路中心。

设置多线路中心的特点是实现了相同运营商所辖线路的资源共享，使线路间的信息在ACC层以下得到处理。基于各个运营商所辖多条线路构成的MLC可以看成是一个小清分中心，能够完成所辖线路内运营、票务、数据、清分、报表等管理，节约资源，提高效率，节省项目建设投资，并提高系统的经济效益与安全性。同时，ACC面对的是不同的运营商，不再面对具体的线路，因此简化了清分模型，减轻了清分负担，有效缓解了ACC的工作压力。为确保MLC所辖各自线路数据、责任的独立性，需在SC层与MLC层之间为各线路设置AFC系统线路数据汇集节点。

目前，不同线路接入多线路中心主要有两种模式：

1)不同线路服务器统一集中管理。该模式仅需要对原先服务器进行空间上的迁移、对原有通信网络进行改造，迁至多线路中心统一管理，从而节省投资和资源，提高管理效率。该模式可实现线路在物理上的接入，并未实现线路在逻辑上的接入，所以无需重新定义接口和各层功能分配，技术成熟且容易实现，费用较为节省且工期短。

2)不同线路接入同一服务器。该模式实现了不同线路在逻辑上接入线路中心，能实现真正意义上的集中化管理，自动化程度和管理效率更高。对于这种演变模式，需要重新定义接口类型、多线路中心内部的清分规则，设置各线路数据节点，同时对原有的对账模式、监控模式、权限设置等都需要做出一定程度的改变。该方式技术难度较大，花费费用较高且工期较长。

在线网中，设置多线路中心的AFC系统架构如图3所示。

图3 设置多线路中心的AFC系统架构

3.3 设置区域中心

区域中心(ZLC)是为面向轨道交通线网的区域化管理而提出的，旨在解决一定规模的线网内相关线路独立运营所带来的管理复杂、维修调配不便的问题，避免线网建设发展带来的线路升级改造对运营产生的影响，克服新老线路间接口不统一带来的麻烦。

区域中心通过统一并标准化车站与中心的接口，允许不同线路和车站根据区域管理需求进行接入，并预留一定的接入能力来满足未来线路建设、改造的需求。在区域中心建设完成后，新建线路一般不再设置线路中心。区域中心的接入分为两种情况：一种为线路层面的接入，属于同一运营商的线路接入共同的区域中心，区域中心对所属线路车站进行数据管理、报表统计及线路间的清分等，涉及数据层面的管理功能，类似于MLC;另一种为车站层面的接入，对于车站，区域中心按照区域管理的需求，通过合理整合资源，对就近接入的车站进行应用层面的灵活管理，如票务管理、日常运营管理、维修管理等，而车站产生的各类数据需传输至所属线路对应区域中心的数据汇集节点，便于不同运营商间的清分、ACC的对账以及责任的追查。

区域中心的设置使得原先的运营管理模式向区域管理模式过渡，与之相对应，原有的清分管理、运营管理、票务管理、收益管理、维修管理、数据管理、报表管理等的功能定义、数据格式、管理主体都需做出相应变动，因此该演变模式还需要统一并标准化车站与中心的接口，同时设置数据汇集节点。值得注意的是，如果城市轨道交通线网在最初规划时没有考虑设置区域中心，在未统一技术标准的情况下，当后期不同线路接入区域中心时，调整难度就会较大。

在线网高速扩张的形势下，根据线网规划，选择合理的地点建设区域中心，通过实现接口的标准化，对就近接入的车站进行灵活管理，可以节约日常运管管理费用，提高运营效率，并保证了后续线路建设和改造的便捷、顺利，降低建设成本。在线网中，设置区域中心的AFC系统架构如图4所示。

图4 设置区域中心的AFC系统架构

AFC系统标准五层架构体系及上述几种演变形式具有较好的伸缩性，可根据各个城市轨道交通功能需求、运营状况以及行政体系的不同而做相应的组合，满足不同城市轨道交通运营的特殊需求。总体而言，上述的AFC系统架构体系都属于系统层面的变体形式。

3.4 引入业务内置型读写器

城市轨道交通AFC系统的票务处理是一个十分复杂的过程，其中票卡(通常为IC卡)读写设备发挥着极其重要的作用。在采用上述各种AFC系统架构体系的过程中，当票卡处理流程需要调整时，不同类型的读写器产品提供的接口并不一样，这给AFC系统升级改造带来很大困难，使得票卡处理程序的变更升级工作量大，程序调试、测试工作繁杂。业务内置型票卡读写器(功能型IC卡读写器)的开发与应用，使以上问题得到了有效解决，并能够与上述各种AFC系统架构进行组合。

业务内置型票卡读写器将AFC系统业务规则以及票卡处理流程内置于票卡读写器内，是结合城市轨道交通AFC业务而发展起来的IC卡读写器。在AFC系统构架体系中，设备层与票卡层之间添加了业务内置型票卡读写器层，主要是为了在城市轨道交通网络化运营的过程中，兼容不同线路承包商的IC卡读写器产品，通过统一费率计算、统一票卡处理流程、应用软件交互等，使运营商在地铁票卡更新、票卡结构变更或系统软件升级时，能够解决接口不统一的问题，轻松实现系统升级与维护。实现上述目标的关键是运营部门能够掌握其中的关键技术点，如票卡处理流程等。基于业务内置型票卡读写器的AFC系统架构体系如图5所示。

图5 引入业务内置读写器的AFC系统架构

设置内置型票卡读写器层的AFC系统架构体系在本质上属于设备层面的变体形式，其特点是：实现全线网业务统一化、兼容化;全处理过程封装于读写器内部，保证交易数据的安全;初期建设成本略高，但后续维护与升级费用低;技术要求相对复杂。

4 结语

随着我国大规模地开展城市轨道交通的建设，以及城市轨道交通网络化运营时代的到来，网络化运营发展与本地化运营特色的需求对标准五层架构体系的AFC系统提出了新的要求。笔者在AFC系统的五层标准架构体系的基础上，分析了合并线路中心与清分中心、设置多线路中心和区域中心等标准架构体系的演变形式、各自的功能特点及适应场合。最后，考虑网络化运营所带来的不同线路承包商的介入，提出了嵌入读写器层的AFC体系架构。灵活的AFC体系架构设置可以适应不同城市轨道交通发展的需求，更好地满足新线建设和网络化运营的要求。

［1］邓先平，陈凤敏.中国城市轨道交通AFC系统的现状及发展［J］.都市快轨交通，2005，18(3)：18 －21.

［2］裴顺鑫，张宁.地铁自动售检票系统的互联标准［J］.都市快轨交通，2007，20(5)：38 －41.

［3］GB/T 20907—2007城市轨道交通自动售检票系统技术条件［S］.北京：中国标准出版社，2007.

［4］范巍.清分中心系统的功能定位及自动售检票系统标准制定［J］.城市轨道交通研究，2010，13(3)：1 －4.

［5］李道全，赵华伟.多线共用AFC系统线路中心设计探讨［J］.都市快轨交通，2012，25(5)：71 －74.

［6］陈楠，李继铭.南京地铁AFC系统管理方式的分析和研究［J］.铁路通信信号工程技术，2011，8(6)：47 －50.

［7］何铁军，宋亚娜，王健，等.AFC业务内置型读写器研究与应用［J］.都市快轨交通，2011，24(1)：104 －108.

［8］王健，张宁，黄亮，等.南京地铁AFC系统网络化建设思路和再思考［J］.都市快轨交通，2011，24(1)：69 －72.

Research of Architecture on Rail Transit’s AFC System

Qiu Huarui1Zhang Ning1Xu Wen2He Tiejun1
(1.ITS Research Center of MOE，Southeast University，Nanjing 210096;2.Beijing Urban Construction Design＆Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100037)

The basic framework and system evolution history of automatic fare collection(AFC)system in urban rail transit was discussed.Rationality of the AFC design not only affects the AFC system’s development，but also decides the AFC network’s operation.AFC system’s five layers stan dard architecture was introduced in this paper first.The factors of different operation mode，management system，new technology and the lines on rail transit were taken into account in a comprehensive way;several structures of AFC system which are based on merging ACC and Line Center，multiple Line Center，Zone Center and DeviceNet were analyzed in detail.AFC system in different cities could be designed flexibly according to their own characteristic and future planning，which lays some foundations for their rail transit’s network opera-tion and development.

rail transit;AFC;Inlaid Reader-Writer;zone centre;multiline centre

U293.22

A

1672－6073(2014)02－0086－04

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.021

2013－04－08

2013－08－14

邱华瑞，男，硕士研究生，从事轨道交通机电工程研究，qiuhuarui12@163.com

工程项目：南京地铁建设有限责任公司项目(8550140042)

(

郭 洁)