城市轨道交通自动售检票系统终端设备模块化设计

孟宇坤，祝建成

（1.中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081；2.北京城市快轨建设管理有限公司，北京 100011）

城市轨道交通自动售检票系统终端设备模块化设计

孟宇坤1，祝建成2

（1.中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081；2.北京城市快轨建设管理有限公司，北京 100011）

随着城市轨道交通自动售检票系统的建设和发展，模块化设计在AFC系统终端设备中的应用越来越重要，它有利于更换故障模块，节约整体设备的检修时间，有利于减少整体结构的变动和设备的更新换代，有利于进行模块设备设计和替换，节约社会成本。本文以北京地铁15号线自动售检票系统的自动售票机为例，研究和探讨模块化设计在轨道交通自动售检票系统终端设备上的应用和发展。

轨道交通；自动售检票系统 ；终端设备；自动售票机；模块化；可替换性

随着国内城市轨道交通建设的快速发展，作为轨道交通系统中重要系统之一的自动售检票系统（简称AFC系统）经过快速发展，实现了从设备系统的可靠性、安全性和可维护性向标准化、集成化和模块化的发展。

由于入网线路数量及里程不断增加，在进行北京地铁15号线建设时已开通运营了多条线路，每条线路的参建单位不同，其设备内部模块的使用及布局也不同，为日后的运营、维护及更新换代带来了一定的影响。本文以北京地铁15号线一期工程AFC系统自动售票机模块化设计为例，分析模块化设计在城市轨道交通AFC系统终端设备的应用及发展。

1 AFC系统终端设备概述

AFC系统终端设备是指为轨道交通乘客提供售票、检票、充值、补票并统计、上传客流信息，实现乘客进、出站及扣费服务的相关设备，主要包括自动售票机（TVM）、半自动售票机（BOM）、自动检票机（AG）、自动查询机（EQM）、车站服务器（SC）、交换机（SW）、监控工作站（SCWS）等。AFC系统终端设备为乘客提供的售检票服务，实现了进出站扣费功能，节约了人力、物力成本，避免了因人工检票而导致票款流失的可能。

车站系统结构如图1所示。

图1 车站系统结构图

2 模块化设计概述

在自动售检票系统终端设备中主要包括软件及硬件两部分，硬件又分为专用设备和通用设备，通用设备通常采用市场上主流的设备厂商提供，像TVM、BOM、AG、AQM等专用设备一般需要AFC系统集成商进行自主设计、制造，在此过程中，因设计人员理念、技术水平以及加工工艺限制，会造成不同厂商的设备存在差异，因此，在北京地铁15号线一期工程AFC系统建设初期，针对自动售票检票系统设备进行模块化设计、探索。

模块化设计是系统根据功能需求，将一组具有同一功能和结合要素的若干模块，通过不同的组合，得到能实现整体作用或功能的通用模块。

3 设备模块化设计优点

3.1 设计方便

在机械设计中采用模块化设计，将整机分解成不同模块单元，引入成熟技术，降低设计难度，缩短研发周期，建立初期模型。

3.2 升级快速

根据已有模型在系统升级过程中，针对市场动态，对系统中出现更新，或客户需要更新的部件进行快速替换，对整个系统构建影响降到最低。

3.3 加工效率高

通过固有的模型，在不同型号、批次生产过程中存在大量可复用部件，可提高工人熟练度、产品成品率以及产品质量一致性，从而提升生产效率，降低生产成本。

3.4 缩短建设周期

通过模块化设计，使整个系列产品中的部件由原本专用模块的性质变为通用模块，在生产加工过程中，可对已有的模具、工装进行利用，缩短设备生产工期。

模块化设计为产品标准提供了强有力的支持，可加快产品和技术的更新，迅速适应市场的变换，降低生产成本；并能保证产品质量和工程效益，在生产过程中持续改善生产过程及产品质量；有助于产品优化和专业化，使产品更新换代快；模块化设计可以缩短设计和制造周期；降低维修维护成本，更利于产品更换、维修，性能更加稳定可靠。另外，模块化设计更利于AFC系统终端设备后期的检修、维护、更换，节约维修时间，提高工作效率，更好地为乘客提供服务，产品模块化的应用使社会资源集约化、专业化，产品更加精致，功能和质量更利于设备的使用和发展。

4 AFC系统终端模块化设计

AFC系统模块化是将具有相同功能或用途的部件，通过定义将其能够互换，通过不同厂家的专用模块，构成不同配置的产品，满足不同城市标准，用以适应市场变化。

4.1 标准化乘客交互面板设计

乘客对自动类设备的使用从一开始形成了一种操作习惯，在日后使用自动售票系统操作中会形成一种条件反射，按照第一次使用AFC系统时的操作习惯进行操作，北京地铁15号线AFC系统在设计初期依照以往经验即制定了交互面板布置标准。自动售检票系统设备在界面、交互窗口设计时能够达到一个统一的标准，如图2所示。

图2 AFC系统设计界面结构图

4.2 专用模块设计

自动售票机中主要的专用模块有硬币模块、纸币接收模块、纸币找零模块、车票发售模块，部分模块由多个不同的厂家生产，其外观尺寸、功能结构各不相同，如在进行设备选型时不针对设备模块的固定孔位、通信接口、供电方式等设立统一的标准，随着开通线路和模块厂家、型号、样式、通信标准类型的逐渐增加，会对日常运营的备件库存种类、维修人员培训的管理带来困扰。

在运营过程中模块使用达到设计年限需要更新换代时，按照自动售检票系统建设初期的设计，需采用原厂生产的模块，采购相同型号、相同通信接口的模块不利于产品更新换代，针对特殊需求会受到限制，北京地铁15号线AFC系统在设计初期对模块的通用性做了统一的标准限定，如对设备的外观结构的安全性，材料的质量特性、装配合理性、电气性能、对环境的适应性、环保要求以及装配后的设备整体性能做了明确的要求。

4.3 通用模块设计

4.3.1 电源模块设计

设备生产厂家在进行设计时，电源系统一般采用通用模块进行集成设计或者自行设计电源电路进行集成，对于上述两种设计方式，均需集成商自行设计电源模块接口，为电源模块的模块化设计提供了便利，北京地铁15号线一期工程AFC系统终端设备电源、主控单元等通用模块在设计初期与专用模块相同，制定了标准要求，通过对AFC系统终端设备中的电源等级、容量需求进行分类、统计，在设计电源模块时，对相同电压等级的接口采用相同形状的物理接口，做到电源模块可以通用。

4.3.2 主控单元（ECU）

主控单元使用的数量、范围较大，市场竞争较为激烈，其生产厂商一般均采用标准化接口，针对其特点，提供标准接口数量进行定制服务即可。

5 结束语

北京地铁15号线一期工程AFC系统终端设备的模块化设计在工程实践过程中，经过不断摸索，将不同的模块集合在一起，最后形成自动售检票系统的终端设备可在自动检票机、自动售检票、自动查询机等设备中使用或互换，保证了设备的通用性，维修维护的便捷性，提升了经济效益。

[1]于 梅. 机械设计中的模块话设计思想[J]. 科技资讯，2006（2）.

[2]林 宋. 机械模块化设计关键技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

责任编辑 陈 蓉

Modular design of Station Local Equipment of Urban Transit Automatic Fare Collection System

MENG Yukun1, ZHU Jiancheng2
( 1.Institute of Computer Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Beijing Urban Rapid Transit Development Co., Ltd., Beijing 100011, China )

With the construction and development of Automatic Fare Collection (AFC) System of Urban Transit, the modular design has been playing a signif i cant role in the application of Station Locale Equipment (SLE) of the AFC System. The modular design was helpful to replace the fault module and promote the eff i ciency of overall equipment inspection, reduce variations in overall structure, reduce needs for equipment upgrade, and be convenient for design and replacement of module equipment, save social cost. The paper took the ticket vending machine(TVM) of the AFC System in Beijing Metro Line15 as a case to discuss and research on the application and development of the modular design in the Station Locale Equipment (SLE) of Urban Transit AFC System.

Urban Transit; Automatic Fare Collection (AFC); Station Locale Equipment(SLE); Ticket Vending Machine (TVM); modularity; replaceability

U231.92∶TP39

A

1005-8451（2015）08-0061-03

2014-12-26

孟宇坤，助理研究员；祝建成，工程师。