云计算技术在城市轨道交通AFC领域的应用研究

姜若谷

摘要：现代城市轨道交通系统的建设对城市的发展意义重大。我国许多大城市已经建立起了自己的轨道交通网络；它不仅可以提升城市的等级，还能够方便人们的日常交通出行，给人们的生活带来了极大的便利。云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。基于云计算平台的 AFC 系统实现了虚拟支付手段购票，克服了传统购票模式的诸多问题，同时也使得地铁运营商可以获得除客流数据、交易数据以外更多的用户数据。

关键词：轨道交通；自动售检票；云计算

对地铁线网规模的不断扩大，原有地铁自动售检票系统出现建设成本高、资源利用率低、后期维护工作困难等问题，设计了一个基于云计算技术的地铁自动售检票系统CAFC。地铁自动售检票系统AFC是地铁系统中的运营核心子系统，直接与乘客交互，关系着地铁的收益。现有AFC 系统虽然在一定程度上实现了地铁售检票的自动化，但随着地铁网络化的开通运营，AFC 系统的建设投资成本越来越大、后期维护工作越来越困难、票务运营管理越来越复杂；而且系统资源利用率低，浪费了大量的资源和能源。云计算作为一种新型的计算模式，应用于地铁系统中以降低地铁的建设和运营成本已成为发展的趋势。

一、地铁AFC 系统分析

地铁AFC 系统五层树状架构体系中的各层次相对独立又逐级管理，能够很好地完成地铁票务业务功能。但是，随着地铁路网规模和业务的不断扩大，五层架构体系存在明显的缺点。

1）系统越来越复杂随着路网规模的不断扩大，树状结构的节点越来越多，通信网络结构越来越复杂。

2）资源利用率低系统各层都是按照最高的客流进行配置的，造成相当多的设备在计算和存储能力上的浪费。

3）维护成本高随着线网规模的不断扩大，系统节点越来越多、越来越分散，维护难度和成本越来越高。

4）层次间功能重叠CC 系统涵盖LC 系统的车票调配、交易信息统计、客流信息统计、运营监控、故障管理等部分功能。SC 系统负责收集和审查SLE 的数据信息，响应CC 系统上传数据要求；接收CC 系统下传的系统参数，向SLE 下达运作命令等。相当于CC 系统与SLE 之间通信的中转站。

5）数据过度冗余交易数据在系统每层逐级存储互为备份，但真正使用数据的是在清分系统，各级设备存储的数据存在过度备份的情况；而且每个层级都设置数据库系统，需要定时管理数据库，使系统的管理越来越复杂。

二、云计算技术在 AFC 多线路中心的应用

对于 AFC 线路中心来说，传统的基于 UNIX 小型机和关系型数据库的大数据处理系统正在向基于分布式处理的云计算解决方案过渡。基于云计算的分布式处理系统，其优势在于：采用PC 集群及开源的分布式数据库，使得硬件投资大幅下降；采用分布式计算和分布式存储，使得系统性能大幅提升；具有高系统可靠性及良好的扩展性。AFC 虚拟化平台将 AFC 应用服务器统一部署在云平台上。应用服务器主要完成系统数据接口、数据传输、数据处理及其他系统管控工作，因数量较多，需求不定，将其统一部署在云平台上可做到配置灵活，易于扩展，便于维护管理，并实现系统的高可用功能。高可用指的是：当1台物理机发生故障时，之上的虚拟机可以实现在集群之内的其他物理机上重新启动，以保障业务的连续性；支持在线的虚拟机迁移功能，可以实现虚拟机在集群之内的不同物理机之间在线迁移；具有容错机制，可以保证在硬件故障情况之下，业务系统的不中断运行；每个虚拟机可以支持虚拟多路 CPU 技术，以满足高负载应用环境的要求；提供统一的图形界面管理软件，可以在 1个地点完成所有虚拟机的日常管理工作，包括控制管理、用户管理、存储管理、网络管理、日志收集、性能分析、故障诊断、权限管理、在线维护等。

在轨道交通 AFC 領域，利用云计算的虚拟化技术可实现集中的多线路中心的构建，基于城市的私有云平台，在逻辑上保留每条线路的虚拟线路中心，以实现各线路中心系统的全部功能。这一做法既提升了硬件资源的利用率，实现了集中管理，又减少了系统维护的工作量，同时可大大减少应用服务器的硬件成本。

三、云计算技术在自动售票机上的应用

1、虚拟支付及AFC云架构。虚拟支付在传统定义下仅包括支付方式的非现金化，即银行卡支付、信用卡支付、网上支付、手机支付等各种非现金的支付方式；广义上定义为支付介质和交换物全是虚拟化的，支付完成后，形成虚拟化的支付凭证，如二维码、加密文件戳等。目前，手机支付已经成为了最为普遍的虚拟支付方式。传统手机支付为储值卡模式，乘客直接用手机里的电子现金进行消费，这要求用户购买具有近距离无线通讯技术功能（NFC）的手机。虽然做到了钱包和消费流程的标准化，但由于各地票务业务的差异，造成真正实现互联互通很困难。要想真正做到各地互联互通，需要做到城市轨道交通单程票虚拟化，并构建基于城市的地铁云平台。考虑到当前实物货币还是支付主流，为了减小对已运营自动售检票设备的改造难度，逐步过渡到完全的虚拟支付购票模式。为实现完全虚拟化的支付方案，需要构建城市轨道交通 AFC云平台，该系统由云、管、端部分组成：“云”指的是城市轨道交通云平台；“管”指的是城市轨道交通专用通信传输网络；“端”指的是用户 APP、自动售票机、自动检票机等。由于每个城市的轨道交通通常由多条线路组成，由多个运营商运行，因此云平台建设在城市轨道交通清分中心（ACC）最合适。

2、互联网售票机方案

（1）方案实现途径。由于各城市均已形成城市轨道交通线网，且目前已投入使用的传统自动售票机、自动检票机的使用寿命还远远没有到期，为实现虚拟支付技术的推广，同时减少对既有线网设备的改造，考虑在车站增加互联网售票机，使虚拟支付购买实物单程票的过渡方案得以实现。互联网售票机具备通过移动互联网支付手段购买单程票，或凭验证码如二维码获取单程票的功能，这要求在售票系统上增加区别于传统自动售票机的二维码扫描窗、支付模块和通信模块。整个购票流程如下：乘客在手机上打开 APP 并选择出发地和目的地，之后系统自动计算票价，乘客选择微信、手机 QQ、支付宝、手机网上银行等第三方支付手段支付后，生成验证码。乘客到地铁站后，在互联网售票机上扫描手机上的取票二维码，售票机读取二维码并解析，发送到地铁云平台进行验证、核销，验证成功后自动发售指定数量的单程票，之后乘客可进站乘车。

（2）方案优势分析

采用互联网售票机方案的优势具体体现在以下方面：①可以减少传统自动售票机的数量，使现金处理工作相对减少，纸币及硬币识别器数量的减少也可以避免国外技术垄断纸币、硬币模块识别器，找零机，增加国产化比例；②无需设纸硬币模块，省电节能；③二维码兑票机硬件成本低、故障率低，因此维护成本也低；④将现有自动售票机购票过程中最消耗时间的选站和支付环节引导至线上实现，并完成购票预付功能，产生购票验证码，乘客凭验证码到线下互联网售票机上可快速兑换车票，减少至少 2/3 的购票时间。

现有的地铁AFC 系统已经拥有规模庞大的IT 基础设施，只需要进行少量的投资，将现有的资源进行整合升级，就可以拥有云计算带来的灵活和高效，而且符合目前倡导的低碳经济、绿色经济理念。

参考文献

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（作者单位：重庆市轨道交通（集团）有限公司）