武汉地铁自动售检票系统研究

周 彪

（武汉地铁运营有限公司，武汉 430000）

AFC（Automatic Fare Collection）即自动售检票系统，是一种在地铁交通领域中广泛应用的智能化车票业务体系。该系统的实现综合运用了多种信息化及自动化手段，例如互联网与通信技术、计算机技术、智能芯片识别技术及数据库技术等。借助该系统能够使轨道交通体系中的车票销售、检票进站、出站计费及统计分析等业务流程实现自动化和现代化，提高地铁交通的运行效率。

作为保障地铁交通自动化运营的关键组成部分，自动售检票系统的重要性不言而喻。而随着信息化及智能化技术的发展，如何进一步提升自动售检票系统的现代化水平，使之更加高效的运转就成为了广大地铁员工必须关注的问题。为了深入探究AFC 系统的技术内核、提升科技创新水平，本文对武汉地铁自动售检票系统的系统架构及实现技术等内容展开了分析。

1 AFC 发展历程

世界上第一套AFC 系统于1967 年在法国巴黎地铁安装使用成功。早期AFC 系统面向单一线路建设及运营管理，由于技术要求难以统一，各国家城市需求不同，AFC 系统的设备设计及功能、运营管理有很大不同。如日本使用小磁票作为单程票，PET 磁票作为定值储值票；美国使用磁票作为单程票等。我国地铁事业起步较晚，大量技术需要自主研发，经历了从无到有、从小到大的过程，AFC 的发展同样如此。这里以作者所在的武汉地铁为例，介绍该市地铁AFC 系统的发展历程。

2005 年7 月，武汉市1 号线一期工程AFC 系统完成设备调试并投入使用。一期开通时，自动售票机可使用5 元、10 元面值人民币，闸机全使用三杆机芯控制。2010 年5 月，在一期车站每站均增加了1 组宽通道闸机，方便携带行李、拖车等物品的乘客进出车站。2011年12 月15 日，1 号线中央计算机系统（LLC 系统）正式接入AFC 清算中心系统（ACC 系统）。2012 年12月，2 号线工程自动售检票系统完成设备调试并投入使用。并在自动售票机上增设纸币找零模块，可找零5元、1 元纸币，减少了硬币储备量。2012 年11 月，运营公司完成新密钥改造工作，实现了1 号线和2 号线自动售检票系统的互联互通，同时将流通在外使用的M1型票卡更换成CPU 型票卡。2013 年4 月，根据市人民政府相关文件，为实现老年票新票种在武汉轨道交通设备上正常应用，运营公司完成老年票新版软件部署工作。2016 年12 月，6 号线一期自动售检票系统完成设备调试并投入使用。将自动售票机的纸币接收模块和纸币找零模块综合为纸币循环找零模块，目前可循环找零5 元、10 元纸币，减少自动售票机内的现金周转量。2017 年12 月，8 号线一期和阳逻线自动售检票系统系完成设备调试并投入使用。2018 年10 月，7 号线一期和11 号线一期自动售检票系统完成设备调试并投入使用。此外，随着移动支付的普及，武汉地铁也积极探索电子化支付方式的对接，目前已实现了云闪付、支付宝、微信支付方式的接入。

2 AFC 系统架构分析

AFC 系统在架构方面共包含5 个层次，从下向上分别是用户可以接触到的票据层和车站终端设备层、基层站点相关的车站计算机系统层、线路中央计算机系统层及最上面的轨道交通清算系统层，如图1所示。

图1 AFC 体系架构

第一层：AFC 清算中心系统（AFC Clearing Center）层，也被简称为ACC 系统。这一层处于架构中的最上层，承担着自动售检票系统与公共一卡通结算系统（及其他支付结算系统）的对接工作，并负责收集AFC 自动售检票系统在运营中产生的各种交易数据，以便于财务对账。同时，该层还对车票及系统运营中的各种技术标准进行了规定，并将自动售检票系统的各种参数进行了统一和规范化。

第二层：线路中央计算机系统（Line Central Compute）层，也被简称为LCC 层。这一层接收上一层发来的指令信号，并实施对其所负责线路中自动售检票系统的运营管理，同时保障相关信令及参数的上发工作。

第三层：车站计算机系统（Station Computer）层，也被简称为SC 层。其处于架构的中间，起到承上启下的作用。向下对车站终端设备的运行状态进行检测和管理，将运营中形成的各种支付信息进行汇聚。向上则将汇聚到的数据传递给LCC 层进行处理。

第四层：车站终端设备（Station Level Equipment）层，也被简称为SLE 层。这一层的工作由各种售票设备和检票设备承载，这些设备一般部署在地铁的大厅或专门的票务中心，是一种直接面向乘客的终端设备。

第五层：这一层主要与乘坐地铁的车票相关，也被称为车票媒介层。车票必须要能与设备相匹配并能够方便地进行结算。因此这一层对车票的材质、物理及电子特征和支付安全性等指标进行了规范。

在上面的5 层中，第三和第四层与作者的工作内容衔接较为紧密，本文后面内容主要涉及的是对这2层的分析。

3 车站计算机系统

车站计算机系统（SC 系统）对车站终端设备的运行状态进行监测和管理，是AFC 系统中的重要一环。车站计算机系统的主要功能模块包括：运营管理模块、收益处理模块、数据处理模块、班次管理模块、参数管理模块、操作员权限管理模块、日志记录模块、报表生成模块和运营结束程序模块等。因为功能模块较多，本文抽取较为核心的几个模块进行分析。

3.1 运营管理模块

运营管理模块所涉及的功能主要包括对SLE 层中的各种终端设备的运行情况，以及乘客流量情况进行监测和管理。系统的该模块需要能够对售检票设备、闸机设备等硬件机器的状态进行全面的监控，即监测要具备全面性。并且这些状态数据需要以可视化的方式进行呈现，以便于工作人员以直观的方式了解设备的状态，因此该模块需要强大的表现层技术作为支撑。当所监控的设备发生异常时，系统应及时检测出来，即监测需要具有实时性。并且异常点位可以在可视化界面中突出表现出来，以便于工作人员及时处理。此外，监测出的异常报警要能准确体现设备标识、故障代码、故障产生时间和结束时间等信息，以便于故障原因的分析，即监测数据需要具备完备性。

3.2 收益处理模块

车站计算机系统的收益处理模块需要能够对车站设备的车票、现金及班次等数据进行统计。在现金处理部分，收益处理模块的管理员通过监测系统可以检测到车站售票机的现金接收箱的更新和替换情况，并同步生成现金箱替换报告，该报告的详细信息应包含现设备的唯一ID标识、现金接收箱的ID标识、现金总量、各币值现金金额量和对应张数、现金接收箱的启用时间和被更换时间以及操作现金箱的人员ID等。在电子化货币部分，不涉及现金箱的更换和现金处理操作，但同样需要记录支付和账务详情信息。在车票管理部分，需要记录交易时间、出票设备ID标识、车票标识、车票金额和起始站信息等交易数据。所有上述数据需要具备增量及全量备份功能，可按照设定时间周期生产收益报告。

3.3 数据处理模块

车站设备通过网络系统传输数据的管理过程应至少包括以下内容：首先，车站计算机系统（SC 层）应可以将设备交易数据、车站收益数据、设备寄存器数据、状态数据向上提交给中央计算机系统层（LCC 层）处理，并且接收到上层下发来的操作指令、相关数据及参数后，以有序方式向下传递给各种售票检票设备。其次，在计算机系统层（SC 层）和中央计算机系统层（LCC层）之间的信号传输除可以通过实时联机的方式进行外，还应可以兼容网络异常时的断网情况，能够以移动存储介质的方式进行。同时，未传输数据本地存档，待网络恢复后再进行同步。

3.4 参数管理模块

车站计算机系统层（SC 层）应能接收中央计算机系统层（LCC 层）下达的系统参数，同时将参数下达到相关车站设备。参数管理模块具备对参数进行校验和正确性确认的能力，确认正确性后的参数由SC 下发到各种设备，并且应具备离线恢复后自动向相邻层同步参数的能力。被赋予相应权限的管理人员可以对参数进行查询，但为了保障系统的不可篡改性，管理员不可对参数进行修改。参数管理说明见表1。

表1 参数管理说明

4 车站终端系统

4.1 自动售票机

4.1.1 设备功能分析

自动售票机（Ticket Vending Machine）也被简称为TVM 设备（图2），负责向乘客销售地铁车票。因此该类设备被置于非付费区内，例如地铁大厅或专属的售票间。由于采用无人值守的方式提供给乘客自助使用，因此该设备具备简洁友好的人机交互界面。

图2 自动售票机

根据乘客支付选项的不同，TVM 设备提供现金和电子货币支付方式，对于现金支付方式时还需配置找零处理模块。此外，根据地铁的具体不同运营方式，TVM 设备还需配置若干种服务模式以供选择，例如纯充值模式（此时TVM 设备即为充值机）、纯售票模式（此时TVM 设备即为售票机）等。

4.1.2 设备结构

TVM 在硬件上主要包含以下几个部分：主控单元、储值票处理模块、纸币处理模块、硬币处理模块、电子支付处理模块、触感式乘客操作显示模块、单据打印机、维修面板和I/O 处理模块等。其内部逻辑如图3所示。

图3 TVM 逻辑结构图（部分）

4.2 自动检票机

4.2.1 设备功能分析

自动检票机（Automatic Gate Machine）也被简称为AGM 设备（图4），主要负责对车票进行验证从而操作闸机的打开和关闭，方面乘客进站和出站。当乘客进入地铁站时，车票（内含智能感应芯片）靠近闸机的芯片读写器，系统验证车票的有效性后，授权闸机打开。当乘客出站时，车票被投到回收单元，芯片读写器读取车票信息并验证金额的满足许可条件，然后授权闸机打开，完成乘客离站。如果是电子化票据（例如支付宝、微信等）进站，则没有票据回收操作，但需要台同步账户支付信息。

图4 自动检票机

4.2.2 设备结构

AGM 自动检票机的具体功能决定了该设备需要配备的相应模块，主要包括车票读写模块、闸机阻挡装置、车票处理和回收单元、显示部件、声光提示及紧急按钮操作部件等。其系统结构如图5 所示。

图5 AGM 系统结构（部分）

5 结束语

在我国城市化进程的发展中，地铁对于交通事业的现代化具有十分重要的意义。对于地铁系统而言，自动售检票系统（AFC 系统）是一个关键组成部分，先进的AFC 系统可以有效提升乘客的用户体验及提高进出站效率。鉴于该系统的重要性，本文对其体系架构和相关技术展开了研究，其研究内容对于进一步提升AFC 系统的现代化水平具有一定借鉴意义。相信随着各种智能化技术的融入，AFC 系统必将在地铁新的发展时期发挥出更大的价值。