呂 毅

(西安市地下鐵道有限責任公司 西安 710016)

西安地鐵AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)

呂 毅

(西安市地下鐵道有限責任公司 西安 710016)

針對西安地鐵的建設(shè)概況，在明確 AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)目標及應(yīng)遵循原則的基礎(chǔ)上，分析在AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)過程中所面臨的問題，探討系統(tǒng)建設(shè)實施細則的制定、清分管理層系統(tǒng)功能與定位、線網(wǎng)化AFC系統(tǒng)架構(gòu)以及新線接入調(diào)試等與AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)相關(guān)的問題，以期推動西安地鐵AFC系統(tǒng)的線網(wǎng)化建設(shè)工作的深入發(fā)展。

西安地鐵;AFC系統(tǒng);線網(wǎng)化建設(shè);小清分系統(tǒng)

1 西安地鐵AFC系統(tǒng)建設(shè)概況

隨著西安地鐵首條線路——2號線的通車運營，1號線、3號線的開工建設(shè)，以及后續(xù)線路的規(guī)劃實施，西安地鐵將形成互聯(lián)互通、多線路交叉換乘的新局面，AFC系統(tǒng)也正逐步由單線建設(shè)階段進入線網(wǎng)化建設(shè)階段。

自動售檢票(automatic fare collection，AFC)作為一個與乘客有緊密聯(lián)系的窗口，是實現(xiàn)地鐵售票、檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分、管理等全過程的自動化系統(tǒng)，是一個技術(shù)綜合、可靠性和擴展性要求極高的復(fù)雜系統(tǒng)［1］。西安地鐵2號線AFC系統(tǒng)使用非接觸式IC卡作為車票媒體，實現(xiàn)封閉式的票務(wù)管理，以自動售票為主、人工售票為輔，實現(xiàn)自動檢票。在建設(shè)過程中，參考GB/T 20907—2007《城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)技術(shù)條件》以及西安地鐵的建設(shè)要求，采用5層架構(gòu)的建設(shè)模式，將AFC系統(tǒng)劃為5個邏輯層，分別是車票層、終端設(shè)備層、車站系統(tǒng)層、線路中心層以及清分管理層［2］。5層架構(gòu)的建設(shè)模式是軟件設(shè)計思想中低耦合、分布式運算的延伸，能夠保證系統(tǒng)具有較高的可靠性，擁有獨立運行和管理的能力以及整體系統(tǒng)的擴展能力，降低了建設(shè)風(fēng)險。

西安以前并沒有地鐵建設(shè)和運營管理的基礎(chǔ)，且地鐵線網(wǎng)規(guī)模尚未形成，因此在2號線的建設(shè)過程中，本著經(jīng)濟、實用的原則，在清分管理層并沒有設(shè)置清分系統(tǒng)，而是在線路中心建設(shè)的同時完成小清分系統(tǒng)的建設(shè)，負責完成與西安城市一卡通清算中心系統(tǒng)的清分對賬，以及后期1號線開通后的2號線與1號線的內(nèi)部清分和運營管理［3］。

西安地鐵2號線AFC系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是整個系統(tǒng)的核心設(shè)備，采用集群配置方案;西安城市一卡通通過防火墻設(shè)備，接入小清分系統(tǒng);采用基于交換方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并進行了冗余設(shè)計。

為了適應(yīng)西安地鐵的建設(shè)步伐，作為與西安地鐵票務(wù)管理、收益統(tǒng)計有直接關(guān)系的乘客服務(wù)系統(tǒng)，AFC系統(tǒng)的線網(wǎng)化建設(shè)面臨著降低建設(shè)成本、提高系統(tǒng)及設(shè)備的運行效率、保證地鐵經(jīng)濟效益和社會效益的嚴峻挑戰(zhàn)。

2 AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)目標及原則

2.1 建設(shè)目標

西安地鐵的建設(shè)目標之一，就是實現(xiàn)乘客在各線路之間的無障礙換乘，具有統(tǒng)一的票務(wù)政策、票價體系。因此，AFC系統(tǒng)的線網(wǎng)化建設(shè)目標是:各線路AFC系統(tǒng)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、交易處理流程、數(shù)據(jù)格式以及對外接口和協(xié)議，為乘客和維護人員提供統(tǒng)一的服務(wù)界面和操作流程;通過制定詳細的標準和細則，規(guī)范建設(shè)流程，提高建設(shè)質(zhì)量，控制建設(shè)成本及風(fēng)險。

2.2 建設(shè)原則

在西安地鐵AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)進程中，應(yīng)遵循如下建設(shè)原則。

圖1 西安地鐵2號線AFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.1 統(tǒng)籌性原則

線網(wǎng)化的AFC系統(tǒng)有統(tǒng)一性的要求，要求具有統(tǒng)一的標準、統(tǒng)一的流程及統(tǒng)一的規(guī)則等。因此，AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)應(yīng)從統(tǒng)籌的角度進行規(guī)劃和設(shè)計，要具有前瞻性，不斷完善和細化建設(shè)思路及技術(shù)實施方案。

2.2.2 階段性原則

AFC系統(tǒng)的線網(wǎng)化建設(shè)應(yīng)立足于西安地鐵的實際狀況及實施進度，本著實事求是的精神，合理劃分建設(shè)階段及進程，理性地確定各階段的工作重點及范圍。

2.2.3 可擴展性原則

AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)應(yīng)滿足地鐵線網(wǎng)化運營對系統(tǒng)的可擴展性要求，當前階段的建設(shè)應(yīng)能完全建立在上個階段的建設(shè)成果之上，包括線路和站點的變動、系統(tǒng)功能的完善、票務(wù)政策和運營規(guī)則的調(diào)整、接口協(xié)議的改變以及設(shè)備數(shù)量和類型的增加或減少等方面的擴展。

3 AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)面臨的問題

西安地鐵2號線AFC系統(tǒng)的建成及穩(wěn)定運行，是AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)的基礎(chǔ)。同時，AFC系統(tǒng)的線網(wǎng)化建設(shè)是對既有建設(shè)的進一步推進，包括新線AFC系統(tǒng)的建設(shè)、小清分系統(tǒng)向清分系統(tǒng)的過渡、既有線路的改造和運營需求的調(diào)整。

3.1 各系統(tǒng)設(shè)備的兼容性不理想

依據(jù)現(xiàn)有的建設(shè)模式，各線路的建設(shè)會由不同的系統(tǒng)集成商負責完成，采用不同的設(shè)計方案及技術(shù)路線，系統(tǒng)的互通性和設(shè)備的兼容性并不理想。此外，在軟件設(shè)計方面，存在既有線路技術(shù)開放性不足、底層接口及數(shù)據(jù)格式未能詳細明確等問題;在設(shè)備制造方面，設(shè)備所采用的材料、結(jié)構(gòu)、通信機制等均存在較大的差別，并且部分關(guān)鍵模塊不能互換。這些問題的存在，會加大后續(xù)線路接入的難度，增加建設(shè)成本及維護費用。

3.2 升級改造小清分系統(tǒng)存在困難

在首條線建設(shè)過程中，西安地鐵AFC系統(tǒng)采用了小清分的建設(shè)模式。這種建設(shè)模式符合西安地鐵建設(shè)的實際狀況，合理確定了地鐵建設(shè)初期的工作范圍和任務(wù)，滿足了現(xiàn)階段2號線開通和1號線開通后兩條線并網(wǎng)運營的各項要求。但相對而言，小清分系統(tǒng)是清分系統(tǒng)的簡化版，其系統(tǒng)功能和設(shè)備性能不能應(yīng)對未來線路增加后的運營需求［4］;同時，隨著建設(shè)線路的增加，許多運營的概念及管理理念需要從線路化轉(zhuǎn)變到線網(wǎng)化上來。因此，在后續(xù)線路建設(shè)時，必須對小清分系統(tǒng)進行升級改造，建立服務(wù)于整個線網(wǎng)的清分系統(tǒng)。如何從小清分系統(tǒng)平穩(wěn)過渡到清分系統(tǒng)，既是西安地鐵AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)的一個核心環(huán)節(jié)，也是難點所在。

3.3 系統(tǒng)接口類型多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜

在AFC系統(tǒng)的線網(wǎng)化建設(shè)過程中，所涉及的接口類型眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。外部接口主要體現(xiàn)在整個系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的兩端，最下端是車站終端設(shè)備讀卡器與各類票卡的接口，包括地鐵單程票、各種類型的紀念票以及城市一卡通的票卡;最上端是清分系統(tǒng)與城市一卡通系統(tǒng)的清分對賬接口。內(nèi)部接口主要是各結(jié)構(gòu)層之間的數(shù)據(jù)接口，包括清分系統(tǒng)與各線路中心的接口、線路中心與各車站系統(tǒng)的接口、車站系統(tǒng)與各終端設(shè)備的接口。同時，具有多條線路的AFC系統(tǒng)內(nèi)部通信節(jié)點較多，物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。因此，線網(wǎng)化的AFC系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)類型較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模較大、傳輸節(jié)點多，并且這些數(shù)據(jù)關(guān)系到地鐵票務(wù)管理和清分統(tǒng)計，其重要程度不言而喻。這樣，在AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)過程中，如何有效地保證系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的完整性、安全性就顯得尤其重要，是建設(shè)過程中始終要努力解決的問題。

4 AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)的思考

依據(jù)西安地鐵AFC系統(tǒng)線網(wǎng)化建設(shè)的目標及應(yīng)遵循的基本原則，需要進行必要的技術(shù)研究和方案討論，制定統(tǒng)一的建設(shè)實施細則，確定清分系統(tǒng)的功能與定位，進一步合理劃分線網(wǎng)化AFC系統(tǒng)各層間的功能，做好新線接入調(diào)試工作的組織和實施，以較小的代價確保系統(tǒng)建設(shè)的效率，滿足新線建設(shè)和線網(wǎng)化運營的要求。

4.1 建設(shè)實施細則的研究與制定

在西安地鐵2號線的建設(shè)過程中，形成了陜西省城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)的系列地方標準、西安城市一卡通軌道交通應(yīng)用接入規(guī)范，以及AFC系統(tǒng)與綜合監(jiān)控、門禁、傳輸?shù)认到y(tǒng)的接口技術(shù)規(guī)范。這些標準和規(guī)范的制定，既參考了其他城市的建設(shè)經(jīng)驗，也充分體現(xiàn)了西安地鐵建設(shè)的特色，在2號線的建設(shè)過程中發(fā)揮了重要的作用。但在現(xiàn)有標準和規(guī)范的基礎(chǔ)上，進一步研究制定更為詳細的建設(shè)實施細則，不但能夠解決不同系統(tǒng)集成商所開發(fā)系統(tǒng)的互通性、設(shè)備的兼容性等問題，降低建設(shè)成本，而且由于具有統(tǒng)一的要求，避免了各條線路AFC系統(tǒng)中共性部分的重復(fù)開發(fā)，從而降低了系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜度［5］。總的來說，建設(shè)實施細則可以分為3個方面。

4.1.1 軟件實施要求的統(tǒng)一

AFC系統(tǒng)建設(shè)的核心是軟件，軟件實施要求的統(tǒng)一主要是為了保證各線路AFC系統(tǒng)的互聯(lián)互通，為線網(wǎng)化建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)，可細分為:AFC系統(tǒng)運營規(guī)則及票務(wù)規(guī)則的統(tǒng)一，相關(guān)業(yè)務(wù)處理流程的統(tǒng)一;各部件、各模塊間數(shù)據(jù)格式及接口的統(tǒng)一，為系統(tǒng)互聯(lián)互通、線路的無縫接入提供技術(shù)實現(xiàn)基礎(chǔ);票卡應(yīng)用、密鑰管理體系的統(tǒng)一，保證票卡在各線路間能正常使用。

4.1.2 用戶界面的統(tǒng)一

AFC系統(tǒng)的用戶界面分為:面向乘客的操作界面和面向運營管理維護人員的操作界面。用戶界面需要統(tǒng)一要求，與乘客和維護人員相關(guān)的軟件界面具有統(tǒng)一的顯示規(guī)格，如界面的布局、界面圖元的大小及顏色、錯誤提示信息等，并要求具有統(tǒng)一的操作流程。這樣，對于各類使用者來說，保證了不同系統(tǒng)集成商所開發(fā)的系統(tǒng)在操作和信息獲取上是無差別的，不需要有重復(fù)熟悉的過程，降低了培訓(xùn)成本［6］。

4.1.3 關(guān)鍵模塊的統(tǒng)一

不同系統(tǒng)集成商在設(shè)備制作方面各有特點，要求所有設(shè)備模塊都能做到相互兼容是不現(xiàn)實的，因為這樣不但降低了設(shè)備選擇的余地，而且也不利于招標工作的開展。但是，對于某些關(guān)鍵模塊，如讀卡器、主控等，研究制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)格和軟硬件數(shù)據(jù)接口，可以增加通用部件的種類及數(shù)量，降低維護成本，減少備品、備件的采購種類。

4.2 清分管理層的功能與定位

由于西安地鐵采用了小清分的建設(shè)模式，為適應(yīng)今后的建設(shè)規(guī)模，需要在后續(xù)線路的建設(shè)過程中對小清分系統(tǒng)進行升級改造，建立負責全線網(wǎng)的清分管理系統(tǒng)。同時，為了適合地鐵線網(wǎng)運營管理的需要，需結(jié)合西安地鐵的實際情況，對清分管理層進行準確定位，進一步明確其所承擔的功能。

清分管理層是位于AFC系統(tǒng)最上層的管理中心，是全線網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心、清算對賬中心和運營管理中心，主要是對線網(wǎng)內(nèi)所有AFC系統(tǒng)及設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、命令和參數(shù)進行管理，但不涉及具體線路的內(nèi)部運作［7］。清分管理層的主要職能是:處理全線網(wǎng)的收益統(tǒng)計和清分對賬，負責線網(wǎng)級的票務(wù)管理、運營管理以及線網(wǎng)密鑰管理。

1)收益統(tǒng)計和清分對賬。主要是制定并實施清分規(guī)則，實現(xiàn)線網(wǎng)內(nèi)各線路間、地鐵與城市一卡通間的收益統(tǒng)計和清算對賬。

2)線網(wǎng)級的票務(wù)管理。主要是指線網(wǎng)級別的票務(wù)管理，包括票種的發(fā)行、票卡初始化與編碼，以及票卡的線路間調(diào)撥、注銷銷毀等。

3)線網(wǎng)級的運營管理。主要包括線網(wǎng)級的系統(tǒng)狀況監(jiān)視、命令及參數(shù)的匯總轉(zhuǎn)發(fā)、降級模式或緊急模式下的協(xié)調(diào)管理、時鐘系統(tǒng)的接入。

4)密鑰管理。將密鑰管理系統(tǒng)納入清分管理層系統(tǒng)，是因為其具有唯一性、線網(wǎng)性的特征。密鑰管理系統(tǒng)產(chǎn)生西安地鐵線網(wǎng)需要的密鑰卡片，對AFC系統(tǒng)中密鑰分發(fā)和認證進行管理，并對線網(wǎng)所有設(shè)備產(chǎn)生的交易數(shù)據(jù)進行合法性檢查。密鑰管理系統(tǒng)由密鑰生成子系統(tǒng)、ISAM卡認證子系統(tǒng)、TAC驗證子系統(tǒng)構(gòu)成。

4.3 線網(wǎng)化AFC系統(tǒng)的架構(gòu)

西安地鐵所建立的AFC系統(tǒng)是一個標準的5層架構(gòu)體系，最下層是車票層，就是將乘客所使用的車票也作為一個獨立的邏輯層，車票層之上是終端設(shè)備層。

在西安地鐵線網(wǎng)化運營的過程中，為了滿足運營管理、業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，要求對票卡處理流程進行調(diào)整，如票卡使用規(guī)則的改變、新票種的增加等。此類調(diào)整由于涉及系統(tǒng)集成商對原有設(shè)備票卡處理程序和相關(guān)接口的修改，工作量較大，測試工作復(fù)雜，且周期較長。為此，可考慮構(gòu)建6層架構(gòu)體系，將讀卡器從終端設(shè)備抽出，在終端設(shè)備層與車票層之間設(shè)置單獨的業(yè)務(wù)型讀卡器層。

針對于業(yè)務(wù)型讀卡器，除制定統(tǒng)一的硬件技術(shù)規(guī)格、外形尺寸外，同時制定實現(xiàn)票卡處理流程的軟件技術(shù)規(guī)范和實施細則，并將其部署至讀卡器內(nèi)部。此類讀卡器具有獨立的操作系統(tǒng)、高性能的CPU及大容量的存儲器，負責實現(xiàn)票卡的處理流程，接收上位設(shè)備的參數(shù)及命令，并將票卡處理后的結(jié)果反饋至上位設(shè)備，而無需上位設(shè)備的干預(yù)。這樣，一旦需要對票卡處理流程進行調(diào)整，只需要通過更新讀卡器的相關(guān)軟硬件即可完成，調(diào)整所影響的范圍較為清晰，對整個系統(tǒng)影響較小，且響應(yīng)速度快，費用也相對較低。

同時，設(shè)置獨立的業(yè)務(wù)型讀卡器層，可確保線網(wǎng)內(nèi)各線路票卡處理流程的統(tǒng)一，有利于線網(wǎng)化AFC系統(tǒng)的維護和升級，保證系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量。

4.4 新線AFC系統(tǒng)的接入調(diào)試

在西安地鐵的后續(xù)建設(shè)過程中，勢必會遇到新線接入的問題。新線AFC系統(tǒng)的接入調(diào)試工作是一個十分復(fù)雜的過程，既要保證對新線各項功能的驗證，又不能影響既有線路的正常運營，同時還擔負著大量的培訓(xùn)工作，參與的部門及人員眾多，測試方案繁雜，需要的周期較長。

為了保證新線接入調(diào)試工作的順利完成，達到檢驗系統(tǒng)、培訓(xùn)人員的目的，在調(diào)試過程中需要由一方統(tǒng)一牽頭負責，多方配合，提前籌劃，認真準備，做好、做細實施方案，并嚴格實施;同時，需要明確各調(diào)試階段的工作重點，劃分調(diào)試的定性風(fēng)險和定量風(fēng)險，確定工作優(yōu)先等級，區(qū)分風(fēng)險與需求。

5 結(jié)語

西安地鐵的建設(shè)是一項復(fù)雜而艱巨的系統(tǒng)工程，

其投資大、建設(shè)工期緊，而AFC系統(tǒng)的線網(wǎng)化建設(shè)是地鐵線網(wǎng)化運營的必然要求。面對建設(shè)進程中所存在的問題，應(yīng)不斷地進行思考和研究，逐一解決，確保建設(shè)工作的順利完成。

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Network Construction of Xi’an Metro AFC System

Lv Yi
(Xi’an Subway Co.，Ltd.，Xi’an 710016)

Abstract:In connection with the construction of Xi’an metro, on the basis of the confirmed AFC system network construction objectives and principles, this paper analyzes the problems in the process of the AFC network construction, and discusses the establishment of detailed rules of system construction, the system function and orientation of clearing management layer, the network AFC system architecture, the new lines access debugging, which are all the AFC system network construction-related issues to be addressed to enhance the development of Xi’an metro AFC system network construction.

Key words:Xi’an metro; AFC system;network construction; central clearing system

U231.7

A

1672-6073(2013)01-0107-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2013.01.026

收稿日期:2012-04-09

2012-05-08

作者簡介:呂毅，男，碩士，工程師，從事軌道交通機電設(shè)備建設(shè)管理工作，lvyi_fly@126.com

(編輯:郭 潔)